CN104969196B

CN104969196B - 数据存储装置控制器、数据存储装置、以及用于控制数据存储装置的方法

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Publication number: CN104969196B
Application number: CN201380070482.1A
Authority: CN
Inventors: A·J·汤姆林; J·琼斯; R·N·马伦多尔
Original assignee: Western Digital Technologies Inc; Skyera LLC
Current assignee: Western Digital Technologies Inc
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2017-05-03
Anticipated expiration: 2033-09-30
Also published as: JP2015535119A; EP2920697B1; EP2920697A4; CN104969196A; US8954694B2; HK1216043A1; AU2013345302A1; EP2920697A1; US20140136753A1; KR101948381B1; AU2013345302B2; KR20150085036A; WO2014077963A1; JP6192024B2

Abstract

数据存储装置包括：被配置为存储多个物理页的多个非易失性存储器装置；被耦合到多个存储器装置的、被配置为将数据编程到多个存储器装置并且从多个存储器装置读取数据的控制器。易失性存储器可以被耦合到控制器并且可以被配置为存储包括多个固件表格条目的固件表格。控制器可以被配置为维护非易失性存储器装置中的多个固件日志。固件日志中的每一个可以与固件表格条目相关联并且可以包括固件表格条目信息。控制器可以被配置为在启动时读取多个固件日志并且使用所读取的多个固件日志中的每一个中的固件表格条目信息来重建固件表格。

Description

数据存储装置控制器、数据存储装置、以及用于控制数据存储装置的方法

背景技术

由于固态驱动器(SSD)中的闪速存储器的属性，导致典型地按照页对数据进行编程并且按照块对数据进行擦除。SSD中的页在尺寸上典型地是8-16千字节(KB)并且块由大量页(例如，256或512)组成。因此，在没有盖写同一块内的页中的数据的情况下不能直接盖写SSD中的特定物理位置(例如，页)，这在磁硬盘驱动器中是可能的。由此，需要地址间接。对诸如SSD的数据存储装置上的闪速存储器进行管理并与主机系统的接口进行交互的传统的数据存储装置控制器使用逻辑到物理(L2P)映射系统，该逻辑到物理(L2P)映射系统作为闪速转换层(FTL)的一部分、被称为逻辑块寻址(LBA)的。当新数据进入以替换已经写入的旧数据时，数据存储装置控制器使得该新数据被写入在新位置中并且将逻辑映射更新为指向该新物理位置。由于旧物理位置不再保持有效数据，所以在它能够被再次写入之前，最终需要将它擦除。

传统上，大L2P映射表格将逻辑条目映射到SSD上的物理地址位置。可以位于诸如动态随机存取存储器(DRAM)的易失性存储器中的该大L2P映射表格通常在写入进入时被更新，并且被保存到非易失性存储器在小扇区中。例如，如果随机写入发生，则尽管该系统可能仅必须更新一个条目，但是尽管如此它可能必须将整个表格或其一部分(包括还未更新的条目)保存到非易失性存储器，这是天然地低效率的。

图1示出用于SSD的传统逻辑块寻址(LBA)方案的各方面。如其中示出的那样，映射表格104包含针对为数据存储装置的闪速存储器106所限定的每个逻辑块102的一个条目。例如，支持512字节逻辑块的64GB SSD可以将它自己向主机呈现为具有125,000,000个逻辑块。映射表格104中的一个条目包含闪速存储器106中的125,000,000个逻辑块中的每一个的当前位置。在传统的SSD中，闪速页保持整数倍的逻辑块(即，逻辑块不跨越闪速页)。在该传统示例中，8KB闪速页将保持(尺寸512字节的)16个逻辑块。因此，逻辑到物理映射表格104中的每一个条目包含标识其上存储逻辑块的闪速管芯的字段108、标识其上存储逻辑块的闪速块的字段110、标识闪速块内的闪速页的另一字段112、和标识闪速页内的偏移的字段114，字段114标识逻辑块数据在所标识的闪速页中开始于何处。较大尺寸的映射表格104阻碍表格被保持在SSD控制器内部。传统上，较大的映射表格104被保持在连接到SSD控制器的外部DRAM中。由于映射表格104被存储在易失性DRAM中，因而当SSD上电时，它必须被恢复，由于该表格的大尺寸导致这可能花费长时间。

当读取逻辑块时，映射表格104中的对应条目被读取以确定闪速存储器中要被读取的位置。然后对映射表格104中的对应条目中指定的闪速页执行读取。当读取的数据可用于闪速页时，将由映射条目指定的偏移处的数据从SSD传输到主机。当逻辑块被写入时，映射表格104中的对应条目被更新以反映逻辑块的新位置。要注意的是，当逻辑块被写入时，闪速存储器将最初包含至少两个版本的逻辑块；即，有效的、最近写入的版本(由映射表格104所指向的)和陈旧的(stale)并且不再由映射表格104中的任何条目所指向的、其至少一个其他旧版本。这些“陈旧的”数据被称作垃圾，其占用必须被考虑、收集、擦除并且使得可用以供未来使用的空间。

在正常操作期间，SSD生成必须被保存的固件信息(例如，非用户数据)。这些信息本质上是开销数据。例如，当SSD开放或闭合块时，一些数据被生成并且必须被保存。经常，以表格形式存储这样的固件信息。例如，给定的表格可以具有2048个条目，其中每个条目在尺寸上为8字节。因此，这样的表格占用约16KB的存储空间/存储器。因此，每次开放新的块时，由系统保存该信息，这在传统上要求执行16KB写入。传统上，这样的表格被存储在与用于存储用户数据的文件系统(例如，文件存储系统)不同的固件物理文件系统(例如，固件文件系统)中。这样的固件文件系统在传统上位于非易失性存储器的分离的区域中，并且在传统上与用户数据的正常读取/写入不同地处理对该固件文件系统的读取和写入。这样的用于固件数据和用户数据的双文件系统增加系统的开销，并且造成要求复杂解决方案的一致性挑战。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种数据存储装置控制器，所述控制器被配置为：(1)耦合到易失性存储器并且耦合到被配置为存储多个物理页的多个非易失性存储器装置；并且(2)将数据编程到所述多个非易失性存储器装置以及从所述多个非易失性存储器装置读取数据，所述控制器被配置为：存储包括多个固件表格条目的固件表格；维护所述多个非易失性存储器装置中的多个固件日志，每个固件日志与一个固件表格条目相关联并且包括固件表格条目信息；在启动时读取所述多个固件日志；并且使用所读取的多个固件日志中的每一个中的固件表格条目信息来重建所述固件表格。

本发明的另一方面涉及一种数据存储装置，其包括：前述的数据存储装置控制器，以及多个非易失性存储器装置。

本发明的又一方面涉及一种用于控制数据存储装置的方法，所述数据存储装置包括易失性存储器和多个非易失性存储器装置，所述多个非易失性存储器装置被配置为存储多个物理页并且被配置为使得能够将数据编程到所述多个非易失性存储器装置以及从所述多个非易失性存储器装置读取数据，所述方法包括：存储包括多个固件表格条目的固件表格；维护所述多个非易失性存储器装置中的多个固件日志，每个固件日志与一个固件表格条目相关联并且包括固件表格条目信息；在启动时读取所述多个固件日志；并且使用所读取的多个固件日志中的每一个中的固件表格条目信息来重建所述固件表格。

附图说明

图1示出用于SSD的传统逻辑块寻址(LBA)方案的各方面。

图2是根据一个实施例的示出数据存储装置的物理和逻辑数据组织的各方面的示图。

图3示出根据一个实施例的数据存储装置的易失性存储器和根据一个实施例的逻辑到物理地址转换映射及其示例性条目。

图4示出根据一个实施例的用于更新逻辑到物理地址转换映射并且用于创建S-日志条目的方法的各方面。

图5示出根据一个实施例的用于更新固件表格条目的方法的各方面。

图6是示出根据一个实施例的S-日志在物理地址范围上的覆盖和固件日志的内容的示图。

图7是根据一个实施例的S-日志的框图。

图8示出根据一个实施例的S-日志的一个条目的示例性组织。

图9是根据一个实施例的超级块(S-块)的框图。

图10示出根据一个实施例的超级页(S-页)的另一视图。

图11A示出根据一个实施例的逻辑到物理地址转换映射、S-日志与S-块之间的关系。

图11B是根据一个实施例的S-日志映射的框图。

图12是根据一个实施例的示出更新SSD中的固件表格的方法的各方面的框图。

图13是根据一个实施例的对数据存储装置进行控制的方法的流程图。

具体实施方式

系统概况

图2是根据一个实施例的示出数据存储装置的物理和逻辑数据组织的各方面的示图。在一个实施例中，数据存储装置是SSD。在另一实施例中，数据存储装置是包括闪速存储器和旋转磁存储介质的混合驱动器。本公开可应用于SSD和混合实现方式两者，但是为了简化，参照基于SSD的实现方式来描述各个实施例。根据一个实施例的数据存储装置控制器202可以被配置为被耦合到主机，如在附图标记218处示出的那样。主机218可以利用逻辑块寻址(LBA)方案。虽然LBA尺寸通常是固定的，但是主机能够动态地使LBA的尺寸变化。例如，物理数据存储装置可以在逻辑上被划分以支持被配置用于不同尺寸的LBA的分区(partition)。然而，对于物理装置同时支持不同尺寸的LBA，不要求这样的分区。例如，LBA尺寸可以根据接口和接口模式而变化。确实，虽然512字节是最常见的，但是4KB也变得更加常见，512+(520、528等)和4KB+(4KB+8，4K+16等)格式也是如此。如其中示出的那样，数据存储装置控制器202可以包括或者被耦合到页寄存器204。页寄存器204可以被配置为使得控制器202能够从数据存储装置读取数据并且能够将数据存储到数据存储装置。控制器202可以被配置为响应于来自主机218的数据存取命令而对数据进行编程并且读取来自闪速存储器装置的阵列的数据。虽然该描述在此一般是指闪速存储器，但是应理解的是，存储器装置的阵列可以包括各种类型的非易失性存储器装置中的一种或更多种，例如，闪速集成电路、硫化物RAM(C-RAM)、相变存储器(PC-RAM或PRAM)、可编程金属化单元RAM(PMC-RAM或PMCm)、双向统一存储器(OUM)、电阻RAM(RRAM)、NAND存储器(例如，单级单元(SLC)存储器、多级单元(MLC)存储器、或其任何组合)、NOR存储器、EEPROM，铁电存储器(FeRAM)、磁阻RAM(MRAM)、其他分立的NVM(非易失性存储器)芯片、或其任何组合。

页寄存器204可以被配置为使得控制器202能够从该阵列读取数据并且能够将数据存储到该阵列。根据一个实施例，闪速存储器装置的阵列可以包括管芯(例如，128个管芯)中的多个非易失性存储器装置，其中每个包括多个块，例如图2中的206处示出的那样。其他页寄存器204(未示出)可以被耦合到其他管芯上的块。被分组在一起的闪速块的组合可以被称作超级块或S-块。在一些实施例中，形成S-块的个体块可以选自一个或更多个管芯、平面或其他粒度水平。因此，S-块可以包括跨一个或更多个管芯展开的、被组合在一起的多个闪速块。以该方式，S-块可以形成在其上闪速管理系统(FMS)进行操作的单元。在一些实施例中，可以根据与管芯水平不同的粒度来选择形成S-块的个体块，例如当存储器装置包括被细分为诸如平面的结构的管芯(即，可以取自个体平面的块)时的情况。根据一个实施例，可以在S-块水平执行分配、擦除和垃圾收集。在其他实施例中，FMS可以根据诸如页、块、平面、管芯等的其他逻辑群组来执行数据操作。

进而，闪速块206中的每一个包括多个闪速页(F-页)208。每个F-页可以具有诸如例如16KB的固定尺寸。根据一个实施例，F-页是用于给定闪速装置的程序的最小单位的尺寸。还如图2中示出的那样，每个F-页208可以被配置为容纳多个物理页，在下文中称作E-页。术语“E-页”指代其上已经应用了误差校正码(ECC)的闪速存储器中存储的数据结构。根据一个实施例，E-页210可以形成在数据存储装置内的物理寻址的基础，并且可以构成闪速读取数据传输的最小单位。因此，E-页210可以具有(但是不必具有)预先确定的固定尺寸(例如，诸如2KB)，并且确定ECC系统的有效载荷(例如，主机数据)的尺寸。根据一个实施例，每个F-页208可以被配置为适应在它的边界内的预先确定的多个E-页210。例如，给定16KB尺寸F-页208和固定尺寸的每E-页210 2KB，八个E-页210s适合于单个F-页208内，如图2中示出的那样。在任何情况下，根据一个实施例，包括ECC在内的2次幂个E-页可以被配置为适合于F-页208中。每个E-页210可以包括数据部分214，并且取决于E-页210位于何处，还可以包括ECC部分216。数据部分214或ECC部分216都不需要在尺寸上是固定的。E-页的地址唯一地标识E-页在闪速存储器内的位置。例如，E-页的地址可以指定闪速通道、所标识的闪速通道内的特定管芯、该管芯内的特定块、特定F-页、以及最后在所标识的F-页内的E-页。

为了由主机在数据存储装置上的物理寻址和逻辑块寻址之间进行桥接，引入逻辑页(L-页)构造。在图2中在附图标记212处标示的L-页可以包括由FMS所使用的地址转换的最小单位。根据一个实施例，每个L-页可以与L-页号相关联。因此，L-页212的L-页号可以被配置为使得控制器202能够在逻辑上引用在物理页(例如，E-页210)中的一个或更多个中存储的主机数据。L-页212还可以被用作压缩的基本单位。根据一个实施例，与F-页208和E-页210不同，由于要被存储的数据的压缩中的可变性而导致L-页212在尺寸上不是固定的并且可以在尺寸上变化。由于数据的可压缩性变化，例如，4KB量的一个类型的数据可以被压缩为2KB L-页，而4KB量的同类型的数据可以被压缩为1KB L-页。因此，由于这样的压缩而导致L-页的尺寸可以在由例如24字节的最小压缩尺寸到例如4KB或4KB+的最大未压缩尺寸所限定的范围内变化。可以实现其他尺寸和范围。如图2中示出的那样，L-页212不需要与E-页210的边界对准。确实，L-页212可以被配置为具有与F-页208和/或E-页210边界对准的开始地址，但是也可以被配置为与F-页208或E-页210的边界中的任一个不对准。即，L-页开始地址可以位于距F-页208的开始或结束地址或者E-页210的开始或结束地址的非零偏移处，如图2中示出的那样。由于L-页212在尺寸上不是固定的并且可以比固定尺寸的E-页210小，因而多于一个L-页212可以适应于单个E-页210内。类似地，由于L-页212在尺寸上可以比E-页210大，因而L-页212可以跨越多于一个E-页，并且甚至可以跨F-页210的边界，在图2中在附图标记217处示出。

例如，在LBA尺寸是512或512+字节的情况下，给定未压缩的L-页212可以是4KB到4KB+，最大例如八个顺序的LBA可以被装到4KB L-页212中。要注意的是，根据一个实施例，L-页212的精确逻辑尺寸是不重要的，这是由于在压缩之后，物理尺寸可以跨越从最小尺寸几字节到完全尺寸数千字节。例如，对于4TB SSD装置，30比特的寻址可以用于寻址每个L-页212以覆盖可能潜在地存在于这样的SSD中的L-页的量。

图3示出根据一个实施例的数据存储装置的易失性存储器306。根据一个实施例，易失性存储器306可以被配置为存储逻辑到物理地址转换映射302。由于在L-页212中由主机引用主机数据并且由于数据存储装置存储一个或更多个邻近的E-页210中的L-页212，因而需要逻辑到物理地址转换映射以使得控制器202能够将L-页212的L-页号关联到一个或更多个E-页210。在一个实施例中，这样的逻辑到物理地址转换映射302是每L-页212具有一个条目的线性阵列。这样的逻辑到物理地址转换映射302可以被存储在诸如DRAM、SRAM或DDR的易失性存储器306中。图3还示出针对四个不同的L-页212的逻辑到物理地址转换映射302中的条目，图3中的L-页212与被标示为L-页1、L-页2、L-页3和L-页4的L-页号相关联。根据一个实施例，可以由逻辑到物理地址转换映射302中的单个且唯一的条目指向在数据存储装置中存储的每个L-页。由此，在与此一同开发的示例中，示出四个条目。

如在302处示出的那样，映射302中的每一个条目可以包括针对由L-页号索引的L-页的信息。该信息可以包括：包含被引用的L-页的开始地址的物理页(例如，E-页)的标识、该物理页(例如，E-页)内的开始地址的偏移、和L-页的长度。此外，多个ECC比特可以提供用于映射条目的误差校正功能。例如，并且如图3中示出的那样，并且假设2KB的E-页尺寸，在逻辑到物理地址转换映射302中可以如以下那样引用L-页1：E-页1003、偏移800、长度1624，随后是预先确定的数量的ECC比特(未示出)。即，在物理地址项中，L-页1的开始在E-页1003内(不与E-页1003对准)，并且位于距E-页1003的开始物理位置等于800字节的偏移处。更进一步地，经压缩的L-页1延伸1624字节，从而跨过E-页边界到E-页1004。因此，E-页1003和1004每一个存储由L-页号L-页1标示的L-页212的一部分。类似地，由L-页号L-页2引用的经压缩的L-页被整体地存储在E-页1004内，并且在400字节的其内的偏移处开始，并且在E-页1004内仅延伸696字节。与L-页号L-页3相关联的经压缩的L-页在E-页1004内在1,120字节的偏移处开始并且延伸4,096字节经过E-页1005并且到E-页1006中。因此，与L-页号L-页3相关联的L-页跨越E-页1004的一部分、全部的E-页1005、和E-页1006的一部分。最后，与L-页号L-页4相关联的L-页在E-页1006内在1,144字节的偏移处开始，并且延伸3,128字节以完全跨越E-页1007，跨F-页边界到下一F-页的E-页1008中。在一个实施例中，可以存在未被包括在所指定的长度中的、在每个L-页中包括的24字节的元数据(如在所开发的示例中所反映的那样)。在其他实施例中，元数据可以被包括在L-页长度中。

共同地，组成逻辑到物理地址转换映射302的每个条目的这些构成标识符字段(E-页、偏移、长度和ECC)中的每一个在尺寸上可以是例如8字节。即，对于示例性的4TB驱动器，E-页的地址在尺寸上可以是32比特，偏移在尺寸上可以是12比特(对于E-页数据部分，多达4KB)，长度在尺寸上可以是10比特，并且可以提供ECC字段。其他组织和比特宽度是可能的。每次写入或修改L-页时，可以创建这样的8字节条目，以使得控制器202能够跟踪闪速存储内的、在L-页中写入的主机数据。逻辑到物理地址转换硬射302中的8字节条目可以由L-页号或LPN来索引。换言之，根据一个实施例，L-页号用作到逻辑到物理地址转换映射302中的索引。要注意的是，在4KB扇区尺寸的情况下，LBA与LPN相同。因此，LPN可以构成易失性存储器306内的条目的地址。当控制器202从主机218接收读取命令时，LPN可以得自所供应的LBA并且用于到逻辑到物理地址转换映射302中的索引以提取要在闪速存储器中读取的数据的位置。当控制器202从主机接收写入命令时，LPN可以被构建自LBA，并且可以修改逻辑到物理地址转换映射302。例如，可以创建其中的新条目。取决于存储逻辑到物理地址转换映射302的易失性存储器306的尺寸，LPN可以被存储在单个条目中，或者被拆分成例如，标识包含正在考虑的L-页的开始地址(加上ECC比特)的E-页的第一条目，以及标识偏移和长度(加上ECC比特)的第二条目。因此，根据一个实施例，这两个条目可以一起对应于并指向闪速存储器内的单个L-页。在其他实施例中，逻辑到物理地址转换映射条目的具体格式可以不同于以上示出的示例。

S-日志和S-日志映射

由于逻辑到物理地址转换影射302可以被存储在易失性存储器306中，因而它可能需要在启动或任何其他电力损失时被重建到易失性存储器306。因此，这要求某种机制和信息被存储在非易失性存储器中，这将使得控制器202能够在启动之后或在电力故障事件之后在控制器能够“知道”L-页被存储在非易失性存储器中何处之前重构逻辑到物理地址转换映射302。根据一个实施例，这样的机制和信息被实施在可以被称作系统日志或S-日志的构造中。根据一个实施例，控制器202可以被配置为在多个非易失性存储器装置中(例如，在一个或更多个管芯、通道或平面中的块206中的一个或更多个中)维护限定物理到物理地址对应性的多个S-日志。根据一个实施例，每个S-日志覆盖预先确定的范围的物理页(例如，E-页)。根据一个实施例，每个S-日志可以包括多个日志条目，其中，每个条目被配置为将一个或更多个物理页(例如，E-页)关联到每个L-页的L-页号。根据一个实施例，每次控制器202重新启动时或者无论何时逻辑到物理地址转换映射302要被部分地或整体地重建，控制器202读取S-日志，并且根据读取自S-日志条目的信息来重建逻辑到物理地址转换映射302。

图4示出根据一个实施例的用于更新逻辑到物理地址转换映射并且用于创建S-日志条目的方法的各方面。如其中示出的那样，为了确保逻辑到物理地址转换映射302被保持最新，无论何时L-页被写入或以其他方式被更新，如在块B41处示出的那样，逻辑到物理地址转换映射302可以被更新，如在B42处示出的那样。如在B43处示出的那样，还可以创建S-日志条目，在其中存储指向更新后的L-页的位置的信息。以该方式，当新的写入发生时(例如，在主机向非易失性存储器发出写入时，当垃圾收集/耗损均衡发生时，等等)，更新逻辑到物理地址转换映射302和S-日志两者。因此，用于维护地址转换数据的电力安全拷贝的、到非易失性存储器装置的写入操作可以被配置为由新创建的日志条目(其在尺寸上可以是仅仅几字节)来触发，而非重新保存逻辑到物理地址转换映射的全部或一部分，以使得写入放大(WA)被减少。S-日志的更新确保控制器202能够访问新更新的L-页，并且确保在重新启动或影响其中存储有逻辑到物理地址转换映射的易失性存储器306的其他信息擦除电力事件时，可以重构逻辑到物理地址转换映射302。而且，除了在重建逻辑到物理地址转换映射302中的它们的利用之外，S-日志在使能有效的垃圾收集(GC)中也是有用的。确实，S-日志可以包含对全部L-页号的在时间上最新的更新，并且还可以包含陈旧的条目、不指向有效L-页的条目。

根据一个实施例，S-日志可以是被写入到非易失性存储器的主要闪速管理数据。S-日志可以包含针对给定S-块的映射信息，并且可以包含针对给定S-块的物理到逻辑(P2L)信息。图7是根据一个实施例的示出S-日志的各方面的框图。如其中示出的那样，每个S-日志702覆盖诸如例如在706处示出的32个E-页的非易失性存储器的预先确定的物理区域，该物理区域是可使用5比特进行寻址的。每个S-日志702可以由S-日志号来标识，S-日志号可以是头704的一部分，头704可包括关于S-日志的其他信息。S-日志号可以包括由S-日志所覆盖的第一物理页的地址的一部分。例如，S-日志702的S-日志号可以包括例如由该S-日志702所覆盖的第一E-页地址的27个最高有效比特(MSb)。

图8示出根据一个实施例的S-日志702的一个条目802的示例性组织。S-日志702的每个条目802可以指向一个L-页的开始地址，该开始地址被物理地编址于E-页中。每个条目802可以包括例如包含开始L-页的E-页的地址的多个(例如，5个)最低有效比特(LSb)。通过将这5个LSb与头704中的S-日志号的27个MSb连结来获得完全的E-页地址。此外，条目802可以包括L-页号、在所标识的E-页内的它的偏移和它的尺寸。例如，S-日志的每个条目802可以包括由该S-日志条目覆盖的第一E-页的地址的5个LSb、30比特的L-页号、9比特的E-页偏移和10比特的L-页尺寸，总计达约7字节的总体尺寸。在其他实施例中，可以使用各种其他内部日志条目格式。

根据一个实施例，由于在L-页中存储的数据的压缩或主机配置中的可变性，导致可变数量的L-页可以被存储在诸如等于32个E-页的物理区域的物理区域中，如在706处示出的那样。作为压缩的使用和随之而来的L-页的尺寸上的可变性的结果，S-日志可以包括可变数量的条目。例如，根据一个实施例，以最大压缩，L-页在尺寸上可以是24字节，并且S-日志可以包括超过2,500个条目，引用相等数量的L-页，每S-日志条目802一个L-页。

如以上指出的那样，S-日志可以被配置为包含针对给定的S-块的映射信息。更精确地，根据一个实施例，S-日志包含针对给定的S-块内的预先确定的范围的E-页的映射信息。图9是根据一个实施例的S-块的框图。如其中示出的那样，S-块902可以包括每管芯一个闪速块(F-块)904(也如在图2中的206处示出的那样)。因此，S-块可以被视为被组合在一起以形成闪速管理系统的单元的F-块的集合，每管芯一个F-块。根据一个实施例，可以在S-块水平管理分配、擦除和GC。如图9中示出的那样，每个F-块904可以包括诸如例如256个或512个F-页的多个闪速页(F-页)。根据一个实施例，F-页可以是针对给定的非易失性存储器装置的编程的最小单位的尺寸。图10示出根据一个实施例的超级页(S-页)。如其中示出的那样，S-页1002可以包括每S-块的F-块一个F-页，这意味着S-页跨越整个S-块。

各种数据结构之间的关系

图11A示出根据一个实施例的逻辑到物理地址转换映射、S-日志映射、与S-块之间的关系。附图标记1102标示逻辑到物理地址转换映射中的条目(在一个实施例中，被存储在DRAM中)。根据一个实施例，逻辑到物理地址转换映射可以由L-页号来索引，因为在逻辑到物理地址转换映射中可以存在每L-页一个条目1102。在映射条目1102中可以给定闪速存储器中的L-页的开始的物理地址及L-页的尺寸；即，通过E-页地址、E-页内的偏移、和L-页的尺寸。如之前指出的那样，L-页取决于它的尺寸可以跨越一个或更多个E-页并且还可以跨越F-页和F-块。

如在1104处示出的那样，易失性存储器(例如，DRAM)还可以存储系统日志(S-日志)映射。S-日志映射中的条目1104可以存储与S-日志在物理上位于非易失性存储器中的何处有关的信息。例如，L-页的开始所存储于的E-页物理地址的27个MSb可以构成S-日志号(如之前在图7中示出的那样)。非易失性存储器中的S-日志映射条目1104还可以包括在系统E-页中引用的、非易失性存储器中的S-日志的地址。可以从易失性存储器中的S-日志映射条目1104中提取系统S-块信息1108。系统S-块信息1108可以由系统S-块(系统带中的S-块)来索引，并且除了关于S-块的其他信息之外，还可以包括系统S-块中的任何空闲或被使用的空间的尺寸。还可以从S-日志映射条目1104中提取被引用的S-日志在非易失性存储器1110中的物理位置(在系统带中在E-页方面表达)。

根据一个实施例，系统带不包含L-页数据，并且可以包含文件管理系统(FMS)元数据和信息。仅为了可靠性和电力故障简化，系统带可以被配置为较低页。在正常操作期间，除了在垃圾收集期间之外，系统带不需要被读取。为了总体WA优化，系统带可以被提供有比数据带显著更高的过量配置。其他带包括热带(其可以包含L-页数据并且可以被频繁地更新)和冷带(其可以被不太频繁地更新并且可以包括更加静态的数据，例如，可以作为GC的结果而已经被收集的数据)。根据一个实施例，可以基于S-块来分配系统带、热带、和冷带。

如以上指出的那样，非易失性存储器中的这些S-日志中的每一个可以包含S-日志条目的集合，并且覆盖例如价值32个E-页的数据。非易失性存储器1110中的这些S-日志使得控制器202不仅能够重建非易失性存储器中的逻辑到物理地址转换映射，还能够重建易失性存储器中的S-日志映射、用户S-块信息1106、和系统S-块信息1108。

图11B是根据一个实施例的S-日志映射1112的框图。S-日志映射1112可以由S-块号来索引，并且其每个条目可以指向用于该S-块的第一S-日志的开始，该第一S-日志进而可以覆盖该S-块的预先确定的数量的E-页(例如，32)。控制器202可以进一步被配置为建立或重建S-日志的映射并且将得到的S-日志映射存储在易失性存储器中。即，在重新启动时、或在发生其中电力发生故障的另一事件时、或在继误差恢复之后重新启动之后，控制器202可以以预先确定的先后顺序读取多个S-日志，基于先后读取的多个S-日志来建立在非易失性存储器装置中存储的S-日志的映射，并且将建立的S-日志映射1112存储在易失性存储器中。

固件表格和固件日志

如果出于任何原因中断到易失性存储器306的电力，则控制器202还可以需要重建在易失性存储器306中存储的固件表格304(在图3中示出)。这样的固件表格304可以例如存储用于S-块的编程/擦除(PE)计数信息，或者可以保存非易失性存储器缺陷信息。图5示出根据一个实施例的用于更新固件表格或用于创建固件日志的方法的各方面。根据一个实施例，上文描述的S-日志机制可以被适配以将固件表格304的内容存储在非易失性存储器中，以便在启动之后或无论何时易失性存储器306被擦除或被认为不被信任，使能易失性存储器306中的固件表格304的随后重构。如图5中示出的那样，块B51要求确定是否已经更新了固件表格的条目(例如，行)。之后，为了确保保持该更新的电力安全版本，固件日志可以被创建于易失性缓冲器中，以用于最终存储于非易失性存储器中，例如，以至少存储更新后的固件表格条目信息，如在B52处示出的那样。易失性存储器306中的固件表格的地址还可以被存储在固件日志中。之后，所创建的固件日志可以被写出到非易失性存储器，如在B53处示出的那样。

图6是示出根据一个实施例的示出S-日志在物理地址范围上的覆盖以及固件日志的内容的示图。如其中示出的那样，S-日志602可以被配置为存储被存储在物理地址范围250内的物理页处的非零长度的L页的信息。最后，固件日志606每一个可以存储固件表格条目信息和长度、以及在相关联的固件表格中的条目的在易失性存储器中的地址，如在608处示出的那样。根据一个实施例，物理地址范围250可以跨越例如32或64兆地址。相反，固件地址范围608可以跨越仅10000个条目上下。然而，应当理解的是，每一个的尺寸和物理地址范围的相对尺寸和固件表格条目的数量可以根据实现方式而变化，并且应当理解的是，这些尺寸仅为了示例性的目的而被给定。根据一个实施例，这些(以及可选地，其他)地址范围的分配可以在运行时由控制器202来分配。

固件日志格式

图12是根据一个实施例的示出更新数据存储装置中的固件表格的方法的各方面的框图。在图12中在附图标记1202处示出示例性固件表格。例如，该固件表格1202可以包括多个记录。例如，固件表格可以包括2048个8字节记录，总尺寸16KB。例如，固件表格1202可以包括每块206一个条目，或者可以包括其他系统相关的信息，例如，上电周期的数量、所处理的命令的数量和/或其他固件得出的信息。在图12中开发的示例中，固件可以需要更新固件表格1202以在其中在易失性存储器306内的示例性地址ABCD处存储新的固件表格条目(例如，更新后的PE计数)。一个实施例包括生成针对并且对应于固件表格1202中的改变后的条目的固件日志(和其中的条目)，而不是制作整个更新后的固件表格1202的拷贝并且将其存储在非易失性存储器中。固件日志扩展上文描述的S-日志概念，并且除了其被特别地采用以处理固件表格的更新之外，以类似的方式进行操作。因此，在固件日志的处理中能够利用诸如重构和一致性的用于S-日志处理的支持机制。

例如，由于S-日志包含头信息，所以固件日志1204还可以包括固件日志头。固件日志头可以构成到固件日志映射1206中的索引，由固件日志号索引的固件日志映射1206的条目可以在对应的附件日志的非易失性存储器(NVM)中指定位置。根据一个实施例，固件日志映射1206可以被配置为与S-日志映射1112在物理上和/或在逻辑上分离。替换地，根据一个实施例，固件日志映射1206可以形成图11中示出的S-日志映射1112的主要部分，并且可以以与S-日志映射1112的条目类似的方式处理固件日志映射1206的条目。固件日志映射1206在图12中仅为了易于参考而被示出为分离的构造，应当理解的是，图11B的S-日志映射1112还可以包括与固件表格对应的条目。例如并且类似于S-日志头，固件日志头可以以字节包括固件日志号和长度。在一个实施例中，固件日志头在尺寸上可以是4字节。固件日志1204还可以包括在更新后的固件表格条目的易失性存储器306中的完整地址。在图12的示例中，这样的完整地址是ABCD，其是固件表格1202内的条目的、在易失性存储器306中的地址。三十二(32)比特或4字节(例如)可以用于指定在固件表格1202中的改变后的条目的易失性存储器306中的完整地址。固件日志1204的下一字段可以自己存储固件表格条目信息。即，该字段可以存储要在易失性存储器306中的地址ABCD处存储的更新后的值(即，要在固件日志中保存的记录)。例如，该字段可以是变化的尺寸的，如在固件日志1204中的该条目的“N字节”尺寸所暗示的那样。最后，固件日志1204可以包括P字节的误差校正码和/或摘要，例如，循环冗余码(CRC)。例如，误差校正码/摘要可以跨越4字节。应当理解的是，图12中示出的以字节的字段和尺寸在本质上仅是示例性的。固件日志的不同实现方式还可以包括更多或更少数量的字段，字段中的每一个可以跨越不同的字节尺寸。在创建固件日志1204之后，其可以被写出到非易失性存储器，以便将其电力安全拷贝存储在非易失性存储器中。

根据一个实施例，包括更新后的固件表格条目的完全存储器地址使得控制器202能够当在上电时访问并且读取固件日志时，重构固件表格。根据一个实施例，每个所创建的固件日志可以由固件日志号来标识。根据一个实施例，这样的固件日志号可以被包括在固件日志1204的固件日志头中。根据一个实施例，所创建的固件日志可以被存储在物理非易失性存储器中的由固件日志头指定的地址处。如果使用32比特来寻址例如非易失性存储器的完全物理地址范围，则4字节固件日志头可以用作其中可以存储固件日志1204的非易失性存储器中的完整地址。这样的固件日志头(每所创建的固件日志1204一个固件日志头)还可以被存储在固件日志映射(其可以是图11B的S-日志映射1112的一部分)中，如图12中的附图标记1206处示出的那样。

固件日志映射1206(在物理上和/或在逻辑上与S-日志映射1112分离或与其集成)还可以被写出到非易失性存储器，以使得控制器202能够参考固件日志映射1206而通过扫描系统带中的每一个固件日志来访问在上电时创建的固件日志1204中的每一个。根据一个实施例，系统带是可以存储这样的S-日志和固件日志的非易失性存储器内的、在运行时间可以由控制器202分配的部分。根据一个实施例，系统带中的S-日志和固件日志可以以生成它们的顺序而被扫描。从固件表格条目信息以及提取自所读取的固件日志的地址和尺寸信息，固件表格(例如在1202处示出的)可以被重建于易失性存储器306中。该处理使得易失性存储器306中的固件表格304(图3)能够使用与被用于在易失性存储器中重建逻辑到物理地址转换映射302相类似的过程而被重建/重构/重新填充。根据一个实施例，在非易失性存储器中存储的S-日志702和固件日志1204两者可以以创建它们的顺序而被扫描，以从而重构地址转换映射302和固件表格304两者。

固件日志可以包括将日志标识为被配置为存储固件数据的固件日志的信息，从而将在启动时扫描的固件日志与被用于用户数据的S-日志进行区分。例如，标记比特可以被设置在将日志标识为被配置为存储例如8字节对准的信息(与例如7字节的S-日志相对)的固件日志的固件日志头中。根据一个实施例，这样的固件日志可以被配置为提供有效的技术以使得控制器202能够将几乎任何信息(例如，在该示例中，对准的8字节)存储到易失性存储器，而同时维持非易失性存储器中的其电力安全拷贝。根据一个实施例，所创建的固件日志在尺寸上可以是可变的，并且不需要被限制于在图12中示出的示例性实现方式。因此，根据一个实施例，固件日志1204的结构使得它们能够被扫描并且被处理以按照与在启动时也被扫描并且处理的S-日志类似的方式来重构固件表格，以重构逻辑到物理地址转换映射302。由于可以在固件日志1204中指定固件表格条目信息的易失性存储器306中的完整地址、尺寸和内容，所以控制器202可以将这样的固件表格条目信息直接写入到在固件日志中指定的完整的易失性存储器地址，以从而高效地重构在易失性存储器306中存储的固件表格。

在一段时间内可以并且甚至很可能多次更新给定的固件日志中的单个条目。根据一个实施例，给定的固件日志的每个更新可以生成新的固件日志，该新创建的固件日志可以被写出到非易失性存储器。以该方式，用于给定的固件表格的固件日志可以共同地构成随着时间对固件表格的更新的历史。在以生成这样的固件日志的顺序来先后扫描这样的固件日志时，扫描过程可遇到与同一固件表格条目相关联的多个固件日志。因此，根据一个实施例，如在与给定的固件表格条目相关联的较早生成的固件日志和与给定的固件表格条目相关联的最近生成的固件日志之间，仅最近生成的固件日志包括有效固件表格条目信息。

根据一个实施例，当固件表格条目被更新并且与其对应的新的固件日志被创建并且被写出到非易失性存储器时，在非易失性存储器中存在近来废弃的固件日志、以及包含更新后的固件表格条目信息的新的有效的固件日志。在该情况下，控制器202可以将(例如，存储近来废弃的固件日志的S-块的)对非易失性存储器的空闲空间核算更新与废弃的固件日志的尺寸相对应的量。包含这样的空闲空间的S-块可以在之后某个时间点处被垃圾收集，并且其中的空间被使得可用于到非易失性存储器的未来的写入。

固件表格重构

图13是根据一个实施例的控制数据存储装置的方法的流程图。确实，一个实施例是控制包括易失性存储器和多个非易失性存储器装置的数据存储装置的方法。多个非易失性装置中的每一个可以被配置为存储多个物理页，每个被存储在多个非易失性装置内的预先确定的物理位置处(例如，诸如E-页)。该方法可以包括将数据编程到多个存储器装置并且从多个存储器装置读取数据，如在图13中的块B131处示出的那样。如在块B132处示出的那样，一个或更多个固件表格可以被存储在易失性存储器中。固件表格可以包括多个固件表格条目，每个固件表格条目被存储在易失性存储器306中的预先确定的地址处。如在块B133处示出的那样，该方法还可以包括维护多个非易失性存储器装置中的多个固件日志，其中每个固件日志与固件表格条目相关联并且包括固件表格条目信息，如关于图12示出和描述的那样。这可以包括在对固件表格条目的进行更新时生成新的固件日志。

在B134处，可以确定是否已经发生启动或将擦除易失性存储器306的内容的其他事件。如果未发生，(B134的否分支)，则该方法可以回到块B131，控制器202继续处理主机访问请求和/或继续进行各种内务处理，例如垃圾收集。如果已经发生启动、重置或将擦除或以其他方式破坏易失性存储器306的内容的其他事件(B134的是分支)，则可以访问并且读取多个固件日志，如在B135处示出的那样。例如，非易失性存储器内的地址范围可以被扫描，并且日志(包括例如S-日志和固件日志)可以被读取以重建地址转换映射(例如，逻辑到物理地址转换映射302)和固件表格。即，可以使用先后读取的多个固件日志中的每一个中的固件表格条目信息来重建固件表格，如在B136处示出的那样。以创建所存储的固件日志的顺序而先后读取所存储的固件日志确保了所重建的固件表格的一致性；即，确保固件表格仅被填充有有效固件表格条目信息。这样的重建可以一次进行一个固件表格条目，或者可以通过读入在所读取的固件日志中的每一个的全部固件表格条目信息字段并且利用对易失性存储器306的多个先后写入而填充固件表格来执行。控制器202准确地“知道”在何处存储所读取的固件表格条目信息，这是由于根据一个实施例，固件日志中的每一个可以存储所读取的固件表格条目信息要被写入到其中的易失性存储器306中的完整地址。

有利地，固件日志中固有的方法和功能可以用于有利地由控制器202将大多数任何数据以电力安全的方式存储到易失性存储器306。确实，通过本文中描述和示出的固件日志机制，固件日志的功能可以被扩展到将任何(例如，8字节对准的)数据任意地存储到易失性存储器306，其中，其电力安全拷贝被存储到非易失性存储器。

虽然已经描述该公开的某些实施例，但是仅通过示例的方式呈现这些实施例，并且这些实施例不是要限制本公开的范围。确实，可以以各种其他形式来实施本文中描述的新颖方法、装置和系统。更进一步地，在不背离该公开的精神的情况下，可以做出对在本文中描述的方法和系统的形式上的各种省略、替换和改变。所附权利要求及它们的等同物意在覆盖将落入本公开的范围和精神内的这样的形式或修改。例如，本领域技术人员将意识到的是，在各个实施例中，实际结构(诸如，例如，SSD块的结构、或者物理或逻辑页的结构)可以与在图中示出的那些不同。而且，固件日志的结构可以与本文中示出和描述的不同，如本领域技术人员可以认识到的那样。取决于实施例，可以移除在以上示例中描述的某些步骤，可以添加其他步骤。此外，以上公开的具体实施例的特征和属性可以以不同方式组合以形成附加的实施例，其全部落入本公开的范围内。尽管本公开提供了某些优选实施例和应用，但是对于本领域普通技术人员来说明显的其他实施例，包括未提供在本文中阐述的全部特征和优点的实施例，也在该公开的范围内。由此，本公开的范围是要仅参照所附权利要求来限制。

Claims

1.一种数据存储装置控制器，所述控制器被配置为：(1)耦合到易失性存储器并且耦合到被配置为存储多个物理页的多个非易失性存储器装置；并且(2)将数据编程到所述多个非易失性存储器装置以及从所述多个非易失性存储器装置读取数据，所述控制器被配置为：

存储包括多个固件表格条目的固件表格；

维护所述多个非易失性存储器装置中的多个固件日志，每个固件日志与一个固件表格条目相关联并且包括固件表格条目信息；

在启动时读取所述多个固件日志；并且

使用所读取的多个固件日志中的每一个中的固件表格条目信息来重建所述固件表格。

2.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述多个固件日志中的每一个与固件日志号相关联。

3.根据权利要求2所述的控制器，其中，所述控制器进一步被配置为使用所述固件日志号、地址和长度来重建所述固件表格。

4.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述控制器进一步被配置为以生成所述多个固件日志的顺序来读取所述多个固件日志。

5.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述控制器进一步被配置为在固件表格条目发生改变时，生成新的固件日志并且将所生成的固件日志存储在非易失性存储器中。

6.根据权利要求5所述的控制器，其中，在与给定固件表格条目相关联的较早生成的固件日志和与所述给定固件表格条目相关联的最近生成的固件日志之间，仅所述最近生成的固件日志包括有效固件表格条目信息。

7.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述多个固件日志共同地限定随着时间对所述固件表格的改变的历史。

8.根据权利要求1所述的控制器，其中，每个固件日志被配置为存储它的相关联的固件表格条目的、在所述易失性存储器中的地址。

9.根据权利要求1所述的控制器，其中，每个固件日志被配置为存储它的相关联的固件表格条目的、在所述易失性存储器中的尺寸。

10.根据权利要求1所述的控制器，其中，每个固件日志被配置为存储误差校正码和摘要中的至少一个。

11.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述控制器进一步被配置为建立固件日志映射，所述固件日志映射中的每一个条目指向所述非易失性存储器装置中存储所述多个固件日志中的一个的位置。

12.一种数据存储装置，包括：

根据权利要求1所述的控制器，以及

所述多个非易失性存储器装置。

13.一种用于控制数据存储装置的方法，所述数据存储装置包括易失性存储器和多个非易失性存储器装置，所述多个非易失性存储器装置被配置为存储多个物理页并且被配置为使得能够将数据编程到所述多个非易失性存储器装置以及从所述多个非易失性存储器装置读取数据，所述方法包括：

存储包括多个固件表格条目的固件表格；

在启动时读取所述多个固件日志；并且

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述多个固件日志中的每一个与固件日志号相关联。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，重建进一步包括使用所述固件日志号、地址和长度来重建所述固件表格。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，读取包括以生成所述多个固件日志的顺序来读取所述多个固件日志。

17.根据权利要求13所述的方法，进一步包括在固件表格条目发生改变时，生成新的固件日志并且将所生成的固件日志存储在非易失性存储器中。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，在与给定固件表格条目相关联的较早生成的固件日志和与所述给定固件表格条目相关联的最近生成的固件日志之间，仅所述最近生成的固件日志包括有效固件表格条目信息。

19.根据权利要求13所述的方法，其中，所述多个固件日志共同地限定随着时间对所述固件表格的改变的历史。

20.根据权利要求13所述的方法，其中，维护进一步包括在每个固件日志中存储它的相关联的固件表格条目的、在易失性存储器中的地址。

21.根据权利要求13所述的方法，其中，维护进一步包括在每个固件日志中存储它的相关联的固件表格条目的尺寸。

22.根据权利要求13所述的方法，其中，维护进一步包括在每个固件日志中存储误差校正码和摘要中的至少一个。

23.根据权利要求13所述的方法，进一步包括建立固件日志映射，所述固件日志映射中的每一个条目指向所述非易失性存储器装置中存储所述多个固件日志中的一个的位置。