CN107678679A - 运用于固态储存装置的超级区块的扫描方法 - Google Patents

运用于固态储存装置的超级区块的扫描方法 Download PDF

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Abstract

一种固态储存装置中超级区块的扫描方法，其中该超级区块中包括多个超级页，每一该超级页包括多个实体页，该扫描方法包括下列步骤：读取该超级区块中一最后超级页内一第一实体页的内容与一最后实体页的内容；以及根据该第一实体页的内容与该最后实体页的内容来决定该超级区块的状态。

Description

运用于固态储存装置的超级区块的扫描方法
技术领域
本发明是有关于一种固态储存装置的控制方法，且特别是有关于一种运用于固态储存装置的超级区块扫描方法。
背景技术
众所周知，固态储存装置(Solid State Device，SSD)使用非挥发性内存(non-volatile memory)为主要储存元件。也就是说，当数据写入非挥发性内存后，一旦系统电源关闭，数据仍保存在固态储存装置中。
请参照图1，其所绘示为现有的固态储存装置的示意图。固态储存装置10中包括一控制电路110、缓冲元件(buffering element)130与一非挥发性内存120。而在固态储存装置10外部，控制电路110通过一外部总线20与主机(host)12之间进行指令与数据的传递。其中，外部总线20可为USB总线、SATA汇流或PCIe总线等等。再者，缓冲元件130可为挥发性内存，例如为DRAM。
在而在固态储存装置10内部，控制电路110连接至缓冲元件，并通过一内部总线115连接至非挥发性内存120。其中，缓冲元件130是作为一数据缓冲器(data buffer)，其用来暂存主机12输入的写入数据(write data)或者输出至主机的读取数据(read data)。
一般而言，非挥发性内存120是由晶粒(chip)所组成。在单一晶粒中，其储存空间可被区分多个区块(block)，而每个区块可被区分为多个页(page)。而在单一晶粒中的数据写入方式是以页(page)为最小的写入单位，而以区块(block)为最小的抹除单位。举例来说，一个区块有256页，每页的容量可为4Kbyte或者2Kbyte。
再者，为了提高固态储存装置10的储存容量，非挥发性内存120会由多个晶粒(chip)组合而成。也就是说，越多晶粒所组成的非挥发性内存120会让固态储存装置10的储存容量越大。
为了让控制电路110更有效率的存取非挥发性内存120中的晶粒，并且符合非挥发性内存120的存取规范。在固态储存装置10中，会利用超级区块组态(superblockconfiguration)来存取非挥发性内存120。换句话说，在固态储存装置10中，会将每个晶粒所对应的一个区块连结成一个超级区块(superblock)，以同时控制并存取多个晶粒，进而提高非挥发性内存120的存取效率。如此，非挥发性内存120可视为包括多个超级区块，且每个超级区块包括多个超级页(superpage)。
请参照图2，其所绘示为非挥发性内存的示意图。其中，非挥发性内存120与控制器110之间的内部总线115包括：多条控制信号(control signals)、8个通道(channels，ch0～ch7)以及4条晶粒致能信号(chip enable signals，CE0～CE3)。
举例来说，非挥发性内存120中包括32颗晶粒c00～c73。其中，在第一方向(纵向)的连接中，通道ch0连接至晶粒c00～c03，通道ch1连接至晶粒c10～c13，通道ch2连接至晶粒c20～c23，通道ch3连接至晶粒c30～c33，通道ch4连接至晶粒c40～c43，通道ch5连接至晶粒c50～c53，通道ch6连接至晶粒c60～c63，通道ch7连接至晶粒c70～c73。
另外，在第二方向(横向)的连接中，晶粒致能信号CE0连接至晶粒c00～c70，晶粒致能信号CE1连接至晶粒c01～c71，晶粒致能信号CE2连接至晶粒c02～c72，晶粒致能信号CE3连接至晶粒c03～c73。
再者，控制信号连接至所有的晶粒c00～c73。且控制信号包括：指令栓锁致能信号(command latch enable signal，CLE)、地址栓锁致能信号(address latch enablesignal，ALE)、读取致能信号(read enable signal，RE)、写入致能信号(write enablesignal，WE)、写入保护信号(write protect signal，WP)、准备信号/忙碌信号(ready/busysignal，R/B)等。
在存取非挥发性内存120时，控制电路110会选择一区块编号来作为开启超级区块(opened superblock)，其中，晶粒c00～c73中对应至该区块编号的实体区块(physicalblock)会成为开启实体区块(opened physical block)，而所有晶粒c00～c73中的开启实体区块的集合就成为开启超级区块。再者，控制电路110控制信道ch0～ch7以及晶粒致能信号CE0～CE3来决定写入特定晶粒中的开启实体区块。换句话说，每个晶粒所对应的实体区块集合即成为一个超级区块(superblock)。
因此，假设图2中每个晶粒包括1024个实体区块，每个实体区块有256个实体页(physical pages)。则可将非挥发性内存120视为具有1024个超级区块，且每个超级区块有256个超级页(superpage)。
请参照图3，其所绘示为非挥发性内存中一超级区块的映像(mapping)示意图。基本上，非挥发性内存120中的第n超级区块sbn可映射至每一晶粒中的第n实体区块b00n～b73n，且n为整数，1≦n≦1024。在图3中，晶粒c00的第n实体区块以b00n来表示、晶粒c10的第n实体区块即以b10n来表示并依此类推。
以n等于1为例，32个晶粒c00～c73中对应的32个第一实体区块的集合即成为第一超级区块。同理，其他的超级区块也是相同的映像原理。
另外，图3中，晶粒c00的第n实体区块内的第一实体页以p001来表示、晶粒c10的第n实体区块内的第一实体页以p101来表示并依此类推。
再者，32个晶粒c00～c73所对应的32个第n实体区块内的第一实体页的集合即成为第一超级页sp1。亦即，第n超级区块sbn中的第一超级页是由对应的32个第一实体页p001～p731的集合。同理，第n超级区块sbn中的其他超级页也是相同的映像原理。
举例来说，假设控制电路欲将32页的数据写入第n超级区块sbn中的第一超级页sp1内。其动作原理如下：
首先，以8页为单位将32页的数据分为四组。接着，动作晶粒致能信号CE0，并利用8个通道(ch0～ch7)将第一组8页的数据写入区块b00n～b70n内的第一实体页p001～p701。接着，动作晶粒致能信号CE1，并利用8个通道(ch0～ch7)将第二组8页的数据写入区块b01n～b71n内的第一实体页p011～p711。接着，动作晶粒致能信号CE2，并利用8个通道(ch0～ch7)将第三组8页的数据写入区块b02n～b72n内的第一实体页p021～p721。接着，动作晶粒致能信号CE3，并利用8个通道(ch0～ch7)将第四组8页的数据写入区块b03n～b73n内的第一实体页p031～p731。因此，完成第n超级区块sbn中的第一超级页sp1的写入动作。同理，其他区块的其他超级页也是以相同的方式来进行写入动作，此处不再赘述。
相同的原理，当控制电路欲读取一个超级页的数据时，控制电路同样会控制4条晶粒致能信号CE0～CE3以及8个通道(ch0～ch7)来读取32个实体页中的数据，以输出完整超级页的数据。
由以上的说明可知，固态储存装置10的控制电路110是以超级区块组态(superblock configuration)来存取非挥发性内存120。亦即，非挥发性内存120包括多个超级区块，每个超级区块中包括多个超级页。再者，每个超级区块可对应至多个实体区块，每个超级页可对应至多个实体页。
再者，当一开启超级区块(opened superblock)已经写满数据时，控制电路110会对开启超级区块进行关闭动作，而变成关闭超级区块(closed superblock)。另外，控制电路110会在非挥发性内存120中另外选择一空白超级区块(blanksuperblock)做为开启超级区块，而控制电路110会将写入数据写入开启超级区块中。
再者，当一个超级区块内所有超级页的数据皆为无效数据时，控制电路110可对此超级区块进行抹除动作后，形成一空白超级区块。
发明内容
本发明有关于一种固态储存装置中超级区块的扫描方法，其中该超级区块中包括多个超级页，每一该超级页包括多个实体页，该扫描方法包括下列步骤：读取该超级区块中一最后超级页内一第一实体页的内容与一最后实体页的内容；以及根据该第一实体页的内容与该最后实体页的内容来决定该超级区块的状态。
本发明有关于一种固态储存装置，包括：一控制电路；一缓冲元件，连接至该控制电路；一非挥发性内存，连接至该控制电路，其中，该非挥发性内存中包括多个超级区块，且每一该超级区块中包括多个超级页，每一该超级页包括多个实体页；其中，该控制电路对该非挥发性内存进行一扫描流程后，决定一第一部分的该些超级区块为关闭的超级区块。
为了对本发明上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
附图说明
图1所绘示为现有固态储存装置的示意图。
图2所绘示为非挥发性内存的示意图。
图3所绘示为非挥发性内存中一超级区块的映像示意图。
图4所绘示为固态储存装置重建FTL表的流程示意图。
图5A所绘示为本发明超级区块的扫描方法流程图。
图5B所绘示为运用本发明扫描方法的超级区块状态判断流程。
具体实施方式
请参阅图1，一般来说，主机12是利用逻辑区块地址(Logical Block Address，以下简称LBA地址)来定义非挥发性内存120中的数据地址。而在非挥发性内存120中则是利用实体配置地址(Physical Allocation Address，以下简称PAA地址)来定义非挥发性内存120中的数据地址。因此，在固态储存装置10中需要通过快闪转换层表(Flash translationlayer table，FTL表)来进行LBA地址与PAA地址之间的映像(mapping)。
当固态储存装置10连接至电源而正常运作时，FTL表会储存在缓冲元件130中。当固态储存装置10接收到断电指令时，控制电路110会将FTL表写入非挥发性内存120中，之后固态储存装置10才会被断电。
再者，当固态储存装置10再次连接至电源而正常运作前，控制电路110会先读取断电前储存于非挥发性内存120中的FTL表，并储存至缓冲元件130后，固态储存装置10才可以正常运作。
然而，当固态储存装置10遭遇不正常的断电时，由于控制电路110来不及将FTL表储存至非挥发性内存120，因此会造成FTL表的遗失。
一般来说，当控制电路110对特定超级区块进行关闭动作时，会将该特定超级区块的实体配置地址(PAA地址)与逻辑区块地址(LBA地址)之间的关系记录于该特定超级区块中的最后超级页。举例来说，假设一个超级区块有256个超级页，则关闭超级区块时，实体配置地址(PAA地址)与逻辑区块地址(LBA地址)之间的关系会记录于最后超级页，也就是第256超级页。
因此，在固态储存装置10遭遇不正常断电而造成FTL表遗失后，当固态储存装置10再次连接至电源时，控制电路110需要读取所有超级区块中最后超级页的内容，并据以重建(rebuild)FTL表，并于确认FTL表重建完成后，固态储存装置10才可以正常运作。
请参照图4，其所绘示为固态储存装置重建FTL表的流程示意图。首先，扫描所有超级区块，以确认所有超级区块的状态(status)(步骤S410)。读取所有关闭的超级区块内最后超级页中的数据以重建FTL表(步骤S420)。
当固态储存装置10接收电源，且控制电路110确认FTL表已经遗失，需要重建FTL表时，控制电路110会先进行扫描动作，扫描非挥发性内存120中的所有超级区块，以确认所有超级区块的状态。基本上，每个超级区块经过扫描之后，可以确认该超级区块的状态为以下四种状态中的哪一种：关闭的超级区块、正在使用的超级区块、正在抹除的超级区块以及空白的超级区块。
在现有的超级区块的扫描方法中，扫描一个超级区块需要读取超级区块中最后超级页内的所有内容，并据以判断该超级区块的状态。
由于一个超级页会对应至多个晶粒的实体页，所以读取最后超级页中对应的所有实体页的内容将会耗费不少时间。
举例来说，若一个超级区块是由32个实体区块集合而成，则一个超级页同样包含32个实体页，因此，为了判断超级区块的状态，在现有的超级区块的扫描方法中，扫描一个超级区块需要读取超级区块中最后超级页内的所有内容，意即需要读取32个实体页才能判断一个超级区块的状态。再者，如果非挥发性内存120的超级区块数目非常多时，明显地超级区块的扫描流程将耗费更多的时间。
请参照图5A，其所绘示为本发明超级区块的扫描方法流程图。本发明的扫描流程可确定超级区块的状态，可运用于固态储存装置的FTL表重建流程。
首先，设定X＝1(步骤S511)。接着，读取第X超级区块中最后超级页内第一实体页(first physical page)与最后实体页(last physical page)的内容(步骤S512)。接着，根据第一实体页与最后实体页的内容来决定第X超级区块的状态(步骤S513)。接着判断X是否等于N(步骤S514)。当X不等于N时，将X加1后(步骤S515)，回到步骤S512；当X等于N时，结束扫描流程。其中，N为非挥发性内存120中超级区块的数目。意即，假设非挥发性内存120有1024个超级区块，则N等于1024，且扫描流程中需要扫描1024个超级区块。
在本发明实施例中，每一超级区块包含多个超级页，而在将数据写入一超级区块时，数据会按照一定顺序依序写入该超级区块中的多个超级页，其中，最后一个被写入的超级页即为最后超级页。在本实施例中，当控制电路110对特定超级区块进行关闭动作时，会将该特定超级区块的实体配置地址(PAA地址)与逻辑区块地址(LBA地址)之间的关系记录于该特定超级区块中的最后超级页。
再者，由于超级区块在写入数据时，系利用预定的次序来改变4条晶粒致能信号CE0～CE3以及8个通道(ch0～ch7)，所以可以得知每一超级页中的实体页的数据排列顺序。具体而言，每一超级页中的实体页的数据排列顺序为在将数据写入一超级页时，数据写入该超级页的实体页的顺序。举例来说，在将数据写入一超级页时，在超级页中第一个被写入的实体页即为第一实体页，而在超级页中最后一个被写入的实体页即为最后实体页。
在本发明实施例中，根据超级页中的实体页的数据排列顺序，本发明仅读取超级区块中最后超级页内第一实体页与最后实体页中的数据即可对此超级区块的状态来进行判断。因此可以减少读取时间，当超级区块的数目越多时，减少的读取时间将更显著。换句话说，根据本发明提出的超级区块的扫描方法，扫描一个超级区块仅需要读取2个实体页便可判断一个超级区块的状态。
接着，请参照图5B，其所绘示为运用本发明扫描方法的超级区块状态判断流程，其可运用于图5A中的步骤S513。
首先，判断第一实体页内是否有储存数据(步骤S532)。于确认第一实体页内有储存数据时，继续判断最后实体页内是否有储存数据(步骤S534)。于确认最后实体页内有储存数据时，确认为关闭的超级区块(步骤538)。反之，于确认最后实体页内未有储存数据时，确认为正在使用的超级区块(步骤540)。
再者，于确认第一实体页内未有储存数据时，继续判断最后实体页内是否有储存数据(步骤S536)。于确认最后实体页内有储存数据时，确认为正在抹除的超级区块(步骤542)。反之，于确认最后实体页内未有储存数据时，确认为空白的超级区块(步骤544)。
当然，本发明并限定于图5B的判断方式。在此领域的技术人员也可以先判断最后实体页的储存状况，再判断第一实体页的储存状况来决定超级区块的状态。
根据上述，若超级区块中最后超级页内第一实体页中有储存数据且最后实体页中也有储存数据，则可决定此超级区块为关闭的超级区块。再者，若超级区块中最后超级页内第一实体页中有储存数据且最后实体页中未有储存数据(或称空白页(blank page))，则可决定此超级区块为正在使用的超级区块。
再者，若超级区块中最后超级页内第一实体页中未有储存数据且最后实体页中有储存数据，则可决定此超级区块为正在抹除的超级区块。再者，若超级区块中最后超级页内第一实体页中未有储存数据且最后实体页中未有储存数据，则可决定此超级区块为空白的超级区块。
综上所述，本发明提出一种超级区块的扫描方法，可运用于固态储存装置的FTL表重建流程。本发明仅读取超级区块中最后超级页内的二个实体页的数据，即可判断超级区块的状态，可有效地降低判断超级区块状态的时间。
另外，控制电路110对非挥发性内存120进行扫描流程后，可以由多个超级区块中决定其中一第一部分为关闭的超级区块。而控制电路更可以读取这些关闭的超级区块中最后超级页的数据以重建FTL表。
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具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种固态储存装置中超级区块的扫描方法，其特征在于，该超级区块中包括多个超级页，每一该超级页包括多个实体页，该扫描方法包括下列步骤：
读取该超级区块中一最后超级页内一第一实体页的内容与一最后实体页的内容；以及
根据该第一实体页的内容与该最后实体页的内容来决定该超级区块的状态。
2.如权利要求1所述的超级区块的扫描方法，其特征在于，更包括下列步骤：根据该第一实体页以及该最后实体页分别是否有储存数据来决定该超级区块的状态。
3.如权利要求1所述的超级区块的扫描方法，其特征在于，该第一实体页及该最后实体页是由该最后超级页中的该些实体页的数据排列顺序来决定。
4.如权利要求1所述的超级区块的扫描方法，其特征在于，更包括下列步骤：
当该第一实体页有储存数据且该最后实体页有储存数据，决定该超级区块为一关闭的超级区块；
当该第一实体页有储存数据且该最后实体页未有储存数据，决定该超级区块为一正在使用的超级区块；
当该第一实体页未有储存数据且该最后实体页有储存数据，决定该超级区块为一正在抹除的超级区块；以及
当该第一实体页未有储存数据且该最后实体页未有储存数据，决定该超级区块为一空白的超级区块。
5.一种固态储存装置，其特征在于，包括：
一控制电路；
一缓冲元件，连接至该控制电路；
一非挥发性内存，连接至该控制电路，其中，该非挥发性内存中包括多个超级区块，且每一该超级区块中包括多个超级页，每一该超级页包括多个实体页；
其中，该控制电路对该非挥发性内存进行一扫描流程后，决定一第一部分的该些超级区块为关闭的超级区块。
6.如权利要求5所述的固态储存装置，其特征在于，该些超级区块包括一第一超级区块，且进行该扫描流程时，该控制电路读取该第一超级区块中一最后超级页内一第一实体页的内容与一最后实体页的内容；并据以决定该第一超级区块的状态。
7.如权利要求6所述的固态储存装置，其特征在于，该控制电路根据该第一实体页以及该最后实体页分别是否有储存数据来决定该超级区块的状态。
8.如权利要求6所述的固态储存装置，其特征在于，该第一实体页及该最后实体页是由该最后超级页中的该些实体页的数据排列顺序来决定。
9.如权利要求6所述的固态储存装置，其特征在于，若该第一实体页有储存数据且该最后实体页有储存数据，决定该第一超级区块为该关闭的超级区块。
10.如权利要求6所述的固态储存装置，其特征在于，若该第一实体页有储存数据且该最后实体页未有储存数据，决定该第一超级区块为一正在使用的超级区块；其中若该第一实体页未有储存数据且该最后实体页有储存数据，决定该第一超级区块为一正在抹除的超级区块；若该第一实体页未有储存数据且该最后实体页未有储存数据，决定该第一超级区块为一空白的超级区块。
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