CN107015915B - 非易失性存储器装置及其控制方法 - Google Patents

非易失性存储器装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

非易失性存储器装置及其控制方法。该非易失性存储器装置包括一非易失性存储器以及一控制器。非易失性存储器具有多个已写满区块以及多个未写满区块。控制器根据非易失性存储器在一第一时间点与一第二时间点之间的一写入工作量(write workload)，计算出一比例值，再根据该比例值对已写满区块中的一部分区块进行一循读操作(patrol read)。

Description

非易失性存储器装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种非易失性存储器装置，特别涉及一种对部分已写满的区块(closed block)进行循读操作(patrol read)的非易失性存储器装置。
背景技术
存储器主要分为两大类，一是易失性存储器(Volatile memory)，另一是非易失性存储器(Non-Volatile memory)。易失性存储器的存取速度快，但在关机后，易失性存储器所存储的数据将会全部遗失。相反地，即使关机，非易失性存储器仍可维持数据。然而，非易失性存储器里的数据可能会因放置的时间太久而发生电荷流失(charge loss)，因而无法从非易失性存储器中读出正确的数据。
发明内容
本发明提供一种非易失性存储器装置，包括一非易失性存储器以及一控制器。非易失性存储器具有多个已写满区块以及多个未写满区块。控制器根据非易失性存储器在一第一时间点与一第二时间点之间的一写入工作量(write workload)，计算出一比例值，再根据该比例值对已写满区块中的一部分区块进行一循读操作(patrol read)。
本发明还提供一种控制方法，适用于一非易失性存储器。非易失性存储器具有多个已写满区块以及多个未写满区块。本发明的控制方法包括，根据该非易失性存储器在一第一时间点以及一第二时间点之间的一写入工作量，计算一比例值；以及根据该比例值对该等已写满区块的一部分区块进行一循读操作。
为让本发明的特征和优点能更明显易懂，下文特举出优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：
附图说明
图1为本发明的控制系统的示意图。
图2A及2B为本发明的已写满区块的示意图。
图3及4为本发明的控制方法的流程示意图。
【符号说明】
100：控制系统；
110：主机装置；
120：非易失性存储器装置；
121：控制器；
122：非易失性存储器；
BK0～BL100：区块；
S311～S312、S411～S414：步骤。
具体实施方式
图1为本发明的控制系统的示意图。如图所示，控制系统100包括一主机装置(host)110以及一非易失性存储器装置120。主机装置110写入数据至非易失性存储器装置120中或是读取非易失性存储器装置120所存储的数据。本发明并不限定非易失性存储器装置120的种类。在一可能实施例中，非易失性存储器装置120为一嵌入式多媒体卡(EmbeddedMultiMediaCard；eMMC)，然不限于此。
非易失性存储器装置120包括一控制器121以及一非易失性存储器122。控制器121用以写入数据至非易失性存储器122或是读取非易失性存储器122所存储的数据。控制器121可能根据主机装置110所发出的写入指令，写入数据至非易失性存储器122。在另一可能实施例中，控制器121根据本身所存储的一程序代码，存取非易失性存储器122所存储的数据。举例而言，控制器121可能根据该程序代码执行一垃圾回收操作(garbagecollection)，用以丢弃非易失性存储器122里的无效数据，并搬移非易失性存储器122里的有效数据。
在一可能实施例中，非易失性存储器122为一与非门快闪存储器(NAND flash)，但并非用以限制本发明。在其它实施例中，非易失性存储器122可能是其它种类的存储器。一般而言，非易失性存储器122具有多个区块。该等区块又分为多个已写满区块(closedblocks)以及多个未写满区块(open blocks)。对于已写满区块而言，控制器121无法再写入数据至已写满区块中。然而，控制器121可再继续写入数据至一未写满区块，直到该未写满区块被写满。
由于非易失性存储器122所存储的数据可能会因放置的时间太久而发生电荷流失(charge loss)，因而发生数据保存问题(data retention problem)。由于控制器121可能无法从非易失性存储器122中读出正确的数据，因此，在非易失性存储器装置120一上电后，控制器121会先对所有已写满区块执行一循读操作(patrol read)，用以检查所有已写满区块的数据错误率。
当一已写满区块中的数据错误率高过一容忍值时，控制器121对该已写满区块执行一垃圾回收操作。在垃圾回收操作下，控制器121将该已写满区块的有效数据搬移到至少一未写满区块中，并丢弃该已写满区块的无效数据，再抹除该已写满区块的数据。在另一可能实施例中，当一已写满区块中的数据错误率高过一容忍值时，控制器121对该已写满区块进行一数据搬移操作。在数据搬移操作下，控制器121搬移该已写满区块的所有数据(包含有效数据及无效数据)到至少一未写满区块中，再抹除该已写满区块所存储的所有数据。
在控制器121对所有已写满区块进行完循读操作后，控制器121可能每隔一段固定时间(如4小时)或是在一待机模式(idle mode)下，将再次进行循读操作，以维持已写满区块的数据的正确性。在本实施例中，当控制器121准备再次进行循读操作前，控制器121根据非易失性存储器122在一第一时间点以及一第二时间点之间的一写入工作量(writeworkload)，计算出一比例值，再根据该比例值对部分已写满区块进行循读操作。
上述第一时间点是指进行完上一次循读操作后的一时间点。上述第二时间点是指准备进行下一次循读操作前的一时间点。在一可能实施例中，控制器121找出在第一时间点后，最早被写满的一起始区块，以及在第二时间点前，最后被写满的一最终区块。控制器121再根据该起始区块及最终区块的特性参数，判断非易失性存储器122的写入工作量。控制器121根据非易失性存储器122的写入工作量，计算一比例值。控制器121根据该比例值对部分已写满区块进行循读操作。在一实施例中，控制器121根据该比例值从目前最旧的已写满区块来进行部分已写满区块的循读操作。在其它实施例中，控制器121将该比例值乘上非易失性存储器122中已写满区块的总数而得到一比例区块数量。在本实施例中，比例区块数量表示控制器121需对多少个已写满区块进行循读操作。在一可能实施例中，控制器121由目前最旧的已写满区块起算上述比例区块数量来进行部分已写满区块的循读操作。
相较于已知技术，已知的非易失性存储器装置在每次进行循读操作时，都会判断所有已写满区块的数据错误率。因此，已知的非易失性存储器装置的处理时间过长，且也会占用到主机装置与非易失性存储器装置之间数据读取的带宽(read bandwidth)，并增加功率损耗。然而，在本实施例中，控制器121只有在第一次的循读操作下，才会对所有已写满区块进行循读操作，而在接下来的循读操作中，控制器121只会针对部分已写满区块进行循读操作。因此，本发明的非易失性存储器装置的处理时间较短。
在一可能实施例中，控制器121读取该起始区块及该最终区块的索引值(index)或是时间标签(time stamp)，用以判断非易失性存储器122的写入工作量。举例而言，愈早被写满的区块的索引值可能愈小，或是愈早被写满的区块的时间标签愈小，但此公开并非用以限制本发明。在其它实施例中，愈早被写满的区块的索引值可能愈大，或是愈早被写满的区块的时间标签愈大。
本发明并不限定控制器121如何根据非易失性存储器122的写入工作量计算出一比例值p。在一可能实施例中，比例值p的计算如下式所示：
p＝f(x，y)；
其中x代表前次进行循读操作后，最早被写满的起始区块的特性参数，y代表前次进行循读操作后，最后被写满的最终区块的特性参数。
控制器121根据起始区块及最终区块的特性参数(如索引值或时间标签)，并利用任何计算公式，计算一比例值p。以下将通过图2A及2B说明控制器121可能使用的计算公式。
图2A为本发明的已写满区块的一可能示意图。假设，在非易失性存储器122为一关机状态时，区块BK0～BK49已被写满。在此例中，当非易失性存储器122由该关机状态切换至一开机状态时，控制器121对区块BK0～BK49进行循读操作，并设定区块BK0～BK49的索引值为ID0～ID49。
接着，控制器121存取非易失性存储器122。当控制器121写满一区块时，控制器121设定该区块的索引值。假设，当控制器121准备再次进行循读操作前，区块BK0～BK100已被写满，并分别具有索引值ID0～ID100。控制器121先根据前次进行循读操作后，第一个被写满的区块(如BK50)的索引值(如ID50)以及最后一个被写满的区块(如BK100)的索引值(如ID100)，计算得知一比例值p。在本实施例中，比例值p如下式：
其中p为比例值，x为上一次进行循读操作后，第一个已写满区块的索引值(如ID50)，y为上一次进行循读操作后，最后一个已写满区块的索引值(如ID100)。
如果将x＝50，y＝100代入式(1)后，可计算出比例值p为1/2，因此，控制器121根据比例值(1/2)对一半的已写满区块进行循读操作。在一可能实施例中，控制器121不会对上一次进行循读操作后被写满的区块(如BK50～BK100)进行循读操作。在另一可能实施例中，控制器121根据比例值(1/2)从目前最旧的已写满区块(如BK0)开始进行部分已写满区块的循读操作。在其它实施例中，计算出比例值p后，控制器121可将比例值(如1/2)再乘上已写满区块的总数(101)，得知需进行循读操作的一比例区块数量约50。因此，控制器121从目前最旧的已写满区块(如BK0)开始，对后续49个已写满区块(如BK0～BK49)进行循读操作。
由于控制器121并非对所有已写满区块执行循读操作，因此，有效减短非易失性存储器装置120的处理时间，且减低占用到主机装置110与控制器121之间数据读取的带宽(read bandwidth)，也能降低非易失性存储器装置120的功率损耗。
在另一可能实施例中，控制器121根据以下公式决定对多少区块进行循读操作。
其中p为比例值，x为上一次进行循读操作后，第一个已写满区块的索引值(如ID50)，y为上一次进行循读操作后，最后一个已写满区块的索引值(如ID100)，K为一固定参数，由设计者所决定。在一可能实施例中，0<K<1。
假设，K为0.5。如果将x＝50，y＝100代入式(2)，则可计算出比例值p＝3/4。在一可能实施例中，控制器121将比例值(3/4)再乘上已写满区块的总数(101)，得知需进行循读操作的比例区块数量约为75。在一可能实施例中，控制器121从目前最旧的已写满区块(如BK0)开始，对接下来74个已写满区块进行循读操作。
在其它可能实施例中，控制器121根据以下公式对部分区块进行循读操作。
其中p为比例值，x为上一次进行循读操作后，第一个已写满区块的索引值(如ID50)，y为上一次进行循读操作后，最后一个已写满区块的索引值(如ID100)，M为一固定参数，由IC设计者所预设。在一可能实施例中，M为整数，如1、2、3、…。
假设，M＝2，若将x＝50、y＝100代入式(3)后，控制器121可计算比例值p＝3/4。在一可能实施例中，控制器121可将比例值p(如3/4)再乘上已写满区块的总数(101)，得知需进行循读操作的比例区块数量约为75。在一可能实施例中，控制器121从目前最旧的已写满区块(如BK0)开始，对74个已写满区块进行循读操作。
图2B为本发明的已写满区块的另一可能示意图。在本实施例中，每一已写满的区块BK0～BK100各自具有一时间标签T0～T100。时间标签表示区块被写满的时间点。举例而言，区块BK0是在时间点T0时被写满，区块BK100是在时间点T100被写满。在一可能实施例中，控制器121根据下式计算一比例区块数量p’：
其中p’表示需进行循读操作的已写满区块的数量，tx为上一次进行循读操作后，第一个被写满区块的时间标签(T50)，Δt为上一次进行循读操作后，最后一个被写满区块的时间标签(T100)与第一个被写满区块的时间标签(T50)之间的时间差(即T100-T50)，例如为1秒，N为控制器121在时间点T50～T100之间所写满的区块的数量(如50)。
得到比例区块数量p’后，控制器121从目前最旧的已写满区块开始，对部分的区块进行循读操作，其中进行循读操作的已写满区块的数量为比例区块数量p’。由于不需每次对所有的已写满区块进行循读操作，故可大幅减少处理时间。
在上述实施例中，控制器121从目前最旧的已写满区块开始进行循读操作，但并非用以限制本发明。在一可能实施例中，控制器121根据区块BK0～BK100的误比特率(biterror rate；BER)、编程/抹除次数(program/erase cycle count)、错误比特数量(failbit count；FBC)以及数据保持时间(retention time)的至少一个，找出最旧的已写满区块。再从此最旧的已写满区块开始，进行部分已写满区块的循读操作。
举例而言，当已写满区块BK0～BK100的一特定区块(例如区块BK30)的误比特率最高，表示该特定区块可能发生电荷流失，则表示该区块最旧。因此，控制器121从区块BK30开始，对后面的区块(如BK31～BK79)进行循读操作。当已写满区块BK0～BK100的一特定区块(例如区块BK0)的编程/抹除次数最多，则表示该区块最旧。因此，控制器121从区块BK0开始，对部分已写满区块(如BK1～BK49)进行循读操作。当已写满区块BK0～BK100的一特定区块(例如区块BK0)的错误比特数量最多，则表示该区块最旧。因此，控制器121从区块BK0开始，对部分已写满区块(如BK1～BK49)进行循读操作。当已写满区块BK0～BK100的一特定区块(例如区块BK0)的数据保持时间最长，表示该特定区块的数据已放置太久，则表示该区块最旧。因此，控制器121从区块BK0开始，对部分已写满区块(如BK1～BK49)进行循读操作。
图3为本发明的控制方法的流程示意图。本发明的控制方法适用于一非易失性存储器。该非易失性存储器包括多个已写满区块以及多个未写满区块。首先，根据非易失性存储器在一第一时间点以及一第二时间点之间的一写入工作量，计算一比例值(步骤S311)。在本实施例中，第一时间点是指进行完上一次循读操作后的一时间点，第二时间点是指准备进行下一次循读操作前的一时间点。
在一可能实施例中，步骤S311判断在第一及第二时间点之间，非易失性存储器被写满的区块数量，并根据区块数量计算一比例值。在另一可能实施例中，步骤S311找出在第一时间点后，最早被写满的一起始区块，并找出在第二时间点前，最晚被写满的一最终区块，再根据起始区块及最终区块的特性参数，计算该比例值。特性参数可能是指起始区块及最终区块的索引值(如图2A所示)或是时间标签(如图2B所示)。在其它实施例中，步骤S311将该比例值乘上非易失性存储器被写满的区块的总数，用以决定对多个已写满区块进行循读操作。在一些实施例中，步骤S311可利用式(1)～式(4)中的一个计算比例值。
接着，根据该比例值对所有已写满区块里的部分已写满区块进行一循读操作(步骤S312)。假设，经运算后，比例值p＝1/2。在此例中，步骤S312便对已写满区块集合里的一半区块进行循读操作。在本实施例中，循读操作检查区块的数据错误率。若一区块的数据错误率超过一容忍值，则对该区块进行垃圾回收，也就是搬移该区块的有效数据至至少一未写满区块，并对该区块进行抹除操作。在另一可能实施例中，若一区块的数据错误率超过一容忍值，则对该区块进行数据搬移。在此例中，无论有效或无效数据均搬移，再对该区块进行抹除操作。
本发明并不限定步骤S312从哪个区块开始对部分的区块进行循读操作。在一可能实施例中，步骤S312从目前最旧的已写满区块开始，对部分已写满区块进行循读操作。以图2A为例，假设，区块BK0是目前最旧的已写满区块。如果计算的比例值为1/4，则步骤S312对区块BK0～BK24进行循读操作。在其它实施例中，步骤S312根据所有已写满区块的误比特率(bit error rate)、编程/抹除次数(program/erase cycle count)、错误比特数量(failbit count)、数据保持时间(retention time)的至少一个，决定目前最旧的已写满区块，并根据该比例值由该最旧的已写满区块开始进行循读操作。
在其它实施例中，控制器121将该比例值乘上非易失性存储器122中已写满区块的总数而得到一比例区块数量，控制器121由目前最旧的已写满区块对部分已写满区块进行循读操作，其中进行循读操作的已写满区块的数量等于比例区块数量。
图4为本发明的控制方法的另一可能实施例。首先，判断非易失性存储器是否从一关机状态切换至一开机状态(步骤S411)。当非易失性存储器由关机状态切换至开机状态时，对非易失性存储器里的所有已写满区块进行循读操作(步骤S414)。然后，再回到步骤S411。
当非易失性存储器并非由一关机状态切换至一开机状态时，则根据非易失性存储器在第一及第二时间点之间的写入工作量，计算一比例值(步骤S412)，并根据比例值对部分已写满区块进行循读操作(步骤S413)。由于步骤S412与S413相似于图3的步骤S311与S312，故不再赘述。
由于步骤S413仅对部分的已写满区块进行循读操作，故可大幅缩短处理时间，并可减少功率损耗。再者，藉由循读操作搬移放置过久的数据，可维持数据的正确性。
除非另作定义，在此所有词汇(包含技术与科学词汇)均属本发明所属领域技术人员的一般理解。此外，除非明白表示，词汇在一般字典中的定义应解释为与其相关技术领域的文章中意义一致，而不应解释为理想状态或过分正式的语态。
虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

Claims (18)

1.一种非易失性存储器装置，包括：
非易失性存储器，具有多个已写满区块以及多个未写满区块；以及
控制器，根据该非易失性存储器在第一时间点与第二时间点之间的写入工作量，计算比例值，再根据该比例值对所述已写满区块中的一部分区块进行循读操作以判断该部分区块的每一个的数据错误率，其中该写入工作量为该非易失性存储器在该第一及第二时间点之间被写满的区块数量。
2.如权利要求1所述的非易失性存储器装置，其中当该部分区块的第一区块的数据错误率大于容忍值时，该控制器搬移该第一区块的有效数据至所述未写满区块的至少一个中，并抹除该第一区块。
3.如权利要求2所述的非易失性存储器装置，其中当该第一区块的数据错误率大于该容忍值时，该控制器搬移该第一区块的有效数据及无效数据至所述未写满区块的至少一个中，并抹除该第一区块。
4.如权利要求1所述的非易失性存储器装置，其中该第一时间点是指进行完上一次循读操作后的时间点，该第二时间点是指准备进行下一次循读操作前的时间点。
5.如权利要求1所述的非易失性存储器装置，其中该控制器找出在该第一时间点后，最早被写满的起始区块，并找出在该第二时间点前，最后被写满的最终区块，并根据该起始区块及该最终区块的特性参数，计算该比例值，并根据该比例值决定进行该循读操作的已写满区块的数量。
6.如权利要求5所述的非易失性存储器装置，其中该特性参数包含该起始区块及该最终区块的索引值或是时间标签。
7.如权利要求1所述的非易失性存储器装置，其中该控制器将该比例值乘上所述已写满区块的总数，用以决定该部分区块的数量。
8.如权利要求1所述的非易失性存储器装置，其中该控制器根据所述已写满区块的每一个的误比特率、编程/抹除次数、错误比特数量或是数据保持时间的至少一个，决定最旧的已写满区块，从该最旧的已写满区块开始，对该部分区块进行该循读操作。
9.如权利要求1所述的非易失性存储器装置，其中当该非易失性存储器从关机状态到开机状态时，该控制器对所述已写满区块的每一个进行该循读操作。
10.一种控制方法，适用于非易失性存储器，该非易失性存储器具有多个已写满区块以及多个未写满区块，该控制方法包括：
根据该非易失性存储器在第一时间点以及第二时间点之间的写入工作量，计算比例值，其中该写入工作量为在该第一及第二时间点之间，该非易失性存储器被写满的区块数量；以及
根据该比例值对所述已写满区块的一部分区块进行循读操作以判断该部分区块的每一个的数据错误率。
11.如权利要求10所述的控制方法，其中根据该比例值对所述已写满区块的该部分区块进行该循读操作的步骤包括：
判断该部分区块的每一个的数据错误率，其中当该部分区块的第一区块的数据错误率大于容忍值时，搬移该第一区块的有效数据至所述未写满区块的至少一个中，并抹除该第一区块。
12.如权利要求11所述的控制方法，其中当该第一区块的数据错误率大于该容忍值时，搬移该第一区块的有效数据及无效数据至所述未写满区块的至少一个中，并抹除该第一区块。
13.如权利要求10所述的控制方法，其中该第一时间点是指进行完上一次循读操作后的时间点，该第二时间点是指准备进行下一次循读操作前的时间点。
14.如权利要求10所述的控制方法，其中根据该非易失性存储器在该第一及第二时间点之间的该写入工作量，计算该比例值的步骤包括：
找出在该第一时间点后，最早被写满的起始区块；
找出在该第二时间点前，最后被写满的最终区块；
根据该起始区块及该最终区块的特性参数，计算该比例值；以及
根据该比例值决定进行该循读操作的已写满区块的数量。
15.如权利要求14所述的控制方法，其中该特性参数包含该起始区块及该最终区块的索引值或是时间标签。
16.如权利要求10所述的控制方法，还包括：
将该比例值乘上所述已写满区块的总数，用以决定该部分区块的数量。
17.如权利要求10所述的控制方法，还包括：
根据所述已写满区块的每一个的误比特率、编程/抹除次数、错误比特数量或是数据保持时间的至少一个，决定最旧的已写满区块；以及
从该最旧的已写满区块开始，对该部分区块进行该循读操作。
18.如权利要求10所述的控制方法，还包括：
当该非易失性存储器从关机状态到开机状态时，对所述已写满区块的每一个进行该循读操作。
CN201610912708.3A 2015-10-28 2016-10-20 非易失性存储器装置及其控制方法 Active CN107015915B (zh)

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