CN118092779A - 存储器装置及其操作方法、存储器系统及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本公开实施例提供一种存储器系统及其操作方法、存储器装置及其操作方法，所述存储器系统的操作方法包括：获取在第一时段内系统区的磨损值以及用户区的磨损值；根据所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
Description
技术领域
本公开涉及半导体技术领域，尤其涉及一种存储器装置及其操作方法、存储器系统及其操作方法。
背景技术
存储器装置是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。作为一种典型的非易失性半导体存储器，NAND(Not-And，与非型)闪存器由于具有较高的存储密度、可控的生产成本、合适的编擦速度及保持特性，已经成为存储市场中的主流产品。
随着对存储器装置要求的不断提高，如何延长存储器装置的使用寿命成为本领域现阶段亟需解决的技术问题之一。
发明内容
根据本公开实施例的第一方面，提供了一种存储器系统，所述存储器系统包括存储器装置以及与所述存储器装置耦接的存储器控制器；所述存储器装置包括多个虚拟存储块，多个所述虚拟存储块被划分为系统区以及用户区，所述系统区包括第一预留区，所述用户区包括第二预留区；
所述存储器控制器被配置为：
获取在第一时段内所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值；
根据所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
上述方案中，所述存储器控制器被配置为：
获取在第一时段内的第一比值以及第二比值，所述第一比值为所述系统区的虚拟存储块总共擦除次数的值与系统区的虚拟存储块总共能够被擦除次数上限的值的比值，所述第二比值为所述用户区的虚拟存储块总共擦除次数的值与用户区的虚拟存储块总共能够被擦除次数上限的值的比值；或者，获取在第一时段内所述系统区虚拟存储块的平均擦除次数的值以及所述用户区虚拟存储块的平均擦除次数的值；
根据所述第一比值或者所述系统区的平均擦除次数的值，确定所述系统区的磨损值；根据所述第二比值或者所述用户区的平均擦除次数的值，确定所述用户区的磨损值。
上述方案中，所述存储器控制器被配置为：
当所述系统区的磨损值与所述用户区的磨损值差值的绝对值大于预设值时，对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
上述方案中，所述存储器控制器被配置为：
当所述系统区的磨损值与所述用户区的磨损值差值的绝对值小于预设值时，不对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
上述方案中，当所述磨损值为虚拟存储块总共擦除次数的值与总共能够被擦除次数上限的值的比值时，所述预设值的范围为1％-10％。
上述方案中，所述存储器控制器被配置为：
当所述系统区的磨损值大于所述用户区的磨损值时；将所述第二预留区的部分虚拟存储块分配给所述第一预留区；
当所述系统区的磨损值小于所述用户区的磨损值时；将所述第一预留区的部分虚拟存储块分配给所述第二预留区。
上述方案中，所述存储器控制器被配置为：
在对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配之前，根据所述系统区的磨损值与所述用户区的磨损值差值的绝对值的大小，确定需要被分配的虚拟存储块的数量。
上述方案中，所述存储器控制器被配置为：
在确定需要被分配的虚拟存储块的数量之后，确定所述系统区和所述用户区中磨损值较小一者的预留区中存在空闲的虚拟存储块，且空闲的虚拟存储块的数量大于等于需要被分配的虚拟存储块的数量。
上述方案中，所述第一预留区以及所述第二预留区用于以下至少之一：
坏块管理、垃圾回收、磨损平衡。
上述方案中，所述存储器控制器被配置为：
当所述存储器系统处理空闲状态时，获取在第一时段内所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值。
上述方案中，所述存储器控制器被配置为：
获取在第一时刻所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值，并获取第二时刻所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值；
获取所述系统区在所述第二时刻的磨损值与所述系统区在所述第一时刻的磨损值的差值的绝对值为第一差值，并获取所述用户区在所述第二时刻的磨损值与所述用户区在所述第一时刻的磨损值的差值的绝对值为第二差值；
根据所述第一差值以及所述第二差值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
上述方案中，所述系统区中虚拟存储块的每个存储单元以第一比特数进行读写操作，所述用户区中虚拟存储块的每个存储单元以第二比特数进行读写操作，所述第一比特数小于所述第二比特数。
上述方案中，所述存储器系统包括存储卡或固态硬盘。
根据本公开实施例的第二方面，提供了另一种存储器系统，所述存储器系统包括存储器装置，所述存储器装置包括多个虚拟存储块，多个所述虚拟存储块被划分为系统区以及用户区，所述系统区包括第一预留区，所述用户区包括第二预留区；
所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值差值的绝对值小于预设值。
上述方案中，所述磨损值包括虚拟存储块总共擦除次数的值与虚拟存储块总共能够被擦除次数上限的值的比值；或者，虚拟存储块的平均擦除次数的值。
上述方案中，当所述磨损值为虚拟存储块总共擦除次数的值与总共能够被擦除次数上限的值的比值时，所述预设值的范围为1％-10％。
上述方案中，所述第一预留区以及所述第二预留区用于以下至少之一：
坏块管理、垃圾回收、磨损平衡。
根据本公开实施例的第三方面，提供了一种存储器装置，所述存储器装置包括存储器阵列以及与所述存储器阵列耦接的外围电路；所述存储器装置包括多个虚拟存储块，多个所述虚拟存储块被划分为系统区以及用户区，所述系统区包括第一预留区，所述用户区包括第二预留区；
所述外围电路被配置为：
获取在第一时段内所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值；
根据所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
根据本公开实施例的第四方面，提供了一种存储器系统的操作方法，所述方法包括：
获取在第一时段内系统区的磨损值以及用户区的磨损值；
根据所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
上述方案中，所述获取在第一时段内所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值，包括：
获取在第一时段内的第一比值以及第二比值，所述第一比值为所述系统区的虚拟存储块总共擦除次数的值与系统区的虚拟存储块总共能够被擦除次数上限的值的比值，所述第二比值为所述用户区的虚拟存储块总共擦除次数的值与用户区的虚拟存储块总共能够被擦除次数上限的值的比值；或者，获取在第一时段内所述系统区虚拟存储块的平均擦除次数的值以及所述用户区虚拟存储块的平均擦除次数的值；
根据所述第一比值或者所述系统区的平均擦除次数的值，确定所述系统区的磨损值；根据所述第二比值或者所述用户区的平均擦除次数的值，确定所述用户区的磨损值。
上述方案中，所述根据所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配，包括：
当所述系统区的磨损值与所述用户区的磨损值差值的绝对值大于预设值时，对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
上述方案中，所述根据所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配，包括：
当所述系统区的磨损值与所述用户区的磨损值差值的绝对值小于预设值时，不对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
上述方案中，当所述磨损值为虚拟存储块总共擦除次数的值与总共能够被擦除次数上限的值的比值时，所述预设值的范围为1％-10％。
上述方案中，所述方法还包括：
当所述系统区的磨损值大于所述用户区的磨损值时；将所述第二预留区的部分虚拟存储块分配给所述第一预留区；
当所述系统区的磨损值小于所述用户区的磨损值时；将所述第一预留区的部分虚拟存储块分配给所述第二预留区。
上述方案中，所述方法还包括：
在对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配之前，根据所述系统区的磨损值与所述用户区的磨损值差值的绝对值的大小，确定需要被分配的虚拟存储块的数量。
上述方案中，所述方法还包括：
在确定需要被分配的虚拟存储块的数量之后，确定所述系统区和所述用户区中磨损值较小一者的预留区中存在空闲的虚拟存储块，且空闲的虚拟存储块的数量大于等于需要被分配的虚拟存储块的数量。
上述方案中，所述第一预留区以及所述第二预留区用于以下至少之一：
坏块管理、垃圾回收、磨损平衡。
上述方案中，所述获取在第一时段内所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值，包括：
当所述存储器系统处理空闲状态时，获取在第一时段内所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值。
上述方案中，所述获取在第一时段内所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值，包括：
获取在第一时刻所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值，并获取第二时刻所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值；
获取所述系统区在所述第二时刻的磨损值与所述系统区在所述第一时刻的磨损值的差值的绝对值为第一差值，并获取所述用户区在所述第二时刻的磨损值与所述用户区在所述第一时刻的磨损值的差值的绝对值为第二差值；
所述根据所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配，包括：
根据所述第一差值以及所述第二差值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
上述方案中，所述系统区中虚拟存储块的每个存储单元以第一比特数进行读写操作，所述用户区中虚拟存储块的每个存储单元以第二比特数进行读写操作，所述第一比特数小于所述第二比特数。
根据本公开实施例的第五方面，提供了一种存储器装置的操作方法，所述方法包括：
获取在第一时段内系统区的磨损值以及用户区的磨损值；
根据所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
本公开实施例提供了一种存储器装置及其操作方法、存储器系统及其操作方法，所述存储器系统的操作方法包括：获取在第一时段内系统区的磨损值以及用户区的磨损值；根据所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。本公开实施例中，获取在第一时段内系统区的磨损值以及用户区的磨损值，并根据系统区的磨损值以及用户区的磨损值的对比结果，确定是否对系统区的第一预留区和用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配，也就是说，本公开实施例中系统区的第一预留区以及用户区的第二预留区的大小是根据系统区以及用户区的具体使用情况进行动态调整的，这样使得存储器系统中的系统区和用户区可以适应各种场景下的不同需求，使存储器系统中的系统区的磨损值和用户区的磨损值在各种应用场景下均能保持较小的差距，使得系统区以及用户区达到磨损均衡，从而可以提升存储器系统的随机写入性能，改善写放大，提升耐久度，提高总写入数据量，从而使得可以延长存储器系统的使用寿命。
附图说明
图1为本公开一实施例具有存储器系统的示例性系统的示意图；
图2a为本公开一实施例具有存储器系统的示例性存储器卡的示意图；
图2b为本公开一实施例具有存储器系统的示例性固态驱动器的示意图；
图3a为本公开一实施例三维NAND型存储器的存储单元的分布示意图；
图3b为本公开一实施例包括外围电路的示例性存储器装置的示意图；
图4为本公开一实施例的包括NAND存储器串的存储器阵列的剖面示意图；
图5为本公开一实施例包括存储器阵列和外围电路的示例性存储器装置的示意图；
图6为本公开一实施例的系统区以及用户区的磨损值与主机写入量的关系示意图；
图7为本公开一实施例的存储器系统的操作方法的实现流程示意图；
图8为本公开一实施例的一种存储器系统的操作方法的框架示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开，而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本公开更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本公开可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本公开发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。
在附图中，为了清楚，层、区、元件的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在……上”、“与……相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在……上”、“与……直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本公开教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。而当讨论的第二元件、部件、区、层或部分时，并不表明本公开必然存在第一元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在……下”、“在……下面”、“下面的”、“在……之下”、“在……之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在……下面”和“在……下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本公开的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。
本公开实施例中的存储器装置包括但不限于三维NAND型存储器，为了便于理解，以三维NAND型存储器为例进行说明。
图1示出了根据本公开的一些方面的具有存储器装置的示例性系统100的块图。系统100可以是移动电话、台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、车辆计算机、游戏控制台、打印机、定位设备、可穿戴电子设备、智能传感器、虚拟现实(VR)设备、增强现实(AR)设备或者其中具有储存器的任何其他合适的电子设备。如图1中所示，系统100可以包括主机108和存储器系统102，存储器系统102具有一个或多个存储器装置104和存储器控制器106。主机108可以是电子设备的处理器(例如，中央处理单元(CPU))或者片上系统(SoC)(例如，应用处理器(AP))。主机108可以被配置为将数据发送到存储器装置104或从存储器装置104接收数据。
根据一些实施方式，存储器控制器106耦合到存储器装置104和主机108，并且被配置为控制存储器装置104。存储器控制器106可以管理存储在存储器装置104中的数据，并且与主机108通信。在一些实施方式中，存储器控制器106被设计为用于在低占空比环境中操作，如安全数字(SD)卡、紧凑型闪存(CF)卡、通用串行总线(USB)闪存驱动器、或用于在诸如个人计算器、数字相机、移动电话等的电子设备中使用的其他介质。在一些实施方式中，存储器控制器106被设计为用于在高占空比环境SSD或嵌入式多媒体卡(eMMC)中操作，SSD或eMMC用作诸如智能电话、平板计算机、膝上型计算机等的移动设备的数据储存器以及企业存储阵列。
存储器控制器106可以被配置为控制存储器装置104的操作，例如读取、擦除和编程操作。存储器控制器106还可以被配置为管理关于存储在或要存储在存储器装置104中的数据的各种功能，包括但不限于坏块管理、垃圾收集、逻辑到物理地址转换、损耗均衡等。在一些实施方式中，存储器控制器106还被配置为处理关于从存储器装置104读取的或者被写入到存储器装置104的数据的纠错码(ECC)。存储器控制器106还可以执行任何其他合适的功能，例如，格式化存储器装置104。存储器控制器106可以根据特定通信协议与外部设备(例如，主机108)通信。例如，存储器控制器106可以通过各种接口协议中的至少一种与外部设备通信，接口协议例如USB协议、MMC协议、外围部件互连(PCI)协议、PCI高速(PCI-E)协议、高级技术附件(ATA)协议、串行ATA协议、并行ATA协议、小型计算机小型接口(SCSI)协议、增强型小型磁盘接口(ESDI)协议、集成驱动电子设备(IDE)协议、Firewire协议等。
存储器控制器106和一个或多个存储器装置104可以集成到各种类型的存储设备中，例如，包括在相同封装(例如，通用闪存存储(UFS)封装或eMMC封装)中。也就是说，存储器系统102可以实施并且封装到不同类型的终端电子产品中。在如图2a中所示的一个示例中，存储器控制器106和单个存储器装置104可以集成到存储器卡202中。存储器卡202可以包括PC卡(PCMCIA，个人计算机存储器卡国际协会)、CF卡、智能媒体(SM)卡、存储器棒、多媒体卡(MMC、RS-MMC、MMCmicro)、SD卡(SD、miniSD、microSD、SDHC)、UFS等。存储器卡202还可以包括将存储器卡202与主机(例如，图1中的主机108)耦合的存储器卡连接器204。在如图2b中所示的另一示例中，存储器控制器106和多个存储器装置104可以集成到SSD206中。SSD206还可以包括将SSD206与主机(例如，图1中的主机108)耦合的SSD连接器208。在一些实施方式中，SSD206的存储容量和/或操作速度大于存储器卡202的存储容量和/或操作速度。
图3a示例性的给出了一种三维NAND型存储器的存储器阵列的结构示意图，如图3a所示，三维NAND型存储器的存储器阵列由数排平行错开的与栅极隔离结构平行的存储单元排构成，每四排存储单元排被栅极隔离结构和上选择栅极隔离结构隔开，每个存储单元排包括多个存储单元。栅极隔离结构可以包括第一栅极隔离结构和第二栅极隔离结构，第一栅极隔离结构将存储器阵列划分为多个存储块(英文表达为Block)，多个第二栅极隔离结构可以将存储块划分为多个指存储区(英文表达为Finger)，在每个指存储区的中间设置的上选择栅极隔离结构可以将指存储区划分为两个部分，从而将指存储区划分为两个存储片(英文表达为String)。图3a中所示的一个存储块包含6个存储片，实际应用中，一个存储块中存储片的个数不限于此。某一条字线耦接的一个存储块中的存储单元可以称为一个存储页或物理页(Physical Page)。
需要说明的是，图3a中给出的栅极隔离结构和上选择栅极隔离结构之间的存储单元排的排数只是示例性的示范，不用于限定本公开中三维NAND型存储器的一个指存储区所包含的存储单元排的数量。实际应用中，一个指存储区所包含的存储单元排的数量可以根据实际情况进行调整，如2、4、8、16等。
图3b示出了根据本公开的一些方面的包括外围电路的示例性存储器装置300的示意电路图。存储器装置300可以是图1中的存储器装置104的示例。存储器装置300可以包括存储器阵列301和耦合到存储器阵列301的外围电路302。以存储器阵列301为三维NAND型存储器阵列为例进行说明，其中，存储单元306以NAND存储器串308的阵列的形式提供，每个NAND存储器串308在衬底(未示出)上方垂直地延伸。在一些实施方式中，每个NAND存储器串308包括串联耦合并且垂直地堆叠的多个存储单元306。每个存储单元306可以保持连续模拟值，例如，电压或电荷，其取决于在存储单元306的区域内捕获的电子的数量。每个存储单元306可以是包括浮栅晶体管的浮栅类型的存储单元，或者是包括电荷捕获晶体管的电荷捕获类型的存储单元。
在一些实施方式中，每个存储单元306是具有两种可能的存储器状态并且因此可以存储一位数据的单级单元(SLC)。例如，第一存储器状态“0”可以对应于第一电压范围，并且第二存储器状态“1”可以对应于第二电压范围。在一些实施方式中，每个存储单元306是能够在多于四个的存储器状态中存储多于单个位的数据的多级单元(MLC)。例如，MLC可以每单元存储两位，每单元存储三位(又被称为三级单元(TLC))，或者每单元存储四位(又被称为四级单元(QLC))。每个MLC可以被编程为采取可能的标称存储值的范围。在一个示例中，如果每个MLC存储两位数据，则MLC可以被编程为通过将三个可能的标称存储值中的一个写入到该单元而从擦除状态采取三个可能的编程级中的一个。第四标称存储值可以用于擦除状态。
如图3b中所示，每个NAND存储器串308可以包括在其源极端处的下选择栅极(BSG)310和在其漏极端处的上极选择栅极(TSG)312。BSG310和TSG312可以被配置为在读取和编程操作期间激活选定的NAND存储器串308。在一些实施方式中，同一存储块304中的NAND存储器串308的源极通过同一源极线(SL)314(例如，公共SL)耦合。换句话说，根据一些实施方式，同一存储块304中的所有NAND存储器串308具有阵列公共源极(ACS)。根据一些实施方式，每个NAND存储器串308的TSG312耦合到相应的位线(BL)316，可以经由输出总线(未示出)从位线316读取或写入数据。在一些实施方式中，每个NAND存储器串308被配置为通过经由一个或多个TSG线313将选择电压(例如，高于具有TSG312的晶体管的阈值电压)或取消选择电压(例如，0V)施加到相应的TSG312和/或通过经由一个或多个BSG线315将选择电压(例如，高于具有BSG 310的晶体管的阈值电压)或取消选择电压(例如，0V)施加到相应的BSG310而被选择或被取消选择。
如图3b中所示，NAND存储器串308可以被组织为多个存储块304，多个存储块304的每一个可以具有公共源极线314(例如，耦合到地)。在一些实施方式中，每个存储块304是用于擦除操作的基本数据单位，即，同一存储块304上的所有存储单元306同时被擦除。为了擦除选定存储块中的存储单元306，可以用擦除电压(Vers)(例如，高正电压(例如，20V或更高))偏置耦合到选定存储块以及与选定存储块在同一面中的未选定存储块的源极线314。应当理解，在一些示例中，可以在半存储块级、在四分之一存储块级或者在具有任何合适数量的存储块或存储块的任何合适的分数的级执行擦除操作。相邻NAND存储器串308的存储单元306可以通过字线318耦合，字线318选择存储单元306的哪一行受读取和编程操作的影响。在一些实施方式中，每个字线318耦合到存储单元306的存储页320，存储页320是用于编程操作的基本数据单位。以位为单位的一存储页320的大小可以与一个存储块304中由字线318耦合的NAND存储器串308的数量相关。每个字线318可以包括在相应存储页320中的每个存储单元306处的多个控制栅极(栅极电极)以及耦合控制栅极的栅极线。结合前面的图3a，一存储页320中包含多个存储单元306，多个存储单元之间被上选择栅极隔离结构和栅极隔离结构隔离开，在上选择栅极隔离结构和栅极隔离结构之间的多个存储单元排列成多个存储单元排，每个存储单元排与栅极隔离结构以及上选择栅极隔离结构平行。其中共享相同字线的存储片中的存储单元形成可编程(读/写)页。
图4示出了根据本公开的一些方面的包括NAND存储器串308的示例性存储器阵列301的剖面示意图。如图4所示，NAND存储器串308可以包括层叠结构410，该层叠结构410包括依次交替层叠设置的多个栅极层411和多个绝缘层412，以及垂直贯穿栅极层411和绝缘层412的存储器串308。栅极层411和绝缘层412可以交替层叠，相邻的两层栅极层411由一层绝缘层412隔开。层叠结构410中栅极层411和绝缘层412的对的数量，可以确定存储器阵列301中包括的存储单元的数量。
栅极层411的组成材料可以包括导电材料。导电材料包括但不限于钨(W)、钴(Co)、铜(Cu)、铝(Al)、多晶硅、掺杂硅、硅化物或其任何组合。在一些实施方式中，每个栅极层411包括金属层，例如，钨层。在一些实施方式中，每个栅极层411包括掺杂多晶硅层。每个栅极层411可以包括围绕存储单元的控制栅极。在层叠结构410的顶部处的栅极层411，可以横向地延伸作为上选择栅极线，在层叠结构410底部处的栅极层411可以横向地延伸作为下选择栅极线，在上选择栅极线与下选择栅极线之间横向地延伸的栅极层411可以作为字线层。
在一些实施例中，层叠结构410可以设置在半导体层401上。半导体层401可以包括硅(例如，单晶硅)、硅锗(SiGe)、砷化镓(GaAs)、锗(Ge)、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上锗(GOI)或者任何其他合适的材料。
在一些实施例中，NAND存储器串308包括垂直地延伸穿过层叠结构410的沟道结构。在一些实施方式中，沟道结构包括填充有(一种或多种)半导体材料(例如，作为半导体沟道)和(一种或多种)电介质材料(例如，作为存储器膜)的沟道孔。在一些实施方式中，半导体沟道包括硅，例如，多晶硅。在一些实施方式中，存储器膜是包括隧穿层、存储层(又称为“电荷捕获/存储层”)和阻挡层的复合电介质层。沟道结构可以具有圆柱形状(例如，柱形状)。根据一些实施方式，半导体沟道、隧穿层、存储层和阻挡层以此顺序从柱的中心朝向柱的外表面径向布置。隧穿层可以包括氧化硅、氮氧化硅或其任何组合。存储层可以包括氮化硅、氮氧化硅或其任何组合。阻挡层可以包括氧化硅、氮氧化硅、高介电常数(高k)电介质或其任何组合。在一个示例中，存储器膜可以包括氧化硅/氮氧化硅/氧化硅(ONO)的复合层。
返回参考图3b，外围电路302可以通过位线316、字线318、源极线314、BSG线315和TSG线313耦合到存储器阵列301。外围电路302可以包括任何合适的模拟、数字以及混合信号电路，以用于通过经由位线316、字线318、源极线314、BSG线315和TSG线313将电压信号和/或电流信号施加到每个目标存储单元306以及从每个目标存储单元306感测电压信号和/或电流信号来促进存储器阵列301的操作。外围电路302可以包括使用金属-氧化物-半导体(MOS)技术形成的各种类型的外围电路。例如，图5示出了一些示例性外围电路，外围电路302包括页缓冲器/感测放大器504、列解码器/位线驱动器506、行解码器/字线驱动器508、电压发生器510、控制逻辑单元512、寄存器514、接口516和数据总线518。应当理解，在一些示例中，还可以包括图5中未示出的附加外围电路。
页缓冲器/感测放大器504可以被配置为根据来自控制逻辑单元512的控制信号从存储器阵列301读取数据以及向存储器阵列301编程(写入)数据。在一个示例中，页缓冲器/感测放大器504可以存储要被编程到存储器阵列301的一个页320中的一页编程数据(写入数据)。在另一示例中，页缓冲器/感测放大器504可以执行编程验证操作，以确保数据已经被正确地编程到耦合到选定字线318的存储单元306中。在又一示例中，页缓冲器/感测放大器504还可以感测来自位线316的表示存储在存储单元306中的数据位的低功率信号，并且在读取操作中将小电压摆幅放大到可识别的逻辑电平。列解码器/位线驱动器506可以被配置为由控制逻辑单元512控制，并且通过施加从电压发生器510生成的位线电压来选择一个或多个NAND存储器串308。
行解码器/字线驱动器508可以被配置为由控制逻辑单元512控制，并且选择/取消选择存储器阵列301的存储块304并且选择/取消选择存储块304的字线318。行解码器/字线驱动器508还可以被配置为使用从电压发生器510生成的字线电压来驱动字线318。在一些实施方式中，行解码器/字线驱动器508还可以选择/取消选择并且驱动BSG线315和TSG线313。如下文详细描述的，行解码器/字线驱动器508被配置为对耦合到(一个或多个)选定字线318的存储单元306执行编程操作。电压发生器510可以被配置为由控制逻辑单元512控制，并且生成要被供应到存储器阵列301的字线电压(例如，读取电压、编程电压、通过电压、局部电压、验证电压等)、位线电压和源极线电压。
控制逻辑单元512可以耦合到上文描述的每个外围电路，并且被配置为控制每个外围电路的操作。寄存器514可以耦合到控制逻辑单元512，并且包括状态寄存器、命令寄存器和地址寄存器，以用于存储用于控制每个外围电路的操作的状态信息、命令操作码(OP码)和命令地址。接口516可以耦合到控制逻辑单元512，并且充当控制缓冲器，以缓冲从主机(未示出)接收的控制命令并且并将其中继到控制逻辑单元512，以及缓冲从控制逻辑单元512接收的状态信息并且将其中继到主机。接口516还可以经由数据总线518耦合到列解码器/位线驱动器506，并且充当数据I/O接口和数据缓冲器，以缓冲数据并且将其中继到存储器阵列301或从存储器阵列301中继或缓冲数据。
通用闪存存储是新一代嵌入式闪存技术，它既代表一种存储标准，也表示一类使用该存储标准的存储设备。相比传统磁盘，UFS存储设备具有高性能、低能耗、抗震动和尺寸小等优点，在手机、平板等嵌入式设备中有着明显优势和广泛应用。
在一些具体示例中，通用闪存存储中的存储器装置包括至少一个管芯(英文表达为Die)，每个管芯包括多个存储面(英文表达为Plane)，每个存储面包括多个存储块(英文表达为Block)。由于存储器装置中存储块的数量众多，单独地对每个存储块进行管理，将会导致管理的复杂度增加、效率降低。因此，将存储器装置中所述至少一个管芯各存储面中位于相同位置的多个存储块的集合构成一个虚拟存储块(VB，Virtual Block)，并以虚拟存储块为单位对存储块进行分配和使用，以降低存储块管理的复杂度。
这里的相同位置可以理解如下：存储器装置中若有多个管芯，每个管芯的结构相同，每个管芯中包括多个存储面，且多个存储面的结构相同，也就是说存储器装置中的各个存储面的结构均相同，这里的相同位置可以是在将每个存储面看成具有相同的结构的基础上，从相同的视角所看到的物理位置相同的位置。
虚拟存储块被划分为系统区以及用户区。系统区一般对用户不可见，系统区大小包括各种系统表所需容量和系统区的预留区所需容量两部分。系统表存储了固件正常运行所需的管理数据，如逻辑地址到物理地址的映射关系表、虚拟存储块管理表以及固件运行的状态信息等。用户区即真实存放主机传输的用户数据的区域，这个区域可以通过映射关系转换后被用户访问，用户区大小一般包括报告给主机的容量和用户区的预留区的容量两部分。由于闪存的特征，按存储页为单位进行编程，按存储块为单位进行擦除，不能直接重写现有存储页，因此需要垃圾回收(GC，Garbage Collection)来进行搬移有效数据，释放出空虚拟存储块。为了垃圾回收、坏块管理、磨损平衡等模块能正常工作而预留出的空间就是预留区。
增加预留区的容量可以提高随机编写性能，降低写放大以及延长存储器寿命，最终达到提升总写入数据量(TBW，Terabytes Written)的目的。但是预留区容量越大也意味着用户可用的容量越小。所以如何选择或者配置预留区的大小是固件算法中的一个难题。
系统区大小通常根据使用场景估算或者经验值来进行预先固定分配。系统区的大小决定着有多少剩余容量留给用户区的预留区，留给用户区的这部分预留区，才是直接能改善随机编写性能的。
一般系统区的大小估算值只是为了适应主机应用的主流场景，对一些极端应用场景就没办法适应。比如在长时间4K随机写入等场景下，系统区的寿命会远大于数据区的寿命；另一种如在顺序写入占比较大的场景下，系统区的寿命又远远小于用户区的寿命。图6示出了一种系统区以及用户区的磨损值与主机写入量的关系示意图。从图6中可以看出，当用户区的虚拟存储块总共擦除次数的值与用户区的虚拟存储块总共能够被擦除次数上限的值的比值达到100％，也就是达到寿命终点时，系统区的虚拟存储块总共擦除次数的值与系统区的虚拟存储块总共能够被擦除次数上限的值的比值还不到10％。因此，如何配置系统区的大小以及用户区的大小来满足各种应用场景下的需求，使得系统区和用户区达到磨损平衡，提高存储器系统的总写入数据量，延长存储器系统的使用寿命成为现阶段亟待解决的问题。
基于上述问题，本公开实施例提供了一种存储器系统的操作方法，如图7所示，所述方法包括：
步骤S1001：获取在第一时段内系统区的磨损值以及用户区的磨损值；
步骤S1002：根据所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
可以理解的是，本公开实施例中根据系统区的磨损值以及用户区的磨损值的对比结果，确定是否对系统区的第一预留区和用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配，也就是说本公开实施例中的第一预留区和第二预留区的虚拟存储块是根据具体使用情况动态调整的，从而使得虚拟存储块在系统区和用户区中的分配更合理，使得存储器系统能适应各种应用场景的需求，在各种应用场景下系统区的磨损值和用户区的磨损值均能保持较小的差距，从而可以提高存储器系统整体的生命周期。
在一些实施例中，所述获取在第一时段内所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值，包括：
当所述存储器系统处理空闲状态时，获取在第一时段内所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值。
这里，存储器系统处理空闲状态可以理解为存储器系统未进行读、写、擦除操作时的状态。
在一些实施例中，所述获取在第一时段内所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值，包括：
获取在第一时段内的第一比值以及第二比值，所述第一比值为所述系统区的虚拟存储块总共擦除次数的值与系统区的虚拟存储块总共能够被擦除次数上限的值的比值，所述第二比值为所述用户区的虚拟存储块总共擦除次数的值与用户区的虚拟存储块总共能够被擦除次数上限的值的比值；或者，获取在第一时段内所述系统区虚拟存储块的平均擦除次数的值以及所述用户区虚拟存储块的平均擦除次数的值；
根据所述第一比值或者所述系统区的平均擦除次数的值，确定所述系统区的磨损值；根据所述第二比值或者所述用户区的平均擦除次数的值，确定所述用户区的磨损值。
这里，磨损值包括虚拟存储块总共擦除次数的值与虚拟存储块总共能够被擦除次数上限的值的比值，或，虚拟存储块的平均擦除次数的值以及虚拟存储块的平均擦除次数的值。系统区的磨损值可以为系统区的虚拟存储块总共擦除次数的值与系统区的虚拟存储块总共能够被擦除次数上限的值的比值，或，系统区虚拟存储块的平均擦除次数的值。用户区的磨损值可以为用户区的虚拟存储块总共擦除次数的值与用户区的虚拟存储块总共能够被擦除次数上限的值的比值，或，用户区虚拟存储块的平均擦除次数的值。
在一些实施例中，所述获取在第一时段内所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值，包括：
获取在第一时刻所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值，并获取第二时刻所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值；
获取所述系统区在所述第二时刻的磨损值与所述系统区在所述第一时刻的磨损值的差值的绝对值为第一差值，并获取所述用户区在所述第二时刻的磨损值与所述用户区在所述第一时刻的磨损值的差值的绝对值为第二差值；
所述根据所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配，包括：
根据所述第一差值以及所述第二差值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
本公开实施例中的第一时间段可以是存储器系统使用过程中的任意一个时间段，也就是说可以将任意一段时间内系统区的磨损值和用户区的磨损值进行对比，只要是将同一时间段内系统区的磨损值和用户区的磨损值进行对比即可。
这里，第一时间段的起点可以是存储器系统开始使用的时刻，也可以是存储器系统开始使用之后的任意一个时刻。由于存储器系统开始使用时，系统区的磨损值以及用户区的磨损值均为0，因此当第一时间段的起点时刻是存储器系统开始使用的时刻时，某一时刻所获得的系统区的磨损值以及用户区的磨损值就是第一时段内系统区的磨损值以及用户区的磨损值；而当第一时间段的时间起点不是存储器系统开始使用的起点时，可以获取第一时间段的开始时刻的系统区的磨损值以及用户区的磨损值，以及第一时间段的结束时刻的系统区的磨损值以及用户区的磨损值，再将两个时刻系统区的磨损值相减，并将两个时刻用户区的磨损值相减，从而得到第一时间段内系统区的磨损值以及用户区的磨损值。
这里，第一时刻和第二时刻中的其中一者可以是第一时间段的开始时刻，第一时刻和第二时刻中的另一者可以是第一时间段的结束时刻。第一差值即为系统区在第一时刻和第二时刻之间的第一时段内的磨损值，第二差值即为用户区在第一时刻和第二时刻之间的第一时段内的磨损值。这里，第一时间段的时间长短可以考虑在第一时间段内的主机数据写入量。可以理解的是，若在第一时间段内主机的数据写入量太少，则预留区动态调整任务的频率将会较高，这样使得会影响存储器系统的性能。
下面将具体介绍如何根据系统区的磨损值以及用户区的磨损值的对比结果，确定是否对系统区的第一预留区和用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
在一些实施例中，所述第一预留区以及所述第二预留区用于以下至少之一：
坏块管理、垃圾回收、磨损平衡。
需要说明的是，上述实施例中所列举的第一预留区以及第二预留区的作用只是示例性的示范，并不用于限定本公开实施例中第一预留区和第二预留区的作用。
在一些实施例中，所述根据所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配，包括：
当所述系统区的磨损值与所述用户区的磨损值差值的绝对值小于预设值时，不对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
可以理解的是，当系统区的磨损值与用户区的磨损值差值的绝对值小于预设值时，意味着系统区以及用户区的磨损值差距较小，在可接受的范围内，不需要对系统区的第一预留区以及用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
在一些实施例中，所述根据所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配，包括：
当所述系统区的磨损值与所述用户区的磨损值差值的绝对值大于预设值时，对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
可以理解的是，当系统区的磨损值与用户区的磨损值差值的绝对值大于预设值时，意味着系统区以及用户区的磨损值差距较大，需要对系统区的第一预留区以及用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配，使得减小系统区的磨损值与用户区的磨损值的差距，使得系统区的磨损值与用户区的磨损值差值的绝对值小于预设值，从而使得系统区和用户区能够达到磨损平衡。
在一些实施例中，当所述磨损值为虚拟存储块总共擦除次数的值与总共能够被擦除次数上限的值的比值时，所述预设值的范围为1％-10％。
需要说明的是，上述所给出的预设值仅为示例性的示范，并不用于限定本公开实施例中预设值的范围。
对于预设值的具体设定，可以从两方面进行考虑：一方面，若预设值设置的太小，虚拟存储块动态调整的频率会很高，这样使得会影响存储器系统的性能；另一方面，若预设值设置的太大，会使得预留区中的虚拟存储块得不到及时的调整，影响系统区和用户区的磨损平衡。在一些具体示例中，可以综合以上两方面考虑来设定预设值的大小。
下面将具体介绍当系统区的磨损值与用户区的磨损值差值的绝对值大于预设值时，具体如何确定分配虚拟存储块的方向和数量。
在一些实施例中，所述方法还包括：
当所述系统区的磨损值大于所述用户区的磨损值时；将所述第二预留区的部分虚拟存储块分配给所述第一预留区；
当所述系统区的磨损值小于所述用户区的磨损值时；将所述第一预留区的部分虚拟存储块分配给所述第二预留区。
可以理解的是，本公开实施例中可以使存储器系统的固件在一定范围内根据应用的具体场景动态地调整用户区中第二预留区的大小以及系统区中第一预留区的大小。当系统区的磨损值大于用户区的磨损值时，应用场景更偏向于磨损系统区，因此将用户区的第二预留区的部分虚拟存储块分配给系统区的第一预留区，从而增加系统区的耐久度，最终提升产品的生命周期以及总写入数据量。当系统区的磨损值小于用户区的磨损值时，应用场景更偏向于磨损用户区，因此将系统区的第一预留区的部分虚拟存储块分配给用户区的第二预留区，可以提高随机写入性能，降低写放大以及延长存储器系统使用寿命，最终达到提升总写入数据量的目的。
在一些实施例中，所述方法还包括：
在对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配之前，根据所述系统区的磨损值与所述用户区的磨损值差值的绝对值的大小，确定需要被分配的虚拟存储块的数量。
可以理解的是，可以根据系统区以及用户区磨损值差值的绝对值的大小确定需要被分配的虚拟存储块的数量，也就是说，根据系统区以及用户区磨损的具体差距程度，确定虚拟存储块的分配数量。当系统区的磨损值与用户区的磨损值差值的绝对值越大，被分配的虚拟存储块的数量越多；当系统区的磨损值与用户区的磨损值差值的绝对值越小，被分配的虚拟存储块的数量越少。这样使得更有利于系统区以及用户区的磨损平衡，提高存储器系统的性能。
在一些实施例中，所述方法还包括：
在确定需要被分配的虚拟存储块的数量之后，确定所述系统区和所述用户区中磨损值较小一者的预留区中存在空闲的虚拟存储块，且空闲的虚拟存储块的数量大于等于需要被分配的虚拟存储块的数量。
这里，空闲的虚拟存储块是指处于擦除态的虚拟存储块。这里，确定系统区和用户区中磨损值较小一者的预留区中存在空闲的虚拟存储块，具体的可以是，当系统区的磨损值大于用户区的磨损值时，确定用户区的第二预留区中存在空闲的虚拟存储块；当用户区的磨损值大于系统区的磨损值时，确定系统区的第二预留区中存在空闲的虚拟存储块。除了需要确定系统区和用户区中磨损值较小一者的预留区中存在空闲的虚拟存储块之外，还需要确定空闲的虚拟存储块的数量是否足够。也就是说，在确定了需要被分配虚拟存储块的数量以及方向之后，还需要确定虚拟存储块是否满足可被分配的条件，在满足可分配条件的基础上，再来进行动态分配任务。
这里，关于存储器系统的具体结构及组成可以参照前述图1、图2a中的存储器系统102的相关结构及组成。为了简洁，这里不再赘述。
在一些具体示例中，所述存储器系统包括存储卡或固态硬盘。
在固定容量的系统区以及用户区配置无法满足所有应用场景的需求下，本公开实施例中采用一些算法，当系统区和用户区的寿命磨损不平衡时，将寿命磨损的较低的那个区域当中的部分虚拟存储块移动到寿命磨损较高的那个区域。由于两个区域中的虚拟存储块可以双向流动，最终会使系统区和用户区之间的磨损达到平衡，以提高存储器系统整体的生命周期。从磨损平衡的视角来看，相当于系统区和用户区之间增加一个静态磨损平衡；从虚拟存储块的视角来看，相当于用户区的虚拟存储块数量可以根据实际应用场景的工作负荷来动态调整。
在一些具体示例中，可以在存储器系统出厂时，给系统区分配较少的虚拟存储块数量，这样用户区将有更多的虚拟存储块，以提升整体的随机写入性能，减少写放大。可对系统区的磨损值和用户区的磨损值做定期检查，如果应用的场景偏向消耗系统区，达到条件将用户区的第二预留区的虚拟存储块分配给系统区；如果应用的场景偏向消耗用户区，达到条件将系统区的第一预留区的虚拟存储块分配给用户区。
可以理解的是，本公开实施例提供的方案中根据应用场景分配最佳数量的虚拟存储块，有助于提升闪存产品的耐久度和写入性能。对于随机写入和修剪(英文表达为Trim)密集型的应用场景，多分配一些虚拟存储块给系统区的第一预留区，以显著提高产品的综合耐久度；而对于顺序写入和读密集型的应用场景，多分配一些虚拟存储块给用户区也可以显著提高产品耐久度。
以下结合图8对本公开实施例的技术方案进一步理解。首先，当存储器系统处理空闲状态时，后台操作(BKOP，Backgroud Operation)将触发动态预留区调整任务。接下来，存储器系统获取在第一时间段内系统区的磨损值和用户区的磨损值，并将系统区的磨损值和用户区的磨损值进行对比。接下来，确定系统区的磨损值和用户区的磨损值差值的绝对值是否大于预设值；当小于预设值时，结束动态预留区调整任务。当大于预设值时，确定虚拟存储块的分配方向，若需要从系统区分配虚拟存储块到用户区时，在满足系统区的第一预留区中有空闲的虚拟存储块，且空闲的虚拟存储块的数量大于等于需要移动到用户区的虚拟存储块的数量的条件下，从系统区的第一预留区中分配虚拟存储块到用户区的第二预留区中。若需要从用户区分配虚拟存储块到系统区时，在满足用户区的第二预留区中有空闲的虚拟存储块，且空闲的虚拟存储块的数量大于等于需要移动到系统区的虚拟存储块的数量的条件时，从用户区的第二预留区中分配虚拟存储块到系统区的第一预留区中。在分配虚拟存储块完成后，保存虚拟存储块分配的结果到虚拟存储块表中。
在一些具体示例中，本公开实施例可以有多种检测改进效果的方法。第一、检测虚拟存储块分配的次数以及方向，综合其他指标判断分配方向的正确性；第二、通过长时间的极端应用场景的案例来检查健康报告当中的指标，例如系统区的使用寿命和用户区的使用寿命的差值，或者，系统区的平均擦除次数和用户区的平均擦除次数之间的比率；第三、通过长时间的测试对比改进前后系统区的磨损值以及用户区的磨损值与主机写入时间之间的关系曲线变化。
在一些实施例中，所述系统区中虚拟存储块的每个存储单元以第一比特数进行读写操作，所述用户区中虚拟存储块的每个存储单元以第二比特数进行读写操作，所述第一比特数小于所述第二比特数。
在一些具体示例中，第一比特数包括1比特，第二比特数包括以下之一：2比特、3比特、4比特。
这里，系统区中虚拟存储块的每个存储单元以第一比特数进行读写操作可以理解为，系统区中虚拟存储块的每个存储单元可存储第一比特数的数据。第一比特数包括1比特，即系统区中虚拟存储块的每个存储单元以SLC的方式进行读写，可以理解的是，系统区以低比特数方式进行读写操作可以提高系统区的数据稳定性。
这里，用户区中虚拟存储块的每个存储单元以第二比特数进行读写操作可以理解为，用户区中虚拟存储块的每个存储单元可以存储第二比特数的数据。第二比特数包括以下之一：2比特、3比特、4比特，即用户区中虚拟存储块的每个存储单元以MLC、TLC、QLC方式进行读写操作，可以理解的是，用户区以高比特数方式进行读写操作有利于提高用户区的容量。
需要说明的是，上述实施例示例性的列举了第一比特数、第二比特数的具体比特数，但并不用于限定本公开实施例中第一比特数、第二比特数的具体比特数。
由于系统区和用户区的读写方式不同，示例性的系统区中虚拟存储块的存储单元以SLC方式读写，用户区中虚拟存储块的存储单元以TLC的方式进行读写，当虚拟存储块被重新分配之后，可以根据存储器装置具体测试结果获取换算系数，再通过换算公式换算同一个虚拟存储块在两个区域的擦除次数。
示例性的，当虚拟存储块从系统区分配到用户区，虚拟存储块的擦除次数换算公式可以为：
这里，ec1为虚拟存储块被分配到用户区后，换算得到的在用户区的擦除次数；slcec为虚拟存储块在被分配之前在系统区中以SLC方式进行读写操作时的实际擦除次数；slclife cycle ec为虚拟存储块在系统区以SLC方式进行读写操作时总共能够被擦除次数上限的值，示例性的这里的slc life cycle ec可以为65000。这里的α1和β1以及后面的α2和β2的具体数值均可以通过对存储器装置具体测试结果得到。
示例性的，当虚拟存储块从用户区分配到系统区，虚拟存储块的擦除次数换算公式可以为：
这里，ec2为虚拟存储块被分配到系统区后，换算得到的在系统区的擦除次数；tlcec为虚拟存储块在被分配之前在用户区中以TLC方式进行读写操作时的实际擦除次数；tlclife cycle ec为虚拟存储块在用户区以TLC方式进行读写操作时总共能够被擦除次数上限的值，示例性的这里的tlc life cycle ec可以为3000。
本公开实施例提供了一种存储器系统的操作方法，所述存储器系统的操作方法包括：获取在第一时段内系统区的磨损值以及用户区的磨损值；根据所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。本公开实施例中，获取在第一时段内系统区的磨损值以及用户区的磨损值，并根据系统区的磨损值以及用户区的磨损值的对比结果，确定是否对系统区的第一预留区和用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配，也就是说，本公开实施例中系统区的第一预留区以及用户区的第二预留区的大小是根据系统区以及用户区的具体使用情况进行动态调整的，这样使得存储器系统中的系统区和用户区可以适应各种场景下的不同需求，使存储器系统中的系统区的磨损值和用户区的磨损值在各种应用场景下均能保持较小的差距，使得系统区以及用户区达到磨损均衡，从而可以提升存储器系统的随机写入性能，改善写放大，提升耐久度，提高总写入数据量，从而使得可以延长存储器系统的使用寿命。
上述实施例中，介绍了一种存储器系统的操作方法，执行主体为存储器控制器。但本公开实施例提供的方案中，执行主体不限于此，还可以是存储器装置中的外围电路。
基于上述存储器系统的操作方法，本公开实施例还提供了一种存储器装置的操作方法，所述方法包括：
获取在第一时段内系统区的磨损值以及用户区的磨损值；
根据所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
在一些具体示例中，所述存储器装置包括至少一个管芯，所述管芯包括存储器阵列以及与所述存储器阵列耦接的外围电路；其中，
所述存储器阵列包括多个存储面，所述存储面包括多个存储块；所述至少一个管芯内各存储面中位于相同位置的多个存储块构成一个虚拟存储块。
在一些具体示例中，所述存储阵列与所述外围电路设置在同一芯片上。在另一些具体示例中，所述存储阵列设置在阵列芯片上，而所述外围电路设置在不同的芯片上，具体的可以是使用互补金属氧化物半导体(CMOS，Complementary Metal OxideSemiconductor)技术实施并且被称为CMOS芯片的芯片上，阵列芯片与CMOS芯片可以利用键合工艺电耦合在一起。在一些示例中，CMOS芯片可以与多个阵列芯片耦合。
在一些具体示例中，所述存储器装置包括三维NAND型存储器。
但本公开实施例中的存储器装置并不限于三维NAND型存储器。本公开实施例中，存储器装置可以是半导体存储器，包括但不限于三维NAND闪存(NAND Flash Memory)、垂直NAND闪存(Vertical NAND Flash Memory)、NOR闪存(NOR Flash Memory)、动态随机存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)、铁电随机存储器(Ferroelectric RandomAccess Memory，FRAM)、磁性随机存储器(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)、相变随机存储器(Phase Change Random Access Memory，PCRAM)、阻变随机存储器(Resistive Random Access Memory，RRAM)或纳米随机存储器(Nano Random AccessMemory，NRAM)等。
这里，对于上述实施例中提供的存储器装置的操作方法与存储器系统的操作方法类似，这里不再赘述。且关于存储器装置的具体结构及组成可以参照前述图5中的外围电路的相关结构及组成。为了简洁，这里不再赘述。
基于上述存储器系统的操作方法，本公开实施例还提供了一种存储器系统，所述存储器系统包括存储器装置以及与所述存储器装置耦接的存储器控制器；所述存储器装置包括多个虚拟存储块，多个所述虚拟存储块被划分为系统区以及用户区，所述系统区包括第一预留区，所述用户区包括第二预留区；
所述存储器控制器被配置为：
获取在第一时段内所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值；
根据所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
在一些实施例中，所述存储器控制器被配置为：
获取在第一时段内的第一比值以及第二比值，所述第一比值为所述系统区的虚拟存储块总共擦除次数的值与系统区的虚拟存储块总共能够被擦除次数上限的值的比值，所述第二比值为所述用户区的虚拟存储块总共擦除次数的值与用户区的虚拟存储块总共能够被擦除次数上限的值的比值；或者，获取在第一时段内所述系统区虚拟存储块的平均擦除次数的值以及所述用户区虚拟存储块的平均擦除次数的值；
根据所述第一比值或者所述系统区的平均擦除次数的值，确定所述系统区的磨损值；根据所述第二比值或者所述用户区的平均擦除次数的值，确定所述用户区的磨损值。
在一些实施例中，所述存储器控制器被配置为：
当所述系统区的磨损值与所述用户区的磨损值差值的绝对值大于预设值时，对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
在一些实施例中，所述存储器控制器被配置为：
当所述系统区的磨损值与所述用户区的磨损值差值的绝对值小于预设值时，不对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
在一些实施例中，当所述磨损值为虚拟存储块总共擦除次数的值与总共能够被擦除次数上限的值的比值时，所述预设值的范围为1％-10％。
在一些实施例中，所述存储器控制器被配置为：
当所述系统区的磨损值大于所述用户区的磨损值时；将所述第二预留区的部分虚拟存储块分配给所述第一预留区；
当所述系统区的磨损值小于所述用户区的磨损值时；将所述第一预留区的部分虚拟存储块分配给所述第二预留区。
在一些实施例中，所述存储器控制器被配置为：
在对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配之前，根据所述系统区的磨损值与所述用户区的磨损值差值的绝对值的大小，确定需要被分配的虚拟存储块的数量。
在一些实施例中，所述存储器控制器被配置为：
在确定需要被分配的虚拟存储块的数量之后，确定所述系统区和所述用户区中磨损值较小一者的预留区中存在空闲的虚拟存储块，且空闲的虚拟存储块的数量大于等于需要被分配的虚拟存储块的数量。
在一些实施例中，所述第一预留区以及所述第二预留区用于以下至少之一：
坏块管理、垃圾回收、磨损平衡。
在一些实施例中，所述存储器控制器被配置为：
当所述存储器系统处理空闲状态时，获取在第一时段内所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值。
在一些实施例中，所述存储器控制器被配置为：
获取在第一时刻所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值，并获取第二时刻所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值；
获取所述系统区在所述第二时刻的磨损值与所述系统区在所述第一时刻的磨损值的差值的绝对值为第一差值，并获取所述用户区在所述第二时刻的磨损值与所述用户区在所述第一时刻的磨损值的差值的绝对值为第二差值；
根据所述第一差值以及所述第二差值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
在一些实施例中，所述系统区中虚拟存储块的每个存储单元以第一比特数进行读写操作，所述用户区中虚拟存储块的每个存储单元以第二比特数进行读写操作，所述第一比特数小于所述第二比特数。
在一些实施例中，所述存储器系统包括存储卡或固态硬盘。
本公开实施例还提供了另一种存储器系统，所述存储器系统包括存储器装置，所述存储器装置包括多个虚拟存储块，多个所述虚拟存储块被划分为系统区以及用户区，所述系统区包括第一预留区，所述用户区包括第二预留区；
所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值差值的绝对值小于预设值。
在一些实施例中，所述磨损值包括虚拟存储块总共擦除次数的值与虚拟存储块总共能够被擦除次数上限的值的比值；或者，虚拟存储块的平均擦除次数的值。
可以理解的是，本公开实施例中采用预留区动态调整任务，使得系统区的磨损值以及用户区的磨损值差值的绝对值小于预设值，也就是说系统区的磨损值和用户区的磨损值最终能保持较小的差距，使得系统区以及用户区能够达到磨损平衡，从而使得可以延长存储器系统的使用寿命。
在一些实施例中，当所述磨损值为虚拟存储块总共擦除次数的值与总共能够被擦除次数上限的值的比值时，所述预设值的范围为1％-10％。
在一些实施例中，所述第一预留区以及所述第二预留区用于以下至少之一：
坏块管理、垃圾回收、磨损平衡。
这里，对于上述实施例中提供的存储器系统在对应的方法侧已详细介绍，这里不再赘述。
基于上述存储器装置的操作方法，本公开实施例还提供了一种存储器装置，所述存储器装置包括存储器阵列以及与所述存储器阵列耦接的外围电路；所述存储器装置包括多个虚拟存储块，多个所述虚拟存储块被划分为系统区以及用户区，所述系统区包括第一预留区，所述用户区包括第二预留区；
所述外围电路被配置为：
获取在第一时段内所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值；
根据所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
在一些实施例中，所述存储器装置包括三维NAND型存储器。
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本公开的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本公开的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本公开实施例的实施过程构成任何限定。上述本公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本公开所提供的几个方法实施例中所揭露的方法，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (31)
1.一种存储器系统，其特征在于，所述存储器系统包括存储器装置以及与所述存储器装置耦接的存储器控制器；所述存储器装置包括多个虚拟存储块，多个所述虚拟存储块被划分为系统区以及用户区，所述系统区包括第一预留区，所述用户区包括第二预留区；
所述存储器控制器被配置为：
获取在第一时段内所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值；
根据所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
2.根据权利要求1所述的存储器系统，其特征在于，所述存储器控制器被配置为：
获取在第一时段内的第一比值以及第二比值，所述第一比值为所述系统区的虚拟存储块总共擦除次数的值与系统区的虚拟存储块总共能够被擦除次数上限的值的比值，所述第二比值为所述用户区的虚拟存储块总共擦除次数的值与用户区的虚拟存储块总共能够被擦除次数上限的值的比值；或者，获取在第一时段内所述系统区虚拟存储块的平均擦除次数的值以及所述用户区虚拟存储块的平均擦除次数的值；
根据所述第一比值或者所述系统区的平均擦除次数的值，确定所述系统区的磨损值；根据所述第二比值或者所述用户区的平均擦除次数的值，确定所述用户区的磨损值。
3.根据权利要求1所述的存储器系统，其特征在于，所述存储器控制器被配置为：
当所述系统区的磨损值与所述用户区的磨损值差值的绝对值大于预设值时，对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
4.根据权利要求1所述的存储器系统，其特征在于，所述存储器控制器被配置为：
当所述系统区的磨损值与所述用户区的磨损值差值的绝对值小于预设值时，不对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
5.根据权利要求3或4所述的存储器系统，其特征在于，当所述磨损值为虚拟存储块总共擦除次数的值与总共能够被擦除次数上限的值的比值时，所述预设值的范围为1％-10％。
6.根据权利要求3所述的存储器系统，其特征在于，所述存储器控制器被配置为：
当所述系统区的磨损值大于所述用户区的磨损值时；将所述第二预留区的部分虚拟存储块分配给所述第一预留区；
当所述系统区的磨损值小于所述用户区的磨损值时；将所述第一预留区的部分虚拟存储块分配给所述第二预留区。
7.根据权利要求6所述的存储器系统，其特征在于，所述存储器控制器被配置为：
在对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配之前，根据所述系统区的磨损值与所述用户区的磨损值差值的绝对值的大小，确定需要被分配的虚拟存储块的数量。
8.根据权利要求7所述的存储器系统，其特征在于，所述存储器控制器被配置为：
在确定需要被分配的虚拟存储块的数量之后，确定所述系统区和所述用户区中磨损值较小一者的预留区中存在空闲的虚拟存储块，且空闲的虚拟存储块的数量大于等于需要被分配的虚拟存储块的数量。
9.根据权利要求1所述的存储器系统，其特征在于，所述第一预留区以及所述第二预留区用于以下至少之一：
坏块管理、垃圾回收、磨损平衡。
10.根据权利要求1所述的存储器系统，其特征在于，所述存储器控制器被配置为：
当所述存储器系统处理空闲状态时，获取在第一时段内所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值。
11.根据权利要求1所述的存储器系统，其特征在于，所述存储器控制器被配置为：
获取在第一时刻所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值，并获取第二时刻所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值；
获取所述系统区在所述第二时刻的磨损值与所述系统区在所述第一时刻的磨损值的差值的绝对值为第一差值，并获取所述用户区在所述第二时刻的磨损值与所述用户区在所述第一时刻的磨损值的差值的绝对值为第二差值；
根据所述第一差值以及所述第二差值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
12.根据权利要求1所述的存储器系统，其特征在于，所述系统区中虚拟存储块的每个存储单元以第一比特数进行读写操作，所述用户区中虚拟存储块的每个存储单元以第二比特数进行读写操作，所述第一比特数小于所述第二比特数。
13.根据权利要求1所述的存储器系统，其特征在于，所述存储器系统包括存储卡或固态硬盘。
14.一种存储器系统，其特征在于，所述存储器系统包括存储器装置，所述存储器装置包括多个虚拟存储块，多个所述虚拟存储块被划分为系统区以及用户区，所述系统区包括第一预留区，所述用户区包括第二预留区；
所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值差值的绝对值小于预设值。
15.根据权利要求14所述的存储器系统，其特征在于，所述磨损值包括虚拟存储块总共擦除次数的值与虚拟存储块总共能够被擦除次数上限的值的比值；或者，虚拟存储块的平均擦除次数的值。
16.根据权利要求15所述的存储器系统，其特征在于，当所述磨损值为虚拟存储块总共擦除次数的值与总共能够被擦除次数上限的值的比值时，所述预设值的范围为1％-10％。
17.根据权利要求14所述的存储器系统，其特征在于，所述第一预留区以及所述第二预留区用于以下至少之一：
坏块管理、垃圾回收、磨损平衡。
18.一种存储器装置，其特征在于，所述存储器装置包括存储器阵列以及与所述存储器阵列耦接的外围电路；所述存储器装置包括多个虚拟存储块，多个所述虚拟存储块被划分为系统区以及用户区，所述系统区包括第一预留区，所述用户区包括第二预留区；
所述外围电路被配置为：
获取在第一时段内所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值；
根据所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
19.一种存储器系统的操作方法，其特征在于，所述方法包括：
获取在第一时段内系统区的磨损值以及用户区的磨损值；
根据所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述获取在第一时段内所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值，包括：
获取在第一时段内的第一比值以及第二比值，所述第一比值为所述系统区的虚拟存储块总共擦除次数的值与系统区的虚拟存储块总共能够被擦除次数上限的值的比值，所述第二比值为所述用户区的虚拟存储块总共擦除次数的值与用户区的虚拟存储块总共能够被擦除次数上限的值的比值；或者，获取在第一时段内所述系统区虚拟存储块的平均擦除次数的值以及所述用户区虚拟存储块的平均擦除次数的值；
根据所述第一比值或者所述系统区的平均擦除次数的值，确定所述系统区的磨损值；根据所述第二比值或者所述用户区的平均擦除次数的值，确定所述用户区的磨损值。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述根据所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配，包括：
当所述系统区的磨损值与所述用户区的磨损值差值的绝对值大于预设值时，对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
22.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述根据所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配，包括：
当所述系统区的磨损值与所述用户区的磨损值差值的绝对值小于预设值时，不对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
23.根据权利要求21或22所述的方法，其特征在于，当所述磨损值为虚拟存储块总共擦除次数的值与总共能够被擦除次数上限的值的比值时，所述预设值的范围为1％-10％。
24.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述系统区的磨损值大于所述用户区的磨损值时；将所述第二预留区的部分虚拟存储块分配给所述第一预留区；
当所述系统区的磨损值小于所述用户区的磨损值时；将所述第一预留区的部分虚拟存储块分配给所述第二预留区。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配之前，根据所述系统区的磨损值与所述用户区的磨损值差值的绝对值的大小，确定需要被分配的虚拟存储块的数量。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在确定需要被分配的虚拟存储块的数量之后，确定所述系统区和所述用户区中磨损值较小一者的预留区中存在空闲的虚拟存储块，且空闲的虚拟存储块的数量大于等于需要被分配的虚拟存储块的数量。
27.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第一预留区以及所述第二预留区用于以下至少之一：
坏块管理、垃圾回收、磨损平衡。
28.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述获取在第一时段内所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值，包括：
当所述存储器系统处理空闲状态时，获取在第一时段内所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值。
29.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，
所述获取在第一时段内所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值，包括：
获取在第一时刻所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值，并获取第二时刻所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值；
获取所述系统区在所述第二时刻的磨损值与所述系统区在所述第一时刻的磨损值的差值的绝对值为第一差值，并获取所述用户区在所述第二时刻的磨损值与所述用户区在所述第一时刻的磨损值的差值的绝对值为第二差值；
所述根据所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配，包括：
根据所述第一差值以及所述第二差值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
30.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述系统区中虚拟存储块的每个存储单元以第一比特数进行读写操作，所述用户区中虚拟存储块的每个存储单元以第二比特数进行读写操作，所述第一比特数小于所述第二比特数。
31.一种存储器装置的操作方法，其特征在于，所述方法包括：
获取在第一时段内系统区的磨损值以及用户区的磨损值；
根据所述系统区的磨损值以及所述用户区的磨损值的对比结果，确定是否对所述系统区的第一预留区和所述用户区的第二预留区的虚拟存储块进行重新分配。
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