CN105278866A - 固态储存装置及其错误更正控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种固态储存装置的错误更正控制方法，该固态储存装置包括：一控制单元用以接收一主机的一读取指令；一闪存连接至该控制单元；以及，一缓冲单元连接至该控制单元，该方法包括下列步骤：于收到该读取指令时，利用一预设算法来验证由该闪存取得的一读取数据；于该读取数据中没有无法更正的错误时，控制单元输出该读取数据；以及于该读取数据中有无法更正的错误时，根据一重试表来启动一重试流程；其中，该重试表中定义多个算法则的使用次序。

Description

固态储存装置及其错误更正控制方法

技术领域

本发明是有关于一种固态储存装置与其控制方法，且特别是有关于一种固态储存装置及其错误更正控制方法。

背景技术

众所周知，现今的固态储存装置(SolidStateDrive，SSD)一般使用与非门闪存(NANDflashmemory)为主要存储组件，而此类的闪存为一种非挥发性(non-volatile)的内存组件。也就是说，当数据写入闪存后，一旦系统电源关闭，数据仍保存在闪存中。

众所周知，闪存包含由多个存储单元所组成的存储单元数组，其中的每个存储单元(memorycell)皆包括一个浮动闸晶体管(floatinggatetransistor)。

于程序周期(programcycle)时，利用热载子(hotcarrier)，例如电子，注入(inject)浮动闸晶体管中的浮动闸极(floatinggate)，用以改变浮动闸晶体管的阈值电压(thresholdvoltage)，进而产生不同的储存状态。而不同的储存状态会有不同的阈值电压分布。

请参照图1，其所绘示为闪存中的储存状态与阈值电压分布的关系示意图。以单层存储单元(Single-LevelCell，简称SLC)闪存为例，一个存储单元可以有两种储存状态，例如第一储存状态(E)与第二储存状态(A)。

再者，统计第一储存状态(E)的所有存储单元的阈值电压可知，第一储存状态(E)的阈值电压分布约在VTHE附近，而统计第二储存状态(A)的所有存储单元的阈值电压可知，第二储存状态(A)的阈值电压分布约在VTHA附近。因此，在读取存储单元的储存状态时，利用一切割电压(slicevoltage，Vs)即可判断出大部分存储单元的储存状态。换句话说，于读取周期时，阈值电压小于切割电压(Vs)的存储单元即被判定为第一储存状态(E)，而阈值电压大于切割电压(Vs)的存储单元即被判定为第二储存状态(A)。

然而，某些第一储存状态(E)的存储单元的阈值电压大于切割电压(Vs)，这些存储单元会被误判为第二储存状态(A)。同理，某些第二储存状态(A)的存储单元的阈值电压小于切割电压(Vs)，这些存储单元会被误判为第一储存状态(E)。

当然，每个存储单元储存多位的多层存储单元(Multi-LevelCell，简称MLC)闪存也会出现误判的情况。此时，固态储存装置就需要进行错误更正。

请参照图2，其所绘示为已知的固态储存装置示意图。固态储存装置10中包括一控制单元101、缓冲单元(bufferingunit)107与一闪存105。而在固态储存装置10外部，控制单元101通过一外部总线14与主机(host)12之间进行指令与数据的传递。其中，外部总线14可为USB总线、IEEE1394总线或SATA总线等等。

当主机12将写入数据储存至闪存105时，主机12会发出写入指令与写入数据至固态储存装置10。此时，控制单元101中的错误更正单元103会根据写入数据产生一错误更正码(ECCcode)。之后，控制单元101会将写入数据与错误更正码一并写入闪存105。

当主机12需要读取闪存105中的数据时，主机12会发出读取指令至固态储存装置10。此时，控制单元101由闪存105中取得读取数据以及对应的错误更正码并暂存于缓冲单元107中。接着，错误更正单元103会根据错误更正码来验证读取数据。当错误更正单元103确定读取数据的正确性之后，控制单元101输出读取数据至主机12。

一般来说，已知的错误更正单元103是利用单一的算法则来进行数据错误更正。当错误更正单元103确定读取数据中的错误无法被更正(uncorrectable)时，控制单元101无法输出正确的读取数据。此时，控制单元101会将闪存105中储存读取数据的位置作一标记(mark)，直到固态储存装置10待机(standby)时再尝试更正读取数据。

因此，当错误无法被错误更正单元103更正时，控制单元101无法实时的修复读取数据，需要在待机时尝试更正读取数据。如果想要实时(realtime)的更正读取数据中的错误时，将会造成固态储存装置10的数据吞吐率(throughput)大幅下降，严重影响固态储存装置10的效能。

发明内容

本发明提出一种固态储存装置，利用一外部总线连接至一主机，该固态储存装置包括：一控制单元，连接至该外部总线以接收该主机的一读取指令；一闪存，连接至该控制单元；以及一缓冲单元，连接至该控制单元；其中，该控制单元更包括一错误更正单元，该控制单元根据该读取指令由该闪存取出一读取数据以及对应的一错误更正码并暂储于该缓冲单元，该错误更正单元利用一预设算法并根据该错误更正码来验证该读取数据；其中，当该读取数据中的错误无法被更正时，根据一重试表来启动一重试流程，其中该重试表中定义多个算法则的使用次序。

本发明提出一种固态储存装置的错误更正控制方法，该固态储存装置包括：一控制单元用以接收一主机的一读取指令；一闪存连接至该控制单元；以及，一缓冲单元连接至该控制单元，该方法包括下列步骤：于收到该读取指令时，利用一预设算法来验证由该闪存取得的一读取数据；于该读取数据中没有无法更正的错误时，控制单元输出该读取数据；以及于该读取数据中有无法更正的错误时，根据一重试表来启动一重试流程；其中，该重试表中定义多个算法则的使用次序。

为了对本发明的上述及其它方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1所绘示为闪存中的储存状态与阈值电压分布的关系示意图。

图2所绘示为已知的固态储存装置示意图。

图3所绘示为本发明实施例的固态储存装置示意图。

图4所绘示为本发明实施例的重试表示意图。

图5所绘示为本发明实施例的错误更正控制方法。

图6所示为根据重试表所启动的重试流程示意图。

图7所绘示为本发明第二实施例的错误更正控制方法。

具体实施方式

为了在不影响固态储存装置的数据吞吐率(throughput)下进行实时数据错误更正，本发明提出一种固态储存装置，其可定义一重试流程。于读取数据中的错误无法被更正(uncorrectable)时，错误更正单元可根据重试流程来实时改变错误更正的算法则，并且更正读取数据中的错误。如此，可以实时输出读取数据，并且维持固态储存装置的高数据吞吐率。

请参照图3，其所绘示为本发明实施例的固态储存装置示意图。固态储存装置20中包括一控制单元201、缓冲单元220与一闪存205。而在固态储存装置20外部，控制单元210通过一外部总线14与主机12之间进行指令与数据的传递。其中，外部总线14可为USB总线、IEEE1394总线或SATA总线等等。

当主机12需要读取闪存205中的数据时，主机12会发出读取指令至固态储存装置20。此时，控制单元210由闪存205中取得读取数据以及对应的错误更正码并暂存于缓冲单元220中。接着，错误更正单元212会根据缓冲单元220中的错误更正码来验证读取数据。根据本发明的实施例，错误更正单元212可以利用多种算法来更正读取数据中的错误。

当错误更正单元212确定读取数据中的错误无法被更正(uncorrectable)时，错误更正单元212会根据重试表(retrytable)214的内容规范来改变算法则，或者改变其它控制因素来试着再次进行读取数据的错误更正。再者，上述的算法可为硬式最小值总合算法(min-sumhardalgorithm)、软式最小值总合算法(min-sumsoftalgorithm)、硬式总合乘积算法(sum-producthardalgorithm)、软式总合乘积算法(sum-productsoftalgorithm)、硬式位反转算法(bitflippinghardalgorithm)、或者软式位反转算法(bitflippingsoftalgorithm)。当然本发明并未限定于特定的算法，其它算法也可以运用于本发明的错误更正单元212。

请参照图4，其所绘示为本发明实施例的重试表示意图。其中，图4的重试表仅为本发明的一个示例而已，并非用来限定本发明。举例来说，当错误更正单元212利用预设的算法来验证读取数据且确认错误无法被更正(uncorrectable)时，错误更正单元212即根据重试表的内容来启动重试流程。

如重试表中所示的第一步骤(1)，错误更正单元212的算法则为硬式最小值总合算法(min-sumhardalgorithm)。并且，控制单元210对闪存205发出硬式读取命令(hardreadcommand)，以取得硬式位的读取数据(hardbitofreaddata)以及对应的错误更正码并更新于缓冲单元220中，并再次进行读取数据的错误更正。如果错误更正单元212可顺利更正读取数据中的错误，控制单元210即可输出正确的读取数据至主机；反之，如果读取数据中的错误无法被更正时，则继续进行第二步骤(2)。

如重试表中所示的第二步骤(2)，错误更正单元212的算法更改为软式最小值总合算法(min-sumsoftalgorithm)。并且，控制单元210对闪存205发出软式读取命令(softreadcommand)，以取得软式位的读取数据(softbitofreaddata)以及对应的错误更正码并更新于缓冲单元220中，并再次进行读取数据的错误更正。如果错误更正单元212可顺利更正读取数据中的错误，控制单元210即可输出正确的读取数据至主机；反之，如果读取数据中的错误无法被更正时，则继续进行第三步骤(3)。

如重试表中所示的第三步骤(3)，错误更正单元212的算法更改为软式最小值总合算法(min-sumsoftalgorithm)。并且，控制单元210对闪存205发出硬式与软式读取命令(hardandsoftreadcommands)，并同时取得软式与硬式的读取数据以及对应的错误更正码并更新于缓冲单元220中，并再次进行读取数据的错误更正。如果错误更正单元212可顺利更正读取数据中的错误，控制单元210即可输出正确的读取数据至主机；反之，如果读取数据中的错误无法被更正时，则继续进行第四步骤(4)。

在此实施例中，重试表的第四步骤(4)并非提出另一种算法以进行再次的错误更正，而是提出一校正程序。由于先前变更算法的步骤皆无法输出正确的读取数据，因此重试表提出要控制单元210对闪存205进行校正程序。于校正程序中，控制单元210重新校正切割电压(slicevoltage，Vs)，以获得一个校正后的切割电压。之后再继续进行后续的步骤。当然，校正程序可以根据实际的需要来取舍，亦即在本发明的重试表中也可以不进行校正程序。

再者，第四步骤(4)之后的重试表可以更换其它算法来再次进行重试流程，其流程类似在此不再赘述。

基本上，固态储存装置20的设计者可以根据闪存205的特性来设计重试表的内容，使得读取数据中的错误能够在重试的过程被更正，并且输出至主机12，且维持固态储存装置10的高数据吞吐率(throughput)。

请参照图5，其所绘示为本发明第一实施例的错误更正控制方法。于控制单元210收到读取指令时开始进行。接着，错误更正单元212以预设的算法来验证由闪存205取得的读取数据(步骤S401)。

当错误更正单元212确认读取数据中没有无法更正的错误时(步骤S403)，控制单元201输出读取数据(步骤S405)。反之，当错误更正单元212确认读取数据中有无法更正的错误时(步骤S403)，错误更正单元212根据重试表的内容来启动一重试流程(步骤S407)。

如图6所示，其为根据重试表所启动的重试流程示意图。于启动重时流程时，首先将错误更正单元212的算法改为一第一算法(步骤S407a)；并且发出对应的一读取命令并以第一算法来验证由闪存205取得的读取数据(步骤S407b)。

当错误更正单元212确认读取数据中没有无法更正的错误时(步骤S407c)，控制单元201输出读取数据(步骤S407d)。

反之，当错误更正单元212确认读取数据中有无法更正的错误时(步骤S407c)，将错误更正单元212的算法改为一第二算法(步骤S407e)；并且发出对应的读取命令并以第二算法来验证由闪存205取得的读取数据(步骤S407f)。

上述的说明是根据重试表的内容来更改算法则的使用次序。当然，本发明并不限定于此。在启动重试流程时，错误更正单元212根据重试表的内容来更改算法则、更新硬式位的读取数据、更新软式位的读取数据、或者进行校正程序，并再次验证读取数据。并且，当错误更正单元212确认读取数据中已无错误时，控制单元201即可输出读取数据，并结束重试流程。

由以上的说明可知，本发明提出一种固态储存装置及其错误更正控制方法。于读取数据中的错误无法被更正时，错误更正单元214根据重试表的定义开启一重试流程用以实时更正读取数据中的错误。如此，可以实时输出读取数据，并且维持固态储存装置10的高数据吞吐率。

再者，由于闪存205中的数据经过多次的写入与擦除之后，其存储单元的特性会变差，此时会造成数据错误率的上升。因此，本发明更可针对特性较差的存储单元，另外提供一组算法则以及重试表。换句话说，本发明更可根据存储单元的特性提供不同的重试流程。

基本上，在闪存205中，其是以区块为擦除的基本单位，而一个区块可定义为2Kbyte区块、4Kbyte区块、8Kbyte区块等等。而在闪存205中，每个区块可对应至一个区块使用信息，区块使用信息可为区块擦除次数(erasecount)或者数据保存特性(dataretentioncharacteristic)。当然，也可以将切割电压的大小作为区块使用信息。再者，区块使用信息亦可为环境条件，例如：环境温度或环境湿度等。本发明并不以此为限。

根据本发明的实施例，当区块擦除次数大于一阈值擦除次数，或者数据保存特性变差，或者切割电压的大小小于一阈值切割电压时，可将该区块使用信息视为不正常的区块使用信息。此时，该区块使用信息所对应的区块，其存储单元特性较差，需要另外提供一组算法则以及重试表。

请参照图7，其所绘示为本发明第二实施例的错误更正控制方法。首先，于控制单元210收到读取指令时，根据读取地址获得一区块及其对应的一区块使用信息(步骤S701)。并且，进一步判断是否为正常的区块使用信息(步骤S703)。

当控制单元210确认为正常的区块使用信息时，代表该区块中的存储单元特性尚未变差。此时，错误更正单元212以预设的算法来验证由闪存205取得的读取数据(步骤S711)。

当错误更正单元212确认读取数据中没有无法更正的错误时(步骤S713)，控制单元201输出读取数据(步骤S730)。反之，当错误更正单元212确认读取数据中有无法更正的错误时(步骤S713)，错误更正单元212根据第一重试表的内容来启动重试流程(步骤S719)。

再者，当控制单元210确认为不正常的区块使用信息时，代表该区块中的存储单元特性已经变差。此时，错误更正单元212以第三算法来验证由闪存205取得的读取数据(步骤S721)。

当错误更正单元212确认读取数据中没有无法更正的错误时(步骤S723)，控制单元201输出读取数据(步骤S730)。反之，当错误更正单元212确认读取数据中有无法更正的错误时(步骤S723)，错误更正单元212根据第二重试表的内容来启动重试流程(步骤S729)。

再者，第二实施例中启动重试流程，可根据图6的流程来实现，此处不再赘述。

由以上的说明可知，本发明的第二实施例，可以根据存储单元的特性来提供不同的算法来验证读取数据。并且，在读取数据中有无法更正的错误时，更提供另一重试表来启动重试流程。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中一般的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

Claims (16)

1.一种固态储存装置，利用一外部总线连接至一主机，该固态储存装置包括：

一控制单元，连接至该外部总线以接收该主机的一读取指令；

一闪存，连接至该控制单元；以及

一缓冲单元，连接至该控制单元；

其中，该控制单元更包括一错误更正单元，该控制单元根据该读取指令中的读取地址由该闪存中的一区块取出一读取数据以及对应的一错误更正码并暂储于该缓冲单元；

其中，当该区块所对应的一区块使用信息为一不正常使用信息时，该错误更正单元利用一第一算法并根据该错误更正码来验证该读取数据；且当该读取数据中的错误无法被更正时，根据一第一重试表来启动一重试流程，其中该第一重试表中定义多个算法则的使用次序。

2.如权利要求1所述的固态储存装置，其中当该区块所对应的该区块使用信息为一正常使用信息时，该错误更正单元利用一预设算法并根据该错误更正码来验证该读取数据；且当该读取数据中的错误无法被更正时，根据一第二重试表来启动该重试流程。

3.如权利要求1所述的固态储存装置，其中于该重试流程时，将该错误更正单元的该第一算法改为一第二算法，并且发出对应的该读取命令并以该第二算法来验证由该闪存取得的该读取数据；其中，当该错误更正单元确认该读取数据中没有无法更正的错误时，控制单元输出该读取数据；以及，当该错误更正单元确认该读取数据中有无法更正的错误时，将该错误更正单元的该第二算法改为一第三算法。

4.如权利要求1所述的固态储存装置，其中于该重试流程中，该控制单元由该闪存取出一硬式位的该读取数据或者一软式位的该读取数据后，该错误更正单元据以验证该读取数据。

5.如权利要求1所述的固态储存装置，其中该些算法包括：硬式最小值总合算法、软式最小值总合算法、硬式总合乘积算法、软式总合乘积算法、硬式位反转算法、或者软式位反转算法。

6.如权利要求1所述的固态储存装置，其中该重试表中还定义一校正程序，用以使该控制单元校正该闪存的一切割电压。

7.如权利要求1所述的固态储存装置，其中该区块使用信息为一区块擦除次数，或者一数据保存特性，或者一切割电压，或者一环境条件。

8.如权利要求7所述的固态储存装置，其中该环境条件包含一环境温度，或者一环境湿度。

9.一种固态储存装置的错误更正控制方法，该固态储存装置包括：一控制单元用以接收一主机的一读取指令；一闪存连接至该控制单元；以及，一缓冲单元连接至该控制单元，该方法包括下列步骤：

于收到该读取指令时，根据一读取地址获得一区块的一区块使用信息；

当该区块使用信息属于一不正常的区块使用信息时，利用一第一算法来验证由该闪存取得的一读取数据；

于该读取数据中没有无法更正的错误时，控制单元输出该读取数据；以及

于该读取数据中有无法更正的错误时，根据一第一重试表来启动一重试流程；

其中，该重试表中定义多个算法则的使用次序。

10.如权利要求9所述的错误更正控制方法，更包括下列步骤：

当该区块使用信息属于一正常的区块使用信息时，利用一预设算法来验证由该闪存取得的该读取数据；

于该读取数据中没有无法更正的错误时，控制单元输出该读取数据；以及

于该读取数据中有无法更正的错误时，根据一第二重试表来启动该重试流程。

11.如权利要求9所述的错误更正控制方法，其中启动该重试流程更包括下列步骤：

将该预设算法改为一第二算法；

发出对应的该读取命令并以该第二算法来验证由该闪存取得的该读取数据；

当该读取数据中没有无法更正的错误时，输出该读取数据；以及

当确认该读取数据中有无法更正的错误时，将该错误更正单元的该第二算法改为一第三算法。

12.如权利要求9所述的错误更正控制方法，其中于该重试流程中，该控制单元由该闪存取出一硬式位的该读取数据或者一软式位的该读取数据后，并据以验证该读取数据。

13.如权利要求9所述的错误更正控制方法，其中该些算法包括：硬式最小值总合算法、软式最小值总合算法、硬式总合乘积算法、软式总合乘积算法、硬式位反转算法、或者软式位反转算法。

14.如权利要求9所述的错误更正控制方法，其中该重试表中更定义一校正程序，用以使该控制单元校正该闪存的一切割电压。

15.如权利要求9所述的错误更正控制方法，其中该区块使用信息为一区块擦除次数，或者一数据保存特性，或者一切割电压，或者一环境条件。

16.如权利要求15所述的错误更正控制方法，其中其中该环境条件包含一环境温度，或者一环境湿度。