CN104077235A

CN104077235A - 分割物理块的方法及存储器系统

Info

Publication number: CN104077235A
Application number: CN201310218947.5A
Authority: CN
Inventors: 张钰堂
Original assignee: Skymedi Corp
Current assignee: Skymedi Corp
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2014-10-01
Also published as: US20140297921A1; TWI494761B; TW201437808A

Abstract

本发明公开了一种分割一存储器中的物理块的方法，包括有根据一连续写入的一数据长度及一物理块的大小，判断一子物理块大小值；将该物理块分割为多个子物理块，其中每一子物理块的大小等于该子物理块大小值；以及将多个逻辑块映射至该多个子物理块。

Description

分割物理块的方法及存储器系统

技术领域

本发明涉及一种分割一存储器系统中的物理块的方法及其存储器系统，尤其涉及一种可根据连续写入的资料长度及区块大小，将存储器中的物理块分割为子物理块的方法及其存储器系统。

背景技术

存储器控制器常见于存储器系统，尤其是非挥发性的存储器系统，用来进行存储器的工作管理。一般来说，由于存储在非挥发性存储器系统的数据在电源关闭以后仍不会遗失，因此非挥发性存储器系统成为一种可用来存储系统数据的重要媒介。在各种非挥发性存储器系统中，与非门型闪速存储器（NAND Flash Memory）具有低耗电及高速度的优点，因此被广为采用于可移动式电子装置中。

在与非门型闪速存储器中，读／写的操作以一页（Page）为单位来进行，而抹除的操作以一区块（Block）为单位来进行，其中一区块的大小往往远大于一页的大小。一般来说，一区块可能由64或128页所组成。当一用户欲存取与非门型闪速存储器的数据时，数据地址必须由逻辑部分映射至实体部分。常见的两种映射方法为页映射（Page Mapping）及块映射（Block Mapping）。根据页映射的方式，数据的地址是从逻辑页映射至实体页。换句话说，当一页新数据欲写入存储器时，可在存储器中找出一空的实体页来写入此新的数据。接着，一映射表记录实体页对应于逻辑页的地址。然而，当一存储器系统采用页映射方式时，映射表会变得十分庞大，因此需要使用大量的随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）来存储映射表。

为了降低用来存储映射表的随机存取存储器，存储器系统可改用块映射的方式。根据块映射的方式，数据地址是从逻辑块映射至物理块，因此映射表只需要记录物理块对应于逻辑块的地址。如上所述，一区块的大小远大于一页的大小，亦即每一存储器系统中，区块的数量远少于页的数量，因此映射表的大小可大幅降低。根据块映射的方式，当一页新数据欲写入一第一区块中某一页时，可选择一第二区块并将此页新数据写入第二区块中相对应的实体页地址。此外，第一区块其它页中的数据必须复制到第二区块中相对应的页数。举例来说，请参考图1，图1为一页新数据根据块映射机制写入一存储器系统10的示意图。如图1所示，存储器系统10包括四个具有逻辑块地址（Logical Block Address，LBA）L0～L3的逻辑块及四个具有物理块地址（Physical Block Address，PBA）P0～P3的物理块。假设逻辑块L0中的数据原本对应于物理块P1中的数据。当一页新数据N1写入存储器系统10中的逻辑块L0时，新数据N1不可直接写入物理块P1中相对应的页数，写入的动作必须执行完一物理块中每一页。存储器系统10先选择另一物理块（如P2），而新的数据及原来数据必须以一预设顺序写入物理块P2中每一页。详细来说，数据P1A从物理块P1复制到物理块P2中相对应的页数，接着再将新数据N1写入物理块P2。在新数据N1写入完成以后，再从物理块P1将数据P1B复制到物理块P2。最后，在映射表中修改纪录，改为逻辑块L0映射于物理块P2以取代P1，进而完成写入流程。

如上所述，即使只有一页的数据须写入存储器系统10，写入的动作必须执行于整个物理块，因而大幅降低效率。因此，业界发展出一种混合映射的方式，可结合块映射及页映射的特性。混合映射将物理块分割为页映射部分及块映射部分。当只有极少页的随机写入数据欲执行时，数据可配置在页映射的部分；当具有较长数据的连续写入欲执行时，数据可配置在块映射的部分。在块映射的部分中，若连续写入的数据长度与区块大小不同，仍会有部分原来区块中的旧数据必须复制到目标区块，这样的操作称为拷贝回存（CopyBack），会降低数据存取的效率。尤其是近年来，存储器系统的大小持续扩充，使得区块大小也逐渐增加。在此情况下，每一区块中可能有更多页需执行拷贝回存，因而使效率更低。有鉴于此，公知技术实有改进的必要。

发明内容

因此，本发明的主要目的即在于提供一种可根据连续写入的资料长度及区块大小，将存储器中的物理块分割为子物理块的方法及其存储器系统。

本发明公开一种分割一存储器中的物理块的方法，包括有根据一连续写入的一数据长度及一物理块的大小，判断一子物理块大小值；将该物理块分割为多个子物理块，其中每一子物理块的大小等于该子物理块大小值；以及将多个逻辑块映射至该多个子物理块。

本发明还公开一存储器系统，包括有一存储器；以及一存储器控制器。该存储器控制器具有一程序代码，该程序代码由一处理器执行，以进行分割该存储器中的物理块的方法，该方法包括有根据一连续写入的一数据长度及一物理块的大小，判断一子物理块大小值；将该物理块分割为多个子物理块，其中每一子物理块的大小等于该子物理块大小值；以及将多个逻辑块映射至该多个子物理块。

附图说明

图1为一页新数据根据块映射机制写入一存储器系统的示意图。

图2为本发明实施例执行于一存储器系统的一连续写入，其数据长度等于区块大小的示意图。

图3为本发明实施例执行于一存储器系统的一连续写入，其数据长度与区块大小不同的示意图。

图4为本发明实施例一存储器系统中物理块执行一连串连续写入的示意图。

图5为本发明实施例执行于另一存储器系统的一连续写入，其数据长度与区块大小不同的示意图。

图6为本发明实施例另一存储器系统中一物理块执行一连串连续写入的示意图。

其中，附图标记说明如下：

10 存储器系统

L0～L3 逻辑块地址

P0～P3 物理块地址

N1 新资料

P1A、P1B 资料

20 存储器系统

L20～L23 逻辑块地址

P20～P23 物理块地址

LX 资料

30 存储器系统

L30～L33 逻辑块地址

P30～P33 物理块地址

LY、LO 资料

40 存储器系统

LM、LN 资料

LM1～LM4、LN1～LN4 子资料

50 存储器系统

L50～L53、L50’～L53’ 逻辑块地址

P50～P53、P50’～P53’ 物理块地址

60 存储器系统

LM’、LN’ 子资料

具体实施方式

如上所述，存储器系统可使用一种同时具有页映射及块映射功能的混合映射方法，以同时适应随机写入及连续写入两种写入方式。根据块映射方式，不论是否有整个区块的数据须进行写入，写入数据的运作必须执行于区块中每一页。若欲写入数据的大小只有数页且少于一区块的大小时，必须从原来区块中其它页复制数据至相对应页数中，此即拷贝回存（Copy Back）。若有较多页需执行拷贝回存时，连续写入的效率会降低。

请参考图2，图2为本发明实施例执行于一存储器系统20的一连续写入，其数据长度等于区块大小的示意图。如上所述，当区块大小不等于连续写入的数据长度时，将会有数页需执行拷贝回存；亦即，原来区块中部分旧数据会被复制到目标区块。当区块大小等于连续写入的数据长度时，则不会有任何一页需执行拷贝回存，可使效率达到最高。如图2所示，存储器系统20也包括四个具有逻辑块地址（Logical Block Address，LBA）L20～L23的逻辑块以及四个具有物理块地址（Physical Block Address，PBA）P20～P23的物理块。假设数据长度4MB的一连续写入数据LX欲写入存储器系统20时，连续写入数据LX可存储在逻辑块L20。在此情况下，由于区块大小也等于4MB，逻辑块L20可直接映射至物理块P21。

如此一来，当一连串连续写入数据持续写入存储器系统20，且每一连续写入的长度都等于4MB时，每一连续写入可分别执行于存储器系统20中一区块的每一页。在此情况下，将不会有任何页需要执行拷贝回存，因此，连续写入的效率可达到最高。

在某些实施例中，连续写入的数据长度可能与区块大小不同。请参考图3，图3为本发明实施例执行于一存储器系统30的一连续写入，其数据长度与区块大小不同的示意图。如图3所示，存储器系统30包括四个具有逻辑块地址L30～L33的逻辑块以及四个具有物理块地址P30～P33的物理块。与存储器系统20不同之处在于，存储器系统30中每一逻辑块及物理块的区块大小为3MB而不是4MB。当数据长度等于4MB的一连续写入数据LY欲写入存储器系统30时，数据LY须占用一又三分之一个逻辑块，因此，三分之一个额外的物理块必须用来存储数据LY。当存储器系统30使用公知块映射方式时，将会有三分之二个物理块必须用来存储原来映射至逻辑块地址L31的其它数据LO。为避免连续写入的数据长度及区块大小的差异所造成的拷贝回存，物理块可分割为多个子物理块，以确保连续写入可执行于一单独子物理块中的每一页。如图3所示，每一物理块可分割为三个子物理块，且每一子物理块的大小都等于1MB。由于数据LY的长度等于4MB，数据LY刚好可存储在四个子物理块。详细来说，数据LY可分割为子资料LY1～LY4，而每一子资料的大小等于1MB。子数据LY1～LY4可分别存储在不同子物理块，在此情况下，逻辑块可映射至子物理块，且整个子物理块都可用来存储子数据，不会有任何多余页需执行拷贝回存。如此一来，连续写入的效率可达到最高。

请参考图4，图4为本发明实施例一存储器系统40中物理块P40～P42执行一连串连续写入的示意图。如图4所示，当包括有长度为4MB的一连串连续写入数据LM及LN欲写入存储器系统40，且存储器系统40的区块大小等于3MB时，数据LM及LN可各自分割为四个子数据LM1～LM4及LN1～LN4，且每一子数据的数据长度等于1MB。每一物理块P40～P42都可分割为三个子物理块，且每一子物理块的大小等于1MB。子物理块可用来存储每一子数据LM1～LM4及LN1～LN4。因此，逻辑块可映射至子物理块，且没有任何多余页需执行拷贝回存。

在多数情况下，物理块分割为子物理块的目的在于避免物理块中部分页需执行拷贝回存因而存储到不需要的数据。因此，子物理块的大小可根据连续写入的资料长度及区块大小来决定。更具体而言，子物理块的大小可设定为连续写入的数据长度及区块大小的最大公因数。如图3所示，连续写入的数据长度为4MB且区块大小为3MB，因此子物理块的大小可通过计算连续写入的数据长度（4MB）及区块大小（3MB）的最大公因数而取得；亦即，子物理块的大小为1MB。

通常区块大小会等于一特定数量的最小单位，而此特定数量为2的幂次方，此最小单位为存储器的一最小执行单位。举例来说，当区块以MB为最小单位且区块大小等于1MB、2MB或4MB时，4MB的连续写入数据会占用一或多个完整的逻辑块。每一逻辑块可分别映射至一物理块，且连续写入的数据可存储在完整的物理块。因此，没有任何页需执行拷贝回存。另一方面，若此特定数量不为2的幂次方时，例如区块大小等于3MB或5MB时，4MB的连续写入数据不会占用完整的逻辑块。在此情况下，则必须将物理块分割为子物理块再进行写入。

值得注意的是，只要没有任何页需执行拷贝回存使得区块中不需存储其它数据时，分割可依照任何方式进行。若子物理块大小值较小时，没有任何页需执行拷贝回存的机率更高，但系统需要更多随机存取存储器来存储映射表。根据上述实施例，当子物理块大小值设定为连续写入的数据长度及区块大小的最大公因数时，不需执行拷贝回存，且用来存储映射表的随机存取存储器可达到最小。

在部分实施例中，即使区块大小等于特定数量的最小单位，且此特定数量为2的幂次方，连续写入的数据（4MB）也可能无法恰好占用一个或数个完整的逻辑块。此时区块大小可能为8MB、16MB等。在此情况下，连续写入的数据仅占用部分逻辑块，且当逻辑块映射至物理块时，物理块中仍有数页需执行拷贝回存，因而降低数据存取的效率。因此，物理块仍必须进行分割，以避免拷贝回存的发生。

请参考图5，图5为本发明实施例执行于另一存储器系统50的一连续写入，其数据长度与区块大小不同的示意图。如图5所示，存储器系统50中的存储器由两个子存储器所组成，其中一子存储器包括有4个具有逻辑块地址L50～L53的逻辑块，另一子存储器包括有4个具有逻辑块地址LBAL50’～L53’的逻辑块。具有物理块地址P50～P53及P50’～P53’的相对应物理块也包括在存储器系统50中。两个子存储器中所有逻辑块及物理块的大小都等于4MB。由于存储器系统50中每一物理块都由子存储器中两个物理块所组成，存储器系统50中物理块的大小等于8MB。详细来说，第一子存储器中每一物理块P50～P53与第二子存储器中一相对应物理块P50’～P53’可相互结合，所产生的区块大小为原来物理块的大小的两倍，即8MB。在此情况下，当连续写入的数据长度等于4MB时，连续写入的数据会存储在半个物理块。为了避免拷贝回存执行于另外半个物理块，可将此物理块分割为2个子物理块，且每一子物理块的大小等于4MB，即等于连续写入的数据长度。如此一来，连续写入可执行于完整的子物理块，且没有任何多余页需执行拷贝回存，使得连续写入的效率达到最大值。

值得注意的是，在上述实施例中，区块大小为8MB而连续写入的数据长度为4MB。连续写入的数据长度及区块大小的最大公因数等于4MB。因此，最佳的分割方式是将子物理块大小分割为4MB，使逻辑块可映射至完整的子物理块，如图5所示。

同样地，请参考图6，图6为本发明实施例另一存储器系统60中一物理块执行一连串连续写入的示意图。如图6所示，当包括有长度等于4MB的数据LM’及LN’的一连串连续写入执行于存储器系统60，且存储器系统60中区块的大小等于8MB时，物理块P60可分割为两个子物理块，其中一子物理块可存储数据LM’而另一子物理块可存储数据LN’。因此，逻辑块可映射至完整的子物理块，且没有任何多余页需执行拷贝回存。

值得注意的是，在存储器系统50及60中，物理块分割为大小值等于4MB的子物理块，因此，长度为4MB的连续写入数据可写入一子物理块中所有页，且没有任何页需执行拷贝回存。物理块也可使用其它方法进行分割，以确保连续写入可执行于完整的区块以避免拷贝回存。其它可实行的子物理块大小值为2MB或1MB，然而，相较于子物理块大小值等于4MB的分割方式，较细的分割方式需占用更多随机存取存储器来存储映射表。因此，最佳的分割方式是调整子物理块的大小使其等于连续写入的数据长度及区块大小的最大公因数。另一方面，上述实施例的存储器系统20，30，40，50及60中使用的分割方式更适用于一连串具有相同长度连续写入数据。当具有不同长度的连续写入数据欲写入时，也可使用上述分割方式，在此情况下，则无可避免地有数页需执行拷贝回存。

值得注意的是，本发明的主要精神在于提供一种可根据一连续写入的数据长度及存储器的区块大小，将存储器中的物理块分割为子物理块的方法。本领域的技术人员当可据以修饰或变化，而不限于此。举例来说，虽然上述实施例中连续写入的数据长度都为4MB，但数据长度也可能是2MB、8MB或任何其它长度。在上述实施例中，当区块大小等于2.5MB或3.5MB时，若区块大小及数据长度的单位为MB，则无法以最大公因数作为分割的依据。在此情况下，可定义一页为单位。举例来说，若区块大小等于3.5MB且每一页的大小等于16kB，则一物理块包括有224页。当一连串数据长度等于4MB的连续写入数据欲写入存储器系统时，每一连续写入可包括256页的数据，子物理块的大小可设定为224页及256页的最大公因数；亦即，子物理块大小值等于32页的大小或0.5MB。

上述实施例都有益于使用块映射机制的存储器系统，其物理块可根据区块大小及连续写入的资料长度来进行分割。更具体而言，本发明的实施例可用于各类型的非挥发性存储器。非挥发性存储器包括与非门型闪速存储器或其它类型的存储器，在非挥发性存储器中，数据写入以前必须先将原来的数据抹除，且区块大小即为用来抹除数据的最小单位的大小。由于区块大小等于用来抹除数据的最小单位的大小，且远大于一页的大小（用来读／写数据的最小单位大小），若欲写入的数据无法写入一区块中的每一页，拷贝回存需执行于部分页中，因而降低数据存取的效率。在此情况下，本发明分割物理块的方法可用于避免拷贝回存的发生。近年来，存储器系统的大小逐渐扩充，使得区块大小也随之而扩大，若连续写入的数据长度为固定值时，拷贝回存可能需要执行于每一物理块中更多页。因此，本发明的实施例更适用于容量更大的存储器系统。

在公知技术中，当只有一页的数据须写入存储器系统时，写入的动作必须执行于整个物理块，因而大幅降低效率。即使使用混合映射的方式，当连续写入的数据长度与区块大小不同时，仍会有数笔旧数据须从原来的区块复制到目标区块，此拷贝回存的步骤同样会降低数据存取的效率。相较之下，本发明提供一种在存储器系统中分割物理块的方法，而物理块可根据连续写入的资料长度及原来的区块大小分割为子物理块。如此一来，需执行拷贝回存的页数可达到最小，使数据存取的效率达到最大。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种分割一存储器中的物理块的方法，包括有：

根据一连续写入的一数据长度及一物理块的大小，判断一子物理块大小值；

将该物理块分割为多个子物理块，其中每一子物理块的大小等于该子物理块大小值；以及

将多个逻辑块映射至该多个子物理块。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据该连续写入的该数据长度及该物理块的大小，判断该子物理块大小值的步骤包括将该子物理块大小值设定为该连续写入的该数据长度及该物理块大小的一最大公因数。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，一连串的连续写入持续执行于该存储器，且每一连续写入的长度等于该数据长度。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该存储器是一非挥发性存储器。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该非挥发性存储器是一与非门型闪速存储器。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当一第二数据写入该存储器以前，必须先在该存储器中抹除一第一数据，而该物理块的大小等于抹除该第一数据的一最小单位的大小。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该存储器是由二子存储器所组成，而该物理块的大小等于该子存储器中原来的一物理块的两倍大小。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该物理块的大小等于一特定数量的最小单位，其中该特定数量非2的幂次方。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该最小单位为该存储器的一最小执行单位。

10.一存储器系统，包括有：

一存储器；以及

一存储器控制器，具有一程序代码，该程序代码由一处理器执行，以进行分割该存储器中的物理块的方法，该方法包括有：

将多个逻辑块映射至该多个子物理块。

11.如权利要求10所述的存储器系统，其特征在于，根据该连续写入的该数据长度及该物理块的大小，判断该子物理块大小值的步骤包括将该子物理块大小值设定为该连续写入的该数据长度及该物理块大小的一最大公因数。

12.如权利要求10所述的存储器系统，其特征在于，一连串的连续写入持续执行于该存储器，且每一连续写入的长度等于该数据长度。

13.如权利要求10所述的存储器系统，其特征在于，该存储器是一非挥发性存储器。

14.如权利要求13所述的存储器系统，其特征在于，该非挥发性存储器是一与非门型闪速存储器。

15.如权利要求10所述的存储器系统，其特征在于，当一第二数据写入该存储器以前，必须先在该存储器中抹除一第一数据，而该物理块的大小等于抹除该第一数据的一最小单位的大小。

16.如权利要求10所述的存储器系统，其特征在于，该存储器是由二子存储器所组成，而该物理块的大小等于该子存储器中原来的一物理块的两倍大小。

17.如权利要求10所述的存储器系统，其特征在于，该物理块的大小等于一特定数量的最小单位，其中该特定数量非2的幂次方。

18.如权利要求17所述的存储器系统，其特征在于，该最小单位为该存储器的一最小执行单位。