CN104133779A

CN104133779A - 非易失性存储装置及其动态调整映射方式的方法

Info

Publication number: CN104133779A
Application number: CN201310574133.5A
Authority: CN
Inventors: 吴翊诚; 刘亦峻
Original assignee: Skymedi Corp
Current assignee: Skymedi Corp
Priority date: 2013-05-02
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2014-11-05

Abstract

本发明公开了一种非易失性存储装置及其动态调整映射方式的方法，所述方法用于一非易失性存储器，该非易失性存储器包括有多个物理块，其中每一物理块包括有多个物理页。该方法包括有通过一第一映射单位，将多个逻辑地址映射至多个物理地址；通过该第一映射单位，将数据存储在该非易失性存储器；以及根据所存储的该数据，通过一第二映射单位，将至少一逻辑地址映射至至少一物理地址。

Description

非易失性存储装置及其动态调整映射方式的方法

技术领域

本发明涉及一种用于一非易失性存储器的动态调整映射方式的方法及其非易失性存储装置，尤其涉及一种可在非易失性存储器中，根据非易失性存储器内部的有效数据（Valid Data）数量，以通过群组映射或块映射方式，动态地将逻辑地址映射至物理地址的方法及其非易失性存储装置。

背景技术

存储器控制器常用于存储器系统（特别是非易失性存储器系统）中，用来进行工作管理。一般来说，当非易失性存储器系统的电源关闭时，存储在非易失性存储器系统的数据不会遗失，因此非易失性存储器系统可作为一种用来存储系统数据的重要装置。在各类非易失性存储器系统中，由于与非门闪速存储器（NAND Flash Memory）具有低功耗及速度快的优点，因此，伴随近年来可移动式装置的普及化，与非门闪速存储器已被广为采用。

在与非门闪速存储器中，读取／写入的操作是以分页为单位进行，抹除操作则是以区块为单位进行，其中，区块大小通常远大于分页大小。一般来说，一区块可由64或128个分页组成。当用户欲存取与非门闪速存储器的数据时，相对应的数据地址必须由逻辑块映射至物理块，常见的映射方法包括有页映射及块映射。根据页映射的方式，数据地址是由逻辑页映射至物理页。换句话说，当一页新数据欲写入存储器时，系统会分配一空白的物理页并将新数据写入此物理页。接着，至少一映射表则用来记录对应于数据逻辑页的物理页地址。然而，当系统使用页映射方法时，映射表会变得十分庞大。因此，若与非门闪速存储器中包括有大量有效数据并使用页映射方式存储时，当系统欲执行连续写入，存储器控制器需耗费许多资源来合并有效数据（例如：垃圾回收（Garbage Collection））及更新映射表，因而大幅降低与非门闪速存储器的写入效率。

为提升存储器的写入效率，可使用块映射的方式。根据块映射方式，数据地址是由逻辑块映射至物理块，因此映射表只需要记录对应于每一逻辑块的物理块地址。如上所述，区块大小远大于分页大小，表示在一存储器系统中，区块的数量远小于分页的数量，因此映射表的大小可大幅降低。根据块映射方式，当一第一区块中一分页的数据须更新时，系统会选择一第二区块并将新数据写入第二区块中相对应的物理页。此外，第一区块中其它分页的数据则必须复制到第二区块中相对应的分页。当系统包括大量有效数据且欲执行连续写入时，若使用块映射的方式进行，映射表更新的效率以及数据合并的效率可同时提升。

然而，当有效数据的数量较少时，即使只有一页数据需更新，块映射方式仍必须更新完整区块，使得数据写入效率大幅降低。因此，业界发展出一种可结合块映射及页映射的混合映射方式。混合映射方式是将物理块分割为页映射部分及块映射部分。然而，在公知混合映射系统中，套用页映射的物理块数量以及套用块映射的物理块数量都固定。套用页映射的物理块无法再转为使用块映射，且套用块映射的物理块无法再转为使用页映射。由于页映射及块映射方式在不同情况下会达到较佳效率，因此，上述混合映射系统无法在各种情况下享有页映射及块映射的优点。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用于一非易失性存储器的动态调整映射方式的方法及其非易失性存储装置，其可根据非易失性存储器内部的有效数据数量，在非易失性存储器中动态地使用群组映射或块映射方式将逻辑地址映射至物理地址。

本发明公开一种动态调整映射方式的方法，用于一非易失性存储器，该非易失性存储器包括有多个物理块，其中每一物理块包括有多个物理页。该方法包括有通过一第一映射单位，将多个逻辑地址映射至多个物理地址；通过该第一映射单位，将数据存储在该非易失性存储器；以及根据所存储的该数据，通过一第二映射单位，将至少一逻辑地址映射至至少一物理地址。

本发明还公开一种非易失性存储装置，包括有一非易失性存储器，包括有多个物理块，其中每一物理块包括有一多个物理页；以及一存储器控制器，耦接至该非易失性存储器。该存储器控制器通过执行以下步骤来动态调整该非易失性存储器的一映射方式：通过一第一映射单位，将多个逻辑地址映射至多个物理地址；通过该第一映射单位，将数据存储在该非易失性存储器；以及根据所存储的该数据，通过一第二映射单位，将至少一逻辑地址映射至至少一物理地址。

附图说明

图1为本发明实施例一非易失性存储装置的示意图。

图2为本发明实施例原来使用群组映射方式的一逻辑块重新安排使用块映射方式的示意图。

图3为本发明实施例非易失性存储器的区块数量分布示意图。

图4为本发明实施例一流程的示意图。

其中，附图标记说明如下：

10 非易失性存储装置

100 非易失性存储器

102 存储器控制器

B₁～B_N、C₁～C_M 物理块

LB1 逻辑块

LC1～LC12 逻辑群组

PB1～PB3、PBn 物理块

PC1～PC12、PC1’～PC12’ 物理群组

T(0)、T(X)、T(Y)、T(Z)、T(W)、T(S) 时间

40 流程

400～408 步骤

具体实施方式

请参考图1，图1为本发明实施例一非易失性存储装置10的示意图。如图1所示，非易失性存储装置10包括有一非易失性存储器100及一存储器控制器102。非易失性存储器100包括有多个物理块。若数据存储在非易失性存储器100的物理地址时，这些存储有数据的物理地址可通过群组映射或块映射方式映射至数据的逻辑地址，其它物理地址则为未映射状态。群组映射单位的大小小于页映射单位的大小，也因此远小于块映射单位的大小。存储器控制器102耦接至非易失性存储器100，可用来管理非易失性存储器100。

值得注意的是，存储器控制器102可动态调整存储在非易失性存储器100中数据的映射方式。更具体而言，原先使用块映射的区块可重新安排使用群组映射，而原先使用群组映射的区块可重新安排使用块映射。举例来说，若非易失性存储器100中包括有X个物理块，其中有N个物理块B₁～B_N使用块映射方式，M个物理块C₁～C_M使用群组映射方式，而N及M的数值可任意改变。在物理块B₁～B_N中，逻辑块地址映射至物理块地址；而在物理块C₁～C_M中，则是逻辑群组地址映射至物理群组地址。N为0到X之间的一数值，当N=0时，表示非易失性存储器100完全使用群组映射的方式。M也为一0到X之间的数值，当M=0时，表示非易失性存储器100完全使用块映射的方式。

如上所述，当有效数据的数量较少时，使用如页映射或群组映射等单位较小的映射方式具有较多优点，而当有效数据的数量较多时，则是使用块映射较佳。因此，有效数据的数量可作为临界值，用来判断欲使用块映射的物理块数量。在一实施例中，存储器控制器102可侦测非易失性存储器100的每一逻辑块中有效数据的数量。存储在逻辑块中的数据原来是通过群组映射方式映射至部分物理块中的物理群组，而当逻辑块中有效数据的数量超过一特定数量时，此逻辑块可重新安排使用块映射方式。详细来说，存储在相对应物理群组中的数据会先搬移至另一物理块，再使用块映射方式将数据的逻辑块映射至此物理块。

请参考图2，图2为本发明实施例原来使用群组映射方式的一逻辑块LB1重新安排使用块映射方式的示意图。如图2所示，逻辑块LB1包括有12个逻辑群组LC1～LC12，有效数据通过群组映射方式存储在每一逻辑群组中。逻辑群组LC1～LC4映射至一物理块PB1中的物理群组PC1～PC4，逻辑群组LC5～LC8映射至一物理块PB2中的物理群组PC5～PC8，而逻辑群组LC9～LC12映射至一物理块PB3中的物理群组PC9～PC12。当有效数据的数量超过特定数量使得逻辑块LB1转为使用块映射时，系统会分配一新的物理块PBn。每一物理群组PC1～PC12中的数据分别复制到物理块PBn中的物理群组PC1’～PC12’。接着，存储在物理群组PC1～PC12中的数据被标示为无效数据（Invalid Data）。因此，逻辑块LB1可使用块映射方式以取代群组映射方式，重新映射至物理块PBn。

在一实施例中，存储器控制器102可根据整个非易失性存储器100中所包括的有效数据数量来决定多个物理块中使用块映射方式的物理块数量。当有效数据的数量小于一临界值时，可分配较多物理块使用群组映射方式。当有效数据的数量大于临界值时，可分配较少物理块使用群组映射方式。举例来说，系统可设定非易失性存储器100中80%存储空间作为临界值。若非易失性存储器100内部大于80%存储空间存储有效数据时，可能有60%逻辑块通过块映射方式映射至物理块，以及40%逻辑块中的逻辑群组通过群组映射方式映射至物理块中的物理群组。若非易失性存储器100内部小于80%存储空间存储有效数据时，只有30%逻辑块通过块映射方式映射至物理块，其它70%逻辑块中的逻辑群组通过群组映射方式映射至物理块中的物理群组。

请参考图3，图3为本发明实施例非易失性存储器100的区块数量分布示意图。如图3所示，非易失性存储器100中每一物理块的状态可为一未映射的区块、一群组映射区块或一块映射区块。在时间T(0)，当非易失性存储器100执行完格式化以后或开始使用以前，非易失性存储器100中未存储任何数据。在此情况下，当一数据欲写入非易失性存储器100时，会先使用群组映射方式进行存储，如图3中的时间T(X)及T(Y)。由于有效数据的数量仍小于一特定临界值，因此逻辑地址及物理地址之间仍使用群组映射的方式。

当时间进行到T(Z)时，有效数据的数量超过特定临界值，因此系统开始使用块映射的方式进行存储。在一实施例中，当一特定逻辑块中有效数据的数量超过一临界值时，此逻辑块可改用块映射方式。详细来说，系统会分配一新的物理块，并将原来映射至此逻辑块中的逻辑群组的物理群组中的数据复制到新的物理块，因此逻辑块可通过块映射方式映射至新的物理块。在一实施例中，当整个非易失性存储器100中的有效数据数量超过一临界值时，存储器控制器102会分配部分原来使用群组映射的逻辑块改为使用块映射。一般来说，对于包括有较多有效数据的逻辑块而言，其重新安排使用块映射的可能性较高。

当时间进行到T(W)时，有效数据的数量持续增加并超过另一临界值，使得更多逻辑块改用块映射的方式映射至物理块。由于有效数据的数量过多，若使用群组映射方式时，在非易失性存储器100中收集有效数据的运作会耗费存储器控制器102的大量资源。在此情况下，系统倾向于对新抵达的数据采用块映射的方式，或者将原来使用群组映射方式的区块改用块映射的方式进行处理。

当时间进行到T(S)时，非易失性存储器100接收到一修剪（Trim）或丢弃（Discard）指令。由于修剪、平均读写及映射转换等操作，数据会在非易失性存储器100内部进行搬移，使得部分存储在非易失性存储器中的数据在搬移后被标示为无效数据。当无效数据的数量增加并占用大量存储空间时，存储器控制器102可通过垃圾回收来抹除无效数据，以清除存储器的存储空间。一般来说，对于包括有较多无效数据的物理块而言，其执行垃圾回收的可能性较高。在一物理块执行垃圾回收以后，此物理块的数据被清除而转为未映射状态，接着可用来存储新数据。如此一来，处在未映射状态的区块数量可因此而增加。

值得注意的是，本发明可动态调整非易失性存储器中逻辑地址及物理地址之间的映射方式，即使用群组映射或块映射。在存储空间中，物理块使用块映射或群组映射的比例可依据不同条件（例如有效数据的数量）而进行管理。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，在一逻辑块或非易失性存储器中作为临界值的有效资料数量可任意决定，此参数可根据系统需求而定，其目的在于使存储器的写入效率达到最佳化。此外，上述动态调整映射方式的方法适用于任何类型的非易失性存储器，其可包括但不限于单层单元与非门闪速存储器（SLC NAND Flash Memory）、多层单元与非门闪速存储器（MLC NAND Flash Memory）、磁阻式随机存取存储器（Magnetoresistive RAM，MRAM）或铁电随机存取存储器（FerroelectricRAM，FRAM）等。除此之外，使用块映射的区块以及使用群组映射的区块之间可根据任何原因或使用任何方式进行调整，其可包括但不限于上述通过有效数据数量的方式。

举例来说，动态使用块映射或群组映射的映射方式可根据抵达数据的特性来进行调整。若一数据欲写入非易失性存储器时，存储器控制器可判断此数据是为热数据（Hot Data）（例如小于4kB的数据）或冷数据（Cold Data）（如较大笔的资料）。若抵达的数据为热数据时，存储器控制器可通过群组映射方式将一逻辑地址映射至一物理地址。若抵达的数据为冷数据时，存储器控制器可通过块映射方式将一逻辑地址映射至一物理地址。

上述存储器控制器所执行的用于非易失性存储器中多个逻辑块的动态调整映射方式的方法可归纳为一流程40，如图4所示。流程40包括以下步骤：

步骤400：开始。

步骤402：通过一第一映射单位，将多个逻辑地址映射至多个物理地址。

步骤404：通过第一映射单位，将数据存储在非易失性存储器。

步骤406：根据所存储的数据，通过一第二映射单位，将至少一逻辑地址映射至至少一物理地址。

步骤408：结束。

上述实施例中可套用的映射方式包括有群组映射、页映射及块映射。值得一提的是，群组映射单位小于页映射单位，且页映射单位小于块映射单位。在上述实施例中，用于非易失性存储器的动态调整映射方式的方法是通过群组映射及块映射的交互运用来实现。在其它实施例中，用于非易失性存储器的动态调整映射方式的方法也可采用页映射及块映射交互运用的方式。一般来说，若存储器包括有较少有效数据时，使用页映射或群组映射方式（具有较小映射单位）较佳；若包括较多有效数据时，使用块映射方式（具有较大映射单位）较佳。

在公知技术中，若非易失性存储器中包括有大量有效数据并使用页映射方式存储时，当系统欲执行连续写入，存储器控制器需耗费许多资源来合并有效数据及更新映射表，因而大幅降低非易失性存储器的写入效率。若有效数据的数量较少且系统使用块映射方式时，即使只有一分页的数据需更新，控制器仍必须处理整个区块，使得数据写入效率大幅降低。即使系统使用混合映射的方式，套用页映射的区块数量以及套用块映射的区块数量都已固定。由于页映射及块映射方式在不同情况下会达到较佳效率，因此，此混合映射系统无法在各种情况下享有页映射及块映射的优点。相较之下，本发明提供一种用于非易失性存储器的动态调整映射方式的方法，可在不同条件之下，动态地通过群组映射方式或块映射方式将数据存储在非易失性存储器。因此，本发明的映射方式能够使非易失性存储器的写入效率达到最佳化。

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

1.一种动态调整映射方式的方法，用于一非易失性存储器，该非易失性存储器包括有多个物理块，其中每一物理块包括有多个物理页，该方法包括有：

通过一第一映射单位，将多个逻辑地址映射至多个物理地址；

通过该第一映射单位，将数据存储在该非易失性存储器；以及

根据所存储的该数据，通过一第二映射单位，将至少一逻辑地址映射至至少一物理地址。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该第一映射单位的大小小于该第二映射单位的大小。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该第一映射单位为一群组映射单位或一页映射单位，因此多个逻辑群组地址映射至多个物理群组地址或多个逻辑页地址映射至多个物理页地址，且第二映射单位为一块映射单位，因此至少一逻辑块地址映射至至少一物理块地址。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所存储的该数据，通过该块映射单位，将该至少一逻辑地址映射至该至少一物理地址的步骤包括有：

判断所存储的该数据中有效数据的数量。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该方法还包括有：

当该有效数据的数量增加时，增加该逻辑块地址映射至该物理块地址的一数量。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该方法还包括有：

当该有效数据的数量小于一临界值时，通过该群组映射单位或该页映射单位将数据存储在该非易失性存储器。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该方法还包括有：

当该有效数据的数量小于一临界值时，将一第一数量的该逻辑块地址映射至该物理块地址；以及

当该有效数据的数量大于或等于该临界值时，将一第二数量的该逻辑块地址映射至该物理块地址；

其中，该第一数量小于该第二数量。

8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，用来判断该有效数据的该数据是存储在该非易失性存储器中所有数据或存储在至少一逻辑块的数据。

9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，当一逻辑块中多个逻辑群组通过该群组映射单位映射至多个物理群组，且该逻辑块中该有效数据的数量超过一特定数量时，该方法还包括有：

将该有效数据从该多个物理群组搬移至一物理块；以及

改用该块映射单位，将该逻辑块映射至该物理块。

10.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该方法还包括有：

当数据的大小大于一临界值时，通过该块映射单位将该数据存储在该非易失性存储器。

11.如权利要求4所述的方法，其特征在于，当一逻辑块中多个逻辑页通过该页映射单位映射至多个物理页，且该逻辑块中该有效数据的数量超过一特定数量时，该方法还包括有：

将该有效数据从该多个物理页搬移至一物理块；以及

改用该块映射单位，将该逻辑块映射至该物理块。

12.一种非易失性存储装置，包括有：

一非易失性存储器，包括有多个物理块，其中每一物理块包括有一多个物理页；以及

一存储器控制器，耦接至该非易失性存储器，通过执行以下步骤来动态调整该非易失性存储器的一映射方式：

13.如权利要求12所述的非易失性存储装置，其特征在于，该第一映射单位的大小小于该第二映射单位的大小。

14.如权利要求13所述的非易失性存储装置，其特征在于，该第一映射单位为一群组映射单位或一页映射单位，因此多个逻辑群组地址映射至多个物理群组地址或多个逻辑页地址映射至多个物理页地址，且第二映射单位为一块映射单位，因此至少一逻辑块地址映射至至少一物理块地址。

15.如权利要求14所述的非易失性存储装置，其特征在于，根据所存储的该数据，通过该块映射单位，将该至少一逻辑地址映射至该至少一物理地址的步骤包括有：

判断所存储的该数据中有效数据的数量。

16.如权利要求15所述的非易失性存储装置，其特征在于，该存储器控制器还执行以下步骤，以动态调整该非易失性存储器的该映射方式：

17.如权利要求15所述的非易失性存储装置，其特征在于，该存储器控制器还执行以下步骤，以动态调整该非易失性存储器的该映射方式：

18.如权利要求15所述的非易失性存储装置，其特征在于，该存储器控制器还执行以下步骤，以动态调整该非易失性存储器的该映射方式：

其中，该第一数量小于该第二数量。

19.如权利要求15所述的非易失性存储装置，其特征在于，用来判断该有效数据的该数据是存储在该非易失性存储器中所有数据或存储在至少一逻辑块的数据。

20.如权利要求15所述的非易失性存储装置，其特征在于，当一逻辑块中多个逻辑群组通过该群组映射单位映射至多个物理群组，且该逻辑块中该有效数据的数量超过一特定数量时，该非易失性存储装置还执行以下步骤，以动态调整该非易失性存储器的该映射方式：

将该有效数据从该多个物理群组搬移至一物理块；以及

改用该块映射单位，将该逻辑块映射至该物理块。

21.如权利要求14所述的非易失性存储装置，其特征在于，该存储器控制器还执行以下步骤，以动态调整该非易失性存储器的该映射方式：

22.如权利要求15所述的非易失性存储装置，其特征在于，当一逻辑块中多个逻辑页通过该页映射单位映射至多个物理页，且该逻辑块中该有效数据的数量超过一特定数量时，该非易失性存储装置还执行以下步骤，以动态调整该非易失性存储器的该映射方式：

将该有效数据从该多个物理页搬移至一物理块；以及

改用该块映射单位，将该逻辑块映射至该物理块。