CN114510372A - 储存装置及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种储存装置，包括：非易失性存储器，包括：电力丢失保护器(PLP)存储器块，被配置为存储用于数据备份的元数据或用户数据中的至少一个；缓冲存储器，被配置为存储在所述PLP存储器块中存储的所述元数据或所述用户数据中的至少一个；充电电路，被配置为根据电力的水平向处理器发送第一充电完成信号或第二充电完成信号，以及生成用于响应于突然断电(SPO)出现的数据备份的电力；以及所述处理器，被配置为控制所述非易失性存储器和所述缓冲存储器中的至少一个，以响应于所述第一充电完成信号优先地执行来自主机的与所述元数据有关的第一请求，以及响应于所述第二充电完成信号执行来自所述主机的与所述元数据或所述用户数据有关的第二请求。

Description

储存装置及其操作方法
相关申请的交叉引用
本申请基于2020年11月16日在韩国知识产权局提交的申请No.10-2020-0153095并且要求其优先权，其公开通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明构思涉及一种储存装置及一种储存装置的操作方法，更具体地涉及用于在突然断电(SPO)出现时有效地存储和恢复数据的储存装置及该储存装置的操作方法。
背景技术
一种储存系统，可以包括：储存装置和非易失性存储器，并且可以将缓冲存储器用作高速缓冲存储器，以减小用于访问储存层和存储器层的速度差。用作高速缓冲存储器的缓冲存储器可以是易失性存储器。
当异常SPO出现时，电源被切断并且存储在缓冲存储器中的数据丢失，其可导致当再次加电时违背数据完整性的问题。储存系统可以包括针对这种情况而准备的备份电路。当SPO出现时，备份电路供应辅助电力并且将缓冲存储器上操作的临时数据存储在非易失性存储器中，由此保护数据。
发明内容
本发明构思提供了一种储存装置及该储存装置的操作方法，用于在突然断电(SPO)出现时通过根据储存器数据层来存储和恢复数据而减少或防止数据损失以及保证或提高数据完整性。
根据本发明构思，一种储存装置，可以包括：非易失性存储器，包括电力丢失保护器(PLP)存储器块，被配置为存储用于数据备份的元数据或用户数据中的至少一个；缓冲存储器，被配置为存储在所述PLP存储器块中存储的所述元数据或所述用户数据中的至少一个；充电电路，被配置为根据电力的水平生成第一充电完成信号或第二充电完成信号，以及生成用于响应于出现突然断电(SPO)的数据备份的电力；以及处理器，被配置为控制所述非易失性存储器或所述缓冲存储器中的至少一个，以响应于所述第一充电完成信号优先地执行来自主机的与所述元数据有关的第一请求，以及响应于所述第二充电完成信号执行来自所述主机的与所述元数据或所述用户数据有关的第二请求。
根据本发明构思，一种储存装置，可以包括：包括与第N电力周期相对应的第一PLP存储器块和与第N+1电力周期相对应的第二PLP存储器块的非易失性存储器，并且所述储存装置的操作方法可以包括：当对所述储存装置施加电力时，响应于第一充电完成信号从所述第一PLP存储器块读取元数据；将所述元数据存储在所述储存装置的第一缓冲存储器中；响应于第二充电完成信号从所述第一PLP存储器块读取用户数据；以及将所述用户数据存储在所述储存装置的第二缓冲存储器中，其中，N可以是大于或等于0的整数。
根据本发明构思，一种储存装置，可以包括：包括与第N电力周期相对应的第一PLP存储器块和与第N+1电力周期相对应的第二PLP存储器块的非易失性存储器，并且所述储存装置的操作方法可以包括：响应于对所述储存装置施加电力而将存储在所述第一PLP存储器块中的元数据存储在所述储存装置的第一缓冲存储器中；响应于对所述储存装置施加电力而将存储在所述第一PLP存储器块中的用户数据存储在所述储存装置的第二缓冲存储器中；以及响应于突然断电SPO出现而将所述元数据和所述用户数据写入到所述第二PLP存储器块，其中，N可以是大于或等于0的整数。
附图说明
根据以下接合附图的具体实施方式，将更清楚地理解本发明构思的示例实施例，在附图中：
图1是根据本发明构思的示例实施例的储存器系统的框图；
图2示出图1的非易失性存储器的存储器块的示例；
图3是图1中的非易失性存储器的存储器块在处理器是多核处理器的情况下的框图；
图4是根据本发明构思的示例实施例的缓冲存储器的框图；
图5是根据本发明构思的示例实施例的充电电路的框图；
图6示出根据本发明构思的示例实施例的充电电路的示例操作方法；
图7是图1的储存装置的示例实现的框图；
图8是在对储存装置施加电力的情况下的储存装置的操作方法的流程图；
图9是接收到针对元数据的读命令并且突然断电(SPO)出现的情况下的储存装置的操作方法的流程图；
图10A和图10B分别是接收到针对新元数据的写命令并且SPO出现的情况下的储存装置的操作方法的流程图和与其相对应的框图；
图11A和图11B分别是接收到针对新用户数据的写命令并且SPO出现的情况下的储存装置的操作方法的流程图和与其相对应的框图；以及
图12是根据本发明构思的示例实施例的主机-储存器系统的框图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本发明的示例实施例。
图1是根据本发明构思的示例实施例的储存器系统的框图。
参考图1，储存器系统10可以包括主机100和/或储存装置200。储存器系统10可以被实现为例如个人计算机(PC)、数据服务器、结合网络的储存器、物联网(IoT)装置、便携式电子装置等。便携式电子装置可以是例如膝上型计算机、移动电话、智能电话、平板PC、个人数字助理(PDA)、企业数字助理(EDA)、数字静态相机、数字视频相机、音频装置、便携式多媒体播放器(PMP)、个人导航装置(PND)、MP3播放器、手持式游戏机、电子书装置、可穿戴装置等。
根据本发明构思的示例实施例，储存装置200可以包括储存控制器210、充电电路220、非易失性存储器(NVM)230和/或缓冲存储器240。
储存控制器210可以包括主机接口211、处理器212和/或存储器接口213。主机接口211提供主机100与储存控制器210之间的物理连接。例如，例如，主机接口211可以包括各种接口方法，例如，高级技术附件(ATA)、串行ATA(SATA)、外部SATA(e-SATA)，小型计算机小型接口(SCSI)、串行附接SCSI(SAS)、外围PCI组件互连、PCI快速(PCIe)、IEEE1394、通用串行总线(USB)、安全数字(SD)卡、多媒体卡(MMC)、嵌入式多媒体卡(eMMC)和/或紧凑闪存(CF)卡等。
根据本发明构思的示例实施例，主机接口211可以向主机100发送分组和从主机100接收分组。从主机100向主机接口211发送的分组可以包括要被编程到NVM 230的命令和/或数据，并且从主机接口211向主机100发送的分组可以包括对从NVM 230读取的命令和/或数据的响应。
处理器212可以包括中央处理单元、微处理器等，并且可以控制储存控制器210的整体操作。在示例实施例中，处理器212可以被实现为多核处理器，例如，双核处理器或四核处理器。
存储器接口213提供储存控制器210与NVM 230之间的物理连接。例如，可以通过存储器接口213在储存控制器210和NVM 230之间发送和接收命令、地址和/或数据。存储器接口213可以实现为遵守类似Toggle和/或开放NAND闪存接口(ONFI)等的标准协议。
储存装置200可以包括：充电电路220，其生成用于突然出现断电(SPO)时的数据备份的电力。根据本发明构思的示例实施例，当SPO出现时，充电电路220可以向储存控制器210、NVM 230和/或缓冲存储器240供应电力，并且所供应的电力可以被用于将暂时存储在缓冲存储器240中的数据写入到NVM 230。此外，充电电路220可以根据已生成的电力的水平向储存控制器210发送充电完成信号。将参考图5和图6详细地描述充电电路220。
虽然在图1中未示出，但是NVM 230可以包括存储器单元阵列，并且所述存储器单元阵列可以包括多个存储器块。NVM 230可以包括NAND闪存、竖直NAND(VNAND)闪存、NOR闪存、电阻式随机存取存储器(RRAM)、相变随机存取存储器(PRAM)、磁阻式随机存取存储器(MRAM)、铁电式随机存取存储器(FRAM)、自旋转移扭矩随机存取存储器(STT-RAM)和/或其组合。
根据本发明构思的示例实施例，NVM 230可以包括：电力丢失保护器(PLP)存储器块，其存储用于当SPO出现时的数据备份的主机装置的重要元数据和用户数据。当SPO出现时，暂时存储在缓冲存储器240中的元数据和用户数据被写入到PLP存储器块，并且当电力再次正常时，数据可以从PLP存储器块读取并且在缓冲存储器240中进行恢复。PLP存储器块也可以被称为例如SPO恢复存储器块等。将参考图2详细描述PLP存储器块。
缓冲存储器240可以暂时存储来自主机100的请求写入的数据和从NVM 230读取的数据。缓冲存储器240可以被用作高速缓冲存储器，以减小防问储存层和存储器层的速度差。缓冲存储器240可以被实现为易失性存储器，例如，动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)和/或相变随机存取存储器PRAM中的至少一个。
图2示出图1的NVM 230的存储器块的示例。
一起参考图1和图2，根据本发明构思的示例实施例，NVM 230可以包括与第N电力周期相对应的第一PLP存储器块231、与第N+1电力周期相对应的第二PLP存储器块232和/或其他存储器块233。在这种情况下，N可以是大于或等于0的整数。
对储存装置200施加电力并且随后丢失电力的电力周期可以与第N电力周期相对应。当对储存装置200施加电力时，储存控制器210可以控制NVM 230和/或缓冲存储器240，以读取存储在与第N电力周期相对应的第一PLP存储器块231中的数据，并且将存储在第一PLP存储器块231中的数据恢复到缓冲存储器240中。然后，储存控制器210可以根据来自主机100的请求提供缓冲存储器240中所恢复的数据或改变恢复到缓冲存储器240中的数据。在示例实施例中，来自主机100的请求可以是针对存储在缓冲存储器240中的数据的读命令或用于将新数据写入到缓冲存储器240的写命令。
当在储存装置200中出现异常SPO时，SPO以后的电力周期可以与第N+1电力周期相对应。储存控制器210可以控制NVM 230和缓冲存储器240，以将暂时存储在缓冲存储器240中的数据写入到NVM230。当SPO出现时，暂时存储在缓冲存储器240中的数据可以被写入到与第N+1电力周期相对应的第二PLP存储器块232，并且在电力正常以后，所述数据可以从第二PLP存储器块232读取并且恢复到缓冲存储器240中。
根据本发明构思的示例实施例，第一PLP存储器块231和/或第二PLP存储器块232可以对数据进行分层和/或存储。例如，第一PLP存储器块231可以将用户数据存储在第一层中并且将元数据存储在第二层中。第二PLP存储器块232可以将用户数据存储所述第一层中并且将元数据存储在所述第二层中。作为另一示例，第一PLP存储器块231和/或第二PLP存储器块232可以将元数据存储在第一层中和并且将用户数据存储在第二层中。
根据本发明构思的示例实施例，元数据可以表示用于管理用户数据的数据或由存储器系统生成的用于管理存储器装置的数据。例如，元数据可以包括以下中的至少一个：用于将逻辑地址转换成存储器装置中的物理地址的映射信息、表示存储器装置的物理块中包括的存储器页的信息的物理块信息、以及用于管理其他存储器装置的存储空间的各个信息。在示例实施例中，元数据可以是与元数据有关的包括元数据的概念。根据本发明构思的示例实施例，用户数据可以表示由用户生成和/或拥有的所有或一个或多个数据。
图3是图1中的NVM 230的存储器块在处理器212是多核处理器的情况下的框图。
参考图1和图3，图1的处理器212可以是包括M个核的多核处理器。在所述多核处理器中，至少两个PLP存储器块可以被分配到相同的核。例如，与第0核CORE0相对应的NVM230_0可以包括与第N电力周期相对应的第一PLP存储器块231和与第N+1电力周期相对应的第二PLP存储器块232。图3示出两个PLP存储器块，但是示例实施例不限于此。
与第N电力周期相对应的第一PLP存储器块231和与第N+1电力周期相对应的第二PLP存储器块232可以交替地使用。例如，当对储存装置200施加电力并且随后保持的同时，可以使用第一PLP存储器块231，并且在SPO出现以后，可以使用第二PLP存储器块232。
在所述多核处理器中，NVM 230可以包括用于每个或一个或多个核的第一PLP存储器块和/或第二PLP存储器块。例如，与第一核CORE1相对应的NVM 230_1可以包括与第N电力周期相对应的第一PLP存储器块234和/或与第N+1电力周期相对应的第二PLP存储器块235。与第二核CORE2相对应的NVM 230_2可以包括与第N电力周期相对应的第一PLP存储器块237和/或与第N+1电力周期相对应的第二PLP存储器块238。与第M核COREM相对应的NVM 230_M可以包括与第N电力周期相对应的第一PLP存储器块270和/或与第N+1电力周期相对应的第二PLP存储器块271。
图4是根据本发明构思的示例实施例的缓冲存储器240的框图。
参考图4，缓冲存储器240可以进行划分，以在一个缓冲存储器中包括第一缓冲存储器250和/或第二缓冲存储器260。在示例实施例中，第一缓冲存储器250可以存储元数据，并且第二缓冲存储器260可以存储用户数据。作为另一示例，第一缓冲存储器250可以存储用户数据，并且第二缓冲存储器260可以存储元数据。
图5是根据本发明构思的示例实施例的充电电路220的框图。
参考图1和图5，储存装置200可以包括：充电电路220，其生成用于SPO出现时的数据备份的电力。当SPO出现时，充电电路220可以向储存控制器210、NVM 230和/或缓冲存储器240供应电力。
根据本发明构思的示例实施例，充电电路220可以包括：电容器，其生成用于数据备份的电力，并且由充电电路220生成的电力可以被用于将暂时存储在缓冲存储器240中的数据写入到NVM 230。
在示例实施例中，充电电路220可以被物理划分成第一区221和第二区222。第一区221可以生成将暂时存储在第一缓冲存储器250中的元数据写入到与SPO以后的电力周期相对应的PLP存储器块所需要的或足够的电力。第二区222可以生成将暂时存储在第二缓冲存储器260中的用户数据写入到与SPO以后的电力周期相对应的PLP存储器块所需要的或足够的电力。图5示出第一区221包括六个电容器并且第二区222包括九个电容器，但是示例实施例不限于此。
充电电路220可以根据已生成的电力的水平向储存控制器210发送第一充电完成信号C11和/或第二充电完成信号CL2。当第一区221中包括的电容器充满电(或基本上充满)时，充电电路220可以向储存控制器210发送第一充电完成信号CL1。当第一区221和第二区222中包括的电容器充满电(或基本上充满)时，充电电路220可以向储存控制器210发送第二充电完成信号CL2。
已经参考图5描述了由充电电路220生成第一充电完成信号CL1和第二充电完成信号CL2。然而，根据一些示例实施例，储存控制器210中的处理器212可以监测充电电路220的第一区221和第二区222中包括的电容器是否充满电(或基本上充满)并且可以生成第一充电完成信号CL1和第二充电完成信号CL2。
图6示出根据本发明构思的示例实施例的充电电路220的示例操作方法。
参考图5和图6，充电电路220可以识别充电量并且向储存控制器210输出第一充电完成信号CL1和/或第二充电完成信号CL2。当由充电电路220生成的电力随着时间处于第一水平或比所述第一水平高的水平时，充电电路220可以向储存控制器210发送第一充电完成信号CL1。例如，在图6中，可以在第一充电完成时刻向储存控制器210发送第一充电完成信号CL1。
当由充电电路220生成的电力处于第二水平或比所述第二水平高的水平时，所述第二水平高于所述第一水平，充电电路220可以向储存控制器210发送第二充电完成信号CL2。例如，在图6中，可以在第二充电完成时刻向储存控制器210发送第二充电完成信号CL2。
已经参考图6描述了由充电电路220生成第一充电完成信号CL1和/或第二充电完成信号CL2。然而，根据一些示例实施例，储存控制器210中的处理器212可以识别充电电路220随时间的充电量并且可以生成第一充电完成信号CL1和/或第二充电完成信号CL2。
图7是作为图1的储存装置200的示例实现的储存装置200A的框图。
参考图7，储存装置200A可以包括充电电路220、NVM 230、SRAM 241和/或DRAM242。SRAM 241和/或DRAM 242可以与图1的缓冲存储器240相对应。例如，第一缓冲存储器250可以被包括在DRAM 242中和/或第二缓冲存储器260可以被包括在SRAM 241中。
例如，充电电路220可以通过被划分成第一区221和/或第二区222来进行充电。当第一区221中包括的电容器充满电(或基本上充满)时，由充电电路220生成的电力可以被用于将存储在DRAM 242的第一缓冲存储器250中的元数据存储在第二PLP存储器块232中。当第二区222中包括的电容器充满电(或基本上充满)时，由充电电路220生成的电力可以被用于将存储在第二缓冲存储器260中的用户数据存储在第二PLP存储器块232中。
图8是在对储存装置200施加电力的情况下的储存装置200的操作方法的流程图。
当对储存装置200施加电力时(操作S110)，储存控制器210可以根据充电电路220的逐步充电对缓冲存储器240中的数据进行分层和存储并且可以执行来自主机100的请求。
参考图8，对储存装置200施加电力(操作S110)，并且储存控制器210可以从充电电路220接收第一充电完成信号CL1(操作S120-Y)。在示例实施例中，当由充电电路220生成的电力处于第一水平或比所述第一水平高的水平时，储存控制器210可以从充电电路220接收第一充电完成信号CL1，并且可以响应于第一充电完成信号CL1而从第一PLP存储器块231读取元数据(操作S130)。储存控制器210可以将所读取的元数据存储在第一缓冲存储器250中(操作S140)。当未从充电电路220接收到第一充电完成信号CL1时(操作S120-N)，储存控制器210可以等待到直到第一充电完成为止。
储存装置200响应于第一充电完成信号CL1而将元数据恢复到第一缓冲存储器250中，因此切换到可以优先执行来自主机100的与元数据有关的请求的状态。
在从充电电路220接收到第一充电完成信号CL1(操作S120)以后，储存控制器210可以接收第二充电完成信号CL2(操作S150-Y)。在示例实施例中，当由充电电路220生成的电力处于第二水平或比所述第二水平高的水平时，储存控制器210可以从充电电路220接收第二充电完成信号CL2。储存控制器210可以响应于第二充电完成信号CL2而从第一PLP存储器块231读取用户数据(操作S160)。储存控制器210可以将所读取的用户数据存储在第二缓冲存储器260中(操作S170)。当未从充电电路220接收到第二充电完成信号CL2时(操作S150-N)，储存控制器210可以等待到直到第二充电完成为止。
储存装置200响应于第二充电完成信号CL2而将用户数据恢复到第二缓冲存储器260中，因此切换到可以执行来自主机100的与元数据或用户数据有关的所有或一个或多个请求的状态。
因此，根据本发明构思的示例实施例，储存装置200可以将存储数据分层为元数据和用户数据，并且首先对与主机100首先需要或请求的元数据有关的请求做出响应，由此提高储存装置200的整体响应速度。
图9是接收到针对元数据的读命令并且SPO出现的情况下的储存装置200的操作方法的流程图。
图9的流程图示出图8的操作S170以后的操作。参考图8，储存控制器210可以响应于第一充电完成信号CL1而将元数据恢复到第一缓冲存储器250中，然后切换到可以从主机100接收与元数据有关的命令的状态。
当储存装置200是固态驱动器(SSD)时，储存装置200可以是符合非易失性存储器快速(NVMe)标准的装置。与从主机接收的与元数据有关的命令可以是NVMe标准的管理命令。例如，管理命令可以是用于写入或读取与系统配置有关的元数据的命令。
参考图9，储存控制器210可以从主机100接收针对存储在第一缓冲存储器250中的元数据的读命令(操作S180)。储存控制器210可以响应于读命令而向主机100提供存储在第一缓冲存储器250中的元数据(操作S190)。然后，在SPO出现(操作S200)以后，储存控制器210可以将存储在第一缓冲存储器250中的元数据和存储在第二缓冲存储器260中的用户数据写入到与SPO以后的电力周期对应的第二PLP存储器块232(操作S210)。当在SPO出现以后再次施加电力时，存储在第二PLP存储器块232中的元数据和用户数据可以被恢复到缓冲存储器240中。
图10A和图10B分别是接收到针对新元数据的写命令并且SPO出现的情况下的储存装置200的操作方法的流程图和与其相对应的框图。
图10A的流程图示出图8的操作S170以后的操作。参考图10A，可以由储存控制器210从主机100接收针对新元数据的写命令(操作S220)。储存控制器210可以响应于写命令而将新元数据存储在第一缓冲存储器250中(操作S230)。然后，在SPO出现(操作S240)以后，储存控制器210可以将存储在第一缓冲存储器250中的新元数据和存储在第二缓冲存储器260中的用户数据写入到与SPO以后的电力周期相对应的第二PLP存储器块232(操作S250)。当在SPO出现以后再次施加电力时，存储在第二PLP存储器块232中的元数据和用户数据可以被恢复到缓冲存储器中。
将参考图10B的框图对此进行详细的描述。响应于第一充电完成信号CL1，储存控制器210可以将存储在第一PLP存储器块231中的元数据存储在第一缓冲存储器250中，并且可以将存储在第一PLP存储器块231中的用户数据存储在第二缓冲存储器260中。
当由储存控制器210从主机100接收到用于写新元数据的命令META WRITE时，储存控制器210可以将新元数据存储在第一缓冲存储器250中。然后，当SPO出现时，存储在第一缓冲存储器250中的新元数据还未被写入到NVM 230，因此可出现数据丢失的问题。
回去参考图5，当充电电路220的第一区221中包括的电容器被充电时，储存控制器210可以接收第一充电完成信号CL1。在这种情况下，通过对第一区221进行充电而生成的电力可以是将存储在第一缓冲存储器250中的元数据写入到第二PLP存储器块232所需要的或充足的电力。因此，当SPO出现时，通过对第一区221进行充电而生成的电力，将存储在第一缓冲存储器250中的新元数据写入到第二PLP存储器块232，因此可以进行保护。
备选地，参考图6，当充电电路220随着时间充有高于第一电力水平的电力时，储存控制器210可以接收第一充电完成信号CL1。在这种情况下，第一电力水平可以是将存储在第一缓冲存储器250中的元数据写入到第二PLP存储器块232所需要的或充足的电力。因此，当SPO出现时，通过所生成的充有第一水平或比所述第一水平高的水平的电力，将存储在第一缓冲存储器250中的新元数据写入到第二PLP存储器块232，因此可以进行保护。
即，根据本发明构思的示例实施例，当施加电力时并且在生成用户输入/输出(用户I/O)以前，储存装置200可以通过反映暂时存储在第一缓冲存储器250中的新元数据和存储在第二缓冲存储器260中的现有的用户数据来对NVM 230进行编程，因此即使当SPO出现时也对数据进行保护。
图11A和图11B分别是接收到针对新用户数据的写命令并且SPO出现的情况下的储存装置200的操作方法的流程图和与其相对应的框图。
图11A的流程图示出图8的操作S170以后的操作。参考图8，储存控制器210可以响应于第二充电完成信号CL2而将用户数据恢复到第二缓冲存储器260中，然后切换到可以从主机接收与用户数据有关的命令的状态。
当储存装置200是SSD时，储存装置200可以是符合NVMe标准的装置。与从主机接收的用户数据有关的命令可以是NVMe标准的NVM命令。例如，NVM命令可以是用于写入或读取与用户数据有关的信息的命令。
参考图11A，可以由储存控制器210从主机接收针对新用户数据的写命令(操作S260)。储存控制器210可以响应于写命令而将新用户数据存储在第二缓冲存储器260中(操作S270)。然后，在SPO出现(操作S280)以后，储存控制器210可以将存储在第一缓冲存储器250中的元数据和存储在第二缓冲存储器260中的新用户数据写入到与SPO以后的电力周期相对应的第二PLP存储器块232(操作S290)。当在SPO出现以后再次施加电力时，存储在第二PLP存储器块232中的元数据和新用户数据可以被恢复到缓冲存储器中。
将参考图11B的框图对此进行详细的描述。响应于第一充电完成信号CL1，储存控制器210可以将存储在第一PLP存储器块231中的元数据存储在第一缓冲存储器250中，并且可以将存储在第一PLP存储器块231中的用户数据存储在第二缓冲存储器260中。
当由储存控制器210从主机100接收到用于写新用户数据的USER WRITE命令时，储存控制器210可以将新用户数据存储在第二缓冲存储器260中。然后，当SPO出现时，存储在第二缓冲存储器260中的新用户数据还未被写入到NVM 230，因此可以出现数据丢失的问题。
回去参考图5，当充电电路220的第一区221和第二区222中包括的电容器充电时，储存控制器210可以接收第二充电完成信号CL2。在这种情况下，通过对第二区222而进行充电生成的电力可以是将存储在第二缓冲存储器260中的用户数据写入到第二PLP存储器块232所需的或足够的电力。因此，当SPO出现时，通过由第二区222生成的电力，将存储在第二缓冲存储器260中的新用户数据写入到第二PLP存储器块232，因此可以进行保护。
备选地，参考图6，当充电电路220随着时间充有第二电力水平或更高水平时，储存控制器210可以接收第二充电完成信号CL2。在这种情况下，第二电力水平可以是将存储在第二缓冲存储器260中的用户数据写入到第二PLP存储器块232所需的或足够的电力。因此，当SPO出现时，通过所生成的充有第二水平或比所述第二水平高的水平的电力，将存储在第二缓冲存储器260中的新用户数据写入到第二PLP存储器块232，因此可以进行保护。
即，根据本发明构思的示例实施例，在生成用户I/O以后，储存装置200可以通过反映暂时存储在第一缓冲存储器250中的新元数据和存储在第二缓冲存储器260中的新用户数据来对NVM 230进行编程，因此即使当SPO出现时也保证或提高数据完整性。
图12是根据本发明构思的示例实施例的主机-储存器系统的框图。
参考图1和图12，图1的储存器系统10可以扩展成图12的主机-储存器系统20。主机-储存系统20可以包括主机300和/或储存装置400。此外，储存装置400可以包括储存控制器410和/或NVM 420。此外，根据本发明构思的示例实施例，主机300可以包括主机控制器310和/或主机存储器320。主机存储器320可以用作，用于暂时存储要发送到储存装置400的数据和/或从储存装置400发送的数据的缓冲存储器。
储存装置400可以包括用于存储与来自主机300的请求一致的数据的存储介质。例如，储存装置400可以包括SSD、嵌入式存储器和/或可拆卸外部存储器中的至少一个。当储存装置400是SSD时，储存装置400可以是符合NVMe标准的装置。当储存装置400是嵌入式存储器和/或外部装置时，储存装置400可以是符合通用闪存(UFS)和/或嵌入式多媒体卡(eMMC)标准的装置。每个或一个或多个主机300和/或储存装置400可以根据所采用的标准协议来生成分组并且发送分组。
当储存装置200的NVM 420包括闪存时，所述闪存可以包括二维(2D)NAND存储器阵列和/或三维(3D)(或竖直)NAND(VNAND)存储器阵列。作为另一示例，储存装置400可以包括各种其他类型的非易失性存储器。例如，储存装置200可以包括MRAM、自旋转移扭矩MRAM、导电桥接RAM(CBRAM)、铁电式RAM(FeRAM)、PRAM、RRAM和/或各种其他类型的存储器。
根据示例实施例，主机控制器310和主机存储器320可以被实现为分离的半导体芯片。备选地，在一些示例实施例中，主机控制器310和主机存储器320可以被集成在相同的半导体芯片上。作为一个示例，主机控制器310可以是应用处理器中包括的多个模块中的任意一个，并且应用处理器可以被实现为片上系统(SoC)。此外，主机存储器320可以是设置在应用处理器中的嵌入式存储器和/或布置在应用处理器外部的NVM或存储器模块。
主机控制器310可以管理将缓冲存储器416的数据(例如，写数据)存储在NVM 420中或将NVM 420的数据(例如，读数据)存储在缓冲存储器416中的操作。
储存控制器410可以包括主机接口411、存储器接口412和/或中央处理单元(CPU)413。此外，储存控制器410还可以包括闪存转换层(FTL)414、分组管理器415、缓冲存储器416、纠错码(ECC)引擎417和/或高级加密标准(AES)引擎418。储存控制器410还可以包括将FTL 414加载到其中的工作存储器(未示出)，并且用于向NVM写数据和从NVM读数据的操作可以由执行FTL 414的CPU 413控制。
FTL 414可以执行类似地址映射、耗损均衡和/或垃圾收集的各种功能。地址映射操作是用于将从主机接收的逻辑地址转换成用于将数据实际存储在NVM 420中的物理地址的操作。耗损均衡是通过允许NVM 420中的块被均匀地使用而减少或防止特定块的过度变差的技术，并且可以例如通过用于平衡物理块的擦除计数的固件技术来实现。垃圾收集是用于通过将块的有效数据拷贝到新块并且随后擦除现有的块来保证NVM 420中的可用能力的技术。
分组管理器415可以根据与主机300一致的接口的协议来生成分组或可以从主机300接收的分组解析各种信息。此外，缓冲存储器416可以暂时存储要写入到NVM 420的数据或要从NVM 420读取的数据。缓冲存储器416可以是设置在储存控制器410中的组件，但是也可以设置在储存控制器410外部。
ECC引擎417可以检测和纠正从NVM 420读取的读数据上的错误。具体地，ECC引擎417可以生成关于要写入到NVM 420的写数据的奇偶校验位，并且可以将如上所述地生成的奇偶校验比特与写数据一起存储在NVM 420中。当从NVM 420读取数据时，ECC引擎417可以通过使用从NVM 420读取的奇偶校验位以及所读取的数据来纠正所读取的数据中的错误，并且可以输出经纠错的所读取的数据。
AES引擎418可以通过使用对称密钥算法，执行用于输入到储存控制器410的数据的加密操作和解密操作中的至少一个。
上面公开的元件中的一个或多个可以包括或被实现在以下一个或多个处理器中：诸如包括逻辑电路的硬件；诸如执行软件的处理器的硬件/软件组合；或二者的组合。例如，处理器更具体地可以包括但不限于中央处理单元(CPU)、算术逻辑单元(ALU)、数字信号处理器、微型计算机、现场可编程门阵列(FPGA)、片上系统(SoC)、可编程逻辑单元、微处理器、专用集成电路(ASIC)等。
尽管已参考本发明构思的示例实施例详细示出和描述了本发明构思，但是应当理解，在不脱离随附权利要求的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

Claims (20)

1.一种储存装置，包括：
非易失性存储器，包括电力丢失保护器PLP存储器块，所述PLP存储器块被配置为存储用于数据备份的元数据或用户数据中的至少一个；
缓冲存储器，被配置为存储在所述PLP存储器块中存储的所述元数据或所述用户数据中的至少一个；
充电电路，被配置为：
根据电力的水平生成第一充电完成信号或第二充电完成信号，以及
响应于出现突然断电SPO而生成用于数据备份的电力；以及
处理器，被配置为控制所述非易失性存储器或所述缓冲存储器中的至少一个，以进行以下操作：
响应于所述第一充电完成信号而优先地执行来自主机的与所述元数据有关的第一请求，以及
响应于所述第二充电完成信号而执行来自所述主机的与所述元数据或所述用户数据有关的第二请求。
2.根据权利要求1所述的储存装置，其中，所述缓冲存储器包括：
第一缓冲存储器，被配置为存储所述元数据；以及
第二缓冲存储器，被配置为存储所述用户数据。
3.根据权利要求2所述的储存装置，其中，所述充电电路包括第一区，
其中，所述第一区被配置为：生成用于与SPO以后的电力周期相对应地将存储在所述第一缓冲存储器中的元数据写入到PLP存储器块的电力，并且
所述充电电路被配置为：响应于所述第一区中包括的电容器变为充满电而向所述处理器发送所述第一充电完成信号。
4.根据权利要求3所述的储存装置，其中，所述充电电路还包括第二区，
其中，所述第二区被配置为：生成用于与SPO以后的所述电力周期相对应地将存储在所述第二缓冲存储器中的用户数据写入到所述PLP存储器块中的电力，并且
其中，所述充电电路被配置为：响应于所述第二区中包括的电容器变为充满电而向所述处理器发送所述第二充电完成信号。
5.根据权利要求2所述的储存装置，其中，所述充电电路被配置为：
响应于由所述充电电路生成的电力处于第一水平或比所述第一水平高的水平而向所述处理器发送所述第一充电完成信号；以及
响应于由所述充电电路生成的电力处于第二水平或比所述第二水平高的水平而向所述处理器发送所述第二充电完成信号，所述第二水平高于所述第一水平。
6.根据权利要求2所述的储存装置，其中，所述第一缓冲存储器和所述第二缓冲存储器被配置为被分配在一个缓冲存储器中。
7.根据权利要求2所述的储存装置，其中，所述第一缓冲存储器和所述第二缓冲存储器被配置为被分配到多个不同的缓冲存储器。
8.根据权利要求1所述的储存装置，其中，所述处理器包括多个核，并且
所述非易失性存储器包括用于每个核的PLP存储器块。
9.一种储存装置的操作方法，其中，所述储存装置包括：非易失性存储器，包括与第N电力周期相对应的第一电力丢失保护器PLP存储器块和与第N+1电力周期相对应的第二PLP存储器块，所述操作方法包括：
当对所述储存装置施加电力时，响应于第一充电完成信号从所述第一PLP存储器块读取元数据；
将所述元数据存储在所述储存装置的第一缓冲存储器中；
响应于第二充电完成信号从所述第一PLP存储器块读取用户数据；以及
将所述用户数据存储在所述储存装置的第二缓冲存储器中，
其中，N是大于或等于0的整数。
10.根据权利要求9所述的操作方法，其中，所述储存装置还包括：被配置为生成用于数据备份的电力的充电电路，并且
所述操作方法还包括：
响应于由所述充电电路生成的电力处于第一水平或比所述第一水平高的水平而生成所述第一充电完成信号；以及
响应于由所述充电电路生成的电力处于第二水平或比所述第二水平高的水平而生成所述第二充电完成信号，所述第二水平高于所述第一水平。
11.根据权利要求9所述的操作方法，还包括：
从主机接收针对存储在所述第一缓冲存储器中的元数据的读命令；以及
响应于所述读命令而向所述主机提供所述元数据。
12.根据权利要求9所述的操作方法，还包括：
响应于出现突然断电SPO而将存储在所述第一缓冲存储器中的元数据和存储在所述第二缓冲存储器中的用户数据写入到所述第二PLP存储器块。
13.根据权利要求9所述的操作方法，还包括：
接收来自主机的针对新元数据的写命令；以及
响应于所述写命令而将所述新元数据存储在所述第一缓冲存储器中。
14.根据权利要求13所述的操作方法，还包括：
响应于出现突然断电SPO而将存储在所述第一缓冲存储器中的新元数据和存储在所述第二缓冲存储器中的用户数据写入到所述第二PLP存储器块。
15.根据权利要求9所述的操作方法，还包括：
接收来自主机的针对新用户数据的写命令；
响应于所述写命令而将所述新用户数据存储在所述第二缓冲存储器中；以及
响应于出现突然断电SPO而将存储在所述第一缓冲存储器中的元数据和存储在所述第二缓冲存储器中的新用户数据写入到所述第二PLP存储器块。
16.一种储存装置的操作方法，其中，所述储存装置包括：非易失性存储器，包括与第N电力周期相对应的第一电力丢失保护器PLP存储器块和与第N+1电力周期相对应的第二PLP存储器块，
所述操作方法包括：
响应于对所述储存装置施加电力而将存储在所述第一PLP存储器块中的元数据存储在所述储存装置的第一缓冲存储器中；
响应于对所述储存装置施加电力而将存储在所述第一PLP存储器块中的用户数据存储在所述储存装置的第二缓冲存储器中；以及
响应于出现突然断电SPO而将所述元数据和所述用户数据写入到所述第二PLP存储器块，
其中，N是大于或等于0的整数。
17.根据权利要求16所述的操作方法，还包括：
在出现所述SPO以前接收来自主机的针对新元数据的写命令；
在出现所述SPO以前响应于所述写命令而将所述新元数据存储在所述第一缓冲存储器中；以及
响应于出现所述SPO而将所述新元数据和所述用户数据写入到所述第二PLP存储器块。
18.根据权利要求16所述的操作方法，还包括：
在出现所述SPO以前接收来自主机的针对新用户数据的写命令；
在出现所述SPO以前响应于所述写命令而将所述新用户数据存储在所述第二缓冲存储器中；以及
响应于出现所述SPO而将所述元数据和所述新用户数据写入到所述第二PLP存储器块。
19.根据权利要求16所述的操作方法，其中，所述储存装置的所述第一缓冲存储器和所述第二缓冲存储器被配置为被分配到多个不同的缓冲存储器。
20.根据权利要求16所述的操作方法，其中，所述储存装置包括：包括多个核的多核处理器，并且
所述非易失性存储器包括用于每个核的第一PLP存储器块和第二PLP存储器块。
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