CN104756089A - 闪速存储器的管控方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于一种方法，其涉及被细分成在其内部记录了数据页（WL）的扇区（Sn）的可重写大容量存储器，数据被周期性更新。扇区中一个数据的擦除意味着在任何新数据的写入之前被预先写在该扇区中的所有数据的擦除。所述方法包括以下步骤：在扇区中彼此相继地写入数据，与每个数据相关联了第一块（BF），其包含用于标识数据的至少一个信息，在管理块（AB）中写入管理性信息的数据，其使得能够实现所述扇区中所涉及的扇区的数据的管控，每个管理块在扇区的其它数据之中被写入并且相关联于第二块（BF’），所述第二块包括用于标识数据的信息和检验信息，管理块包括第一部分（14）和第二部分（16），所述第一部分给出一般指示，所述第二部分集成了计数器，所述计数器在新扇区中的管理块的每个写入时递增，每个第一块包括检验数（12），所述检验数基于对应的管理块的计数器。

Description

闪速存储器的管控方法

技术领域

本发明的领域是计算机（calculateur）中存储器管控的领域。存在多种类型的电子存储器，其呈现偶尔不同的运转模式。本发明更特别地涉及被称作闪速存储器的存储器。其于此涉及可重写半导体的大容量存储器。这样的存储器因此具有随机存取存储器（RAM）的特征。然而，其呈现以下优点：当存储器不再被供电时，所存储的数据不消失。

背景技术

闪速存储器例如使用在大众设备中，诸如例如USB盘（英文缩写为“Universal Serial Bus”，即通用串行总线）。由于其价格回到不太高，这些闪速存储器越来越多地使用在工业中。其于是正取代例如在工业计算机中通常使用的EEPROM类型的存储器。

术语EEPROM是针对“Electrically Erasable Programmable Read Only Memory”（法语为mémoire morte effaçable électriquement et programmable, 电可擦除可编程只读存储器）的英文首字母缩写。虽然其涉及只读存储器（ROM），但是EEPROM存储器可以被擦除和/或其内容可以非常多次地被修改。

闪速存储器和EEPROM存储器二者都容易地可擦除和可重写。电子数据在其中被存储为位（bit）的序列，所述位即可以取两个不同的离散值的基本信息，这两个值惯例上是0和1。

EEPROM存储器的结构使得单独可修改的数据的大小、或粒度大约为若干八位位组（octet）（这根据供应商），不论是对于写入还是对于擦除。

相反，闪速存储器提议写入和擦除的不同粒度。其被分割成扇区，所述扇区本身被细分成页。不可能例如单一地擦除一个数据，而仅仅可能擦除整个扇区。相反，写入的粒度更精细，通过较大或较小的八位位组的分组，通过被称作单元（cellule）的来电学地表示，这根据供应商（例如8个八位位组或128个八位位组用于两种类型的不同的闪速存储器）。页是包含一些单元的实体，所述单元在相同页内彼此电学地相关。页的大小至少等于但是更经常地大于可用的写粒度。这使得能够彼此相继地写入大量数据，通过一页接一页地填充。然而，当期望更新随时间改变的小数据分组时，通过当前的数据来覆盖（écraser）旧的数据是不可能的。

因此不可能在没有适配的情况下用闪速存储器取代EEPROM存储器。

发明内容

本发明目的在于使得能够在被设计用于利用另一类型的存储器并且尤其是EEPROM存储器运转的计算机中使用闪速存储器。事实上，闪速存储器和EEPROM类型的存储器之间的差异可以在开发新的计算机时被直接考虑，但是在现有计算机中，例如在更新时，预期使用闪速存储器可以是有意义的，尤其是出于成本的原因。

本发明的第一目的于是为提供一种存储器管控方法，其使得能够在被设计用于使用EEPROM存储器或另一类型的可很多次写入的非易失性存储器的计算机的情况下使用闪速存储器。

根据本发明的方法将应当使得能够获得在记录新数据时的大的可靠性。如以上所提及的，事实上已知，当在闪速存储器中记录数据时发生写错误时，所述写错误不仅涉及对应于一个单元的某些位，而是一般涉及对应扇区的较大或较小的一部分。在被扰乱或中断的记录的情况中，因此可能的是，记录单元的群组被影响。不同类型的错误可能突然发生。因此，扇区的一部分在擦除之后可能保持空白并且不再能够接受新的记录，包括无效的随机数据，保留一些先验地有效但是对应于变成不可擦除的旧数据的值，又或所有位可能被写（所有位的值为1）。

本发明的目的于是同样在于适配于在闪速存储器内的有缺陷的扇区的部分的存在。

为此，本发明提议了一种被细分成在其内部记录了数据页的扇区的可重写大容量存储器的管控方法，其中数据被周期性更新，所述大容量存储器使得扇区中一个数据的擦除意味着预先写在该扇区中的所有数据的擦除，

所述方法包括以下步骤：

·在扇区中彼此相继地写入数据，与每个数据相关联了第一块，所述第一块包含用于标识数据的至少一个信息，

·在管理（administratif）块中写入管理性信息的数据，其使得能够实现所述扇区中所涉及的扇区的数据的管控。

根据本发明，

·管理性信息的数据的每个管理块在扇区的其它数据之中被写入并且相关联于第二块，所述第二块一方面包括用于标识数据的信息并且另一方面包括检验信息，

·管理性信息的数据的管理块包括第一部分和第二部分，所述第一部分给出一般指示，所述第二部分集成了计数器，所述计数器在新扇区中管理性信息数据的管理块的每个写入时递增，

·与数据相关联的每个第一块包括检验数，所述检验数除了别的之外尤其基于对应的管理性信息数据的管理块的计数器。

在根据本发明的方法中，管理性数据的块以与其它数据的相同方式被处理并且因此尤其包括检验信息。扇区的管理性数据的位置不再如在闪速存储器的先前进行的管控中那样是预定的位置。因此，如果期望在其上写入管理性数据的扇区的区是有缺陷的，则这些数据的写入可以在扇区的其它可用的地方实现。优选地，管理性数据将接着数据、在已经写入所有数据之后被写入，但是同样可以设想在另一地方和/或在另一时刻写入它们。

管理性信息的数据的管理块的第一部分可以例如包含与使用存储器的软件的版本相对应的信息。与管理块相关联的第二块可以一方面包含使得能够识别它相关联于管理块的索引，以及另一方面包含所记录的数据上的检验数，例如由循环冗余检验方法所确定的数。

与数据相关联的每个第一块包括检验数，所述检验数除了别的之外尤其基于对应的管理性信息数据的管理块的计数器，因此使得能够检测看似有效但是对应于先前的记录的数据。该特征对于检测变成有缺陷并且不可擦除的数据页的数据而言是有用的。

有利地，与管理块相关联的第二块呈现与相关联于数据的第一块相同的结构。于是有存储器的简化的结构。

为了页的检测，根据本发明的管控方法建议：每个数据页，也就是说占据与闪速存储器的其它区电学地独立的所述闪速存储器的区的每个数据集例如在一端上包括这样的信息：所述信息使得能够在被读取时确定刚好在与所述信息对应的页之后应当读取的页。该信息将优选地写在页的开端，也就是说刚好在前一页的写入的结束之后。在该情况下，但是也对于本发明的其它形式的实现，存储器的读取方向和存储器的写入方向有利地彼此相反。

最后，提议的是管理性数据的块在所述块涉及的所有数据被写入之后被写入。这样，管理性数据的块只在扇区的写入过程的结束时被写入并且来验证所写的新扇区。如果在数据的写入时出现问题，则可以在管理性数据的块的写入时考虑它。

为了增加根据本发明的管控方法的可靠性，可以预期的是，管理性数据的每个块，以及可能地任何重要数据，在彼此电学地独立的闪速存储器的区中写入至少两次。

本发明还涉及可重写大容量存储器的读取和写入设备，值得注意的在于，其包括被适配用于实施诸如以上描述的方法的每个步骤的装置，以及本发明涉及一种计算机，其包括这样的可重写大容量存储器的读取和写入设备。

附图说明

从参考随附的示意图所进行的以下描述中，本发明的细节和优点将更好地显现，在所述示意图上：

-图1图示了具有本发明的实施的闪速存储器的结构；

-图2图示了可以在图1中所图示的结构中使用的块脚（pied）。

-图3图示了可以在图1中所图示的存储器结构中使用的管理块，

-图4图示了借助于管理块而选择活性（actif）扇区，

-图5图示了凭借本发明的实施而检测不可擦除的数据，

-图6图示了可以用于实施本发明的存储器的结构，

-图7图示了利用根据本发明的方法在诸如图6中图示的存储器中进行记录，以及

-图8图示了在图6中图示的并且按照本发明进行管控的存储器的数据的读取。

具体实施方式

图1非常示意性地图示了闪速存储器。该存储器包括多个扇区并且图1通过矩形示意性地表示了这些中的两个。图1因此表示了被称为S1的扇区以及被称为Sn的扇区，所述扇区Sn还在该图1上以放大的比例被表示。

在图1的放大细节中，首先注意到数据页2。在数据页2的群组下方，每次都存在第一块，所述第一块采用块脚BF的示例中的形式。数据页2的群组可以包含零个、一个或多个数据页2。块脚BF的结构将在以下描述中更详细地进行描述。

闪速存储器的每个扇区还包含至少一个管理块AB，其包含对于位于该扇区中的数据的读取有用的信息。图1图示了第一管理块AB1和第二管理块ABn。以新颖的方式，这些管理块AB不被写在对应扇区的预定地方，而是可以取该扇区中的多个位置。然而，这些管理块被用于读取扇区的数据，它们将优选地被布置在扇区的脚端（pied）处，当扇区的读取自底部向高处而实现的时候。以此方式，在读取扇区时，管理块被首先读取。

假设在每个扇区中，以传统的方式，所记录的信息以页来组织，每页包括预定数目的八位位组，并且八位位组由八个位形成。数据页可以包括例如128或256个八位位组。

通常用于在闪速存储器的扇区中写入数据的对准规则在此处可以被重取。

在涉及管理块AB时，这些同样优选地被对准，并且每个管理块的开端对应于数据页的开端。还可以预期的是，每个管理块AB以冗余的方式被记录，在电学地独立的至少两个数据页中。

最后，优选地，管理性数据的块AB被记录在新的扇区中，在数据已经成功地写入在该扇区中之后。因此，对应的扇区被声明作为新的活性扇区。如本申请的序言中所指示的，提醒注意到不可能仅仅修改闪速存储器中的一个数据，因为那样将需要对包含所涉及的数据的扇区整个进行重写。因此，新的数据彼此相继地被写入，对它们进行标识以使得能够识别最后的有效数据。当一个扇区满了时，开始在新的扇区中进行写入。如果该扇区包含旧数据，则其首先被擦除。然后将刚刚通过写入被填充的扇区的最新近的有效数据重拷贝到新扇区中。该操作被称作扇区的交换（commutation）。

图2作为非限制性示例而图示了用于块脚BF的可能结构。可以重取现有技术中已知的用于实现块头或块脚的结构。

在图2上，重新表示了一个扇区，其包含数据页2、块脚BF以及管理块AB。块脚BF被更详细地示出。该块脚BF包括例如8个八位位组，其紧接在对应的数据之后、在8个八位位组上的对准的情况下被写入。

该块脚BF开始于第一八位位组4，其指示与该块脚相对应的数据的位置。事实上，在有缺陷的数据页的情况下，与块脚BF相对应的数据将不是直接相邻于该块脚，而是将岔开一页或两页（或更多页）。图6图示了通过八位位组给出的这样的信息的使用的实际情况。

在块脚BF的结束处存在新的检验数12，其与字6协作，所述字6例如在两个八位位组上，被布置在第一八位位组4之后。字6是检验数12的补充，并且参与以使得在数据之中标识块脚。检验数12例如对应于循环冗余检验（CRC）技术。该类型的检验对于本领域技术人员而言是已知的并且在此不被详述。

块脚BF然后包含长度为一个八位位组的索引8。该索引随后是数10，其例如提及与该块脚相对应的数据的长度。

虽然检验字6被用于快速地核实所涉及的页是否包含相关联的块脚，检验数12在此被确定，以新颖的方式，在块脚、数据页上，以及同样地以新颖的方式在对应的扇区的计数器上，但是不在第一八位位组4上。

图3图示了图2中所图示的扇区的管理块AB的结构。所表示的管理块包括第一部分14和第二部分16。第一部分14可以包含涉及所使用的驱动器（英语为“driver”）的版本的信息。管理块的第二部分16被用作扇区的计数器。该计数器例如在每次成功的扇区交换时递增1。

采用块脚BF’的示例中的形式的第二块与管理块AB相关联并且呈现与诸如前述的块脚BF相同的结构。因此重新找到第一八位位组4’，其随后是字6’，索引8’，数10’以及最后的检验数12’。

此处提议的是不使用第一八位位组4’，并且使其值为0。

字6’是与以上关于块脚BF所描述的字6类似的检验字。

索引8’关于其取预定的值，例如254，指示其在该处涉及与管理块相关联的块脚。

字10’来给出管理块的（固定）长度。

管理块的第一部分14被用于核实管理块的有效性。如果在该第一部分14中所包含的驱动器的版本不对应于计算机所使用的软件版本，则对应的管理块被视为不是有效的。

在新扇区的管理块的写入之前、在扇区的成功交换之后，管理块的第二部分16被递增。

图4图示了第一扇区Sn和第二扇区Sn+1。第一扇区Sn包含管理块AB1、AB2和AB3。对于这些管理块中的每一个，已经指示了扇区的计数器的值。因此，对于管理块AB1和AB3，对应的扇区的计数器指示值253，而对于管理块AB2的扇区的计数器而言，该值为126。此处假设该管理块AB2是有缺陷的不可擦除的块。管理块AB3是管理块AB1的冗余块。

扇区Sn+1包含数据页WL，其是有缺陷的并且非有效。该数据页WL正位于扇区Sn+1的底部处。该处涉及在现有技术中被闪速存储器的扇区的管理块所占据的地方。当该定位被有缺陷的页占据时，满的扇区是不可使用的（在现有技术中）。本发明使得能够检测该有缺陷的数据页并且使用对应的扇区。如在图4中可以看到的，该后者包括三个管理块AB10、AB11和AB12。管理块AB10和AB11作为扇区的值包含值254，而管理块AB12，其为有缺陷的块，在其扇区计数器中包含值72。如先前所指示的，每当管理块被写在先前擦除的扇区中时，也就是说当扇区被声明为有效时，扇区的计数器被递增。

为了在闪速存储器的多种扇区之中确定哪个是有效扇区，也就是说包含最新近的数据的扇区，适合的是寻找在扇区的计数器处具有最高的值的管理块。在图4中所表示的情况中，扇区Sn+1是有效的扇区，因为其在管理块AB10和AB11的扇区计数器中包括值254。注意到，该扇区是闪速存储器的有效扇区，虽然其位于扇区脚端（也就是说扇区的管理块通常所位于的该处）的数据页是有缺陷的。

图5图示了在闪速存储器的扇区中检测不可擦除的旧数据。在该图上表示了所考虑的闪速存储器的扇区S1和Sn。扇区Sn被更详细地表示。在其中表示了两个数据页2，其具有对应的块脚BF。在每个块脚BF中，表示了检验数12。注意到，在第一块脚BF中，检验数12被标记了“！”以用于告知在该检验数处的问题。此处涉及位于有缺陷的数据页中的旧块脚的看似有效的数据。

在扇区Sn中还表示了三个管理块AB1、AB2和ABn。这些管理块中的每一个相关联于块脚（此处表示为被集成到其所对应的管理块），所述块脚包括字6’，其用于实现管理块处的检验。管理块关于其而包括第二部分16，所述第二部分16用作扇区的计数器。在所考虑的图的情况中，已经假设管理块AB是有缺陷的旧的管理块。其检验字6’是有效的，但是其扇区计数器16使得能够检测该管理块的缺陷性。此处假设，管理块ABn呈现最高的扇区计数器值。该值被用于确定块脚BF的检验数12。如在图5中用箭头所符号表示的，这些检验数12一方面基于块的数据和对应的块脚BF的指示，并且另一方面基于对应的有效管理块的扇区计数器。这因此有可能确定其检验数12被标记有“！”的第一数据页2是有缺陷的。此处假设数据是看似有效但是其位于有缺陷的页中的数据。很好理解的是，同样可以检测其它缺陷（例如空白或离奇的数据等等）。此处使用的方法是有意义的，因为其甚至使得能够检测不可擦除的数据页。块脚的检验数12的计算方式使得能够检测这样的数据。

图6图示了被配置用于使得能够检测有缺陷的页WL的结构。此处提醒注意，一页是可以在闪速存储器中与类似的其它区电学独立地被写入的扇区的最小区。此处提议在每页的开端处拨给八位位组18。在特定的实现形式中，该第一八位位组18可以是块脚的第一八位位组4。预期在每页的开端处写入块脚在此将是足够的。

图7和8图示了在扇区的写入和读取时使用这样的结构（图6）以用于考虑有缺陷的页。

在图7上表示了扇区的一部分及其若干页。因此表示了四页：WLn-1,WLn,WLn+1和WLn+2。在这些不同的页之中，假设WLn是有缺陷的。

具有参考标记20的箭头指示了在所考虑的扇区中数据的写入方向。数据x、x+1成功地被写在页WLn-1中。于是预期将数据x+2、x+3和x+4写在页WLn上。在写入时突然发生错误，观察到该页是有缺陷的。相同的数据x+2、x+3和x+4因此被重新写在页WLn+1中。然而在将这些数据写在该新的页中之前，八位位组18被写在页WLn+1的开端处，其具有的信息指示在读取时将适合的是跳过页WLn。一旦页WLn+1被写入，就继续正常地写入数据，并且通过对应的块脚BF的写入而结束写入。

图8图示了（参考图7）在描述中预先记录的数据的读取。读取以与写入相反的方向进行。箭头22在图8上指示在所考虑的扇区中的数据的读取方向。在该读取时，块脚BF的数据首先被读取。读取器于是知道应当读取多少页以用于获得所有数据。在本情况中，读取器知道它应当读取六页。其开始于读取数据x+5。在此之后，其读取页WLn+2的八位位组18，其向它指示要转到下一页。读取器因此通过页WLn+1的数据而继续读取，并且接连地读取数据x+4，然后x+3和x+2。其最后读取页WLn+1的八位位组18。该八位位组在已经观察到页WLn处的写入错误之后已被写入。通过该八位位组18所给出的信息向读取器指示它应当不读取下一页WLn，而是之后的一页，页WLn-1。因此，读取器在页WLn-1中继续其读取，并且在其中找到所寻求的数据的剩余部分。

在之前的描述中所提议的方法使得计算机、尤其是预期用于利用EEPROM类型的存储器来运转的计算机能够利用闪速存储器来运转，而同时考虑在这样的存储器中可能出现的某些错误。该方法尤其使得能够考虑不能被擦除或重编程的页。

所提议的方法使得能够在电源断开之后重新找回之前写入的所有数据。其还使得能够检测错误的数据和甚至看似有效但是为旧的数据。包含有缺陷的区的所使用的闪速存储器的扇区还能够被用于数据的写入和读取。

所提议的方法的安全性可以被改进，通过以冗余的方式写入重要数据。因此可以例如预期管理块的双重写入。第二次写入的信息被写在这样一页中：该页在其中已经第一次写入重要数据的页中突然发生问题时没有被影响的风险。

“浮动”管理块的使用，其与其它特征相组合，使得能够达成前述优点。

本发明不限于以上作为非限制性示例所描述的优选实现形式。其还涉及在本领域技术人员所及范围中的所有实现变型。

Claims (7)

1.被细分成在其内部记录了数据页（WL）的扇区（Sn）的可重写大容量存储器的管控方法，其中数据被周期性更新，大容量存储器使得扇区（Sn）中一个数据的擦除意味着预先写在该扇区中所有数据的擦除，所述方法包括以下步骤：

·在扇区中彼此相继地写入数据，与每个数据相关联了第一块（BF），其包含用于标识数据的至少一个信息，

·在管理块（AB）中写入管理性信息的数据，其使得能够实现所述扇区中所涉及的扇区的数据的管控，

其特征在于，

·管理性信息的数据的每个管理块（AB）在扇区（Sn）的其它数据之中被写入并且相关联于第二块（BF’），所述第二块一方面包括用于标识数据的信息并且另一方面包括检验信息，

·管理性信息的数据的管理块（AB）包括第一部分（14）和第二部分（16），所述第一部分（14）给出一般指示，所述第二部分（16）集成了计数器，所述计数器在新扇区中的管理性信息数据的管理块（AB）的每个写入时递增，

·相关联于数据的每个第一块（BF）包括检验数（12），所述检验数（12）除了别的之外尤其基于对应的管理性信息数据的管理块（AB）的计数器。

2.根据权利要求1所述的管控方法，其特征在于，第二块（BF’）呈现与相关联于数据的第一块（BF）相同的结构。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的管控方法，其特征在于，每个数据页、也就是说占据了与闪速存储器的其它区电学地独立的所述闪速存储器的区的每个数据集在一端处包括信息（18），其使得能够在被读取时确定刚好在对应于所述信息的页之后应当读取的页。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的管控方法，其特征在于，存储器的读取方向与存储器的写入方向彼此相反。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的管控方法，其特征在于，管理性数据的每个管理块（AB）在彼此电学地独立的闪速存储器的区中被写入至少两次。

6.可重写大容量存储器的读取和写入设备，其特征在于，包括被适配用于实施根据权利要求1至5中之一所述的方法的每个步骤的装置。

7.计算机，其特征在于，包括根据权利要求6所述的可重写大容量存储器的读取和写入设备。