CN104346286B - 数据储存装置以及快闪存储器控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭露一种数据储存装置、及其快闪存储器的控制方法。快闪存储器的实体空间包括多个区块。一控制器用于管理该等区块，使该等区块部分选入闲置队列以待配置作系统区块或作数据区块，此外，部分该等区块则是选入冻结队列冻结不用。该控制器更监控该冻结队列以及该闲置队列内各区块的抹除计数。当冻结队列额满、且闲置队列有区块的抹除计数超越该冻结队列任一区块的抹除计数时，控制器将该冻结队列中抹除计数最低的区块自该冻结队列释放，并将该闲置队列中抹除计数最高的区块改选入该冻结队列冻结不用，使该快闪存储器的抹写平均。
Description
技术领域
本发明是有关于数据储存装置，特别有关于快闪存储器(FLASH memory)的平均抹写(wear leveling)。
背景技术
现今数据储存装置常以快闪存储器(FLASH memory)为储存媒体。以与非门型的快闪存储器(即NAND FLASH)为例，常用作存储卡(memory card)、通用序列总线闪存装置(USBflash device)、固态硬盘(SSD)…等产品。另外有一种应用是采多芯片封装、将NAND FLASH芯片与控制芯片包成一颗芯片─称为嵌入式快闪存储器模块(eMMC)。
快闪存储器的实体空间通常包括数个区块(blocks)。一区块需要完整抹除(erase)后方能被重新配置。然而，一区块的可抹除次数有限，抹写过多次的区块会损坏。为了延长快闪存储器的寿命，平均抹写(wear leveling)为本技术领域一项重要课题，目的是使不同区块的抹写次数差异不过大。
发明内容
本发明揭露一种数据储存装置以及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控制器以及一快闪存储器。该快闪存储器的实体空间包括数个区块。该控制器是用于管理该等区块，使该等区块部分选入闲置队列以待配置作系统区块或作数据区块，并使该等区块部分选入冻结队列冻结不用。该控制器更监控该冻结队列以及该闲置队列内各区块的抹除计数。当该冻结队列额满、且该闲置队列有区块的抹除计数超越该冻结队列任一区块的抹除计数时，该控制器将该冻结队列中一第一区块自该冻结队列释放，并将该闲置队列中一第二区块改选入该冻结队列冻结不用，使该快闪存储器的抹写平均。该第一区块可为该冻结队列中抹除计数最低或者次低的区块，亦可为属于较低抹除计数的该群区块中任选其一。该第二区块可为该闲置队列中抹除计数最高或者次高的区块，亦可为属于较高抹除计数的该群区块中任选其一。
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：管理一快闪存储器的数个区块，使该等区块部分选入闲置队列以待配置作系统区块或作数据区块，并使该等区块部分选入冻结队列冻结不用；监控该冻结队列以及该闲置队列内各区块的抹除计数；以及，当该冻结队列额满、且该闲置队列有区块的抹除计数超越该冻结队列任一区块的抹除计数时，将该冻结队列中一第一区块自该冻结队列释放，并将该闲置队列中一第二区块改选入该冻结队列冻结不用，使该快闪存储器的抹写平均。该第一区块可为该冻结队列中抹除计数最低或者次低的区块，亦可为属于较低抹除计数的该群区块中任选其一。该第二区块可为该闲置队列中抹除计数最高或者次高的区块，亦可为属于较高抹除计数的该群区块中任选其一。
下文特举实施例，并配合所附图示，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；且
图2为流程图，说明本案技术于平均抹写(wear-leveling)管理的一种实施方式。
符号说明：
102～数据储存装置；
104～快闪存储器；
106～控制器；
108～闲置队列；
110～系统区块；
112～数据区块；
114～冻结队列；
116～随机存取存储器；
118～闲置队列管理表；
120～冻结队列管理表；
122～抹除纪录表；
124～主机；
126～自由区块；以及
S202-S216～步骤。
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书界定之。
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102。数据储存装置102包括一快闪存储器(FLASH memory)104以及一控制器106。快闪存储器104的实体空间包括数个区块(blocks，皆以BLK标号)。控制器106是用于管理该等区块BLK。在该控制器106操作下，该等区块部分选入一闲置队列(spare queue)108，以待配置作系统区块(system blocks)110储存系统信息、或待配置作数据区块(data blocks)112作数据储存(data storage)。此外，该控制器106更包括使该等区块部分选入一冻结队列(jail queue)114冻结不用。该控制器106更监控该冻结队列114以及该闲置队列108内各区块BLK的抹除计数(erase count)。当该冻结队列114额满、且该闲置队列108有区块的抹除计数超越该冻结队列114任一区块的抹除计数时，该控制器106将该冻结队列114中抹除计数最低的区块自该冻结队列114释放，并将该闲置队列108中抹除计数最高的区块改选入该冻结队列114冻结不用。如此一来，抹除次数最逼近临界的该些区块可确实冻结在冻结队列114中，不会被错误选入闲置队列108再遭抹写、配置使用。以上方法使快闪存储器104的抹写更为平均，快闪存储器104的寿命显著延长。
在其他实施方式中，自冻结队列114释放的区块可有其他选择，例如，可为该冻结队列114中抹除计数次低的区块，或者，亦可自该冻结队列114中属于较低抹除计数的该群区块中任选其一作释放。
此外，在其他实施方式中，由闲置队列108改选入冻结队列114冻结不用的区块亦可有其他选择，例如，可为该闲置队列108中抹除计数次高的区块，或者，亦可自该闲置队列108中属于较高抹除计数的该群区块中任选其一。
针对闲置队列108、冻结队列114以及其中区块的抹除计数，图1所示的实施方式是于所揭露的数据储存装置102中更设置一随机存取存储器116，在控制器106的控制下，以管理表格(table management)方式即时翻新监控之。藉经由该随机存取存储器116而即时翻新的管理表格包括一闲置队列管理表118、一冻结队列管理表120以及一抹除纪录表122。闲置队列管理表118纪录该闲置队列108所涵括的区块。冻结队列管理表120纪录该冻结队列114所涵括的区块。抹除纪录表122纪录该快闪存储器104各区块的抹除计数。控制器106可基于随机存取存储器116所储存的管理表格118、120以及122的内容达到闲置队列108以及冻结队列114的区块的抹除计数监控，且该控制器106是直接在随机存取存储器116上对管理表格118、120以及122作更新。管理表格118、120以及122可定期、或随电源关闭由控制器106复制储存至快闪存储器104的系统区块110，供下次上电时读出使用。
如图1所示，数据储存装置102可连结一主机124由该主机124控制。本案所揭露的数据储存装置可实现为存储卡(memory card)、通用序列总线闪存装置(USB flashdevice)、固态硬盘(SSD)…等产品。另外有一种实施方式是采多芯片封装、将NAND FLASH芯片与控制芯片包成一颗芯片─称为嵌入式快闪存储器模块(eMMC)，可安装于行动装置如智慧型手机上，作其储存媒体。
以智慧型手机为例，其使用状态可能有以下状况。快闪存储器104已铺写大量数据，多数的区块已配置为数据区块112，仅余少量的区块得以应用。由于智慧型手机使用者常有随意浏览网页即关闭萤幕休眠的类的反复操作，有限的可应用区块会反复抹写来应付网页浏览、与断电/上电(power cycle)系统信息纪录…等需求。如此一来，该些区块的抹写计数会暴冲。本发明所揭露的技术在此状况有其显著效果，濒临损坏的区块可确实冻结为冻结队列114，快闪存储器104寿命有效延长。
图2为流程图，说明本案技术于平均抹写管理的一种实施方式，可由控制器106执行实现，以下搭配图1编号说明之。
步骤S202是对闲置队列108的区块数量作监控，若闲置队列108的区块数量不足(如，低于一临界值)，则执行步骤S204，添补该闲置队列108的区块(如，从自由区块126中择一添补至闲置队列108)，并递增所新添补的区块的抹除计数(如，作EraseCnt++运算，EraseCnt为该新添补的区块的抹除计数)。步骤S206负责判断上述新添补的区块的抹除计数EraseCnt是否大于该快闪存储器104所有区块中的最小抹除计数(称EraseCntmin)至少一冻结临界标准(称THjail)。若EraseCnt-EraseCntmin<THjail，则回到步骤S202对闲置队列108的区块数量持续监控。若EraseCnt-EraseCntmin≥THjail，则执行步骤S208，判断冻结队列114是否额满(冻结队列114可容纳的数量可于开卡前定义)。若冻结队列114尚未额满，则执行步骤S210，步骤S204所新添补的区块将不被归属至闲置队列108，而是改选入该冻结队列114冻结不用。反之，若冻结队列114额满，则执行步骤S212，比较该冻结队列114以及该闲置队列108内各区块的抹除计数。步骤S214用于判断该冻结队列114是否有任一区块的抹除计数被闲置队列108的区块超越。若冻结队列114内的区块仍是较濒临损坏的区块，则可回到步骤S202对闲置队列108的区块数量持续监控。若闲置队列108有区块的抹除计数大于该冻结队列114任一区块，则执行步骤S216。步骤S216是将该冻结队列114中抹除计数最低的区块自该冻结队列114释放，并将该闲置队列108中抹除计数最高的区块改选入该冻结队列114冻结不用。如此一来，抹除次数最逼近临界的该些区块可确实冻结在冻结队列114中，不会被错误选入闲置队列108再遭抹写、配置使用。
上述实施方式所述的控制器106可包括运算单元与只读处理器(ROM)。以上所揭露的各技术步骤可以程序化方式呈韧体实现，相关程序码是载于只读存储器中，由运算单元执行之。此外，其他采用同样概念控制一快闪存储器的技术都属于本案所欲保护的范围。本案更涉及快闪存储器的控制方法，不限定以特定架构的控制器实现。
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 (18)
1.一种数据储存装置，其特征在于，包括：
一快闪存储器，其实体空间包括数个区块；
一控制器，用以管理上述数个区块、一闲置队列及一冻结队列，并使部分被选入冻结队列的该等区块冻结不用，
其中：
该控制器更监控该冻结队列以及该闲置队列内各区块的抹除计数；且
当该冻结队列额满、且该闲置队列有区块的抹除计数超越该冻结队列任一区块的抹除计数时，该控制器将该冻结队列中的一第一区块自该冻结队列释放，并将该闲置队列中的一第二区块选入该冻结队列。
2.如权利要求1所述的数据储存装置，其特征在于，该第一区块是该冻结队列中抹除计数最低的区块。
3.如权利要求1所述的数据储存装置，其特征在于，该第二区块是该闲置队列中抹除计数最高的区块。
4.如权利要求1所述的数据储存装置，其特征在于，该第一区块是该冻结队列中抹除计数次低的区块。
5.如权利要求1所述的数据储存装置，其特征在于，该第二区块是该闲置队列中抹除计数次高的区块。
6.如权利要求1所述的数据储存装置，其特征在于，
该控制器包括在该闲置队列的区块数量不足时添补该闲置队列的区块，并递增所新添补的区块的抹除计数。
7.如权利要求6所述的数据储存装置，其特征在于，
上述新添补的区块的抹除计数大于该快闪存储器所有区块的最小抹除计数至少一冻结临界标准、且该冻结队列尚未满额时，该控制器将上述新添补的区块改选入该冻结队列冻结不用。
8.如权利要求1所述的数据储存装置，其特征在于，更包括：
一随机存取存储器，由该控制器控制，作一闲置队列管理表、一冻结队列管理表以及一抹除纪录表的即时翻新，
其中：
该闲置队列管理表纪录该闲置队列所涵括的区块；
该冻结队列管理表纪录该冻结队列所涵括的区块；且
该抹除纪录表纪录该快闪存储器各区块的抹除计数。
9.如权利要求8所述的数据储存装置，其特征在于，
该控制器更自该随机存取存储器将上述闲置队列管理表、冻结队列管理表以及抹除纪录表复制储存至该快闪存储器的系统区块，供再次上电时读出使用。
10.一种快闪存储器控制方法，其特征在于，包括：
管理一快闪存储器的数个区块、一闲置队列及一冻结队列，并使部分被选入冻结队列的该等区块冻结不用；
监控该冻结队列以及该闲置队列内各区块的抹除计数；以及
当该冻结队列额满、且该闲置队列有区块的抹除计数超越该冻结队列任一区块的抹除计数时，将该冻结队列中一第一区块自该冻结队列释放，并将该闲置队列中一第二区块改选入该冻结队列。
11.如权利要求10所述的快闪存储器控制方法，其特征在于，该第一区块是该冻结队列中抹除计数最低的区块。
12.如权利要求10所述的快闪存储器控制方法，其特征在于，该第二区块是该闲置队列中抹除计数最高的区块。
13.如权利要求10所述的快闪存储器控制方法，其特征在于，该第一区块是该冻结队列中抹除计数次低的区块。
14.如权利要求10所述的快闪存储器控制方法，其特征在于，该第二区块是该闲置队列中抹除计数次高的区块。
15.如权利要求10所述的快闪存储器控制方法，其特征在于，更包括：
在该闲置队列的区块数量不足时添补该闲置队列的区块，并递增所新添补的区块的抹除计数。
16.如权利要求15所述的快闪存储器控制方法，其特征在于，更包括：
在上述新添补的区块的抹除计数大于该快闪存储器所有区块的最小抹除计数至少一冻结临界标准、且该冻结队列尚未满额时，将上述新添补的区块改选入该冻结队列冻结不用。
17.如权利要求10所述的快闪存储器控制方法，其特征在于，更包括：
于一随机存取存储器作一闲置队列管理表、一冻结队列管理表以及一抹除纪录表的即时翻新，
其中：
该闲置队列管理表纪录该闲置队列所涵括的区块；
该冻结队列管理表纪录该冻结队列所涵括的区块；且
该抹除纪录表纪录该快闪存储器各区块的抹除计数。
18.如权利要求17所述的快闪存储器控制方法，其特征在于，更包括：
自该随机存取存储器将上述闲置队列管理表、冻结队列管理表以及抹除纪录 表复制储存至该快闪存储器的系统区块，供再次上电时读出使用。
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| GR01 | Patent grant | ||
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