CN103136108A - 快闪存储装置及其数据读取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种快闪存储装置。于一实施例中，该快闪存储装置包括一快闪存储器、一随机存取存储器、以及一控制器。该快闪存储器包括多个区块。该随机存取存储器储存一读取次数纪录表以供纪录这些区块被读取的次数。当该读取次数纪录表中的多个原始区块对应的多个读取次数超过一界限值时，该控制器取得多个空白区块作为分别对应于这些原始区块的多个镜像区块，并于每次这些原始区块被读取时复制这些原始区块所储存的多个数据页其中之一至对应的这些镜像区块中，直到这些原始区块中储存的这些数据页均已被复制至对应的这些镜像区块为止。

Description

快闪存储装置及其数据读取方法

技术领域

本发明有关于快闪存储器，特别是有关于快闪存储器的数据读取。

背景技术

快闪存储器经常运用于一般的电子装置以储存数据。快闪存储器包括可供储存数据的多个区块(block)。由于快闪存储器可以在不供电的状态中继续保持其中所储存的数据，而可携式电子装置仅具有有限的电源，因此快闪存储器特别适用于可携式电子装置的数据储存。

一般的快闪存储器经由控制器控制其数据存取。当一主机发送写入命令至控制器，控制器便依据写入命令将数据写入至快闪存储器。当一主机发送读取命令至控制器，控制器便依据读取命令由快闪存储器读出数据，再将数据回传至主机。

于对快闪存储器进行数据读取时，主机经常会对储存重要数据的某些区块以高频率读取。例如，以每秒数千次的频率读取一特定区块。然而，一般区块仅能忍受固定次数的读取。当区块被读取的次数超过一界限值(例如10万次)，区块中所储存的数据便容易在读出后发生错误。然而，控制器无法控制主机的数据读取行为，仅能依据主机的读取命令对特定区块读取。由于高频率读取的数据常重要的系统数据，因此容易使系统数据发生严重错误。

因此，为了避免上述数据读取错误的情况产生，需要一种快闪存储器的数据读取方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种快闪存储装置，以解决习知技术存在的问题。于一实施例中，该快闪存储装置耦接至一主机，包括一快闪存储器、一随机存取存储器、以及一控制器。该快闪存储器包括多个区块以供储存数据。该随机存取存储器储存一读取次数纪录表以供纪录这些区块被读取的次数。当该读取次数纪录表中的多个原始区块对应的多个读取次数(read count)超过一界限值时，该控制器自该快闪存储器取得多个空白区块(spare block)作为分别对应于这些原始区块的多个镜像区块，并于每次这些原始区块被读取时复制这些原始区块所储存的多个数据页其中之一至对应的这些镜像区块中，直到这些原始区块中储存的这些数据页均已被复制至对应的这些镜像区块为止。

本发明更提供一种快闪存储装置的数据读取方法。于一实施例中，该快闪存储装置耦接至一主机且包括一快闪存储器以及一随机存取存储器，且该快闪存储器包括多个区块以供数据储存。首先，以该随机存取存储器储存一读取次数纪录表以供纪录这些区块被读取的次数。当该读取次数纪录表中的多个原始区块对应的多个读取次数(read count)超过一界限值时，自该快闪存储器取得多个空白区块(spareblock)作为分别对应于这些原始区块的多个镜像区块。接着，于每次这些原始区块被读取时，复制这些原始区块所储存的多个数据页其中之一至对应的这些镜像区块中，直到这些原始区块中储存的这些数据页均已被复制至对应的这些镜像区块为止。

为了让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1为依据本发明的快闪存储装置的区块图；

图2为依据本发明的读取次数纪录表的示意图；

图3为依据本发明的控制器处理读取命令的方法的流程图；

图4为依据本发明控制器进行镜像区块的数据复制的示意图；

图5为依据本发明的于主机重新开机后重建读取次数纪录表的方法的流程图。

主要元件符号说明：

(图2)

100～快闪存储装置；

102～控制器；

104～随机存取存储器；

106～快闪存储器；

110～读取次数纪录表；

121-12N～区块；

131-133～镜像区块；

(图4)

401～原始区块；

402～镜像区块；

411-41K，421-42K～数据页。

具体实施方式

图1为依据本发明的快闪存储装置100的区块图。快闪存储装置100耦接至一主机，为该主机储存数据。于一实施例中，快闪存储装置100包括一控制器102、一随机存取存储器104、以及一快闪存储器106。随机存取存储器104可附设于控制器102之中或独立于控制器102的外。控制器102依据主机发送的命令存取快闪存储器106。当主机发送写入命令至控制器102，控制器102便依据写入命令将数据写入至快闪存储器106。当主机发送读取命令至控制器102，控制器102便依据读取命令由快闪存储器106读出数据，再将数据回传至主机。

快闪存储器106包括多个区块121～12N供数据储存。随机存取存储器104中储存一读取次数纪录表110。读取次数纪录表110中纪录了快闪存储器106的区块被主机102的读取命令所读取的次数，称之为读取次数(read count)。图2为依据本发明的读取次数纪录表200的示意图。于一实施例中，读取次数纪录表200包含快闪存储器106的各区块的逻辑地址及各区块所对应的读取次数。例如，逻辑地址100的区块对应的读取次数为350次，逻辑地址200的区块对应的读取次数为350次，而逻辑地址300的区块对应的读取次数为310次。

控制器102随时更新随机存取存储器104所储存的读取次数纪录表110。举例来说，每当控制器102自主机接收到一读取命令，控制器102依据读取命令的读取地址决定快闪存储器106中的哪一个目标区块被读取。接着，控制器102便于读取次数纪录表110中将对应于该目标区块的读取次数加一。因此，读取次数纪录表110可以随时反映快闪存储器106中各区块的读取频率。

当控制器102发现一原始区块的读取次数已超过一界限值，表示主机以较高频率读取该原始区块，因此该原始区块中储存的数据可能会遭受毁损。为避免数据毁损，控制器102便自快闪存储器106中取得一空白区块(spare block)，以作为对应于该原始区块的镜像区块(mirror block)。接着，控制器102再将原始区块中储存的数据逐步复制至镜像区块中。当原始区块对应的镜像区块的数据复制完成，若主机欲再行读取原始区块的逻辑地址所储存的数据，控制器102便替代性地读取对应于原始区块的镜像区块中储存的数据复本。因此，原始区块可以避免被进一步的读取而导致数据毁损。

举例来说，图1中，控制器102依据读取次数纪录表110发现快闪存储器106的区块121、122、123的读取次数超过界限值，因此控制器102将原始区块121、122、123的原始数据复制至镜像区块131、132、133中。当主机欲再度读取原始区块121、122、123的原始数据，控制器102便读取镜像区块131、132、133中储存的数据复本以代替原始区块121、122、123的读取。因此，即使主机欲以高频率读取原始区块121、122、123的地址，但实际被读取的是镜像区块131、132、133，从而减少了原始区块121、122、123的读取次数，因而防止原始区块121、122、123储存的原始数据因过高的读取频率而损毁。

于一实施例中，读取次数纪录表110更储存了镜像区块的实体地址。举例来说，除了各区块的逻辑地址及各区块所对应的读取次数以外，图2的读取次数纪录表200更纪录了对应于各区块的镜像区块的实体地址以及一旗标。该旗标指示了是否镜像区块的数据复制工作已经完成。亦即，当目标原始区块对应的旗标被设为「T 」时，控制器102便可依据镜像区块的实体地址读取镜像区块储存的数据复本，以代替读取原始区块。例如，假设读取次数的界限值为300。逻辑地址100及200的原始区块的读取次数350超过界限值300，且旗标表示镜像区块的数据副本已复制完毕，因此控制器102可读取镜像区块。逻辑地址300的原始区块的读取次数310亦超过界限值300，但旗标表示镜像区块的数据副本尚未复制完毕，因此控制器102仍需读取原始区块而暂时无法读取镜像区块。

一般而言，原始区块中包含许多数据页(例如256个)。因此，将原始区块的数据页读出，再将所有数据页写入镜像区块，会耗费大量的时间。依据快闪存储器的控制器的规格要求，控制器102能够用来处理一读取命令的时间是有限的。为了防止镜像区块的数据复制所需的时间超过读取命令的处理时间，于一实施例中，每一次控制器102接收到主机读取一目标原始区块的命令时，控制器102仅读取目标原始区块的单一数据页，并仅将单一数据页写入对应于目标原始区块的目标镜像区块。

图4为依据本发明控制器102进行镜像区块的数据复制的示意图。原始区块401包括K个数据页411...41K。控制器102已自快闪存储器106取的一空白区块402作为对应于原始区块401的镜像区块。当控制器102第一次自主机接到读取原始区块401的读取命令时，控制器102仅自原始区块401读取第一数据页411，并将第一数据页写入镜像区块402。当控制器102第二次自主机接到读取原始区块401的读取命令时，控制器102仅自原始区块401读取第二数据页412，并将第二数据页写入镜像区块402。最后，当控制器102第K次自主机接到读取原始区块401的读取命令时，控制器102自原始区块401读取第K数据页41K，并将第K数据页写入镜像区块402，从而完成镜像区块402的数据复制。接着，控制器102便可于读取次数纪录表110中将对应于原始区块401的旗标设为「T」，以表示镜像区块402的数据复制已完成。

图3为依据本发明的控制器102处理读取命令的方法300的流程图。首先，控制器102自主机接收对一读取地址进行读取的读取命令(步骤302)。接着，控制器102决定对应于该读取位置的一原始区块(步骤303)。接着，控制器102于读取次数纪录表110中将对应于该原始区块的读取次数增加一(步骤304)。接着，控制器102检查是否该原始区块的读取次数超过一界限值(步骤306)。若该原始区块的读取次数未超过界限值，控制器102便读取该原始区块以得到一目标数据(步骤310)，并将目标数据回传至主机(步骤312)，以完成该读取命令的执行。

当该原始区块的读取次数超过界限值(步骤306)，控制器102接着检查是否对应于该原始区块的一镜像区块的数据复制已完成(步骤314)。于一实施例中，控制器102依据读取次数纪录表110中对应该原始区块的旗标的值以决定是否对应于该原始区块的镜像区块的数据复制已完成。若镜像区块的数据复制已完成，则控制器102读取该镜像区块以得到一目标数据(步骤324)，并将目标数据回传至主机(步骤326)，以完成该读取命令的执行。

若镜像区块的数据复制未完成(步骤314)，则控制器102尚无法读取镜像区块。因此，控制器102读取该原始区块以得到一目标数据(步骤316)，并将目标数据回传至主机(步骤318)，以完成该读取命令的执行。接着，由于镜像区块的数据复制未完成，控制器102利用该读取命令的执行的剩余时间，读取该原始区块的一数据页(步骤320)，并将该数据页写入该镜像区块(步骤322)，以继续进行镜像区块的数据复制的部份工作。若该数据页为原始区块的最后一页，则控制器102于该数据页写入该镜像区块后将读取次数纪录表110中对应该原始区块的旗标的值设为「T」，以标示镜像区块的数据复制的完成。

另外，即使镜像区块建立后，镜像区块中储存的数据复本仍可能因为主机的高频率读取而遭到毁损。当控制器102读取镜像区块的数据复本后，若控制器102发现数据复本带有错误，且执行一数据错误修正程序(error correction，ECC)仍无法修正该错误，则控制器102删除镜像区块的数据复本。接着，控制器102重新建立对应于原始区块的一第二镜像区块。首先，控制器102自快闪存储器106取得一空白区块作为该第二镜像区块。每当主机发送读取该原始区块的命令，控制器102便复制原始区块的一数据页至该第二镜像区块，直到原始区块的所有数据页均写入第二镜像区块为止。此后，每当主机欲读取原始区块，控制器102便可读取第二镜像区块中的数据复本，以执行读取命令。

每当主机关机，快闪存储装置100便无法得到供电，而随机存取存储器104便无法保留其中所储存的读取次数纪录表110。因此，控制器102会将随机存取存储器104所储存的读取次数纪录表110转储存至快闪存储器106中。图5为依据本发明的于主机重新开机后重建读取次数纪录表110的方法500的流程图。首先，主机开机(步骤502)。接着，控制器102由快闪存储器106中读取前次储存的读取次数纪录表，再依据读取次数纪录表删除快闪存储器106中所有的镜像区块的数据(步骤504)，而使镜像区块回复为空白区块。接着，控制器102清除快闪存储器106中前次储存的读取次数纪录表(步骤506)。接着，控制器102依据开机后快闪存储器106的各区块的读取次数于随机存取存储器104中重新纪录读取次数纪录表110(步骤508)。最后，控制器102依据读取次数纪录表110决定是否建立对应各区块的镜像区块(步骤510)。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此项技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (16)

1.一种快闪存储装置，耦接至一主机，包括：

一快闪存储器，包括多个区块以供储存数据；

一随机存取存储器，储存一读取次数纪录表以供纪录所述区块被读取的次数；以及

一控制器，当该读取次数纪录表中的多个原始区块对应的多个读取次数超过一界限值时，自该快闪存储器取得多个空白区块作为分别对应于所述原始区块的多个镜像区块，并于每次所述原始区块被读取时复制这些原始区块所储存的多个数据页其中之一至对应的这些镜像区块中，直到所述原始区块中储存的这些数据页均已被复制至对应的所述镜像区块为止。

2.如权利要求1所述的快闪存储装置，其中当该控制器自该主机接收到一读取命令时，决定该读取命令的读取地址对应的一目标原始区块，并于该读取次数纪录表中将该目标原始区块对应的读取次数加一。

3.如权利要求2所述的快闪存储装置，其中当该控制器自该主机接收到该读取命令，且该目标原始区块对应的一目标镜像区块不存在时，该控制器读取该目标原始区块以得到一目标数据，并将该目标数据回传至该主机。

4.如权利要求2所述的快闪存储装置，其中当该控制器自该主机接收到该读取命令，且该目标原始区块对应的一目标镜像区块存在时，该控制器读取该目标镜像区块以得到一目标数据，并将该目标数据回传至该主机。

5.如权利要求1所述的快闪存储装置，其中该读取次数纪录表中纪录所述原始区块的逻辑区块地址、所述原始区块的读取次数、以及对应于所述原始区块的所述镜像区块的实体地址。

6.如权利要求5所述的快闪存储装置，其中该读取次数纪录表中更纪录一旗标，以分别表示所述原始区块是否存在相对应的所述镜像区块。

7.如权利要求4所述的快闪存储装置，其中当自该目标镜像区块读出所得的该目标数据发生无法经由一错误修正程序修正的数据错误时，该控制器删除该目标镜像区块的数据，自该快闪存储器取得一第二空白区块作为对应于该目标原始区块的一第二镜像区块，并于每次该目标原始区块被读取时复制该目标原始区块所储存的多个数据页其中之一至该第二镜像区块中，直到该目标原始区块中储存的所述数据页均已被复制至该第二镜像区块为止。

8.如权利要求1所述的快闪存储装置，其中当该主机关机时，该控制器将该读取次数纪录表储存至该快闪存储器；当该主机开机时，该控制器依据该读取次数纪录表删除所有所述镜像区块的数据，清除该快闪存储器储存的该读取次数纪录表，并依据该主机开机后所述区块的读取次数于该随机存取存储器中重新纪录一读取次数纪录表。

9.一种快闪存储装置的数据读取方法，其中该快闪存储装置耦接至一主机且包括一快闪存储器以及一随机存取存储器，该快闪存储器包括多个区块以供数据储存，该数据读取方法包括下列步骤：

以该随机存取存储器储存一读取次数纪录表以供纪录所述区块被读取的次数；

当该读取次数纪录表中的多个原始区块对应的多个读取次数超过一界限值时，自该快闪存储器取得多个空白区块作为分别对应于所述原始区块的多个镜像区块；以及

于每次所述原始区块被读取时，复制所述原始区块所储存的多个数据页其中之一至对应的所述镜像区块中，直到所述原始区块中储存的所述数据页均已被复制至对应的所述镜像区块为止。

10.如权利要求9所述的快闪存储装置的数据读取方法，更包括：

当该快闪存储装置自该主机接收到一读取命令时，决定该读取命令的读取地址对应的一目标原始区块，并于该读取次数纪录表中将该目标原始区块对应的读取次数加一。

11.如权利要求10所述的快闪存储装置的数据读取方法，更包括：

当该快闪存储装置自该主机接收到该读取命令，且该目标原始区块对应的一目标镜像区块不存在时，读取该目标原始区块以得到一目标数据，并将该目标数据回传至该主机。

12.如权利要求10所述的快闪存储装置的数据读取方法，更包括：

当该快闪存储装置自该主机接收到该读取命令，且该目标原始区块对应的一目标镜像区块存在时，读取该目标镜像区块以得到一目标数据，并将该目标数据回传至该主机。

13.如权利要求9所述的快闪存储装置的数据读取方法，其中该读取次数纪录表中纪录所述原始区块的逻辑区块地址、所述原始区块的读取次数、以及对应于所述原始区块的所述镜像区块的实体地址。

14.如权利要求13所述的快闪存储装置的数据读取方法，其中该读取次数纪录表中更纪录一旗标，以分别表示所述原始区块是否存在相对应的所述镜像区块。

15.如权利要求12所述的快闪存储装置的数据读取方法，更包括：

当自该目标镜像区块读出所得的该目标数据发生无法经由一错误修正程序修正的数据错误时，删除该目标镜像区块的数据；

自该快闪存储器取得一第二空白区块作为对应于该目标原始区块的一第二镜像区块；以及

于每次该目标原始区块被读取时复制该目标原始区块所储存的多个数据页其中之一至该第二镜像区块中，直到该目标原始区块中储存的所述数据页均已被复制至该第二镜像区块为止。

16.如权利要求9所述的快闪存储装置的数据读取方法，更包括：

当该主机关机时，将该读取次数纪录表储存至该快闪存储器；

当该主机开机时，依据该读取次数纪录表删除所有所述镜像区块的数据，清除该快闪存储器储存的该读取次数纪录表，并依据该主机开机后所述区块的读取次数于该随机存取存储器中重新纪录一读取次数纪录表。

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