CN107632902A - 用于程序化失败时回复数据的方法、控制器及存储系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于程序化失败时回复数据的方法与控制器，及使用所述方法与控制器的储存系统。所述控制器包含主要组件：同位检查码产生单元、挥发性内存模块与处理单元。通过挥发性内存模块中的同位检查码与成功程序化的子数据，程序化失败的写入数据可以被回复并正确程序化。本发明提出的方法较其它用于程序化失败时回复数据的方法，有节省储存资源使用及延长储存系统的使用寿命等优点。

Description

用于程序化失败时回复数据的方法、控制器及存储系统

技术领域

本发明涉及数据存储技术领域，尤其涉及一种用于程序化失败时回复数据的方法、控制器及存储系统。

背景技术

近来，闪存广泛用于储存数字化数据，具有许多应用面：闪存芯片可集结成形成固态硬盘，作为笔记本电脑的主要部件，或制成可携式储存装置，如随身碟；一颗单一闪存芯片也可被封装形成micro SD记忆卡，插入智能型手机中用来记录数据。以固态硬盘为例，相较于应传统硬盘，固态硬盘具有防震、小尺寸、低散热及快速读写等优点。虽然传统硬盘比固态硬盘有较高的位成本比，但两者差异正在缩小中。固态硬盘正取代传统硬盘，成为储存设备的主流。

传统上，储存数据到固态硬盘中实行以下步骤：传送数据到DRAM模块、程序化所述数据到固态硬盘，及如果程序化成功，移除DRAM模块中的数据。有时，因为实体闪存单元损坏或储存信道中的噪声，程序化可能会失败。要求储存数据的主机可能不会被告知失败的意外，而再次执行程序化，这会导致数据遗失。因此，可安全程序化数据到固态硬盘或其它具有闪存芯片的相似储存设备的方法是非常重要的课题。

一种用来解决这议题的习知方法是应用RAID 5算法，RAID 5是覆盖了储存效率、数据安全性与成本的解决方案。它使用硬盘条带化技术，至少需要3个磁盘。RAID 5不是用来备份储存的数据而取得副本，而是储存所述数据与对应同位检查码于形成RAID 5系统的不同磁盘中。如果一个磁盘坏了，所述磁盘中储存的数据可将其它磁盘中数据的其它部分，连同同位检查码而还原。RAID 5算法的应用仅以闪存芯片作为磁盘，进行相同的数据分布作业。当然，考虑数据安全，可以应用RAID 6或更高阶的RAID算法。虽然所述法具有安全的程序化能力，但缺点是需要使用更多的闪存芯片来储存同位检查码，很浪费资源。

美国专利公开号第20150355858号提出了另一种解决方案。所述专利申请号提出的方法包含储存以错误更正码(ECC，Error Correction Code)编码的数据于模拟内存单元中、通过缓冲所述数据于一挥发性缓冲器，及写入该缓冲的数据到模拟内存单元并以成功指针覆写至少某些数据于该挥发性缓冲器中。当侦测到该缓冲的数据写入模拟内存单元失败时，回复的数据通过读取挥发性缓冲器与模拟内存单元而产生，依据位是读取自挥发性缓冲器或模拟内存单元，而指定可靠性指针给回复数据的个别位，并使用该些可靠性指针对回复数据执行ECC译码。如此一来，该回复数据便重新被程序化了。

前述的专利申请案提供一种具体有效的解决方案来避免程序化失败。然而，其中存在着许多的缺点。首先，该方法需要一个挥发性缓冲器来暂时储存模拟内存单元中的数据(可能包含对应同位检查码)，挥发性缓冲器的能力与大小对于应用的闪存芯片将影响数据回复的性能。其次，依照所述专利申请案的说明，用于执行所述方法的控制器要具有RAM(Random Access Memory)模块，以缓冲所有写入数据，如同习知技术一般的程序化流程做法。RAM模块的工作负荷大且其大小无法缩减。

由以上说明可知，一种用于程序化失败时回复数据的方法与相关的控制器及储存系统，亟为所需。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种用于程序化失败时回复数据的方法。所述方法包含步骤：A.接收写入数据，所述写入数据需要程序化至多个非挥发性内存单元中；B.由所述写入数据产生同位检查码并切分所述写入数据为多个子数据；C.储存所述同位检查码到挥发性内存中；D.以每一子数据程序化到一对应非挥发性内存单元方式程序化所述写入数据到多个非挥发性内存单元中；E.判断步骤D是否成功；及F.如果步骤E的结果为否，根据所述挥发性内存中的同位检查码与已经成功程序化的子数据，回复至少一个非挥发性内存单元中程序化失败的数据。在其中一个实施例中，所述子数据依照RAID 5、RAID 6或具有同位检查码信息的更高阶RAID规范进行切分。

在其中一个实施例中，所述非挥发性内存单元为闪存芯片的一页、一区块或一储存矩阵。

在其中一个实施例中，所述非挥发性内存单元为固态硬盘或可携式储存装置中的闪存芯片。

在其中一个实施例中，所述闪存芯片为NAND闪存芯片、NOR闪存芯片，或电荷撷取闪存芯片。

在其中一个实施例中，所述挥发性内存为DRAM或SRAM。

基于同一发明构思的还提供一种用于程序化失败时回复数据的控制器。所述控制器包含：同位检查码产生单元，用于根据写入数据产生同位检查码；挥发性内存模块，用于储存并提供所述同位检查码；及处理单元，与所述同位检查码产生单元及挥发性内存模块电连接，用于接收需要程序化至多个非挥发性内存单元中的写入数据、储存所述同位检查码于所述挥发性内存模块中、切分所述写入数据为多个子数据、程序化每一子数据到一对应非挥发性内存单元中、判断程序化每一子数据是否成功，及根据所述挥发性内存模块中的同位检查码与其它成功程序化的子数据，回复至少一个非挥发性内存单元中程序化失败的子数据。

在其中一个实施例中，所述子数据可依照RAID 5、RAID 6或具有同位检查码信息的更高阶RAID规范进行切分。

在其中一个实施例中，所述非挥发性内存单元为闪存芯片的一页、一区块或一储存矩阵。

在其中一个实施例中，所述非挥发性内存单元为固态硬盘或可携式储存装置中的闪存芯片。

在其中一个实施例中，所述闪存芯片为NAND闪存芯片、NOR闪存芯片，或电荷撷取闪存芯片。

在其中一个实施例中，所述挥发性内存模块可为DRAM模块或SRAM模块。

在其中一个实施例中，所述控制器还包括：主机接口，与所述处理单元电连接，用于向外部与主机进行沟通并由所述主机至处理单元传递所述写入数据；及非挥发性内存接口，与所述非挥发性内存单元外部连接并与所述处理单元电连接，用于为所述非挥发性内存单元与处理单元桥接沟通。

基于同一发明构思的还提供一种储存系统。所述储存系统包含：前述的控制器；及多组连接到所述控制器的非挥发性内存单元。

在其中一个实施例中，所述子数据可依照RAID 5、RAID 6或具有同位检查码信息的更高阶RAID规范进行切分。

在其中一个实施例中，所述非挥发性内存单元可为闪存芯片的一页、一区块或一储存矩阵。

在其中一个实施例中，所述非挥发性内存单元可为固态硬盘或可携式储存装置中的闪存芯片。

在其中一个实施例中，所述闪存芯片可为NAND闪存芯片、NOR闪存芯片，或电荷撷取闪存芯片。

在其中一个实施例中，所述挥发性内存模块可为DRAM模块或SRAM模块。

本发明具有以下的优点，可在程序化失败时回复闪存储存设备中的数据。第一，传统RAID应用于数据回复需要一个或多个磁盘储存同位检查码。所述些同位检查码需要被储存到对应数据改变或移除。本发明所提出的方法节省了备用磁盘数量。第二，挥发性内存模块不必暂时储存完整的写入数据与对应同位检查码，如此可改善挥发性内存模块的效率。第三，因为较少的闪存单元用来程序化一笔写入数据，储存系统的寿命可以延长。因此，上述问题可以有效地解决。

附图说明

图1为依照本发明一种用于程序化失败时回复数据的方法的流程图；

图2为依照本发明用于程序化失败时回复数据的控制器及包含所述控制器的储存系统的示意图；

图3显示数个非挥发性内存单元中的页；

附图标号说明如下：

10 固态硬盘；

20 笔记本电脑；

100 控制器；

110 同位检查码产生单元；

120 挥发性内存模块；

130 处理单元；

140 主机接口；

150 非挥发性内存接口；

161 第一闪存芯片；

162 第二闪存芯片；

163 第三闪存芯片；

164 第四闪存芯片；

165 第五闪存芯片；

166 第六闪存芯片；

16N 第N闪存芯片；

200 主机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明的用于程序化失败时回复数据的方法、用于程序化失败时回复数据的控制器及包含所述控制器的存储系统进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，图1为依照本发明一种用于程序化失败时回复数据的方法的流程图。要注意的是所述方法可应用于安装在笔记本电脑或桌机内的固态硬盘，所述方法也能应用于作为储存设备的USB随身碟。也就是，基于闪存的存储设备是应用的目标，而最好的实践品是运作固态硬盘的控制器。其中一个实施例的用于程序化失败时回复数据的方法的第一步是：S01，接收写入数据，所述写入数据需要程序化至多个非挥发性内存单元中。实作上，所述写入数据来自主机，要程序化到固态硬盘或USB随身碟。主机可以是具有固态硬盘的主机中的中央处理单元(CPU，Central Processing Unit)，也可以是连接到USB随身碟，笔记本电脑的中央处理单元。本实施例中使用的非挥发性内存单元也是闪存。

本发明的第二步是：S02，由所述写入数据产生同位检查码并切分所述写入数据为多个子数据。依照本实施例，切分的子数据与产生的同位检查码符合RAID 5规范要求，也就是同位检查码能用于回复程序化失败的子数据。然而，RAID 5需要这些子数据与同位检查码储存在不同的磁盘中，而这些磁盘应该是相同的型态。RAID 5与本实施例间的差异在于本实施例揭露的方法要求储存同位检查码的储存单元不同于储存子数据的储存单元，这点将于之后详述。另外，RAID6或具有同位检查码信息的更高阶RAID规范也能用来决定子资料与同位检查码的内容。举例来说，如果应用RAID 6规范，两个程序化失败的子数据可以回复。

此处，要强调的是非挥发性内存单元可以是闪存芯片的一页、一区块或一储存矩阵。在此情况下，闪存芯片中的每一页、每一区块或每一储存矩阵可以被视为RAID规范(指的是RAID 5、RAID 6或具有同位检查码信息的更高阶RAID规范)中的磁盘、固态硬盘或随身碟中所有的闪存芯片是程序化子数据的基本单元。非挥发性内存单元也可以是指固态硬盘或可携式储存装置中的闪存芯片。如此一来，闪存芯片就是程序化的基本单元。闪存芯片可以是NAND闪存芯片。实作上，它也可以是NOR闪存芯片或电荷撷取闪存芯片。

接着的步骤是：S03储存所述同位检查码到挥发性内存中。如上所述，同位检查码与子数据储存于不同种类的储存单元中。同位检查码暂存于挥发性内存，挥发性内存可以是DRAM或SRAM。挥发性内存与非挥发性内存单元能组装在相同的设备如固态硬盘中，它们也能分散设置在不同的硬件上。举例来说，闪存芯片存在于固态硬盘中，应用的DRAM模块连接到主机，而闪存芯片与DRAM模块由主机控制芯片所控制而协作。

此时，执行步骤S04，以每一子数据程序化到一对应非挥发性内存单元方式来程序化所述写入数据到多个非挥发性内存单元中。在程序化后，S05，判断程序化(步骤S04)是否成功。S06，如果程序化成功，不需要回复任何的子数据，程序化结束。然而，如果步骤S05的结果为否，写入数据需要被回复来完成程序化。依照本实施例的步骤为：S07，根据所述挥发性内存中的同位检查码与已经成功程序化的子数据，回复至少一个非挥发性内存单元(如果应用了RAID 6或具有同位检查码信息的更高阶RAID规范，二个或更多的非挥发性内存单元可以回复)中程序化失败的数据。这是对成功程序化的子数据与同位检查码进行反运算来找到失误(未成功程序化)，许多现有的技巧及算法可资使用，本发明并未限定。如果第二次的子数据程序化又失败，步骤S05与步骤S06会持续重复，直到子数据成功程序化。在程序化结束后，挥发性内存中的对应同位检查码可以舍弃。释放出的挥发性内存(或一部分挥发性内存)供进一步使用。

基于同一发明构思，本发明还提供一种使用上述方法，用于程序化失败时回多据的控制器及包括所述控制器的储存系统。控制器的架构与所述储存系统如图2所示。

图2中的一固态硬盘(储存系统)10包含控制器100与连接到所述控制器100的多组的非挥发性内存单元。在本实施例中，非挥发性内存单元为第一闪存芯片161、第二闪存芯片162、第三闪存芯片163、第四闪存芯片164、第五闪存芯片165、第六闪存芯片166，…，与第N闪存芯片16N。每一闪存芯片是具有m个页的闪存单元(请见第3图)。控制器100具有5个主要单元，用来执行上述实施例的方法。5个主要单元包括：同位检查码产生单元110、挥发性内存模块120、处理单元130、主机接口140与非挥发性内存接口150。在其它实施例中，非挥发性内存单元可以是NOR闪存芯片或电荷撷取闪存芯片。每一单元的功能说明如下。

同位检查码产生单元110是一个逻辑电路，它自处理单元130接收写入数据并由所述写入数据产生同位检查码。挥发性内存模块120被用来储存同位检查码，并当程序化失败时提供所述同位检查码给处理单元130。在本实施例中，挥发性内存模块120是一个DRAM模块(可指其它实施例中的SRAM模块)。处理单元130与同位检查码产生单元110及挥发性内存模块120电连接。处理单元130的功能是接收需要程序化至多个非挥发性内存单元中的写入数据、储存所述同位检查码于挥发性内存模块120中、切分所述写入数据为多个子数据(依照应用的RAID规范)、程序化每一子数据到一对应非挥发性内存单元中、判断程序化每一子数据是否成功，及根据挥发性内存模块120中的同位检查码与已经成功程序化的子数据，回复至少一个非挥发性内存单元中程序化失败的子数据。

主机接口140与处理单元130电连接，能向外部与笔记本电脑20的主机200进行沟通并由所述主机200至处理单元130传递写入数据。在本实施例中，主机200是笔记本电脑20的中央处理器。固态硬盘10由所述中央处理器控制但相对内部固态硬盘来说，还是一个外部相连的储存设备。要注意的是主机接口140可以是外部连接器，如USB连接器。对应连接接口、电子设备及主机200与主机接口140间的电路被简化而未绘示。本领域中的技术人员可以了解其细部设计，故本发明不说明。

非挥发性内存接口150与非挥发性内存单元外部连接并与处理单元130电连接。非挥发性内存接口150的功能是为非挥发性内存单元与处理单元130桥接沟通。也就是说处理单元130知道程序化成功与否，并经由非挥发性内存接口150执行数据回复。非挥发性内存接口150可以以控制器100(控制器100在本实施例中是一集成电路)接脚的形式存在。

参见图3，页是子数据程序化的基本对象，以下是页中数据回复的例子。当写入数据要程序化到非挥发性内存单元中时，处理单元130程序化第一子数据到第一闪存芯片161的页1、第二子数据到第二闪存芯片162的页1、第三子数据到第三闪存芯片163的页1、及第四子数据到第四闪存芯片164的页1。所有程序化的页由虚线框所标示。第三子数据程序化到第三闪存芯片163的页1(背景以点标注)失败。处理单元130以第一子数据、第二子数据、第四子数据与挥发性内存模块120中的同位检查码计算出遗失的第三子数据。第三子数据被计算得到并将被程序化到第五闪存芯片165的页2。

在此实施例中，非挥发性内存单元是固态硬盘10中的闪存芯片。在本发明的应用中，非挥发性内存单元可以是闪存芯片中的一页、一区块或一储存矩阵。储存系统可以不是固态硬盘10，而是可携式储存装置。

由以上说明，很明显本发明实施例具有以下的优点，可在程序化失败时回复闪存储存设备中的数据。第一，传统RAID应用于数据回复时需要一个或多个磁盘储存同位检查码。这些同位检查码存储到磁盘中时，磁盘相应位置的数据需要被储存到对应数据改变或移除。本发明实施例所提出的方法节省了备用磁盘数量。第二，挥发性内存模块120不必暂时储存完整的写入数据与对应同位检查码，如此可改善挥发性内存模块120的效率。第三，因为较少的闪存单元用来程序化一笔写入数据，储存系统(固态硬盘10)的寿命可以延长。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (22)

1.一种用于程序化失败时回复数据的方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：

A.接收写入数据，所述写入数据需要程序化至多个非挥发性内存单元中；

B.由所述写入数据产生同位检查码，并切分所述写入数据为多个子数据；

C.储存所述同位检查码到挥发性内存中；

D.以每一子数据程序化到一对应非挥发性内存单元的方式程序化所述写入数据到多个非挥发性内存单元中；

E.判断步骤D是否成功；及

F.如果步骤E的结果为否，根据所述挥发性内存中的同位检查码与已经成功程序化的子数据，回复至少一个非挥发性内存单元中程序化失败的数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述子数据依照RAID 5、RAID 6或具有同位检查码信息的更高阶RAID规范进行切分。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非挥发性内存单元为闪存芯片的一页、一区块或一储存矩阵。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述闪存芯片为NAND闪存芯片、NOR闪存芯片，或电荷撷取闪存芯片。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非挥发性内存单元为固态硬盘或可携式储存装置中的闪存芯片。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述闪存芯片为NAND闪存芯片、NOR闪存芯片，或电荷撷取闪存芯片。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述挥发性内存为DRAM或SRAM。

8.一种用于程序化失败时回复数据的控制器，其特征在于，所述控制器包含：

同位检查码产生单元，用于根据写入数据产生同位检查码；

挥发性内存模块，用于储存并提供所述同位检查码；及

处理单元，与所述同位检查码产生单元及挥发性内存模块电连接，用于接收需要程序化至多个非挥发性内存单元中的写入数据、储存所述同位检查码到所述挥发性内存模块中、切分所述写入数据为多个子数据、程序化每一子数据到一对应非挥发性内存单元中、判断程序化每一子数据是否成功，及根据所述挥发性内存模块中的同位检查码与已经成功程序化的子数据，回复至少一个非挥发性内存单元中程序化失败的子数据。

9.根据权利要求8所述的控制器，其特征在于，所述子数据依照RAID 5、RAID 6或具有同位检查码信息的更高阶RAID规范进行切分。

10.根据权利要求8所述的控制器，其特征在于，所述非挥发性内存单元为闪存芯片的一页、一区块或一储存矩阵。

11.根据权利要求10所述的控制器，其特征在于，所述闪存芯片为NAND闪存芯片、NOR闪存芯片，或电荷撷取闪存芯片。

12.根据权利要求8所述的控制器，其特征在于，所述非挥发性内存单元为固态硬盘或可携式储存装置中的闪存芯片。

13.根据权利要求12所述的控制器，其特征在于，所述闪存芯片为NAND闪存芯片、NOR闪存芯片，或电荷撷取闪存芯片。

14.根据权利要求8所述的控制器，其特征在于，所述挥发性内存模块为DRAM模块或SRAM模块。

15.根据权利要求8所述的控制器，其特征在于，还包含：

主机接口，与所述处理单元电连接，用于向外部与主机进行沟通并由所述主机至处理单元传递所述写入数据；及

非挥发性内存接口，与所述非挥发性内存单元外部连接并与所述处理单元电连接，用于为所述非挥发性内存单元与处理单元桥接沟通。

16.一种储存系统，其特征在于，包含：

权利要求8至15任一项所述的控制器；及

多组连接到所述控制器的非挥发性内存单元。

17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述子数据依照RAID 5、RAID 6或具有同位检查码信息的更高阶RAID规范进行切分。

18.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述非挥发性内存单元为闪存芯片的一页、一区块或一储存矩阵。

19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述闪存芯片为NAND闪存芯片、NOR闪存芯片，或电荷撷取闪存芯片。

20.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述非挥发性内存单元为固态硬盘或可携式储存装置中的闪存芯片。

21.根据权利要求20所述的系统，其特征在于，所述闪存芯片为NAND闪存芯片、NOR闪存芯片，或电荷撷取闪存芯片。

22.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述挥发性内存模块为DRAM模块或SRAM模块。