CN204332379U - 非易失性存储器的存储器控制器和固态驱动器 - Google Patents
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Abstract
提供一种存储器控制器和固态驱动器。该存储器控制器用于非易失性存储器，包括：组平均擦除计数记录单元，用于记录与多个擦除组分别对应的多个组平均擦除计数，其中每个擦除组包括多个存储块，每个存储块包括多个存储单元；以及磨损均衡控制单元，用于当组平均擦除计数之间的差大于预定阈值时，通过在相应的擦除组之间交换存储块来执行磨损均衡操作，并更新交换存储块的擦除组的组平均擦除计数。
Description
技术领域
本实用新型涉及非易失性存储器，更具体地，涉及具有静态磨损均衡功能的非易失性存储器的存储器控制器和固态驱动器。
背景技术
近年来，以闪速存储器为代表的非易失性存储器由于其在尺寸、功耗、稳定性、以及发热量等方面的优异性能而在移动设备领域中得到广泛的使用。
在闪速存储器中，是以由多个存储单元构成的存储块作为执行擦除操作的单位。然而，每个存储块能够承受的擦除操作的次数是有限的。尤其对于多电平单元(MLC)来说，整个生命周期中能够执行的擦除操作的次数与单电平单元(MLC)相比更少。因此，如果对特定存储块执行了过多的擦除操作，则该存储块将可能成为坏块。其他非易失性存储器，诸如电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，也存在类似的由擦除操作引起的老化问题。
为了应对上述老化问题，在非易失性存储器中，需要对存储单元执行磨损均衡操作。例如，在闪速存储器中使用磨损均衡方案，包括动态磨损均衡和静态磨损均衡。静态磨损均衡能够实现包括静态数据区域在内的全盘磨损均衡的效果，因而在固态驱动器中得到广泛的应用。具体地，记录存储块的擦除计数，并参照擦除计数来执行静态磨损均衡操作，例如在擦除计数较大的存储块与擦除计数较小的存储块之间执行交换，以使得各个存储块被擦除的次数尽量平均，从而延长存储器件的使用寿命。
然而，由于现有的磨损均衡方案使用静态随机存取存储器(SRAM)来记录每个存储块的擦除计数，SRAM的使用量随着固态驱动器的容量增大而大量增加，这使得硬件(如静态随机存取存储器)的成本、尺寸、和功耗增加。
发明内容
因此，为了解决上述问题，本实用新型提供用于非易失性存储器的存储器控制器和固态驱动器，通过将存储块分组并参照组平均擦除计数执行磨损均衡操作来减少SRAM的使用量。
根据本实用新型实施例的一个方面，提供一种存储器控制器，用于非易失性存储器，该存储器控制器包括：组平均擦除计数记录单元，用于记录与多个擦除组分别对应的多个组平均擦除计数，其中每个擦除组包括多个存储块，每个存储块包括多个存储单元；以及磨损均衡控制单元，用于当组平均擦除计数之间的差大于预定阈值时，通过在相应的擦除组之间交换存储块来执行磨损均衡操作，并更新交换存储块的擦除组的组平均擦除计数。
根据本实用新型的实施例，其中当最大组平均擦除计数与最小组平均擦除计数之间的差大于预定阈值时，磨损均衡控制单元如下执行磨损均衡操作：在对应于最大组平均擦除计数的擦除组与对应于最小组平均擦除计数的擦除组之间交换至少一个存储块以更新该两个擦除组各自的全部存储块的擦除计数的总和，直到该两个擦除组各自的全部存储块的擦除计数的更新后的总和之间的差小于第一阈值为止，其中以存储块原先所属的擦除组的组平均擦除计数作为该存储块的擦除计数。
根据本实用新型的实施例，其中当该两个擦除组各自的全部存储块的擦除计数的更新后的总和之间的差小于第一阈值，该磨损均衡控制单元通过分别计算该两个擦除组的全部存储块的擦除计数的平均值来更新该两个擦除组的组平均擦除计数。
根据本实用新型的实施例，其中所述存储块是虚拟块，包括数据块和空闲块，其中当由空闲块构成的擦除组的最大组平均擦除计数与由数据块构成的擦除组的最小组平均擦除计数之间的差大于该预定阈值时，磨损均衡控制单元通过在相应的擦除组之间交换存储块来执行磨损均衡操作。
根据本实用新型的实施例，其中所述存储块是虚拟块，包括数据块和空闲块，其中当由数据块构成的擦除组的最大组平均擦除计数与最小组平均擦除计数之间的差大于该预定阈值时，磨损均衡控制单元通过在相应的擦除组之间交换存储块来执行磨损均衡操作。
根据本实用新型的实施例，其中当不对该非易失性存储器执行读/写操作时，磨损均衡控制单元执行磨损均衡操作。
根据本实用新型实施例的另一方面，提供一种固态驱动器，包括：非易失性存储器，包括多个存储单元；以及如上所述的存储器控制器。
根据本实用新型的实施例，其中该非易失性存储器是NAND闪速存储器。
通过使用根据本实用新型的存储器控制器和固态驱动器，可以减少用于记录擦除计数的SRAM的使用量，降低硬件的成本、尺寸、和功耗。
附图说明
图1是根据本实用新型的实施例的存储器控制器的框图；
图2示出根据本实用新型的实施例的擦除组和组平均擦除计数；
图3示出根据本实用新型的实施例的擦除组之间的存储块交换；
图4示出根据本实用新型的实施例的组平均擦除计数的更新；以及
图5是根据本实用新型的实施例的固态驱动器的框图。
具体实施方式
下面参照附图详细描述根据本实用新型的示范性实施例。附图中，将相同或类似的附图标记赋予结构以及功能基本相同的组成部分，并且为了使说明书更加简明，省略了关于基本上相同的组成部分的冗余描述。
在诸如闪速存储器的非易失性存储器中，以存储块(Block)为单位执行擦除操作，每个存储块包括多个存储单元,如页存储单元(Page)或扇存储单元(Sector)。本实用新型中，非易失性存储器的存储块可以是虚拟块，包括数据块和空闲块，它们被划分为多个擦除组。前述的数据块和空闲块以是否存储数据定义。例如，可将非易失性存储器中可储存且已经用以存储数据的存储块定义为数据块，而可储存且尚未存储数据的存储块被定义为空闲块。
图1示出根据本实用新型的实施例的擦除组。参照图1，每个擦除组包括9个存储块，其中擦除组LG1、LG2、LG3等由数据块构成，称为数据块擦除组，而擦除组FG1、FG2、FG3等由空闲块构成，称为空闲块擦除组。虽然这里示出的擦除组包括9个存储块，但这仅是例示性的，本实用新型不限于此。
现有技术中，需要大容量的静态随机存取存储器(SRAM)来记录每个存储块的擦除计数，因此需要增加大量硬件成本以符合大容量闪存的需求。相较于现有技术，本实用新型中，不记录每个存储块的擦除次数，而改为记录每个擦除组的组平均擦除计数。组平均擦除计数代表擦除组中的每个存储块的擦除计数的平均值。如图1所示，擦除组LG1、LG2、LG3、FG1、FG2、FG3的组平均擦除计数分别为2、3、4、6、8、7。
图2是根据本实用新型的实施例的存储器控制器200的框图。参照图2，存储器控制器200包括组平均擦除计数记录单元201和磨损均衡控制单元203。
组平均擦除计数记录单元201在其中记录每个擦除组的组平均擦除计数。组平均擦除计数记录单元201例如可以实现为SRAM，但不限于此。在一实施例中，组平均擦除计数记录单元201还可以记录每个擦除组的全部存储块的擦除计数的总和。在此，上述的每个擦除组的全部存储块的擦除计数的总和为擦除组中存储块的数量乘以该存储块的组平均擦除计数。
磨损均衡控制单元203用于参照组平均擦除计数执行磨损均衡操作，并更新组平均擦除计数。当组平均擦除计数之间的差大于预定阈值时，通过在相应的擦除组之间交换存储块来执行磨损均衡操作，并更新交换存储块的擦除组的组平均擦除计数。根据本实用新型的实施例，当不对非易失性存储器执行读/写操作时，磨损均衡控制单元203执行磨损均衡操作。具体地，当各擦除组的组平均擦除计数之间的差大于预定阈值时，通过在相应的擦除组之间交换存储块来执行磨损均衡操作。
为了提高磨损均衡操作的效率，通常在具有最大的组平均擦除计数的擦除组与具有最小的组平均擦除计数的擦除组之间进行存储块交换。为了实现静态磨损均衡方案，优选地，在具有最大的组平均擦除计数的空闲块擦除组与具有最小的组平均擦除计数的数据块擦除组之间进行存储块交换，从而可以将较少使用的静态数据区交换出来作为空闲块资源。然而，本实用新型不限于上述方案，根据实施例，也可以在具有最大的组平均擦除计数和最小的组平均擦除计数的数据块擦除组之间进行存储块交换。
图3示出根据本实用新型的实施例的擦除组之间的存储块交换，其中经历交换的存储块以阴影标出。参照图3，当最大组平均擦除计数(8)与最小组平均擦除计数(2)之间的差大于预定阈值(例如，5)时，磨损均衡控制单元203在相应的擦除组LG1和FG2之间交换一个存储块，如图3中(a)所示。
如图3中(b)所示，磨损均衡控制单元203分别计算擦除组LG1和FG2各自的全部存储块的擦除计数更新后的总和。根据本实用新型的实施例，以存储块原先所属的擦除组的组平均擦除计数作为该存储块的擦除计数。因而，擦除组LG1的全部存储块的擦除计数的总和为(2*8+8*1)＝24，而擦除组FG2的全部存储块的擦除计数的总和为(2*1+8*8)＝66。磨损均衡控制单元203将两个擦除计数的总和之间的差(42)与一第一阈值(例如，20)进行比较，确定该差大于第一阈值，于是在LG1和FG2之间再交换一个存储块，如图3中(b)所示。
如图3中(c)所示，磨损均衡控制单元203继续执行存储块交换，直到两个擦除组的擦除计数更新后的总和之间的差(18)小于第一阈值(20)为止，如图3中(d)所示。至此，完成磨损均衡操作。
图4示出根据本实用新型的实施例的组平均擦除计数的更新。参照图4，当完成磨损均衡操作之后，磨损均衡控制单元203计算擦除组LG1的全部存储块的擦除计数的平均值(2*6+8*3)/9＝4，并以之更新擦除组LG1的组平均擦除计数。同样地，磨损均衡控制单元203计算擦除组FG2的全部存储块的擦除计数的平均值(2*3+8*6)/9＝6，并以之更新擦除组FG2的组平均擦除计数。
虽然上述实施例中根据两个擦除组的擦除计数总和之间的差来确定是否完成磨损均衡操作，然后更新组平均擦除计数，但是这仅是例示性的，本实用新型不限于此。根据本实用新型的实施例，也可以在每次交换存储块之后更新组平均擦除计数，并根据已更新的组平均擦除计数来确定是否继续执行磨损均衡操作。
图5是根据本实用新型的实施例的固态驱动器500的框图。参照图5，固态驱动器500包括根据本实用新型的实施例的存储器控制器200以及非易失性存储器，所述非易失性存储器包括多个存储单元。根据本实用新型的实施例，所述非易失性存储器可以包括但不限于闪速存储器。
如上所述，已经在上面具体地描述了本实用新型的各个实施例，但是本实用新型不限于此。本领域的技术人员应该理解，可以根据设计要求或其它因素进行各种修改、组合、子组合或者替换，而它们在所附权利要求书及其等效物的范围内。
Claims (5)
1.一种存储器控制器，用于非易失性存储器，该存储器控制器包括：
组平均擦除计数记录单元，用于记录与多个擦除组分别对应的多个组平均擦除计数，其中每个擦除组包括多个存储块，每个存储块包括多个存储单元；以及
磨损均衡控制单元，用于当组平均擦除计数之间的差大于预定阈值时，通过在相应的擦除组之间交换存储块来执行磨损均衡操作，并更新交换存储块的擦除组的组平均擦除计数。
2.如权利要求1所述的存储器控制器，其特征在于，当不对该非易失性存储器执行读/写操作时，磨损均衡控制单元执行磨损均衡操作。
3.如权利要求1所述的存储器控制器，其特征在于，该组平均擦除计数记录单元进一步用于记录每个擦除组对应的全部存储块的擦除计数的总和。
4.一种固态驱动器，包括：
非易失性存储器，包括多个存储单元；以及
如权利要求1-3之一所述的存储器控制器。
5.如权利要求4所述的固态驱动器，其特征在于，该非易失性存储器是闪速存储器。
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