CN111949206A - 存储器系统、控制器以及控制器的操作方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及存储器系统、控制器以及控制器的操作方法。例如，一种存储器系统包括：存储器设备，包括多个存储器块；以及控制器，与存储器设备通信以控制存储器设备的操作，控制器在多个存储器块中分配正常区域和冗余区域，其中控制器将正常区域划分为用于存储用户数据的用户区域、用于用户数据管理的用户预留空间区域、用于存储映射数据的映射区域以及用于映射数据管理的映射预留空间区域，并将冗余区域划分为保留区域和附加映射预留空间区域，并且其中在确定正常区域中的块是坏块时，用保留区域替换坏块。

Description

存储器系统、控制器以及控制器的操作方法
相关申请的交叉参考
本申请要求于2019年5月17日提交的韩国专利申请第10-2019-0058121号的优先权和权益，其通过引用全部并入本文。
技术领域
示例性实施例涉及一种存储器系统。
背景技术
计算机环境范式已经转向云计算，并且正在向随时随地出现的普适计算发展。与桌面计算不同，普适计算可使用任何设备(包括便携式电子设备，诸如移动电话、数码相机和笔记本电脑)在任何位置进行。一般来说，这种便携式电子设备使用一个或多个数据存储器设备作为便携式电子设备的主存储器设备或辅助存储器设备。
与传统硬盘驱动器相比，使用非易失性存储器设备的数据存储器设备具有以下优点：没有机械移动部分，并且非易失性存储器设备具有优异的稳定性和耐用性、高数据速率和低功耗。具有这些优点的数据存储器设备包括通用串行总线(USB)存储器设备、具有各种接口的存储器卡和固态驱动器(SSD)。
发明内容
所公开技术的实施例涉及通过利用存储器设备的冗余区域的至少一部分来提高其性能的存储器系统。
基于所公开技术的实施例实施的存储器系统可提高其性能和可靠性，而不管其寿命如何。
本公开提供了存储器系统、控制器以及控制器的操作方法。
在一个实施例中，一种存储器系统可包括：存储器设备，包括多个存储器块；以及控制器，与存储器设备通信，以控制存储器设备的操作，控制器在多个存储器块中分配正常区域和冗余区域，其中控制器将正常区域划分为用于存储用户数据的用户区域、用于用户数据管理的用户预留空间区域(overprovisioning region)、用于存储映射数据的映射区域以及用于映射数据管理的映射预留空间区域，并且将冗余区域划分为保留区域和附加映射预留空间区域，并且其中保留区域在确定正常区域中的块是坏块时替换坏块。
在一个实施例中，一种用于控制包括多个存储器块的存储器设备的控制器可包括：映射管理器，用于分配正常区域和冗余区域，正常区域包括逻辑地址和物理地址之间的映射；以及块管理器，适于分配数目对应于多个存储器块的总数目与坏块的最大可接受数目之间的差值的存储器块，冗余区域包括数目对应于坏块的最大可接受数目与从存储器设备的初始操作开始存在的坏块的初始数目之间的差值的存储器块，块管理器将正常区域划分为用于存储用户数据的用户区域、用于用户数据管理的用户预留空间区域、用于存储映射数据的映射区域以及用于映射数据管理的映射预留空间区域，并且将冗余区域划分为保留区域和附加映射预留空间区域，其中在确定正常区域中的块是坏块时，保留区域替换坏块。
在一个实施例中，一种用于控制包括多个存储器块的存储器设备的方法可包括：分配正常区域和冗余区域，正常区域包括数目对应于多个存储器块的总数目与坏块的最大可接受数目之间的差值的存储器块，冗余区域包括数目对应于坏块的最大数目与从存储器设备的初始操作开始存在的坏块的初始数目之间的差值的存储器块；将正常区域划分为用于存储用户数据的用户区域、用于用户数据管理的用户预留空间区域、用于存储映射数据的映射区域以及用于映射数据管理的映射预留空间区域；以及将冗余区域划分为保留区域和附加映射预留空间区域，其中在确定正常区域中的块是坏块时，保留区域替换坏块。
根据本公开实施例的效果如下。
根据本公开的实施例，控制器可使用存储器设备的冗余区域的至少一部分作为用于存储映射数据的映射预留空间区域。如果用于存储映射数据的存储器空间足够，则可以减少用于确保存储器空间的擦除操作的频率。因此，可以提高包括控制器和存储器设备的存储器系统的性能。
根据本公开的实施例，控制器可将存储器设备的冗余区域的剩余部分分配为用于替换坏块的保留区域。控制器可灵活地调整映射预留空间区域的大小，使得保留区域的大小不会因为替换坏块而减小。因此，即使在存储器设备老化的情况下，也可以确保存储器系统的性能和可靠性。
从本公开获得的效果可不限于上述效果。本公开所属技术领域的普通技术人员可以从以下描述中清楚地理解其他未提及的效果。
附图说明
图1是基于所公开技术的实施例的示例存储器系统的示图。
图2是示出包括存储器系统的数据处理系统的层级结构的示例的示图。
图3是示出基于所公开技术的一些实施例的存储器系统的示例的示图。
图4A和图4B是示意性示出基于所公开技术的一些实施例的存储器设备的示例的示图。
图5A至图5C是示出基于所公开技术的一些实施例的存储器设备的示例的示图。
图6是示出基于所公开技术的一些实施例的存储器系统中包括的块管理信息的示例的示图。
图7是基于所公开技术的一些实施例的用于操作存储器系统的示例方法的示图。
具体实施方式
可以在一些实施例中实施本专利文献中公开的技术，以提供在其他特征和优点中有效利用存储资源的存储器系统和方法。
图1是基于所公开技术的实施例的示例存储器系统110的示图。
在一些实施方式中，存储器系统110可包括存储器设备150和控制存储器设备150的操作的控制器130。
存储器设备150可包括多个非易失性存储器单元。在一些实施方式中，多个非易失性存储器单元可包括以多个存储器串布置的NAND闪存单元。以存储器串布置的存储器单元集合被称为存储器单元阵列。包括在存储器设备150的存储器单元阵列中的存储器单元集合可被分组为多个存储器块。每个存储器块可包括多个页面。每一页面可包括共享字线的存储器单元集合。在一些实施方式中，存储器设备150可基于存储器块执行擦除操作，并且可基于页面执行读取和写入操作。在一些存储器单元是闪存单元的实施方式中，存储器设备150在写入操作之前执行擦除操作，这与允许覆写操作的传统文件系统相反。创建和移除文件的文件系统通常通过用新内容覆写存储器块来重用存储器块。基于闪存的存储器设备不能在不先擦除的情况下覆写存储块。
为了填补传统文件系统和这种基于闪存的存储器设备之间的空隙，控制器130可包括用于有效地管理存储器设备150的操作的闪存转换层(FTL)。图1示出了可包括在FTL中的块管理器48。
图2是示出包括存储器系统110的数据处理系统100的层级结构的示例的示图。在一些实施方式中，数据处理系统100可包括主机102和存储器系统110。
例如，主机102可包括便携式电子设备(诸如移动电话、MP3播放器和膝上型计算机)或电子设备(诸如台式计算机、游戏播放器、TV和投影仪)。主机102可包括应用104和文件系统106。存储器系统110可用作主机102的主存储器设备或辅助存储器设备。
数据处理系统100可按照应用104、文件系统106、控制器130和存储器设备150的顺序具有层级结构。
控制器130可从应用104或文件系统106接收逻辑地址。控制器130可接收逻辑地址，并且可将逻辑地址转换为物理地址，该物理地址用于在存储器设备150中选择期望的物理存储器单元。控制器130可具有用于将逻辑地址映射到物理地址的映射表。
如图1所示，存储器设备150可包括有缺陷的存储器块。在一个示例中，块管理器48可确定特定存储器块是否具有可导致数据损坏或其他故障的有缺陷的存储器单元。这样的存储器块可被称为坏块，并且可控制控制器130不访问坏块。
在一些实施方式中，诸如坏块可包括从存储器系统110的初始操作开始存在的初始坏块BAD_INIT。在一些实施方式中，存储器系统110可设置在开始操作存储器设备150之前确保的正常块的最小所需数目NORMAL_MIN。类似地，存储器系统110可设置存储器系统110可接受的坏块的最大数目BAD_MAX。在存储器设备150具有的坏块的初始数目大于坏块的最大可接受数目的情况下，存储器设备150可被视为失败，由此可能不被用于存储器系统110。因此，除非确定不可用，否则存储器系统110中包括的存储器设备150的坏块的初始数目小于坏块的最大数目。
块管理器48可在存储器设备150的多个存储器块中分配用户可访问的正常区域，并留出冗余区域。块管理器48可将存储器区域视为正常区域，如果其至少包括最小数目的正常块。块管理器48可将正常区域的存储器块划分为多个区域，并且分配用户区域USER、用户预留空间区域USER_OP、映射区域MAP和映射预留空间区域MAP_OP。预留空间区域是为执行诸如垃圾收集功能的各种存储器管理功能而保留的存储器空间。在一些实施方式中，垃圾收集功能可将预留空间用作临时工作空间，以管理有效页面合并和回收填充有无效页面的块。控制器130可控制存储器设备150以将用户数据存储在用户区域USER中，并将映射数据存储在映射区域MAP中。控制器130可使用用户预留空间区域USER_OP来管理用户数据，并且可使用映射预留空间区域MAP_OP来管理映射数据。例如，通过使用用户预留空间区域USER_OP，当存储器设备150缺少用于存储用户数据的用户区域时，控制器130可执行垃圾收集操作。
在一些实施方式中，被分配用作用户区域和映射区域的正常块可被保留为冗余块。在一些实施方式中，冗余块的数目可基于存储器系统150可接受的坏块的最大数目与存储器系统150的坏块的初始数目之间的差值来确定。图1示出了组成多个存储器块的用户区域、用户预留空间区域、映射区域、映射预留空间区域、冗余区域和初始坏区域的示例。图1示出了存储器设备中的区域的比率。应注意，每个区域可以分布在不同的存储器块之间。
在存储器系统110的操作期间，由于诸如干扰和损耗问题的各种原因，可能会发生坏块。当在存储器系统110的操作期间在用户区域或映射区域中发生坏块时，块管理器48可以用冗余区域的新存储器块替换对应的坏块。为了避免丢失存储在坏块中的数据，控制器130可读取存储在坏块中的数据并将其写入新的存储器块。控制器130还可以将与坏块相关联的地址映射信息更新到新存储器块，使得坏块的逻辑地址映射到新块的物理地址。控制器130可将更新的地址映射信息反映到存储器系统110中的映射表。在接收到来自外部的访问请求时，控制器130可通过参考映射表，基于与访问请求相关联的逻辑块地址，向存储器设备150提供物理块地址(不包括坏块的物理地址)。
在一个示例中，冗余区域的存储器块保持不被使用，直到它们在存储器系统110的操作期间替换坏块为止。然而，在所公开技术的一些实施例中，可以在存储器系统110的操作期间有效地利用冗余区域的那些存储器块。
基于所公开技术的一些实施例的存储器系统110的控制器130可利用存储器设备150的冗余区域的一部分作为用于替换坏块的保留区域，并且可以利用存储器设备150的冗余区域的剩余部分作为附加映射预留空间区域。通过利用冗余区域的空块作为附加映射预留空间区域，可以有效地确保用于存储映射数据的附加存储器空间，从而提高存储器系统110的性能。
图3是示出基于所公开技术的一些实施例的存储器系统110的示例的示图。
如上参照图1所述，存储器系统110可包括控制器130和存储器设备150。控制器130可包括彼此通信的主机接口132、FTL 40、存储器接口142和存储器144。
主机接口132用于使主机能够与存储器系统110通信。主机102的命令和数据可通过各种接口协议中的至少一种来移动，诸如通用串行总线(USB)、多媒体卡(MMC)、外围组件互连高速(PCI-E)、串行连接SCSI(SAS)、串行高级技术附件(SATA)、并行高级技术附件(PATA)、小型计算机系统接口(SCSI)、增强型小磁盘接口(ESDI)、集成驱动电子设备(IDE)和MIPI(移动工业处理器接口)。
存储器接口142可用于使控制器130能够与存储器设备150通信，并且允许控制器130响应于来自主机102的请求来控制存储器设备150的操作。在存储器设备150是闪存(诸如NAND闪存)的情况下，存储器接口142可包括FTL 40，为存储器设备150生成在控制器130和存储器设备150之间以及主机102和存储器系统110之间进行数据传输的控制信号。存储器接口142可操作为用于处理在控制器130和存储器设备150之间通信的命令和数据的接口，并且可包括NAND闪存接口。
在一些实施方式中，FTL 40控制如何在存储器系统110中存储数据以及如何从存储器系统110取回数据。硬盘驱动器是关键的存储器设备，由此硬盘驱动器的文件系统被用作通用文件系统。具有闪存设备的存储器系统可利用这种通用文件系统，但由于一些原因(诸如擦除块和损耗均衡)，它们不是最佳的。如上所讨论的，闪存存储器块需要在写入之前擦除，因此具有闪存存储器设备的存储器系统需要具有与擦除块相关联的信息，而硬盘驱动器不需要这些信息。因此，FTL40被用于通用文件系统和闪存存储器之间。
在一些实施方式中，FTL 40可包括：主机请求管理器46，维护从主机接口132接收的主机请求；映射管理器44，维护映射数据；状态管理器42，执行垃圾收集或损耗均衡；以及块管理器48，维护关于存储器块的状态的信息并执行关于存储器设备150中的存储器块的指令。
例如，主机请求管理器46可通过使用映射管理器44和块管理器48来处理从主机接口132接收的读取请求、写入请求和事件请求。主机请求管理器46可以向映射管理器44提供搜索请求以获得与所传送请求的逻辑地址相对应的物理地址，并且可以通过向存储器接口142提供物理地址的读取命令来处理读取请求。在一些实施方式中，主机请求管理器46可首先向块管理器48提供写入请求，从而在存储器设备150的空(擦除)页面中写入数据，然后可以向映射管理器44提供映射更新请求，以更新逻辑地址和物理地址之间的映射信息。
块管理器48可将主机请求管理器46、映射管理器44和状态管理器42的写入请求转换为存储器设备150的写入命令。为了最大化存储器系统110的写入性能，块管理器48可收集写入请求，并且可以向存储器接口142提供用于多平面和一次性编程操作的闪存写入命令。此外，为了最大化多通道和多方向闪存控制器的并行处理，可以向存储器接口142提供各种闪存写入命令。
在需要附加块的情况下，块管理器48可选择并擦除不包括任何有效数据的块，并且在需要垃圾收集的情况下，块管理器48可以选择包括有效页面的块来执行垃圾收集。为了允许块管理器48确保附加的空块，状态管理器42可执行垃圾收集操作，包括：从所选存储器块收集有效数据；将有效数据迁移到可用块；以及擦除所选块。如果块管理器48向状态管理器42提供关于将被擦除的所选块的信息，则状态管理器42可以首先检查所选块的所有页面并检查每个页面是否有效。例如，为了确定每一页面的有效性，状态管理器42可识别记录在每一页面的带外(OOB)区域中的逻辑地址，并且可将页面的实际地址与映射到从映射管理器44的搜索请求获得的逻辑地址的实际地址进行比较。状态管理器42可针对每个有效页面向块管理器48提供编程命令。如果编程操作完成，则映射管理器44可更新映射表。
在所公开技术的一些实施例中，块管理器48可抑制对坏块的访问，可将正常存储器块划分为多个区域，并且可以控制存储器设备150在区域中存储不同的数据。下面将参考图4A至图7详细描述基于所公开技术的一些实施例的块管理器48的操作。
映射管理器44可管理逻辑地址和物理地址之间的映射表，并且可以处理诸如由主机请求管理器46和状态管理器42生成的搜索请求和更新请求的请求。映射管理器44可将整个映射数据存储在存储器设备150的映射区域中，并且可以根据存储器144的容量来高速缓存映射数据的至少一部分。如果在处理搜索和更新命令时发生映射高速缓存未命中，则映射管理器44可以向存储器接口142提供读取命令，从而加载存储在存储器设备150中的映射数据。如果高速缓存在存储器144中的数据量超过阈值，则映射管理器44可以向块管理器48提供写入命令，从而将高速缓存在存储器144中的映射数据存储在存储器设备150中。
在执行垃圾收集的情况下，当状态管理器42正在复制有效页面时，主机请求管理器46可以为页面的相同逻辑地址写入最新版本的数据，并且可以同时提供更新请求。如果状态管理器42在有效页面的副本不完整的状态下请求映射数据更新，则映射管理器44可以不执行映射表更新。映射管理器44可以仅在最新的映射表仍然指示先前的实际地址的情况下执行映射更新，从而确保准确性。
存储器144可用作存储器系统110和控制器130的工作存储器，并且可以存储用于操作存储器系统110和控制器130的数据。例如，存储器144可存储在主机102和存储器设备150之间执行数据输入/输出操作所需的数据。此外，存储器144可以存储包括相应存储器块的属性信息的块管理信息146。
在所公开技术的一些实施例中，存储器设备150可包括诸如NAND闪存存储器的非易失性存储器。在一些实施方式中，存储器设备150可包括相变存储器(PCRAM：相变随机存取存储器)、电阻存储器(RRAM(ReRAM)：电阻随机存取存储器)、铁电存储器(FRAM：铁电随机存取存储器)或自旋转移转矩磁存储器(STT-RAM或STT-MRAM：自旋转移转矩磁随机存取存储器)。
存储器设备150可包括多个存储器块，包括用于每单元存储一位数据的单级单元(SLC)存储器块和用于每单元存储一位以上数据的多级单元(MLC)存储器块。每一个SLC存储器块都可以包括多个页面，包括用于存储一位数据的存储器单元。SLC存储器块可确保具有高数据可靠性的快速性能。另一方面，每个MLC存储器块可包括多个页面，包括用于每单元存储两位或更多位数据的存储器单元。
存储器设备150可实现为二维或三维存储器设备。包括在存储器设备150中的每个存储器块可包括沿第二方向布置的多个NAND存储器单元串。多个NAND存储器单元串可沿第一方向和第三方向布置。每个NAND存储器单元串可耦合至位线、至少一条串选择线、至少一条接地选择线、多条字线、至少一条伪字线和公共源线，并且可以包括多个晶体管结构。
图4A和图4B是示意性地示出基于所公开技术的一些实施例的存储器设备150的示例的示图。具体地，图4A示出了包括存储器设备150的存储器块的相应区域，以及图4B示出了当存储器设备150中发生坏块时使用冗余区域的示例。
参照图4A，包括在存储器设备150中的存储器块可包括用户区域USER、用户预留空间区域USER_OP、映射区域MAP、映射预留空间区域MAP_OP和冗余区域REDUNDANCY。存储器设备150的冗余区域REDUNDANCY可包括附加映射预留空间区域MAP_OP_ADD和保留区域RSV_BAD。在本专利文献的上下文中，包括相应区域的存储器块将被称为用户块、用户预留空间块、映射块、映射预留空间块、附加映射预留空间块和保留块。作为映射预留空间块的正常区域的映射预留空间块和冗余区域的附加映射预留空间块都可用于管理映射数据。块管理器48可以在冗余块之间分配预定数目的存储器块作为保留块，并且可以分配剩余块作为附加映射预留空间块。
参照图4A，类似于用户数据，映射数据也可存储在存储器设备150中。由于存储器设备150不支持覆写操作，为了更新映射数据，存储器设备150可使现有映射数据无效，并在映射区域的另一存储器块中写入更新的映射数据。如果无效映射区域的大小增加，则存储器系统110的效率降低。因此，控制器130可通过对映射数据执行垃圾收集操作来确保映射区域的存储空间。
垃圾收集操作可涉及对有效数据的读取操作、对读取有效数据的写入操作和擦除操作。由于预留空间区域的大小较大，所以存储器设备的边缘空间可增加，从而可提高垃圾收集性能，并且可降低确保存储器设备的边缘空间的必要性，由此可降低执行垃圾收集操作的频率。因此，预留空间区域大小的增加可使得性能提高。
映射数据的量通常小于用户数据的量。类似地，组成映射预留空间区域的存储器块的数目可小于组成用户预留空间区域的存储器块的数目。因此，使用冗余区域的存储器块作为映射预留空间区域比使用冗余区域的存储器块作为用户预留空间区域更具成本效益。因此，在所公开技术的一些实施例中，除映射预留空间区域之外使用冗余区域的存储器块，由此与除用户预留空间区域之外使用冗余区域的存储器块时相比，执行垃圾收集操作的频率可进一步降低。换言之，通过将冗余区域的至少一些存储器块用作附加映射预留空间块，可显著降低执行垃圾收集操作的频率，从而实现存储器系统110的性能改进。
参考图4B，在存储器系统110的操作期间，在图4A的存储器设备150的正常区域的存储器块中可能发生坏块。图4B示出了在用户区域中发生的坏块。块管理器48可以用包括在保留区域中的存储器块替换坏块。图4B还示出了替换的存储器块REPAIR。
如果由于替换存储器块而减少了保留块的数目，则块管理器48可将处于擦除状态的附加映射预留空间块变为保留区域，以补偿保留块数目的减少。
例如，为了在不考虑坏块的发生的情况下确保足够的可用正常块并保持存储器容量和性能，块管理器48可以用相同数目的保留块替换坏块。块管理器48可将与替换保留块的数目相同数目的附加映射预留空间块变为保留区域。
在一些实施方式中，在所有附加映射预留空间块被变为保留块的情况下，块管理器48不能补充保留块，即使保留块的数目减少。
图5A至图5C是示出基于所公开技术的一些实施例的存储器设备150的示例的示图。下文将参考图5A至图5C详细描述基于所公开技术的一些实施例的块管理器48的操作。举例来说，图5A至图5C按时间顺序示出根据存储器系统110的操作的存储器设备150的状态。图5A至图5C示出了在存储器设备150中，正常区域包括12个存储器块且冗余区域包括8个存储器块的情况。在图5A至图5C中，省略初始坏块。
图5A示出了存储器设备150包括六个用户块USER_BLOCK 1至USER_BLOCK 6、两个用户预留空间块USER_OP_BLOCK 1和USER_OP_BLOCK 2、三个映射块MAP_BLOCK 1至MAP_BLOCK3、一个映射预留空间块MAP_BLOCK 1、四个附加映射预留空间块MAP_OP_BLOCK 2至MAP_OP_BLOCK 5以及四个保留块RSV_BAD_BLOCK1至RSV_BAD_BLOCK4的情况。
图5B示出了在存储器系统110的操作期间图5A的存储器设备150中出现坏块的情况。如果在第六用户块USER_BLOCK6中发生的缺陷的数目等于或大于参考值，则块管理器48可确定第六用户块USER_BLOCK6是坏块，并且可以用第一保留块RSV_BAD_BLOCK1替换坏块。块管理器48可确定第五映射预留空间块MAP_OP_BLOCK5是第一保留块RSV_BAD_BLOCK1，从而保持保留块的数目。
图5C示出了在图5B的存储器设备150中额外出现坏块的情况。如果在第二用户块USER_BLOCK 2、第四用户块USER_BLOCK 4、第一用户预留空间块USER_OP_BLOCK 1和第二映射块MAP_BLOCK 2中出现额外缺陷，则可以用保留块替换相应的坏块。由于映射预留空间块被变为保留块，因此所有映射预留空间块可用于替换坏块。在替换坏块时使用所有映射预留空间块的情况下，块管理器48可以不再保持保留块的数目。
图6是示出基于所公开技术的一些实施例的包括在存储器系统110中的块管理信息146的示例的示图。
参照图6，块管理信息146可以表格形式存储在存储器144中。块管理信息146可包括每个块的标识符BLOCK作为索引。块管理信息146可包括指示每个块是否是坏块BAD、每个块是否是附加映射预留空间块MAP_OP_ADD以及每个块是否是保留块RSV_BAD的字段。块管理信息146还可以包括关于坏块的总数、附加映射预留空间块的数目和保留块的数目的信息。块管理器48可基于块管理信息146来控制将要保持的保留块的数目，直到所有映射预留空间块都变为保留块为止。
图7是基于所公开技术的一些实施例的用于操作存储器系统110的示例方法的示图。
在存储器系统110的初始操作中，在步骤S702中，块管理器48可确定存储器设备150的正常区域和冗余区域。正常区域可包括用户块、用户预留空间块、映射块和映射预留空间块。块管理器48可将多个存储器块中数目与坏块的最大数目和坏块的初始数目之间的差值相对应的存储器块用作冗余区域。
在步骤S704中，块管理器48可将冗余区域划分为附加映射预留空间块和保留块。在一个实施例中，块管理器48可将冗余块中的预定数目的块确定为保留块，并且可将剩余块确定为附加映射预留空间块。块管理器48可通过更新块管理信息146来存储指示多个存储器块中的哪些块分别是坏块、保留块和附加映射预留空间块的信息。
在步骤S706中，块管理器48可检测是否发生坏块。根据一个实施例，块管理器48可将发生读取操作或写入操作失败的存储器块检测为坏块。
如果没有发生坏块(步骤S706中为否)，则块管理器48可连续检测是否发生坏块。
如果出现坏块(步骤S706中为是)，则在步骤S708中，块管理器48可用保留块替换坏块。块管理器48可通过更新块管理信息146来指示哪个块是新出现的坏块。
块管理器48可执行存储在发生坏块中的数据的逻辑地址与保留块的物理地址之间的映射。块管理器48可将存储在发生坏块中的数据移动到保留块，并且可将数据存储在保留块中。映射管理器44可以向块管理器48提供请求，以在映射块中写入反映映射的映射数据。块管理器48可通过使用正常区域的映射预留空间区域和冗余区域的附加映射预留空间区域来执行映射数据的垃圾收集操作，从而管理映射数据。
在步骤S710中，块管理器48可确定在附加映射预留空间区域中是否存在空块。
如果在附加映射预留空间区域中存在空块(步骤S710中为是)，则在步骤S714中，块管理器48可将附加映射预留空间区域的空块确定为保留块。块管理器48可更新块管理信息146。
如果在附加映射预留空间区域中不存在空块(步骤S710中为否)，则在步骤S712，状态管理器42可通过控制不存储有效数据的附加映射预留空间块的擦除操作来生成附加映射预留空间区域的空块。在步骤S714中，块管理器48可将由垃圾收集操作生成的空块确定为保留块。块管理器48可通过更新块管理信息146来指示附加映射预留空间块中的哪个块被变为保留块。
根据本公开的实施例，由于存储器系统110将冗余区域用作用于管理映射数据的附加映射预留空间区域，因此可以提高存储器系统110的性能。当存储器系统110用任一个保留块替换在存储器系统110的操作期间发生的坏块时，可提高存储器系统110的性能和可靠性。由于存储器系统110将附加映射预留空间块确定为保留块，所以可以保持保留块的数目。
尽管出于说明的目的描述了各种实施例，但本领域技术人员应理解，可以在不脱离由以下权利要求中限定的本发明的精神和范围的情况下进行各种改变和修改。

Claims (20)

1.一种存储器系统，包括：
存储器设备，包括多个存储器块；以及
控制器，与所述存储器设备通信，以控制所述存储器设备的操作，所述控制器在所述多个存储器块中分配正常区域和冗余区域，
其中所述控制器将所述正常区域划分为用于存储用户数据的用户区域、用于用户数据管理的用户预留空间区域、用于存储映射数据的映射区域以及用于映射数据管理的映射预留空间区域，并将所述冗余区域划分为保留区域和附加映射预留空间区域，并且其中在确定所述正常区域中的块是坏块时，所述保留区域替换所述坏块。
2.根据权利要求1所述的存储器系统，其中所述控制器用分配给所述保留区域的存储器块中的特定存储器块替换所述坏块，并且将分配给所述附加映射预留空间区域的存储器块中的至少一个存储器块变为所述保留区域。
3.根据权利要求2所述的存储器系统，其中所述控制器替换所述坏块，使得替换所述坏块的所述特定存储器块的数目与所述坏块的数目相同。
4.根据权利要求3所述的存储器系统，其中所述控制器将所述至少一个存储器块变为所述保留区域，使得变为所述保留区域的存储器块的数目与替换所述坏块的所述特定存储器块的数目相同。
5.根据权利要求1所述的存储器系统，
其中所述坏块包括从所述存储器系统的初始操作开始存在的初始坏块，并且
其中所述控制器将存储器块分配给所述冗余区域，使得分配给所述冗余区域的存储器块的数目对应于坏块的最大可接受数目与初始坏块的数目之间的差值。
6.根据权利要求1所述的存储器系统，其中所述控制器被配置为：在确定分配给所述附加映射预留空间区域的存储器块中不存在空存储器块时，通过控制所述存储器设备以对分配给所述附加映射预留空间区域的存储器块中不具有有效数据的存储器块执行擦除操作，来确保空存储器块。
7.根据权利要求1所述的存储器系统，其中所述控制器通过以下来控制所述存储器设备，以执行用于回收存储器块的垃圾收集操作，从而确保用于所述映射数据的存储器空间：
将分配给所述映射区域以保持所述映射数据的存储器块中将被回收的牺牲存储器块的有效映射数据加载到内部存储器；
将所加载的映射数据写入分配给所述映射区域的存储器块中的目标存储器块；以及
擦除所述牺牲存储器块。
8.根据权利要求2所述的存储器系统，其中所述控制器通过以下来用所述特定存储器块替换所述坏块：
将存储在所述坏块中的数据的逻辑地址映射到替换所述坏块的所述特定存储器块的物理地址；以及
控制所述存储器设备，以将存储在所述坏块中的所述数据移动到替换所述坏块的所述特定存储器块。
9.根据权利要求2所述的存储器系统，其中所述控制器包括用于存储块管理信息的存储器，所述块管理信息指示所述多个存储器块中的每个存储器块是否为坏块以及所述多个存储器块中的哪个存储器块被分配给所述保留区域或所述附加映射预留空间区域。
10.根据权利要求9所述的存储器系统，其中所述控制器被配置为：在确定所述坏块被所述特定存储器块替换并且分配给所述附加映射预留空间区域的存储器块中的至少一个存储器块被变为所述保留区域时，更新关于所述多个存储器块中的所述坏块、所述特定存储器块以及所述至少一个存储器块的所述块管理信息。
11.根据权利要求1所述的存储器系统，其中在分配给所述正常区域的存储器块中，所述控制器将读取操作或写入操作失败的存储器块指定为所述坏块。
12.一种用于控制包括多个存储器块的存储器设备的控制器，包括：
映射管理器，用于执行逻辑地址和物理地址之间的映射；以及
块管理器，用于分配正常区域和冗余区域，所述正常区域包括数目对应于所述多个存储器块的总数目与坏块的最大可接受数目之间的差值的存储器块，所述冗余区域包括数目对应于坏块的所述最大可接受数目与从所述存储器设备的初始操作开始存在的坏块的初始数目之间的差值的存储器块，所述块管理器将所述正常区域划分为用于存储用户数据的用户区域、用于用户数据管理的用户预留空间区域、用于存储映射数据的映射区域以及用于映射数据管理的映射预留空间区域，并且将所述冗余区域划分为保留区域和附加映射预留空间区域，其中在确定所述正常区域中的块是坏块时，所述保留区域替换所述坏块。
13.根据权利要求12所述的控制器，其中所述块管理器用分配给所述保留区域的存储器块中的特定存储器块替换所述坏块，并且将分配给所述附加映射预留空间区域的存储器块中的至少一个存储器块变为所述保留区域。
14.根据权利要求12所述的控制器，还包括：
状态管理器，适于通过控制所述存储器设备对分配给所述附加映射预留空间区域的存储器块中不具有有效数据的存储器块执行擦除操作，来确保所述附加映射预留空间区域的空存储器块，
其中所述块管理器将空存储器变为所述保留区域的存储器块。
15.根据权利要求14所述的控制器，其中所述状态管理器通过以下来控制所述存储器设备，以执行用于回收存储器块的垃圾收集操作，从而确保用于所述映射数据的存储器空间：
将分配给所述映射区域以保持所述映射数据的存储器块中将被回收的牺牲存储器块的有效映射数据加载到内部存储器；
将所加载的映射数据写入分配给所述映射区域的存储器块中的目标存储器块；以及
擦除所述牺牲存储器块。
16.根据权利要求13所述的控制器，其中所述块管理器通过以下来用所述特定存储器块替换所述坏块：
控制所述映射管理器，以将存储在所发生的坏块中的数据的逻辑地址映射到所述特定存储器块的物理地址；以及
控制所述存储器设备，以将存储在所发生的坏块中的所述数据移动到替换所述坏块的所述特定存储器块。
17.根据权利要求13所述的控制器，还包括：
存储器，适于存储块管理信息，所述块管理信息指示所述多个存储器块中的每个存储器块是否为坏块以及所述多个存储器块中的哪个存储器块被分配给所述保留区域或所述附加映射预留空间区域。
18.根据权利要求17所述的控制器，其中所述块管理器被配置为：在确定所述坏块被所述特定存储器块替换并且分配给所述附加映射预留空间区域的存储器块中的至少一个存储器块被变为所述保留区域时，更新关于所述多个存储器块中的所述坏块、所述特定存储器块以及所述至少一个存储器块的所述块管理信息。
19.根据权利要求12所述的控制器，其中所述块管理器将分配给所述正常区域的存储器块中的读取操作或写入操作失败的存储器块指定为所述坏块。
20.一种用于控制包括多个存储器块的存储器设备的方法，所述方法包括：
分配正常区域和冗余区域，所述正常区域包括数目对应于所述多个存储器块的总数目与坏块的最大可接受数目之间的差值的存储器块，所述冗余区域包括数目对应于坏块的所述最大可接受数目与从所述存储器设备的初始操作开始存在的坏块的初始数目之间的差值的存储器块；
将所述正常区域划分为用于存储用户数据的用户区域、用于用户数据管理的用户预留空间区域、用于存储映射数据的映射区域以及用于映射数据管理的映射预留空间区域；以及
将所述冗余区域划分为保留区域和附加映射预留空间区域，其中在确定所述正常区域中的块是坏块时，所述保留区域替换所述坏块。
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