CN106847342B - 非易失性存储器装置及其空页检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种非易失性存储器装置及其空页检测方法。非易失性存储器装置包括非易失性存储器以及控制器。控制器读取非易失性存储器的存储页的内容。控制器对存储页的至少一码字进行低密度奇偶检查(LDPC)解码而获得经解码码字与检查结果向量。当码字的LDPC解码为成功时，控制器判定该存储页不是空页。当码字的LDPC解码为失败时，控制器计数在所述检查结果向量中位为1(或0)的位数量。依据在所述检查结果向量中位为1(或0)的位数量，控制器判定所述存储页是否为空页。
Description
技术领域
本发明是有关于一种非易失性存储器，且特别是有关于一种非易失性存储器装置及其空页检测方法。
背景技术
与传统的硬盘设备相比，配置了快闪存储器(FLASH memory)的固态硬盘(SolidState Drive，SSD)具有快速读/写性能和低功耗等特性。固态硬盘是一种常用的数据储存设备。在固态硬盘的操作过程中，固态硬盘的系统(固件与硬件)需要维持许多经更新的管理信息，例如位址映射信息、快闪存储器条件信息(conditions information)与其他信息。所述快闪存储器条件信息包含程序化/擦除计数值(programing/erasing count)、有效页计数值(valid page count)与其他条件信息。这些经更新的管理信息会在非预期的断电事件中消失。在系统复电时，固态硬盘的系统须把断电前的状态(经更新的管理信息)恢复回来。其中，固态硬盘的系统需要去判断在快闪存储器中哪些存储页被写过，或是哪些存储页未曾写过(空页)。
对于一些快闪存储器产品类型而言，经擦除的存储单元的每一个位的逻辑值是1。因此，经擦除的存储页(没有数据的存储页，即空页)的每一个位应该全为1。于是，现有空页检测方法可以去计数某一目标存储页的内容中位为1的位数量。若此目标存储页的内容中所有位均为1，则表示此目标存储页为空页。
在另一些快闪存储器产品类型中，快闪存储器装置内配置有扰乱器(scrambler)。通过扰乱器的操作，存储页的内容是近似随机(random)的。因此，空页的每一个位不是全为1。可以想见，上述现有空页检测方法无法适用于具有扰乱器的快闪存储器装置，因为现有空页检测方法无法依据所读出的目标存储页的内容来正确判断此目标存储页是否为空页。
发明内容
本发明提供一种非易失性存储器装置及其空页检测方法，其可以正确判断存储页是否为空页。
本发明的实施例提供一种非易失性存储器装置。非易失性存储器装置包括非易失性存储器以及控制器。控制器耦接至非易失性存储器。控制器用以进行空页检测方法，来检查非易失性存储器的存储页是否为空页。其中，所述空页检测方法包括：由控制器读取存储页的内容；由控制器对存储页的至少一码字进行低密度奇偶检查(Low-Density Parity-Check，以下称LDPC)解码而获得经解码码字与检查结果向量；当所述至少一码字的LDPC解码为成功时，由控制器判定该存储页不是空页；当所述至少一码字的LDPC解码为失败时，由控制器计数在所述检查结果向量中位为1的位数量，或计数在所述检查结果向量中位为0的位数量；以及依据在所述检查结果向量中位为1的位数量，或依据在所述检查结果向量中位为0的位数量，由控制器判定所述存储页是否为空页。
本发明的实施例提供一种非易失性存储器装置的空页检测方法，用以检查该非易失性存储器的存储页是否为空页。此非易失性存储器装置包括非易失性存储器以及控制器。所述空页检测方法包括：由控制器读取存储页的内容；由控制器对存储页的至少一码字进行LDPC解码而获得经解码码字与检查结果向量；当所述至少一码字的LDPC解码为成功时，由控制器判定所述存储页不是空页；当所述至少一码字的LDPC解码为失败时，由控制器计数在所述检查结果向量中位为1的位数量，或计数在所述检查结果向量中位为0的位数量；以及依据在所述检查结果向量中位为1的位数量，或依据在所述检查结果向量中位为0的位数量，由控制器判定所述存储页是否为空页。
基于上述，本发明的实施例所提供非易失性存储器装置与空页检测方法利用了LDPC解码过程中的检查结果向量。当存储页的所述至少一码字的LDPC解码为失败时，控制器可以计数在所述检查结果向量中位为1(或0)的位数量。依据在所述检查结果向量中位为1(或0)的位数量，控制器可以正确判定所述存储页是否为空页。
为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并结合附图详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明实施例所绘示一种非易失性存储器装置的电路方块示意图。
图2是依照本发明一实施例说明一种非易失性存储器装置的空页检测方法的流程示意图。
图3是依照本发明实施例说明图1所示LDPC解码器的范例电路方块图。
图4是依照本发明一实施例说明图2所示空页检测方法的范例流程示意图。
图5是依照本发明另一实施例说明图2所示空页检测方法的范例流程示意图。
图6是依照本发明另一实施例说明一种空页检测方法的流程示意图。
图7是依照本发明又一实施例说明一种空页检测方法的流程示意图。
附图符号说明
10：主机
100：非易失性存储器装置
110：非易失性存储器
111：码字
120：控制器
121：中央处理单元
122：随机存取存储器
123：LDPC解码器
124：经解码码字
310：计数器
320：检查器
330：解码器
S210～S253、S630：步骤
具体实施方式
在本发明说明书全文(包括权利要求书)中所使用的「耦接(或连接)」一词可指任何直接或间接的连接手段。举例而言，若文中描述第一装置耦接(或连接)于第二装置，则应该被解释成该第一装置可以直接连接于该第二装置，或者该第一装置可以通过其他装置或某种连接手段而间接地连接至该第二装置。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件/步骤代表相同或类似部分。不同实施例中使用相同标号或使用相同用语的元件/构件/步骤可以相互参照相关说明。
图1是依照本发明实施例所绘示一种非易失性存储器装置100的电路方块示意图。依照设计需求，非易失性存储器装置100可以是随身盘、固态硬盘(solid state disc,SSD)或是其他储存装置。非易失性存储器装置100可以耦接至主机(host)10。此主机10可以是电脑、掌上型电话、多媒体播放机、相机或是其他电子装置。当主机10发出一个读取命令(readcommand)给非易失性存储器装置100时，非易失性存储器装置100可以依据此读取命令的寻址来回传对应数据给主机10。
在图1所示实施例中，非易失性存储器装置100包括非易失性存储器110以及控制器120。依照设计需求，非易失性存储器110可以是反及快闪存储器(NAND flash memory)或是其他非易失性储存电路/元件。控制器120耦接至非易失性存储器110。在主机10发出一个读取命令后，控制器120可以依据该读取命令来寻址非易失性存储器110，以便从非易失性存储器110中读取一笔对应码字111，然后对此对应码字111进行低密度奇偶检查(Low-Density Parity-Check，以下称LDPC)解码，以获得经解码码字。LDPC解码可以更正传输过程中发生的错误。LDPC解码为现有技术，故不再赘述。
一次LDPC解码完成后，控制器120可以获得一个经解码码字v。控制器120可以使用等式1来检查此经解码码字v，而获得检查结果向量[c0 c1…cm-1]。等式1中的H为具有稀疏矩阵性质的奇偶检查矩阵。奇偶检查矩阵H内的元素为1或0，且1的元素数量远少于0的元素数量。奇偶检查矩阵H为现有技术，故不再赘述。若检查结果向量[c0 c1…cm-1]不为0向量(0矩阵，即矩阵中所有元素c0～cm-1均为0)，则控制器120可以对此经解码码字v进行迭代运算(再一次进行LDPC解码)，以获得新的经解码码字v。控制器120可以再一次使用等式1来检查所述新的经解码码字v，而获得新的检查结果向量[c0 c1…cm-1]。如此进行多次迭代运算，直到检查结果向量[c0 c1…cm-1]为0向量(0矩阵)，即终止迭代运算(也即所述对应码字111的LDPC解码为成功)。当所述对应码字111的LDPC解码为成功时，经解码码字124(最后一次进行LDPC解码所获得的经解码码字v)可以被回传给主机10。
当所述多次迭代运算的次数已达预设的阈值次数时，检查结果向量[c0 c1…cm-1]仍为不为0向量，则控制器120可以决定所述对应码字111的LDPC解码为失败。所述阈值次数可以依照设计需求来决定。
图2是依照本发明一实施例说明一种非易失性存储器装置的空页检测方法的流程示意图。此空页检测方法可以检查非易失性存储器110的一个存储页是否为空页。请参照图1与图2，控制器120在步骤S210中可以读取非易失性存储器110的一个存储页的内容。一般而言，一个存储页包含一个或多个码字(codeword)。控制器120在步骤S220中可以对所述存储页的至少一个码字进行LDPC解码，而获得经解码码字v与检查结果向量[c0 c1…cm-1]。控制器120在步骤S230中可以检查所述码字的LDPC解码是否成功。当所述存储页的一个或多个码字的LDPC解码为成功时，控制器120可以判定所述存储页不是空页(步骤S240)。
当步骤S230判定所述码字的LDPC解码为失败时，控制器120可以在步骤S250中计数在检查结果向量[c0 c1…cm-1]中位为1(或0)的位数量，也即计数元素c0～cm-1中有几个元素(位)的值为1(或0)。举例来说(以8位为范例，但不限于此)，假设检查结果向量[c0 c1…cm-1]为[10011111]，则在检查结果向量[c0 c1…cm-1]中位为1的位数量为6个(或0的位数量为2个)。假设检查结果向量[c0 c1…cm-1]为[00001000]，则在检查结果向量[c0 c1…cm-1]中位为1的位数量为1个(或位为0的位数量为7个)。依据在检查结果向量[c0 c1…cm-1]中位为1(或0)的位数量，控制器120可以判定所述存储页是否为空页(步骤S250)。举例来说，在一些实施例中，当在检查结果向量[c0 c1…cm-1]中位为1的位数量大于第一阈值Th1时，控制器120在步骤S250中可以判定所述存储页为空页。所述第一阈值Th1可以依照设计需求来决定。在另一些实施例中，当在检查结果向量[c0 c1…cm-1]中位为0的位数量小于第二阈值Th2时，控制器120在步骤S250中可以判定所述存储页为空页。所述第二阈值Th2可以依照设计需求来决定。
在图1所示实施例中，控制器120可以包括中央处理单元121、随机存取存储器122与LDPC解码器123。在主机10发出一个读取命令后，中央处理单元121可以依据该读取命令来寻址非易失性存储器110，以便从非易失性存储器110中读取一笔对应码字111。LDPC解码器123耦接至非易失性存储器110，以接收非易失性存储器110的存储页的内容(例如码字111)。LDPC解码器123可以对所述存储页的码字111进行LDPC解码，而获得经解码码字v与该检查结果向量[c0 c1…cm-1]。
在一些实施例中，随机存取存储器122耦接至LDPC解码器123以储存检查结果向量[c0 c1…cm-1]。中央处理单元121耦接至随机存取存储器122以读取检查结果向量[c0 c1…cm-1]。当所述码字的LDPC解码为成功时，中央处理单元121可以判定所述存储页不是空页。当所述码字的LDPC解码为失败时，中央处理单元121可以计数在检查结果向量[c0 c1…cm-1]中位为1(或0)的位数量。依据在检查结果向量[c0 c1…cm-1]中位为1(或0)的位数量，中央处理单元121可以判定所述存储页是否为空页。举例来说，当在检查结果向量[c0 c1…cm-1]中位为1的位数量大于第一阈值Th1时，中央处理单元121可以判定所述存储页为空页。或者，当在检查结果向量[c0 c1…cm-1]中位为0的位数量小于第二阈值Th2时，中央处理单元121也可以判定所述存储页为空页。
在另一些实施例中，当所述码字的LDPC解码为失败时，LDPC解码器123可以计数在检查结果向量[c0 c1…cm-1]中位为1(或0)的位数量。随机存取存储器122耦接至LDPC解码器123，以储存在检查结果向量[c0 c1…cm-1]中位为1(或0)的位数量。举例来说(以8位为范例，但不限于此)，假设检查结果向量[c0 c1…cm-1]为[10011111]，则在检查结果向量[c0 c1…cm-1]中位为1的位数量为6个(或0的位数量为2个)。检查结果向量[10011111]不会被存放于随机存取存储器122，而位为1的位数量「6」(或位为0的位数量「2」)会被存放于随机存取存储器122。中央处理单元121耦接至随机存取存储器122，以读取在检查结果向量[c0 c1…cm-1]中位为1(或0)的位数量。当所述码字的LDPC解码为成功时，中央处理单元121可以判定所述存储页不是空页。当所述码字的LDPC解码为失败时，依据在检查结果向量[c0 c1…cm-1]中位为1(或0)的位数量，中央处理单元121可以判定所述存储页是否为空页。
图3是依照本发明实施例说明图1所示LDPC解码器123的范例电路方块图。在图3所示实施例中，LDPC解码器123包括计数器310、检查器320以及解码器330。解码器330耦接至非易失性存储器110，以接收所述存储页的内容。解码器330可以对所述存储页的码字进行LDPC解码，而获得经解码码字v。LDPC解码为现有技术，故不再赘述。
检查器320耦接至解码器330，以接收经解码码字v。检查器320可以使用等式1对经解码码字v进行检查运算，而产生检查结果向量[c0 c1…cm-1]。计数器310耦接至检查器320，以接收检查结果向量[c0 c1…cm-1]。计数器310可以计数在检查结果向量[c0 c1…cm-1]中位为1(或0)的位数量。所述位为1(或0)的位数量会被存放于随机存取存储器122，以供中央处理单元121取用。
图4是依照本发明一实施例说明图2所示空页检测方法的范例流程示意图。在图4所示实施例中，步骤S250包括子步骤S251与S252。当步骤S230判定所述码字的LDPC解码为失败时，控制器120可以在步骤S251中计数在检查结果向量[c0 c1…cm-1]中位为1的位数量，也即计数元素c0～cm-1中有几个元素(位)的值为1。当步骤S251判定在检查结果向量[c0c1…cm-1]中位为1的位数量不大于第一阈值Th1时，控制器120可以执行步骤S240以判定所述存储页不是空页。所述第一阈值Th1可以依照设计需求来决定。当步骤S251判定在检查结果向量[c0 c1…cm-1]中位为1的位数量大于第一阈值Th1时，控制器120可以执行步骤S252以判定所述存储页为空页。
图5是依照本发明另一实施例说明图2所示空页检测方法的范例流程示意图。在图5所示实施例中，步骤S250包括子步骤S253与S252。当步骤S230判定所述码字的LDPC解码为失败时，控制器120可以在步骤S253中计数在检查结果向量[c0 c1…cm-1]中位为0的位数量，也即计数元素c0～cm-1中有几个元素(位)的值为0。当步骤S253判定在检查结果向量[c0c1…cm-1]中位为0的位数量不小于第二阈值Th2时，控制器120可以执行步骤S240以判定所述存储页不是空页。所述第二阈值Th2可以依照设计需求来决定。当步骤S253判定在检查结果向量[c0 c1…cm-1]中位为0的位数量小于第二阈值Th2时，控制器120可以执行步骤S252以判定所述存储页为空页。
图6是依照本发明另一实施例说明一种空页检测方法的流程示意图。图6所示步骤S210、步骤S220、步骤S240与步骤S250可以参照图2所示步骤S210、步骤S220、步骤S240与步骤S250的相关说明，故不再赘述。控制器120在步骤S220中可以对所述存储页的所有码字进行LDPC解码。控制器120在步骤S630中可以检查所述存储页的所有码字的LDPC解码是否成功。当步骤S630判定所述存储页的这些码字中有一个或多个码字的LDPC解码为成功时，控制器120可以判定所述存储页不是空页(步骤S240)。当步骤S630判定所述存储页的所有码字的LDPC解码均为失败时，控制器120可以执行步骤S250以判定所述存储页是否为空页。在图6所示实施例中，步骤S250包括子步骤S251与S252。步骤S250的子步骤S251与S252可以参照图4所示子步骤S251与S252的相关说明，故不再赘述。
图7是依照本发明又一实施例说明一种空页检测方法的流程示意图。图7所示步骤S210、步骤S220、步骤S240与步骤S250可以参照图2所示步骤S210、步骤S220、步骤S240与步骤S250的相关说明，图7所示步骤S220与步骤S630可以参照图6所示步骤S220与步骤S630的相关说明，故不再赘述。当步骤S630判定所述存储页的所有码字的LDPC解码均为失败时，控制器120可以执行步骤S250以判定所述存储页是否为空页。在图7所示实施例中，步骤S250包括子步骤S253与S252。步骤S250的子步骤S253与S252可以参照图5所示子步骤S253与S252的相关说明，故不再赘述。
值得注意的是，在不同的应用情境中，控制器120、中央处理单元121、LDPC解码器123、计数器310、检查器320及/或解码器330的相关功能可以利用一般的编程语言(programming languages，例如C或C++)、硬件描述语言(hardware descriptionlanguages，例如Verilog HDL或VHDL)或其他合适的编程语言来实现为软件、固件或硬件。可执行所述相关功能的软件(或固件)可以被布置为任何已知的计算机可存取媒体(computer-accessible medias)，例如磁带(magnetic tapes)、半导体(semiconductors)存储器、磁盘(magnetic disks)或光盘(compact disks，例如CD-ROM或DVD-ROM)，或者可通过互联网(Internet)、有线通信(wired communication)、无线通信(wirelesscommunication)或其它通信介质传送所述软件(或固件)。所述软件(或固件)可以被存放在计算机的可存取媒体中，以便于由计算机的处理器来存取/执行所述软件(或固件)的编程码(programming codes)。另外，本发明的装置和方法可以通过硬件和软件的组合来实现。
综上所述，本发明诸实施例所述非易失性存储器装置与空页检测方法利用了LDPC解码过程中的检查结果向量。当存储页的所述至少一码字的LDPC解码为失败时，控制器可以计数在所述检查结果向量中位为1(或0)的位数量。依据在所述检查结果向量中位为1(或0)的位数量，控制器可以正确判定所述存储页是否为空页。在配置有扰乱器(scrambler)的非易失性存储器装置中，通过扰乱器的操作，空页的每一个位不是全为1。本发明诸实施例所述空页检测方法可以适用于具有扰乱器的非易失性存储器装置。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以所附权利要求书所界定的为准。
Claims (7)
1.一种非易失性存储器装置，包括：
非易失性存储器；以及
控制器，耦接至该非易失性存储器，用以进行空页检测方法来检查该非易失性存储器的存储页是否为空页，其中该空页检测方法包括：由该控制器读取该存储页的内容；由该控制器对该存储页的至少一码字进行低密度奇偶检查LDPC解码而获得经解码码字与检查结果向量；当所述至少一码字的该LDPC解码为成功时，由该控制器判定该存储页不是空页；当所述至少一码字的该LDPC解码为失败时，由该控制器计数在该检查结果向量中位为1的位数量或计数在该检查结果向量中位为0的位数量；以及依据在该检查结果向量中位为1的该位数量，或依据在该检查结果向量中位为0的该位数量，由该控制器判定该存储页是否为空页，其中
当在该检查结果向量中位为1的该位数量大于第一阈值时，该控制器判定该存储页为空页；或是
当在该检查结果向量中位为0的该位数量小于第二阈值时，该控制器判定该存储页为空页。
2.如权利要求1所述的非易失性存储器装置，其中该非易失性存储器为快闪存储器。
3.如权利要求1所述的非易失性存储器装置，其中该控制器包括：
LDPC解码器，耦接至该非易失性存储器以接收该存储页的该内容，用以对该存储页的所述至少一码字进行该LDPC解码而获得该经解码码字与该检查结果向量；
随机存取存储器，耦接至该LDPC解码器以储存该检查结果向量；以及
中央处理单元，耦接至该随机存取存储器以读取该检查结果向量；其中当所述至少一码字的该LDPC解码为成功时，该中央处理单元判定该存储页不是空页；当所述至少一码字的该LDPC解码为失败时，该中央处理单元计数在该检查结果向量中位为1的该位数量或计数在该检查结果向量中位为0的该位数量；以及依据在该检查结果向量中位为1的该位数量，或依据在该检查结果向量中位为0的该位数量，该中央处理单元判定该存储页是否为空页。
4.如权利要求1所述的非易失性存储器装置，其中该控制器包括：
LDPC解码器，耦接至该非易失性存储器以接收该存储页的该内容，用以对该存储页的所述至少一码字进行该LDPC解码而获得该经解码码字与该检查结果向量，其中当所述至少一码字的该LDPC解码为失败时，该LDPC解码器计数在该检查结果向量中位为1的该位数量或计数在该检查结果向量中位为0的该位数量；
随机存取存储器，耦接至该LDPC解码器以储存在该检查结果向量中位为1的该位数量或在该检查结果向量中位为0的该位数量；以及
中央处理单元，耦接至该随机存取存储器以读取在该检查结果向量中位为1的该位数量或在该检查结果向量中位为0的该位数量；其中当所述至少一码字的该LDPC解码为成功时，该中央处理单元判定该存储页不是空页；以及当所述至少一码字的该LDPC解码为失败时，依据在该检查结果向量中位为1的该位数量，或依据在该检查结果向量中位为0的该位数量，该中央处理单元判定该存储页是否为空页。
5.如权利要求4所述的非易失性存储器装置，其中该LDPC解码器包括：
解码器，耦接至该非易失性存储器以接收该存储页的该内容，用以对该存储页的所述至少一码字进行该LDPC解码而获得该经解码码字；
检查器，耦接至该解码器以接收该经解码码字，用以对该经解码码字进行检查运算而产生该检查结果向量；以及
计数器，耦接至该检查器以接收该检查结果向量，用以计数在该检查结果向量中位为1的该位数量，或计数在该检查结果向量中位为0的该位数量。
6.一种非易失性存储器装置的空页检测方法，用以检查非易失性存储器的存储页是否为空页，其中该非易失性存储器装置包括该非易失性存储器以及控制器，而所述空页检测方法包括：
由该控制器读取该存储页的内容；
由该控制器对该存储页的至少一码字进行低密度奇偶检查LDPC解码而获得经解码码字与检查结果向量；
当所述至少一码字的该LDPC解码为成功时，由该控制器判定该存储页不是空页；
当所述至少一码字的该LDPC解码为失败时，由该控制器计数在该检查结果向量中位为1的位数量或计数在该检查结果向量中位为0的位数量；以及
依据在该检查结果向量中位为1的该位数量，或依据在该检查结果向量中位为0的该位数量，由该控制器判定该存储页是否为空页，
其中所述判定该存储页是否为空页的步骤包括：
当在该检查结果向量中位为1的该位数量大于第一阈值时，由该控制器判定该存储页为空页；或是
当在该检查结果向量中位为0的该位数量小于第二阈值时，该控制器判定该存储页为空页。
7.如权利要求6所述的空页检测方法，其中该非易失性存储器为快闪存储器。
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