CN103455319A - 数据储存装置与快闪存储器控制方法 - Google Patents

数据储存装置与快闪存储器控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种数据储存装置与快闪存储器控制方法。所公开的数据储存装置包括一快闪存储器以及一控制器。该控制器基于固件控制该快闪存储器。若固件不受主机呼叫而处于可利用状态至少一预设时间，该固件所驱动的该控制器无需主机呼叫即对该快闪存储器执行一零散数据收集操作。

Description

数据储存装置与快闪存储器控制方法
技术领域
本发明有关于一种数据储存装置,特别有关于快闪存储器控制方法。
背景技术
快闪存储器为一种普遍的非挥发性数据储存装置，以电性方式抹除与程序化。以与非门型的快闪存储器(即NAND FLASH)为例，常用作存储卡(memory card)、通用串行总线闪存装置(USB flash device)、固态硬盘(SSD)、嵌入式快闪存储器模块(eMMC)…等使用。
快闪存储器(如，NAND FLASH)的储存阵列包括多个区块(blocks)。各区块包括多个页(pages)。若欲释放使用过的区块为备用区块(spare block)，整个区块的所有页都必须一次性抹除。零散数据收集(garbage collection)用于将分散于多个区块中的有效数据移动到一备用空间，使得该些多个区块仅遗留下无效数据，因而得以被抹除且释放作备用区块。
然而，零散数据收集通常耗费大量资源以及运算。本技术领域需要一种高效操作快闪存储器的技术。
发明内容
本发明公开一种数据储存装置，并且公开一种快闪存储器控制方法。
根据本发明一种实施方式所实现的一数据储存装置包括一快闪存储器以及一控制器。该控制器基于固件控制该快闪存储器。当固件不受主机呼叫而处于可利用状态至少一预设时间，该固件所驱动的该控制器无需主机呼叫即对该快闪存储器执行一零散数据收集(garbage collection)操作。
根据本发明一种实施方式所实现的一快闪存储器控制方法包括以下步骤：根据固件控制快闪存储器；且，若固件不受主机呼叫而处于可利用状态至少一预设时间，则无需主机呼叫即对该快闪存储器执行一零散数据收集(garbage collection)操作。
下文特举实施例，并配合所附附图，详细说明本发明内容。
附图说明
图1以方块图图解根据本发明一种实施方式所实现的一数据储存装置100；
图2描述主机行为以及固件行为；
图3以流程图根据本发明一种实施方式图解所公开的自动背景操作(autobackground operations，简写auto-BKOPS)程序；
图4以流程图图解所公开的空间清洁度判断程序(308)的一种实施方式；
图5以流程图图解所公开的有效数据搬移程序(310)的一种实施方式；
图6以流程图图解根据本发明另外一种实施方式所实现的自动背景操作(auto-BKOPS)程序；
图7以流程图图解区所公开的空间清洁度判断程序(608)的一种实施方式；
图8以流程图图解有效数据搬移判断(616)的一种实施方式；
图9A、图9B以及图9C图解如何在发现固件闲置时渐进释放快闪存储器102的空间；且
图10图解以背景操作方式实现的有效数据搬移动作。
【符号说明】
100～数据储存装置；
102～快闪存储器；
104～控制器；
106～运算单元；
108～只读存储器；
110～主机；
302-314、402-404、502-504、602-620、702-704、802、904-906～步骤；
minVP1～k～低效能区块。
具体实施方式
以下叙述列举本发明的多种实施例。以下叙述介绍本发明的基本概念，且并非意图限制本发明内容。实际发明范围应依照权利要求界定之。
图1以方块图图解根据本发明一种实施方式所实现的一数据储存装置100。数据储存装置100包括一快闪存储器102以及一控制器104，且可根据主机110所下达的命令操作。控制器104包括一运算单元106以及一永久存储器(如，只读存储器ROM)108。永久存储器108与所载的程序码、数据组成固件(firmware)，由运算单元106执行，使控制器104基于该固件控制该快闪存储器102。根据本案所公开技术，固件设计来提供自动背景操作(auto background operations，auto-BKOPS)，以自动执行一零散数据收集(garbage collection)操作。当固件不受主机110呼叫而处于可利用状态至少一预设时间，固件所驱动的该控制器104无须主机110呼叫即自行执行零散数据收集操作。此自动背景操作设计将更有效地利用系统资源。
图2图解主机行为以及固件行为。当主机发出命令呼叫固件动作，固件会对应执行，以处理主机命令。当主机行为无须呼叫固件(firmware free，例如，主机闲置，或者，主机所输出的命令仅呼叫硬件、无关固件操作)，固件仍会执行，以作所公开的自动背景操作。
图3以流程图说明根据本发明一种实施方式所实现的自动背景操作程序。以下讨论参考图1所示的装置架构。
自动背景操作302的触发参考命令侦测(command detection)，其中考量有固件的闲置时间Tidle(步骤304)。当步骤304显示主机110发送来需要固件操作的命令，固件被执行以回应该命令(306)。若判断固件不受主机110呼叫而处于可利用状态至少一预设时间(时间计数Tidle是否达该预设时间Tth)，执行步骤308。步骤308判断快闪存储器102的数据分布状态，判断快闪存储器102为“清洁”或者“不清洁”。若步骤308判断快闪存储器102为清洁，控制器104可切换为自动休眠(autosleep)模式314。若步骤308判断快闪存储器102为不清洁，多个区块的有效页数据会被搬移到备用空间(步骤310)，以释放该些多个区块的空间。步骤310后可执行步骤312，作命令侦测。倘若步骤312侦测到主机110发出一命令需要动用到固件操作，固件会被执行，以处理该命令(步骤306)。当步骤312判定主机110没有发出呼叫固件的命令(即固件再次闲置)，控制器104可切换成自动休眠模式(314)。
图4以流程图图解数据分布检查程序308的一种实施方式。步骤402自快闪存储器102的区块取样出低效能区块minVP1～k，k为低效能区块的数量。相较于其他区块，低效能区块minVP1～k具有相对少的有效数据页。低效能区块minVP1～k挑选来评断该快闪存储器102的清洁与否。步骤404计算该些低效能区块的有效数据页的平均数量avg(NminVP1～k)，并将之与一门槛量Gdirty比较。当avg(NminVP1～k)高于门槛量Gdirty，快闪存储器102被评断为“清洁”。反之，快闪存储器102被评断为“不清洁”。特别声明的，快闪存储器清洁度判断规则不限于步骤404所述内容。快闪存储器102亦可采其他规则分级。
图5以流程图图解有效数据搬移程序310的一种实施方式。步骤502将分散于该些低效能区块minVP1～k页空间中的有效数据移动到备用空间。步骤504判断有效数据是否全数自该些低效能区块minVP1～k移走。若步骤504判定该些低效能区块minVP1～k的有效页数据总数为0，即∑NminVP1,k=0，程序310结束，以进行接续步骤312。步骤504所揭示的判断是并非意图限定本案的范围。程序310可以其他规则结束。
图6以流程图图解根据本发明一种实施方式所实现的自动背景操作程序。以下讨论参考图1所示的装置架构。
自动背景操作程序602的触发与命令侦测相关，其中考量有固件的闲置时间Tidle。当步骤604侦测到主机110发出的命令呼叫固件操作，固件将被执行以处理该命令(步骤606)。若步骤604判定固件不受主机110呼叫而处于可利用状态至少一预设时间(Tidle达预设时间Tth)，则程序进入步骤608。步骤608判断快闪存储器清洁与否。若步骤608判定快闪存储器102为清洁，控制器104可切换到自动休眠模式(620)。若步骤608判定快闪存储器102不清洁，分散于多个区块的有效数据页会分多时段移动到备用空间(610以及612)，以释放该些多个区块的空间。不同时段的数据搬移可以一计时器(计时呈TGC)区隔。每隔时间间隔TGC_th，原本在执行的零散数据收集操作4中断，步骤614被执行来作命令侦测。若步骤614判定主机110传送来的一命令呼叫固件操作，流程进行步骤606，执行固件以处理该命令。在一种实施方式中，命上述中断是在监控当中。若侦测到因命令对固件的需求而导致的频繁中断，预设时间Tth可被延长。若步骤614确定主机110并无发出需要固件操作的命令(如，固件回到不受主机呼叫的可利用状态)，则流程进入步骤616，判断有效数据的搬移是否完成。若步骤616判定有效数据的搬移已经完成，控制器104可切换到自动休眠模式620。反之，程序进入步骤618，重置计时器TCG，执行下一时段的有效页搬移(步骤610)。
图7为流程图，图解空间清洁度判断程序608的一种实施方式。步骤702自快闪存储器102多个区块中取样低效能区块minVP1～k，k为低效能区块的数量。相教于其余区块，低效能区块minVP1～k具有相对少量的有效数据页。低效能区块minVP1～k取样来评价该快闪存储器102清洁与否。步骤704计算该些低效能区块的平均有效页数量avg(NminVP1～k)，并将之与一临界数量Gdirty比较。当avg(NminVP1～k)多于临界数量Gdirty，快闪存储器102被视为“清洁”。反之，快闪存储器102被视为“不清洁”。特别声明的，快闪存储器分级规则不限定为步骤704所述内容。快闪存储器102可根据其他规则作分级。
图8以流程图图解有效数据搬移判断616的一种实施方式。步骤802判断该些低效能区块minVP1～k的有效数据页是否全数移走，其中计算数值∑NminVP1,k，估算该些低效能区块minVP1～k的有效数据页的总数。当∑NminVP1,k为零，表示低效能区块minVP1～k的有效数据页已经全数移走，有效数据搬移操作完成。特别声明的，步骤802所示判断式并非意图限定本发明范围。此外，步骤610以及612也可导入数值∑NminVP1,k的监控，以在各时段即时结束有效数据的搬迁。
图9A、图9B以及图9C图解如何在发现固件闲置时渐进释放快闪存储器102的空间。
参阅图9A，快闪存储器分级(图4)所利用到的临界数量Gdirty于图3步骤312确认固件再度不受主机呼叫而处的可利用状态后增加。基于较高的临界数量Gdirty，步骤308会观察到新一组的低效能区块。如此一来，快闪存储器102的清洁度根据该新一组低效能区块作判断。若快闪存储器102再次分级为不清洁，控制器104会继续将该新一组低效能区块的有效数据迁移到其他区块。如此一来，将有更多空间经由所公开的自动背景操作程序释出。
参阅图9B，快闪存储器分级所使用的临界数量Gdirty(参考图4或图7)于判定快闪存储器102为清洁后增加(根据图3步骤308或图6步骤608作步骤904)。基于较高的临界量Gdirty(在步骤904提升)，步骤308或608再次执行，以观察到新一组低效能区块。如此一来，快闪存储器102基于该新一组低效能区块再次分级。若该快闪存储器102再次分级为不清洁，控制器104会继续将该新一组低效能区块的有效数据迁移到其他区块。如此一来，将有更多空间经由所公开的自动背景操作程序释出。
参阅图9C，快闪存储器分级(图7)所使用的临界数量Gdirty于判定有效数据搬移完成后提升(根据图6步骤616判断结果决定是否进行步骤906)。基于较高的临界量Gdirty(于步骤906提升)，图6步骤608再次执行，以观察新一组的低效能区块。如此一来，快闪存储器102根据该新一组低效能区块再次分级。若快闪存储器102再次分级属不清洁，控制器104会继续将该新一组低效能区块的有效数据迁移到其他区块。如此一来，将有更多空间经由所公开的自动背景操作程序释出。
图10图解以背景操作方式实现的有效数据搬移动作。如图所示，低效能区块minVP1～k上的有效页数据1002、1004、1006、1008以及1010一一搬迁到备用区块SB。因此，该些低效能区块minVP1～k的有效数据全数搬出，该些低效能区块minVP1～k可被安全释放作备用空间。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，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所附的权利要求所界定者为准。

Claims (16)

1.一种数据储存装置，包括：
一快闪存储器；以及
一控制器，根据固件控制该快闪存储器，其中，当固件不受一主机呼叫而处于可利用状态至少一预设时间，根据固件所驱动的该控制器无须该主机的呼叫即对该快闪存储器执行一零散数据收集操作。
2.如权利要求1所述的数据储存装置，其特征在于，当该零散数据收集操作结束且该主机无发出需要固件操作的命令时，该控制器切换至一自动休眠模式。
3.如权利要求1所述的数据储存装置，其特征在于：
该快闪存储器提供多个区块作数据储存，各区块包括多个页；
当上述固件不受该主机呼叫而处于可利用状态至少上述预设时间，该控制器自该快闪存储器上述多个区块取样多个低效能区块，上述多个低效能区块具有相对少量的有效页；且
该控制器基于上述多个低效能区块分级该快闪存储器，并于将该快闪存储器分级为不清洁时，将上述多个低效能区块的有效数据搬移到其他区块。
4.如权利要求3所述的数据储存装置，其特征在于，该控制器于上述多个低效能区块的有效页平均数量高于一临界数量时分级该快闪存储器属清洁，反之，该控制器分级该快闪存储器属不清洁。
5.如权利要求4所述的数据储存装置，其特征在于，该快闪存储器分级属清洁、且该主机无发送来需要固件操作的命令时，或者，上述这些低效能区块的有效数据全数移走、且该主机无发送来需要固件操作的命令时，该控制器切换至一自动休眠模式。
6.如权利要求4所述的数据储存装置，其特征在于，该快闪存储器分级属清洁、且该主机无发送来需要固件操作的命令时，或者，上述这些低效能区块的有效数据全数移走、且该主机无发送来需要固件操作的命令时，该控制器增加该临界数量，以观察新一组的低效能区块、并根据所述新一组的低效能区块重新分级该快闪存储器，当该快闪存储器的重新分级属不清洁时，该控制器将该新一组的低效能区块内的有效数据搬迁到其他区块。
7.如权利要求3所述的数据储存装置，其特征在于：
该控制器根据一计时器的计时，以多时段方式将低效能区块的有效数据搬移到其他区块，并且，该控制器在各时段结束后判断是否接收到需要固件操作的命令；以及
当一时段后接收到的一命令需要固件操作，该控制器中断原本执行的零散数据收集操作并且切换成执行所接收的该命令。
8.如权利要求7所述的数据储存装置，其特征在于，当侦测到需要固件操作的命令所导致的频繁中断事件，该控制器延长该预设时间。
9.一种快闪存储器控制方法，包括：
根据固件控制一快闪存储器；以及
于固件不受主机呼叫而处于可利用状态至少一预设时间时，无须主机呼叫即根据上述固件对该快闪存储器执行一零散数据收集操作。
10.如权利要求9所述的快闪存储器控制方法，其特征在于，于该零散数据收集操作结束、且主机无发送来需要固件操作的命令时，切换根据上述固件控制该快闪存储器的一控制器至一自动休眠模式。
11.如权利要求9所述的快闪存储器控制方法，其特征在于：
该快闪存储器提供多个区块作数据储存，各区块包括多个页；
当固件不受主机呼叫而处于可利用状态至少上述预设时间时，自该快闪存储器上述多个区块取样多个低效能区块，上述多个低效能区块具有相对少量的有效页；
根据上述多个低效能区块分级该快闪存储器；以及
当分级该快闪存储器属不清洁时，将上述多个低效能区块的有效数据搬移到其他区块。
12.如权利要求11所述的快闪存储器控制方法，其特征在于，于上述多个低效能区块的有效页的平均数量高于一临界数量时，将该快闪存储器分级属清洁，反之，将该快闪存储器分级属不清洁。
13.如权利要求11所述的快闪存储器控制方法，其特征在于，该快闪存储器分级属清洁、且主机无发送来需要固件操作的命令时，或者，上述多个低效能区块的有效页全数搬走、且主机无发送来需要固件操作的命令时，切换根据上述固件控制该快闪存储器的一控制器至一自动休眠模式。
14.如权利要求11所述的快闪存储器控制方法，其特征在于，该快闪存储器分级属清洁、且主机无发送来需要固件操作的命令时，或者，上述多个低效能区块的有效页全数搬走、且主机无发送来需要固件操作的命令时，提升该临界数量，以观察新一组的低效能区块，使该快闪存储器根据该新一组的低效能区块再次分级，并且在该快闪存储器再次分级属不清洁时将该新一组的低效能区块的有效数据搬移到其他区块。
15.如权利要求11所述的快闪存储器控制方法，其特征在于：
上述多个低效能区块中的有效数据根据一计时器采多时段方式搬移到其他区块，各时段结束后，所述快闪存储器控制方法更检查是否又接收到需要固件操作的命令；且
于一时段结束后若接收到需要固件操作的一命令，中断原本在执行的零散数据收集操作，以执行所接收的该命令。
16.如权利要求15所述的快闪存储器控制方法，其特征在于，侦测到需要固件操作的命令所引发的频繁中断事件时，延长该预设时间。
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