CN103136112A - 快闪存储器储存阵列控制方法、与快闪存储器 - Google Patents

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Abstract

快闪存储器储存阵列控制方法与快闪存储器。所述快闪存储器储存阵列包含数个群组。各群组包含至少一个区块。所述方法包括以下步骤：判断主机所供应的数据的属性，并将数据依属性确认其储存群组，再储存至该储存群组的区块中，使属于同一群组的所有区块储存的数据拥有同样的属性；并且限定对同一群组的区块作有效数据整合以释出区块空间。

Description

快闪存储器储存阵列控制方法、与快闪存储器
技术领域
本发明有关于快闪存储器以及快闪存储器储存阵列的控制方法。
背景技术
快闪存储器为常见的一种非易失性储存技术，牵涉电性抹除与编程技术。
以非及栅型的快闪存储器(NAND FLASH)为例，主要用作存储卡(memorycard)、通用序列总线闪存装置(USB flash device)、固态硬盘(SSD)...等产品。
非及栅型的快闪存储器的储存阵列包括数个区块(blocks)，且是以完整区块为抹除单位。使用过的区块需整区块抹除(erase)后，方能视为闲置区块(spare block)待配置使用。「垃圾收集(Garbage Collection)」用于收集多个区块中零散的有效数据至特定区块，使只残留无效数据的该些区块得以被抹除为闲置区块。
然而，「垃圾收集」应用在传统技术上需要相当的运算资源。本技术领域亟需一种高效操作快闪存储器储存阵列的方法。
发明内容
本发明揭露一种快闪存储器储存阵列控制方法、与快闪存储器。
所述方法用于操作一快闪存储器储存阵列。该快闪存储器储存阵列包含数个群组。各群组包含至少一个区块。所述方法包括：判断一主机所供应的数据的属性，并将数据依属性确认其储存群组，再储存至该储存群组的区块中，使属于同一群组的所有区块储存的数据拥有同样的属性；并且限定对同一群组的区块作有效数据整合以释出区块空间。
根据本发明一种实施方式所实现的一快闪存储器包括一快闪存储器储存阵列以及一控制单元。该快闪存储器储存阵列包括数个群组。各群组包含至少一个区块。该控制单元设置于该快闪存储器储存阵列与一主机之间，且包括一分属性写入控制器以及一分属性区块管理器。该分属性写入控制器用于判断该主机所供应的数据的属性、并将数据依属性确认其储存群组，再储存至该储存群组的区块中，使属于同一群组的所有区块储存的数据拥有同样的属性。该分属性区块管理器限定对同一群组的区块作有效数据整合以释出区块空间。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图示，详细说明如下。
附图说明
图1为一方块图，包括根据本发明一种实施方式所实现的一快闪存储器100；
图2A以流程图说明所揭露的分属性写入控制；
图2B以流程图说明所揭露的分属性区块管理；
图3图解一种实施方式，其中依照数据的更新率判断其属性；
图4A与图4B举例说明本发明所揭露技术的优势；
图5图解一种实施方式，其中依照数据的逻辑地址所在区间以及更新率判断其属性；且
图6图解所揭露的控制单元的另外一种实施方式。
主要元件符号说明：
100～快闪存储器；
102～快闪存储器储存阵列；
104、104’～控制单元；
106～主机；
108～接口；
110～快闪存储器控制器；
112～微控制器；
114～数据储存用区块；
116～区块属性纪录表格；
302～主机端数据；
304～HOT属性的区块；
306～COOL属性的区块；
308～群组I：HOT属性的所有区块；
310～群组II：COOL属性的所有区块；
312～闲置的区块；
402-412～有效的数据；
502～主机端数据；
504～LBA_1且HOT的区块；
506～LBA_1且COOL的区块；
508～LBA_2且HOT的区块；
510～LBA_2且COOL的区块；
512～LBA_3且HOT的区块；
514～LBA_3且COOL的区块；
516～LBA_4且HOT的区块；
518～LBA_4且COOL的区块；
520～闲置区块；
602～分属性写入控制器；
604～分属性区块管理器；
BLOCK_1-BLOCK_(N+1)～区块。
具体实施方式
图1为一方块图，包括根据本发明一种实施方式所实现的一快闪存储器100。快闪存储器100包括一快闪存储器储存阵列102以及一控制单元104。
快闪存储器储存阵列102提供数据储存空间，且包括数个区块(blocks)，并以一整个区块为抹除单位。在一种实施方式中，该快闪存储器储存阵列102可以非及栅(NAND gates)实现。在一种实施方式中，快闪存储器储存阵列102可包括数个群组，各群组包含至少一个上述区块。
控制单元104设置于快闪存储器储存阵列102与主机(host)106之间。在图1所示实施方式中，控制单元104包括一接口108、一快闪存储器控制器110以及一微控制器(MCU)112。接口108在微控制器112的控制下接收主机106所供应的数据。根据一韧体，微控制器112操作该快闪存储器控制器对该快闪存储器储存阵列102提供一分属性写入控制以及一分属性区块管理-将主机106供应的数据存入该快闪存储器储存阵列102并管理之。
图2A以流程图说明所揭露的分属性写入控制。步骤S202判断该主机106所供应的数据的属性。了解数据的属性后，步骤S204依属性确认数据的储存群组，并将数据储存至该储存群组的区块中，使同一群组的所有区块储存的数据拥有同样的属性。
图2B以流程图说明所揭露的分属性区块管理。步骤S206对同一群组的区块作有效数据整合以释出区块空间。步骤S208用于监控数据的属性判断是否正确；若有错误发生，则所揭露方法提供步骤S210，订正误判者；反之，若无监控到错误，则持续步骤S206的区块空间释放操作。
特别声明之，图2B的步骤S208与步骤S210为非必要步骤。凡包括步骤S206的技术即涉及本说明书所揭露的分属性区块管理技术。
以下更详细讨论「分属性写入控制」以及「分属性区块管理」。
在一种实施方式中，所揭露的分属性写入控制更在配置区块供数据写入时标示该区块对应的属性。如图1所示实施方式，快闪存储器储存阵列102内的区块除了可作数据储存用外(数据储存用区块114)，更可有一区块是特别配置来纪录该些区块114所对应的属性-如，区块属性纪录表格116。当闲置的一区块被配置来储存主机端数据时，该区块属性纪录表格116即可被更新，纪录该区块乃对应主机端该数据的属性。
关于图2B的步骤S208的监控程序，有多种实施方式。在一种实施方式中，所揭露的分属性区块管理于特定属性的区块的总数超过一上限时判定该特定属性其一区块所储存的数据的属性被误判。在另一种实施方式中，所揭露的分属性区块管理于闲置区块的总数低于一下限时判定特定属性的区块中有区块所储存的数据的属性被误判。
关于图2B的步骤S210的订正程序，主要有两种实施方式。在一种实施方式中，所揭露的分属性区块管理经由重新标示区块对应的属性订正其中数据的属性误判；例如，订正图1的区块属性纪录表格116中关于该区块所储存的数据的属性纪录。在另一种实施方式中，所揭露的分属性区块管理经由重存数据至正确属性的区块订正该数据的属性误判；此程序可更包括抹除该数据的原储存区块，使之为闲置区块，更可对应修正图1的区块属性纪录表格116，更新标示该区块为闲置，不对应任何属性。
关于数据的属性的阶层划分，本说明书亦揭露多种实施方式。
图3图解一种实施方式，其中依照数据的更新率判断其属性。数据的更新率可由数据的尺寸(size)、逻辑位置(LBA)、内容(content)以及先前写入动作的经验(例如，采Fuzzy技术分析先前写入动作，寻出其规则)其中至少一信息观察得知。例如，小尺寸的数据可判断为随散型数据，一般更新率高，可以HOT标示之；大尺寸的数据可判断为连续型数据，一般更新率低，可以COOL标示之。主机端数据302会根据其HOT、COOL属性分别储存至HOT、COOL属性的区块304、306中。HOT属性的该区块304可归类至群组I(308)。COOL属性的该区块306可归类至群组II(310)。根据图2B的步骤S206，不同区块的有效数据整合需限定于群组中。例如，皆属于群组I的区块的有效数据方能整合在一起；皆属于群组II的区块的有效数据方能整合在一起。至于释出的区块，则可经抹除操作后归类为闲置的区块312。用来储存数据的区块(无论是HOT属性的区块304或是COOL属性的区块306)即是自闲置的该些区块312中选取而来。
此外，当HOT属性的群组I的区块总数超过一上限时，可将群组I中久无更新的区块订正标示为COOL区块，或者，可将群组I中久无更新的区块内的有效数据移至COOL属性的群组II的一区块中。当闲置区块312的总数低于一下限，可将群组I中久无更新的区块订正标示为COOL区块，或者，可将群组I中久无更新的区块内的有效数据移至COOL属性的群组II的一区块中。
图4A与图4B举例说明本发明所揭露技术的优势。
图4A图解垃圾收集(Garbage Collection)于传统技术的操作；传统技术没有将属性不同的数据分开存放。以图4A例子而言，低更新率的系统数据402与410以及高更新率的随散数据404、406、408与412是混杂纪录于区块BLOCK_1...BLOCK_N中。基于非及栅型快闪存储器的页操作模式(page mode)的规则-数据更新后，先前纪录的数值就为无效-有效、无效数据夹杂于区块BLOCK_1...BLOCK_N。当有空间释出需求时，区块BLOCK_1...BLOCK_N内的有效数据需被收集至区块BLOCK_(N+1)，仅余无效数据的区块BLOCK_1...BLOCK_N则释出作闲置区块使用。以上操作相当耗费系统资源。
图4B图解垃圾收集于本说明书所揭露技术的操作；所揭露技术将属性不同的数据分开存放，并分群组作垃圾收集。图例专对图3的群组I(专供随散型数据储存的区块)作讨论。基于非及栅型快闪存储器的页操作模式的规则-数据更新后，先前纪录的数值就为无效-较早使用的区块BLOCK_1-BLOCK_(N-2)的数据已被更新至最近使用的区块BLOCK_(N-1)、BLOCK_N，较早使用的区块BLOCK_1-BLOCK_(N-2)仅剩下无效数据。因此，区块BLOCK_1-BLOCK_(N-2)空间乃直接抹除释出，无须耗费资源作垃圾收集。仅有少量区块-BLOCK_(N-1)与BLOCK_N-需作垃圾收集操作，将其中夹杂的有效数据收集到区块BLOCK_(N+1)，使区块BLOCK_(N-1)与BLOCK_N的空间得以被释出为闲置区块。
比较图4A与图4B，本说明书所揭露的技术大幅提升快闪存储器系统的运算效率。
另外，关于数据的属性的阶层划分，除了考虑数据的更新率外，可更考虑数据的逻辑地址所在的区间。图5图解一种实施方式，其中依照数据的逻辑地址所在区间以及更新率判断其属性。此实施例考虑四段逻辑地址区间(标视为LBA_1、LBA_2、LBA_3、LBA_4)以及两种更新率标准(高更新率标号为HOT，低更新率标号为COOL)，形成八阶层的属性划分：属性1，落入LBA_1且HOT；属性2，落入LBA_1且COOL；属性3，落入LBA_2且HOT；属性4，落入LBA_2且COOL；属性5，落入LBA_3且HOT；属性6，落入LBA_3且COOL；属性7，落入LBA_4且HOT；属性8，落入LBA_4且COOL。
主机端数据502经过属性判断后，储存至对应属性的区块504-518中。LBA_1且HOT属性的该区块504归类至群组A。LBA_1且COOL属性的该区块506归类至群组B。LBA_2且HOT属性的该区块508归类至群组C。LBA_2且COOL属性的该区块510归类至群组D。LBA_3且HOT属性的该区块512归类至群组E。LBA_3且COOL属性的该区块514归类至群组F。LBA_4且HOT属性的该区块516归类至群组G。LBA_4且COOL属性的该区块518归类至群组H。
根据图2B的步骤S206，不同区块的有效数据整合需限定于群组中。例如，皆属于群组A的区块的有效数据方能整合在一起；皆属于群组B的区块的有效数据方能整合在一起；皆属于群组C的区块的有效数据方能整合在一起；皆属于群组D的区块的有效数据方能整合在一起；皆属于群组E的区块的有效数据方能整合在一起；皆属于群组F的区块的有效数据方能整合在一起；皆属于群组G的区块的有效数据方能整合在一起；皆属于群组H的区块的有效数据方能整合在一起。至于释出的区块，则可经抹除操作后释出为闲置的区块520。区块504-518即是自闲置的该些区块520中选取而来。
关于逻辑地址区间LBA_1，当HOT属性的群组A的区块总数超过一上限时，可将群组A中久无更新的区块订正标示为COOL区块，或者，可将群组A中久无更新的区块内的有效数据移至群组B的一区块中。同样的监控、订正程序，可实现在其他逻辑地址区间LBA_2至LBA_4中。另外，当闲置区块520的总数低于一下限时，也可实行所揭露的属性订正程序。
特别声明之，属性的划分可更有其他规则，并不限定于以上内容。
另外，特别声明之，所揭露的分属性写入控制以及分属性区块管理并不限定以图1所示的控制单元104实现。图6图解所揭露的控制单元的另外一种实施方式；在此实施方式中，控制单元104’包括一分属性写入控制器602以及一分属性区块管理器604，分别实现所揭露的分属性写入控制与分属性区块管理。该分属性写入控制器602以及该分属性区块管理器604可以硬体逻辑栅实现，或者，可以软体方式由微控制器执行实现，也可以软硬体联合设计方式实现。
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，任何熟悉此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，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)

1.一种快闪存储器储存阵列控制方法，用以操作一快闪存储器储存阵列，其中该快闪存储器储存阵列包含数个群组，各群组包含至少一个区块，所述方法包括：
判断一主机所供应的数据的属性，并将数据依属性确认其储存群组，再储存至该储存群组的区块中，使属于同一群组的所有区块储存的数据拥有同样的属性；并且
限定对同一群组的区块作有效数据整合以释出区块空间。
2.如权利要求1所述的快闪存储器储存阵列控制方法，更监控数据的属性判断是否正确，并订正误判者。
3.如权利要求2所述的快闪存储器储存阵列控制方法，更于配置区块供数据写入时标示该区块对应的属性。
4.如权利要求3所述的快闪存储器储存阵列控制方法，包括经由重新标示区块对应的属性订正其中数据的属性误判。
5.如权利要求3所述的快闪存储器储存阵列控制方法，包括经由重存数据至正确属性的区块订正该数据的属性误判。
6.如权利要求1所述的快闪存储器储存阵列控制方法，包括依照更新率判断该主机所供应的数据的属性。
7.如权利要求6所述的快闪存储器储存阵列控制方法，包括自尺寸、逻辑位置、内容以及先前写入动作的经验其中至少一信息观察该主机所供应的数据的更新率。
8.如权利要求6所述的快闪存储器储存阵列控制方法，更判断该主机所供应的数据的逻辑地址所在区间，使数据的属性的阶层划分同时考虑逻辑地址所在区间与更新率。
9.一种快闪存储器，包括：
一快闪存储器储存阵列，包括数个群组，且各群组包含至少一个区块；以及
一控制单元，设置于该快闪存储器储存阵列与一主机之间且包括：
一分属性写入控制器，判断该主机所供应的数据的属性、并将数据依属性确认其储存群组，再储存至该储存群组的区块中，使属于同一群组的所有区块储存的数据拥有同样的属性；以及
一分属性区块管理器，限定对同一群组的区块作有效数据整合以释出区块空间。
10.如权利要求9所述的快闪存储器，其中该分属性区块管理器更监控数据的属性判断是否正确、并订正误判者。
11.如权利要求10所述的快闪存储器，其中该分属性写入控制器更在配置区块供数据写入时标示该区块对应的属性。
12.如权利要求11所述的快闪存储器，其中该分属性区块管理器经由重新标示区块对应的属性订正其中数据的属性误判。
13.如权利要求11所述的快闪存储器，其中该分属性区块管理器经由重存数据至正确属性的区块订正该数据的属性误判。
14.如权利要求9所述的快闪存储器，其中该分属性写入控制器依照更新率判断该主机所供应的数据的属性。
15.如权利要求14所述的快闪存储器，其中该分属性写入控制器自尺寸、逻辑位置、内容以及先前写入动作的经验其中至少一信息观察该主机所供应的数据的更新率。
16.如权利要求14所述的快闪存储器，其中该分属性写入控制器更判断该主机所供应的数据的逻辑地址所在区间，使数据的属性的阶层划分同时考虑逻辑地址所在区间与更新率。
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