CN104461379A - 提高nand闪存的稳定性的方法和nand闪存 - Google Patents

提高nand闪存的稳定性的方法和nand闪存 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种提高NAND闪存的稳定性的方法和NAND闪存。本发明实施例方法包括：确定对NAND闪存的访问操作；当所述访问操作为读操作时，判断所述读操作的对象页的ECC错误比特是否可纠正，若否，则记录所述读操作的对象页处于老化状态；当所述访问操作为擦除操作时，判断所述擦除操作的对象块中是否包含处于老化状态的页，若是，则停止对所述擦除操作的对象块的后续使用。本发明实施例能够解决NAND反复写入/擦除导致数据存储不可靠的问题。

Description

提高NAND闪存的稳定性的方法和NAND闪存
技术领域
本发明涉及存储技术领域，尤其涉及一种提高NAND闪存的稳定性的方法和NAND闪存。
背景技术
多层单元闪存(英文：Multi-Level Cell NAND，MLC NAND)的特点是容量大成本低，存储不稳定，出错的几率较大，需要进行错误修正才能使用。大容量的MLC NAND一般采用可以纠错的错误检查和纠正(英文：ErrorCorrecting Code，缩写：ECC)编码来保证存储数据的完整性。
然而，随着MLC NAND的存储单元进行写擦除操作的次数增多，MLCNAND的寿命会逐渐降低，导致MLC NAND中数据存储不可靠。固态存储设备(英文：Solid State Drive，缩写：SSD)中的NAND常用的一种解决方法如下。假定距离SSD的一些数据的上次写入已有一段时间，当SSD加电时，在SSD中启动后台任务来扫描NAND中所有数据。在该后台任务中，在驱动器的空闲时期内，驱动器的整个内容都被读取。当某个位置被读取时，如果在施加对错误的校正之前该位置的错误比特超过“比特错误阈值”，则可以假定该位置只是勉强地保存着数据，因此刷新/重写NAND位置，也即校正后的数据应当被重写到新的位置，但也有可能重写到当前位置。
然而，上述处理过程比较复杂，需要搬移数据。而且后台任务和正常输入/输出(英文：input/output，缩写：I/O)命令不能同时执行，因此上述后台任务运行时会增加正常I/O命令的响应时间。而且，校正后的数据有可能被写到当前位置，导致该当前位置存储的数据可能不稳定。
发明内容
本发明实施例提供了一种提高NAND闪存的稳定性的方法和NAND闪存，用于解决NAND反复写入/擦除导致数据存储不可靠的问题。
本发明实施例第一方面提供一种提高NAND闪存的稳定性的方法，包括：
确定对NAND闪存的访问操作；
当所述访问操作为读操作时，判断所述读操作的对象页的ECC错误比特是否可纠正，若否，则记录所述读操作的对象页处于老化状态；
当所述访问操作为擦除操作时，判断所述擦除操作的对象块中是否包含处于老化状态的页，若是，则停止对所述擦除操作的对象块的后续使用。
结合本发明实施例的第一方面，本发明实施例的第一方面的第一种实现方式中，所述方法还包括：
若所述读操作的对象页的ECC错误比特可纠正，则判断所述读操作的对象页的ECC错误比特值是否大于等于预置数值，若是，则记录所述读操作的对象页处于老化状态。
结合本发明实施例的第一方面，本发明实施例的第一方面的第二种实现方式中，所述方法还包括：
若所述擦除操作的对象块不包含处于老化状态的页，则执行擦除操作；
若所述擦除操作不成功，则停止对所述擦除操作的对象块的后续使用。
结合本发明实施例的第一方面，本发明实施例的第一方面的第三种实现方式中，所述NAND闪存中每个存储单元大于或者等于2比特。
本发明实施例第二方面提供一种NAND闪存，包括：
确定模块，用于确定对NAND闪存的访问操作；
判断模块，用于当所述访问操作为读操作时，判断所述读操作的对象页的ECC错误比特是否可纠正；还用于当所述访问操作为擦除操作时，判断所述擦除操作的对象块中是否包含处于老化状态的页；
执行模块，用于当所述判断模块确定所述读操作的对象页的ECC错误比特可纠正时，记录所述读操作的对象页处于老化状态；还用于当所述判断模块确定所述擦除操作的对象块中包含处于老化状态的页时，停止对所述擦除操作的对象块的后续使用。
结合本发明实施例的第二方面，本发明实施例的第二方面的第一种实现方式中，所述判断模块还用于当确定所述读操作的对象页的ECC错误比特可纠正时，判断所述读操作的对象页的ECC错误比特值是否大于等于预置数值；
所述执行模块还用于当所述判断模块确定所述读操作的对象页的ECC错误比特值大于等于预置数值时，记录所述读操作的对象页处于老化状态。
结合本发明实施例的第二方面，本发明实施例的第二方面的第二种实现方式中，所述执行模块还用于当所述判断模块确定所述擦除操作的对象块不包含处于老化状态的页，执行擦除操作；还用于在所述擦除操作不成功时，停止对所述擦除操作的对象块的后续使用。
结合本发明实施例的第二方面，本发明实施例的第二方面的第三种实现方式中，所述NAND闪存中每个存储单元大于或者等于2比特。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明实施例中，通过在读操作时把ECC错误比特不可纠正的页记录为处于老化状态，并在擦除操作时当确定所要擦除的块中包含有处于老化状态的块时停止对该块的后续使用，这样，可以提前识别出可能老化的存储块并放弃使用该存储块，通过放弃该部分存储块来换取NAND闪存的存储数据的稳定性；而且，本实施例的处理过程简单，无需执行背景技术中的数据搬移和后台任务，能够保证正常访问操作的响应时间。
附图说明
图1为本发明的提高NAND闪存的稳定性的方法的一个实施例的流程图；
图2为本发明的NAND闪存的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种提高NAND闪存的稳定性的方法和NAND闪存，用于解决NAND闪存反复写入/擦除导致数据存储不可靠的问题。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包含”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包含没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、系统、产品或设备固有的其它步骤或单元。
当NAND闪存的写擦除次数增多时，NAND的寿命会随之降低。而随着NAND的寿命的降低，在读取NAND的存储单元时，ECC纠错比特值会上升到更加接近比特错误阈值，当超出比特错误阈值时，该存储单元内的数据便不可恢复。因此，当ECC纠错比特值增大时，该存储单元内的数据可靠性会降低。本发明实施例中，通过ECC纠错比特值来简单预测NAND中各存储单元的寿命和可靠性，当NAND中存储单元的ECC纠错比特不可纠正，便可以判断该存储单元存储数据的可靠性较低。
请参阅图1，本发明的一个实施例中提高NAND闪存的稳定性的方法包含：
101、确定对NAND闪存的访问操作；
本实施例中的NAND闪存可以是2bit/cell的MLC NAND或3bit/cell的三层单元闪存(英文：Trinary-Level Cell NAND，缩写：TLC NAND)。实际运用中，NAND闪存也可以是1bit/cell的单层单元闪存(英文：Single-Level CellNAND，缩写：SLC NAND)，或者还可以是存储单元为4bit或者更多bit的闪存，在此不作限制。
NAND闪存接收到访问操作的命令时，确定该访问操作。对NAND闪存的访问操作包含至少两种。本实施例中，对NAND闪存的访问操作包含读操作、擦除操作。当然，实际运用中，对NAND闪存的访问操作还可以包含写操作或者其他操作，在此不作限制。
在对NAND进行访问操作时，不同的访问操作的访问单位不一定一致。具体来说，当对NAND的访问操作为读操作时，是以NAND中的页(英文：page)为单位进行读取的；当对NAND的访问操作为擦除操作时，是以NAND中的块(block)为单位进行擦除的，其中块包含多个页。
102、当所述访问操作为读操作时，判断所述读操作的对象页的ECC错误比特是否可纠正，若否，则执行步骤103。
当确定访问操作为读操作时，读操作的对象物理单元为页。判断所要读取的页的ECC错误比特是否可以纠正时，如果所要读取的页中错误的比特小于或者等于ECC编码的纠错比特最大值，则该页的ECC错误比特为可纠正的；如果大于ECC编码的纠错比特最大值，则该页的ECC错误比特不是可纠正的。
103、记录所述读操作的对象页处于老化状态；
当确定读操作的对象页的ECC错误比特不是可纠正的，那么在NAND中记录该页处于老化状态。这样，在NAND中的各页经多次访问后，会有部分页被记录处于老化状态。
104、当所述访问操作为擦除操作时，判断所述擦除操作的对象块中是否包含处于老化状态的页，若是，则执行步骤105。
105、停止对所述擦除操作的对象块的后续使用。
当对NAND的访问操作为擦除操作时，判断所要擦除的块中是否有处于老化状态的页，若有的话，标记该块为坏块，并停止对该块的后续使用，其中，停止对该块的后续使用包含了停止对该块执行擦除操作。
本实施例中，通过在读操作时把ECC错误比特不可纠正的页记录为处于老化状态，并在擦除操作时当确定所要擦除的块中包含有处于老化状态的块时停止对该块的后续使用，这样，可以提前识别出可能老化的存储块并放弃使用该存储块，通过放弃该部分存储块来换取NAND闪存的存储数据的稳定性；而且，本实施例的处理过程简单，无需执行背景技术中的数据搬移和后台任务，能够保证正常访问操作的响应时间。
优选的，本实施例的提高NAND闪存的稳定性的方法中，步骤102之后还包含：
106、若所述读操作的对象页的ECC错误比特可纠正，则判断所述读操作的对象页的ECC错误比特值是否大于等于预置数值，若是，则记录所述读操作的对象页处于老化状态。
当确定读操作的对象页的ECC错误比特为可纠正的，那么继续判断该页的ECC错误比特的数量是否大于等于预置数值。由于随着NAND的寿命的降低，页的ECC错误比特的数量也会随之上升。当页的ECC错误比特值越接近ECC的纠错比特最大值时，页中的数据的可靠性也就越低。本实施例中，可预先设置好预置数值，当判断出读操作的对象页的ECC错误值大于等于该预置数值时，即可确定该页处于老化状态。具体的，该预置数值小于ECC编码的纠错比特最大值。
这样，通过提高确定读操作的对象页为处于老化状态的条件，能够更多地识别出可能老化的存储块，进而提高NAND的存储稳定性。
优选的，本实施例的提高NAND闪存的稳定性的方法中，步骤104之后还包含：
107、若所述擦除操作的对象块不包含处于老化状态的页，则执行擦除操作；若所述擦除操作不成功，则停止对所述擦除操作的对象块的后续使用。
若对块的擦除操作不成功时，表明该块存储数据的稳定性较低，因此停止对该块的后续使用，以换取NAND存储数据的稳定性。
为便于理解，下面以一个实际应用场景对本发明实施例的提高NAND闪存的稳定性的方法进行描述。
本实施中，NAND闪存具体为MLC NAND，当MLC NAND接收到I/O命令时，首先判断该I/O命令是否读命令。
若是读命令，则执行读操作。执行完读操作后，判断该读操作所要读的页的ECC错误比特是否可纠正的。若是可纠正的，继续判断该页的ECC纠错比特值是否大于等于预定数值。若大于等于预定数值，则记录该页处于老化状态，I/O命令完成；若小于预定数据值，则I/O命令完成。若不是可纠正的，则直接记录该页处于老化状态，I/O命令完成。
若不是读命令，则进一步判断该I/O命令是否写命令。若是写命令，则执行写操作，I/O命令完成。
若不是写命令，则进一步判断该I/O命令是否擦除命令。若是擦除命令，则判断该擦除命令所要擦除的块中是否包含处于老化状态的页。若包含，则标记该块为坏块，并停止对该坏块的后续使用，I/O命令完成。若不包含，则执行擦除操作。若擦除操作成功，则I/O命令完成。若擦除操作不成功，则标记该块为坏块，并停止对该坏块的后续使用，I/O命令完成。
若不是擦除命令，则进一步判断该I/O命令是否其他操作，并执行该其他操作。
上面对本发明实施例中的提高NAND闪存的稳定性的方法进行了描述，下面对本发明实施例中的NAND闪存进行描述，请参阅图2，本发明实施例中NAND闪存200包含：
确定模块201，用于确定对NAND闪存的访问操作；
判断模块202，用于当所述访问操作为读操作时，判断所述读操作的对象页的ECC错误比特是否可纠正；还用于当所述访问操作为擦除操作时，判断所述擦除操作的对象块中是否包含处于老化状态的页；
执行模块203，用于当所述判断模块确定所述读操作的对象页的ECC错误比特可纠正时，记录所述读操作的对象页处于老化状态；还用于当所述判断模块确定所述擦除操作的对象块中包含处于老化状态的页时，停止对所述擦除操作的对象块的后续使用。
本实施例中，通过在读操作时把ECC错误比特不可纠正的页记录为处于老化状态，并在擦除操作时当确定所要擦除的块中包含有处于老化状态的块时停止对该块的后续使用，这样，可以提前识别出可能老化的存储块并放弃使用该存储块，通过放弃该部分存储块来换取NAND闪存的存储数据的稳定性；而且，本实施例的NAND闪存的处理过程简单，无需执行背景技术中的数据搬移和后台任务，能够保证正常访问操作的响应时间。
优选的，本实施例中，
所述判断模块202还用于当确定所述读操作的对象页的ECC错误比特可纠正时，判断所述读操作的对象页的ECC错误比特值是否大于等于预置数值；
所述执行模块203还用于当所述判断模块确定所述读操作的对象页的ECC错误比特值大于等于预置数值时，记录所述读操作的对象页处于老化状态。
这样，通过提高确定读操作的对象页为处于老化状态的条件，能够更多地识别出可能老化的存储块，进而提高NAND的存储稳定性。
优选的，本实施例中，所述执行模块203还用于当所述判断模块202确定所述擦除操作的对象块不包含处于老化状态的页，执行擦除操作；还用于在所述擦除操作不成功时，停止对所述擦除操作的对象块的后续使用。
优选的，本实施例中，所述NAND闪存中每个存储单元大于或者等于2比特。
为便于理解，下面以一个实际应用场景对本发明实施例的NAND闪存进行描述。
本实施中，NAND闪存具体为MLC NAND，当MLC NAND接收到I/O命令时，首先判断模块判断该I/O命令是否读命令。
若是读命令，则执行模块执行读操作。执行模块执行完读操作后，判断模块判断该读操作所要读的页的ECC错误比特是否可纠正的。若是可纠正的，继续判断该页的ECC纠错比特值是否大于等于预定数值。若大于等于预定数值，则执行模块记录该页处于老化状态，I/O命令完成；若小于预定数据值，则I/O命令完成。若不是可纠正的，则执行模块直接记录该页处于老化状态，I/O命令完成。
若不是读命令，则判断模块进一步判断该I/O命令是否写命令。若是写命令，则执行模块执行写操作，I/O命令完成。
若不是写命令，则判断模块进一步判断该I/O命令是否擦除命令。若是擦除命令，则判断模块判断该擦除命令所要擦除的块中是否包含处于老化状态的页。若包含，则执行模块标记该块为坏块，并停止对该坏块的后续使用，I/O命令完成。若不包含，则执行模块执行擦除操作。若擦除操作成功，则I/O命令完成。若擦除操作不成功，则执行模块标记该块为坏块，并停止对该坏块的后续使用，I/O命令完成。
若不是擦除命令，则判断模块进一步判断该I/O命令是否其他操作，且执行模块执行该其他操作。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包含若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包含：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种提高NAND闪存的稳定性的方法，其特征在于，包括：
确定对NAND闪存的访问操作；
当所述访问操作为读操作时，判断所述读操作的对象页的错误检查和纠正编码(ECC)错误比特是否可纠正，若否，则记录所述读操作的对象页处于老化状态；
当所述访问操作为擦除操作时，判断所述擦除操作的对象块中是否包含处于老化状态的页，若是，则停止对所述擦除操作的对象块的后续使用。
2.根据权利要求1所述的提高NAND闪存的稳定性的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述读操作的对象页的ECC错误比特可纠正，则判断所述读操作的对象页的ECC错误比特值是否大于等于预置数值，若是，则记录所述读操作的对象页处于老化状态。
3.根据权利要求1所述的提高NAND闪存的稳定性的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述擦除操作的对象块不包含处于老化状态的页，则执行擦除操作；
若所述擦除操作不成功，则停止对所述擦除操作的对象块的后续使用。
4.根据权利要求1所述的提高NAND闪存的稳定性的方法，其特征在于，
所述NAND闪存中每个存储单元大于或者等于2比特。
5.一种NAND闪存，其特征在于，包括：
确定模块，用于确定对NAND闪存的访问操作；
判断模块，用于当所述访问操作为读操作时，判断所述读操作的对象页的ECC错误比特是否可纠正；还用于当所述访问操作为擦除操作时，判断所述擦除操作的对象块中是否包含处于老化状态的页；
执行模块，用于当所述判断模块确定所述读操作的对象页的ECC错误比特可纠正时，记录所述读操作的对象页处于老化状态；还用于当所述判断模块确定所述擦除操作的对象块中包含处于老化状态的页时，停止对所述擦除操作的对象块的后续使用。
6.根据权利要求5所述的NAND闪存，其特征在于，
所述判断模块还用于当确定所述读操作的对象页的ECC错误比特可纠正时，判断所述读操作的对象页的ECC错误比特值是否大于等于预置数值；
所述执行模块还用于当所述判断模块确定所述读操作的对象页的ECC错误比特值大于等于预置数值时，记录所述读操作的对象页处于老化状态。
7.根据权利要求5所述的NAND闪存，其特征在于，
所述执行模块还用于当所述判断模块确定所述擦除操作的对象块不包含处于老化状态的页，执行擦除操作；还用于在所述擦除操作不成功时，停止对所述擦除操作的对象块的后续使用。
8.根据权利要求5所述的NAND闪存，其特征在于，
所述NAND闪存中每个存储单元大于或者等于2比特。
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