KR101433859B1 - 불휘발성 메모리 시스템 및 그것의 파일 데이터 관리 방법 - Google Patents

불휘발성 메모리 시스템 및 그것의 파일 데이터 관리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 불휘발성 메모리 시스템 및 그것의 파일 데이터 관리 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 불휘발성 메모리 시스템은 파일 데이터를 저장하기 위한 불휘발성 메모리; 및 상기 파일 데이터에 대한 정적 정보 및 동적 정보를 관리하고, 파일 정적 정보와 파일 동적 정보를 상기 불휘발성 메모리에 저장하기 위한 파일 시스템을 포함한다. 본 발명은 파일 데이터를 파일 정적 정보와 파일 동적 정보로 구분하고 하여 관리한다. 본 발명에 의하면, 파일 시스템의 쓰기 성능과 읽기 성능이 향상된다.

Description

불휘발성 메모리 시스템 및 그것의 파일 데이터 관리 방법{NONVOLATILE MEMORY SYSTEM AND METHOD MANAGING FILE DATA THEREOF}
본 발명은 반도체 메모리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파일 데이터를 효율적으로 관리하는 불휘발성 메모리 시스템 및 그것의 쓰기/읽기 방법에 관한 것이다.
반도체 메모리 장치는 일반적으로 DRAM, SRAM 등과 같은 휘발성 메모리와 EEPROM, FRAM, PRAM, MRAM, Flash Memory 등과 같은 불휘발성 메모리로 분류된다. 휘발성 메모리는 전원이 차단될 때 저장된 데이터를 잃지만, 불휘발성 메모리는 전원이 차단되더라도 저장된 데이터를 보존한다. 특히, 플래시 메모리는 높은 프로그래밍 속도, 낮은 전력 소비, 대용량 데이터 저장 등의 장점을 가지므로, 컴퓨터 시스템 등에서 저장 매체로 광범위하게 사용되고 있다.
도 1은 플래시 메모리를 사용하는 불휘발성 메모리 시스템의 하드웨어 구성을 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 불휘발성 메모리 시스템은 중앙처리장치(CPU, 11), 플래시 컨트롤러(12), 플래시 메모리(13), 그리고 램(14)을 포함한다. 중앙처리장치(11)는 통상 램(14)에 저장되어 있는 응용 프로그램을 실행하고, 플래시 메모리(13)에 대한 일련의 읽기 또는 쓰기 명령을 한다. 플래시 컨트롤러(12)는 플래시 메모리(13)를 직접 제어한다.
도 2는 도 1에 도시된 불휘발성 메모리 시스템의 소프트웨어 구조를 보여주는 다이어그램이다. 도 2를 참조하면, 불휘발성 메모리 시스템의 계층 구조는 애플리케이션(21), 파일 시스템(22), 플래시 변환 계층(FTL, 23), 그리고 플래시 메모리(24)를 포함한다. 애플리케이션(21)으로부터 읽기/쓰기(read/write) 요청을 받은 파일 시스템(22)은 읽기/쓰기 대상인 섹터의 주소(sector addr)를 플래시 변환 계층(FTL, 23)으로 전달한다. 플래시 변환 계층(FTL, 23)은 섹터 주소를 물리 주소(block. page)로 변환하여 플래시 메모리(24)로 전달한다.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 플래시 변환 계층(FTL)을 설명하기 위한 블록도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 플래시 변환 계층(FTL)은 가상 디스크 상의 논리 주소인 섹터 번호(sector no)를 플래시 메모리 상의 물리 주소인 블록 번호(block no) 또는 페이지 번호(page no)로 변환한다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 플래시 변환 계층(FTL)은 상위 계층의 프로그램에게 실제 플래시 메모리에서 수행되는 플래시 읽기/프로그램/소거(read/program/erase) 연산 대신 디스크 장치에서와 같은 읽기/쓰기가 수행되는 것처럼 보이게 에뮬레이트(emulate)하는 역할을 한다.
다시 도 2를 참조하면, 플래시 변환 계층(FTL)을 사용하는 종래의 불휘발성 메모리 시스템은 일반적으로 FAT 파일 시스템을 사용한다. FAT 파일 시스템을 이용한 불휘발성 메모리 시스템은 다음과 같은 과정을 통해 플래시 메모리에 파일 데이 터를 쓴다.
먼저, 애플리케이션은 특정 크기의 파일(file)을 기록하라는 요청을 한다. FAT 파일 시스템은 이를 저장할 공간을 검색하고, 파일이 저장되는 위치를 표시하기 위해 FAT 테이블 영역을 수정한다. 또한, 파일의 크기가 달라지므로 크기 정보를 가지고 있는 디렉터리 엔트리(directory entry)의 정보를 수정한다.
종래의 불휘발성 메모리 시스템은 특정 크기의 파일 데이터를 기록하기 위해서는 FAT 테이블과 디렉터리 엔트리라는 메타 데이터를 수정해야 한다. 파일 데이터가 일정 크기로 분할되어 있는 경우에, 하나의 파일을 플래시 메모리에 쓰기 위해서는 분할된 파일 데이터를 쓸 때마다 파일 데이터의 기록과 더불어 메타 데이터를 수정해야 한다.
플래시 메모리는 겹쳐 쓰기(over write) 기능을 지원하지 않기 때문에, 한 번 기록된 영역에 다시 쓰기 위해서는 소거 동작이 선행되어야 한다. 따라서 이미 기록된 데이터를 수정하기 위해서는 다른 공간을 추가로 할당받아 그곳으로 데이터를 이전해야 한다. 플래시 메모리는 페이지(page) 단위로 쓰기 동작을 수행하며, 페이지 단위로 데이터를 이전해야 한다.
이러한 플래시 메모리의 특징을 고려한다면, 메타 데이터의 수정은 결국 플래시 메모리의 일정 할당 크기(Page)의 이전을 의미한다. 이러한 이전으로 인해 유효하지 않은 오래된 데이터가 플래시 메모리에 존재하게 된다. 따라서 종래 기술에 의하면, 많은 오버헤드가 존재하게 되고, 이로 인해 쓰기 성능이 저하된다.
또한, 메타 데이터의 빈번한 수정은 유효하지 않은 오래된 데이터를 플래시 메모리에 많이 생성시키기 때문에 플래시 메모리의 가용 공간을 빠르게 소진시키게 된다. 이로 인하여 유효하지 않은 오래된 데이터를 소거하기 위해 플래시 메모리의 블록(소거 단위)을 지우고 유효한 데이터를 다시 복사하는 동작인 Garbage collection이 자주 발생하게 된다. 즉 메타 데이터 자체를 수정하기 위한 오버헤드와 빈번한 Garbage collection으로 인해 쓰기 성능은 감소 된다.
다른 관점에서 살펴보면, 파일에 관련된 메타 데이터인 FAT 테이블의 경우 단편화가 자주 발생할 경우 FAT 테이블을 전체적으로 다 읽어봐야 하나의 파일이 어느 영역에 할당되어 있는지 파악할 수 있다. 하나의 파일에 대한 정보가 한곳에 모여 있지 않고 분산될 수 있는 구조이기에 이러한 현상이 생기는 것이고 이는 곧 읽기 성능의 저하를 가져온다. 또한, 빈 공간을 찾기 위해서도 역시 FAT 테이블을 전체적으로 다 읽어봐야 하는 경우가 생기고 이는 읽기 성능의 저하를 야기한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 메타 데이터를 효율적으로 관리함으로 오버 헤드와 garbage collection을 줄일 수 있고, 쓰기 및 읽기 성능을 향상시킬 수 있는 불휘발성 메모리 시스템을 제공하는 데 있다. 또한, 본 발명의 목적은 메타 데이터를 효율적으로 관리하는 불휘발성 메모리 시스템의 쓰기 방법 및 읽기 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 불휘발성 메모리 시스템은 파일 데이터를 저장하기 위한 불휘발성 메모리; 및 상기 파일 데이터에 대한 정적 정보 및 동적 정보를 관리하고, 파일 정적 정보와 파일 동적 정보를 상기 불휘발성 메모리에 저장하기 위한 파일 시스템을 포함한다.
실시 예로서, 상기 파일 정적 정보는 상기 파일 데이터보다 먼저 상기 불휘발성 메모리에 저장된다. 상기 파일 동적 정보는 상기 파일 데이터가 상기 불휘발성 메모리에 저장된 다음에, 상기 불휘발성 메모리에 저장된다. 상기 파일 동적 정보는 상기 파일 정적 정보 및 상기 파일 데이터의 위치 정보를 갖는다. 상기 파일 동적 정보는 상기 불휘발성 메모리의 메타 영역에 저장된다.
다른 실시 예로서, 상기 파일 시스템은 상기 파일 정적 정보 및 상기 파일 동적 정보의 위치 정보를 갖는 파일 인덱스 테이블을 관리한다. 상기 파일 인덱스 테이블은 상기 불휘발성 메모리의 메타 영역에 저장된다. 상기 파일 동적 정보는 상기 파일 데이터가 상기 불휘발성 메모리에 저장된 다음에, 상기 불휘발성 메모리에 저장된다. 또는 상기 파일 동적 정보는 상기 파일 데이터가 상기 불휘발성 메모리에 저장되는 도중에, 상기 불휘발성 메모리에 저장된다. 이때 상기 파일 동적 정보는 주기적으로 또는 비주기적으로 상기 불휘발성 메모리에 저장된다.
본 발명은 불휘발성 메모리에 파일 데이터를 쓰는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 불휘발성 메모리에 상기 파일 데이터에 대한 파일 정적 정보를 저장하는 단계; 상기 파일 정적 정보를 저장한 다음에, 상기 불휘발성 메모리에 파일 데이터를 쓰는 단계; 및 상기 불휘발성 메모리에 상기 파일 데이터에 대한 파일 동적 정보를 저장하는 단계를 포함한다.
실시 예로서, 상기 파일 동적 정보는 상기 파일 데이터가 상기 불휘발성 메모리에 저장된 다음에, 상기 불휘발성 메모리에 저장된다. 상기 파일 동적 정보는 상기 파일 정적 정보 및 상기 파일 데이터의 위치 정보를 갖는다. 상기 파일 동적 정보는 상기 불휘발성 메모리의 메타 영역에 저장된다.
다른 실시 예로서, 본 발명에 따른 불휘발성 메모리 시스템의 쓰기 방법은 상기 파일 동적 정보를 저장한 다음에, 상기 파일 정적 정보 및 상기 파일 동적 정보의 위치 정보를 갖는 파일 인덱스 테이블을 상기 불휘발성 메모리에 저장하는 단계를 더 포함한다. 상기 파일 인덱스 테이블은 상기 불휘발성 메모리의 메타 영역에 저장된다. 상기 파일 동적 정보는 상기 파일 데이터가 상기 불휘발성 메모리에 저장된 다음에, 상기 불휘발성 메모리에 저장된다. 또는 상기 파일 동적 정보는 상기 파일 데이터가 상기 불휘발성 메모리에 저장되는 도중에, 상기 불휘발성 메모리 에 저장된다.
본 발명은 불휘발성 메모리로부터 파일 데이터를 읽는 방법에 관한 것이다. 상기 불휘발성 메모리는 상기 파일 데이터에 대한 파일 정적 정보 및 파일 동적 정보를 저장하고, 상기 파일 정적 정보는 상기 파일 데이터보다 먼저 상기 불휘발성 메모리에 저장되고, 상기 파일 동적 정보는 상기 파일 데이터의 위치 정보를 저장하고 있다. 상기 파일 데이터를 읽는 방법은, 상기 불휘발성 메모리로부터 상기 파일 정적 정보를 읽는 단계; 및 상기 파일 동적 정보를 이용하여 상기 불휘발성 메모리로부터 상기 파일 데이터를 읽는 단계를 포함한다.
실시 예로서, 상기 파일 동적 정보를 이용하여 상기 파일 정적 정보를 읽는다. 상기 파일 동적 정보는 상기 불휘발성 메모리의 메타 영역에 저장된다.
다른 실시 예로서, 상기 불휘발성 메모리는 상기 파일 정적 정보 및 상기 파일 동적 정보의 위치 정보를 갖는 파일 인덱스 테이블을 저장한다. 상기 파일 인덱스 테이블을 이용하여 상기 파일 정적 정보 및 상기 파일 동적 정보를 읽는다. 상기 파일 인덱스 테이블은 상기 불휘발성 메모리의 메타 영역에 저장된다.
본 발명에 따른 불휘발성 메모리 시스템은 파일 데이터를 파일 정적 정보와 파일 동적 정보로 구분하고 하여 관리한다. 본 발명에 의하면, 불휘발성 메모리의 오버 헤드 및 garbage collection이 줄어들고, 파일 시스템의 쓰기 성능과 읽기 성능이 향상된다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이하에서는 도면을 참조하여, 불휘발성 메모리 시스템(도 5 내지 도 10), 불휘발성 메모리 시스템의 쓰기 방법(도 11 내지 도 13), 그리고 불휘발성 메모리 시스템의 읽기 방법(도 14 및 도 15)을 차례대로 설명하기로 한다. 본 발명의 실시 예에서, 불휘발성 메모리에는 플래시 메 플래시 메모리 이외에도 PRAM, MRAM 등과 같은 다른 불휘발성 메모리들도 포함된다.
1. 불휘발성 메모리 시스템
도 5는 본 발명에 따른 불휘발성 메모리 시스템의 제 1 실시 예를 보여주는 블록도이다. 도 5를 참조하면, 불휘발성 메모리 시스템(100)은 애플리케이션(110), 파일 시스템(120), 그리고 불휘발성 메모리(130)를 포함한다. 도 5에서는 예로서 플래시 메모리(130)에 파일 A를 쓰는 과정이 설명된다.
파일 시스템(120)은 애플리케이션(110)으로부터 파일 A에 대한 쓰기(write) 요청을 받는다. 쓰기 요청을 입력받으면, 파일 시스템(120)은 파일 A를 분석하고, 파일 정보를 정적 정보(static information) 및 동적 정보(dynamic information)로 구분한다. 즉, 파일 시스템(120)은 파일 데이터에 대한 정보를 파일 정적 정보(file static information)와 파일 동적 정보(file dynamic information)로 구분하여 관리한다.
파일 정적 정보는 파일 데이터에 대한 정보 중에서 자주 변하지 않는 정보이다. 예를 들어, 파일 이름, 파일 생성 시간, 파일 속성 등과 같이 자주 바뀌지 않는 속성이 파일 정적 정보에 해당한다. 반면에, 파일 동적 정보는 파일 데이터에 대한 정보 중에서 자주 변하는 정보이다. 예를 들어, 파일 수정 시간, 파일 크기, 파일 위치 정보와 같이 자주 바뀌는 속성이 파일 동적 정보에 해당한다.
도 5를 참조하면, 파일 시스템(120)은 플래시 공간 관리자(121) 및 파일 정보 관리자(122)를 포함한다. 플래시 공간 관리자(121)는 플래시 메모리(130)의 저장 공간을 관리하기 위한 것으로, 플래시 메모리(130)의 데이터 저장 위치 및 빈 공간(free space)에 대한 정보를 갖는다. 파일 정보 관리자(122)는 플래시 공간 관리자(121)의 저장 정보를 참조하며, 파일 정적 정보 및 파일 동적 정보의 저장 위치를 관리한다.
플래시 컨트롤러(도시되지 않음)는 파일 정보 관리자(122)의 제어에 따라, 플래시 메모리(130)의 해당 위치에 파일 정적 정보 및 파일 동적 정보를 기록한다. 또한, 플래시 컨트롤러는 플래시 메모리(130)의 해당 위치에 파일 데이터를 기록한다. 파일 데이터는 하나의 페이지에 기록될 수도 있고, 여러 페이지에 분할되어 기록될 수도 있다. 도 5에서는 파일 데이터가 세 개로 분할되어 기록된 것을 보여주고 있다. 파일 데이터의 위치 정보는 파일 동적 정보에 기록된다. 파일 시스템은 파일 동적 정보를 통해 파일 데이터의 위치를 알 수 있다.
계속해서 도 5를 참조하면, 플래시 메모리(130)는 데이터 블록(131)과 메타 블록(132)을 포함한다. 플래시 메모리(130)는 파일 정보 관리자(122)의 제어에 따 라, 파일 정적 정보 및 파일 데이터를 데이터 블록(131)에 저장하고, 파일 동적 정보(132)를 메타 블록(132)에 저장한다. 여기에서, 파일 동적 정보(132)는 반드시 메타 블록(132)에 저장되어야 하는 것은 아니며, 데이터 블록(131)에 저장될 수도 있다.
본 발명에 따른 불휘발성 메모리 시스템(100)은 파일 데이터보다 먼저 파일 정적 정보(file static info)를 플래시 메모리(130)에 저장한다. 파일 정적 정보가 저장된 다음에, 일정 횟수로 분할된 파일 데이터(data1, data2, data3)가 플래시 메모리(130)의 데이터 블록(131)에 저장된다. 파일 데이터가 저장된 다음에, 파일 동적 정보(file dynamic info)가 플래시 메모리(130)의 메타 블록(132)에 저장된다. 파일 동적 정보는 파일 정적 정보 및 파일 데이터의 위치 정보를 갖는다. 플래시 메모리(130)에 파일 동적 정보가 저장됨으로, 파일 쓰기 동작은 완료된다.
사용자가 쓰기 완료된 파일에 대한 수정을 요청하면, 수정 데이터를 플래시 메모리(130)에 기록한다. 그리고 수정된 파일 데이터의 위치 정보는 파일 동적 정보에 반영한다. 본 발명은 데이터 수정 시에, 파일 동적 정보(File dynamic info) 만을 관리하고 파일 정적 정보를 유지하기 때문에, 종래에 비해 쓰기 성능이 향상된다.
또한, 종래의 불휘발성 메모리 시스템에서는 파일 데이터의 위치 정보가 분산되어 있다. 그렇지만, 본 발명에서는 기존 파일 시스템 방식에서 분산되던 위치 정보들을 파일 정적 정보와 파일 동적 정보로 이원화하여 관리한다. 그리고 이러한 파일 정적 정보 및 파일 동적 정보는 각각의 파일마다 각각 한 개씩만 존재하고, 파일 정적 정보 및 파일 데이터의 위치는 파일 동적 정보를 통해 관리한다. 본 발명은 파일 정적 정보 및 파일 동적 정보를 선택적으로 시차를 두어 플래시 메모리에 저장함으로써, 플래시 메모리의 오버 헤드를 최소화할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 불휘발성 메모리 시스템의 제 2 실시 예를 보여주는 블록도이다. 도 6을 참조하면, 불휘발성 메모리 시스템(200)은 애플리케이션(210), 파일 시스템(220), 그리고 플래시 메모리(230)를 포함한다. 도 6에서, 파일 시스템(220)은 플래시 공간 관리자(221)와 파일 정보 관리자(222) 이외에, 파일 인덱스 관리자(223)를 더 포함한다.
파일 정보 관리자(222)는 플래시 공간 관리자(221)의 저장 정보를 참조하며, 파일 정적 정보 및 파일 동적 정보를 관리한다. 파일 인덱스 관리자(223)는 파일 인덱스 테이블을 관리한다. 플래시 컨트롤러(도시되지 않음)는 파일 정보 관리자(222)의 제어에 따라, 파일 정적 정보 및 파일 동적 정보를 플래시 메모리(230)의 데이터 블록(231)에 기록한다.
그리고 플래시 컨트롤러는 파일 인덱스 관리자(223)의 제어에 따라, 파일 인덱스 테이블을 플래시 메모리(230)의 메타 블록(232)에 기록한다. 파일 인덱스 테이블(file index table)에는 파일 정적 정보 및 파일 동적 정보의 저장 위치에 대한 정보가 기록된다. 여기에서, 파일 인텍스 테이블(232)은 반드시 메타 블록(232)에 저장되어야 하는 것은 아니며, 데이터 블록(231)에 저장될 수도 있다.
도 6을 참조하면, 파일 정적 정보는 파일 데이터보다 먼저 플래시 메모리(230)의 데이터 블록(231)에 저장된다. 파일 동적 정보는 파일 데이터가 모두 저장된 다음에, 데이터 블록(231)에 저장된다. 파일 동적 정보는 파일 데이터의 위치 정보를 갖는다. 도 6에서, 파일 정적 정보 및 파일 동적 정보와 같은 메타 데이터는 플래시 메모리(230)의 데이터 블록(231)에 저장된다.
한편, 파일 인덱스 테이블은 파일 동적 정보가 저장된 다음에, 플래시 메모리(230)의 메타 블록에 저장된다. 파일 인덱스 테이블은 파일 정적 정보 및 파일 동적 정보의 위치 정보를 갖는다. 즉, 파일 인덱스 테이블을 액세스하면, 플래시 메모리(230) 내에서 파일 정적 정보 및 파일 동적 정보가 어디에 저장되어 있는지를 알 수 있다.
도 6에 도시된 불휘발성 메모리 시스템은 기존 파일 시스템 방식에서 분산되어 있던 메타 정보들을 파일 정적 정보와 파일 동적 정보로 이원화하여 관리한다. 그리고 이러한 파일 정적 정보 및 파일 동적 정보는 파일 인덱스 테이블을 통해 일원화하여 관리한다. 본 발명은 파일 인덱스 테이블을 통해 파일 정적 정보 및 파일 동적 정보를 관리함으로, 종래 기술에 비해 플래시 메모리의 오버 헤드를 최소화할 수 있고, 읽기 및 쓰기 성능을 개선할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 불휘발성 메모리 시스템의 제 3 실시 예를 보여주는 블록도이다. 도 7을 참조하면, 불휘발성 메모리 시스템(300)은 애플리케이션(310), 파일 시스템(320), 그리고 플래시 메모리(330)를 포함한다. 파일 시스템(320)은 플래시 공간 관리자(321), 파일 정보 관리자(322), 그리고 파일 인덱스 관리자(323)를 포함한다.
파일 정적 정보는 파일 데이터보다 먼저 플래시 메모리(330)의 데이터 블록(331)에 저장된다. 파일 동적 정보는 파일 데이터가 플래시 메모리(330)에 저장되는 도중에, 플래시 메모리(330)에 저장된다. 파일 동적 정보는 분할된 파일 데이터(Data1~Data3) 사이에 주기적으로 저장된다.
도 7에서, 제 1 파일 데이터(Data1)가 저장된 다음에, 제 1 파일 동적 정보(File Dynamic Info 1)가 저장된다. 제 2 파일 데이터(Data2)가 저장된 다음에 제 2 파일 동적 정보(File Dynamic Info 2)가 저장되고, 제 3 파일 데이터(Data3)가 저장된 다음에 제 3 파일 동적 정보(File Dynamic Info 3)가 저장된다.
이는 전원이 갑자기 오프 되는 것과 같이 예기치 않은 상황에 대처하기 위함이다. 즉, 파일 데이터의 위치 정보를 갖고 있는 파일 동적 정보가 예기치 않은 상황에 의해 손실되는 것을 최소화하기 위함이다. 파일 정보 관리자(322)는 파일 동적 정보가 주기적으로 플래시 메모리(330)에 저장되도록 관리한다.
한편, 파일 인덱스 테이블은 파일 동적 정보가 저장된 다음에, 플래시 메모리(330)의 메타 블록에 저장된다. 파일 인덱스 테이블은 파일 정적 정보 및 파일 동적 정보의 위치 정보를 갖는다. 즉, 파일 인덱스 테이블을 액세스하면, 플래시 메모리(330) 내에서 파일 정적 정보 및 파일 동적 정보가 어디에 저장되어 있는지를 알 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 불휘발성 메모리 시스템의 제 4 실시 예를 보여주는 블록도이다. 도 8을 참조하면, 불휘발성 메모리 시스템(400)은 애플리케이션(410), 파일 시스템(420), 그리고 플래시 메모리(430)를 포함한다. 파일 시스템(420)은 플 래시 공간 관리자(421), 파일 정보 관리자(422), 그리고 파일 인덱스 관리자(423)를 포함한다.
파일 정적 정보는 파일 데이터보다 먼저 플래시 메모리(430)의 데이터 블록(431)에 저장된다. 파일 동적 정보는 파일 데이터가 플래시 메모리(430)에 저장되는 도중에, 플래시 메모리(430)에 저장된다. 파일 동적 정보는 플래시 메모리(430)의 데이터 블록(431)에 비주기적으로 저장된다. 즉, 파일 동적 정보는 분할된 파일 데이터 사이에 비주기적으로 저장된다.
도 8에서, 제 1 및 제 2 파일 데이터(Data1, Data2)가 저장된 다음에, 제 1 파일 동적 정보(File Dynamic Info 1)가 저장된다. 그리고 제 3 파일 데이터(Data3)가 저장된 다음에 제 2 파일 동적 정보(File Dynamic Info 2)가 저장된다. 이는 앞에서 설명한 바와 마찬가지로, 파일 데이터의 위치 정보를 갖고 있는 파일 동적 정보가 예기치 않은 상황에 의해 손실되는 것을 최소화하기 위함이다. 사용자는 외부 명령 등을 통하여 파일 동적 정보를 비주기적으로 플래시 메모리(430)에 저장할 수 있다. 파일 정보 관리자(422)는 파일 동적 정보가 비주기적으로 플래시 메모리(430)에 저장되도록 관리한다.
한편, 파일 인덱스 테이블은 파일 동적 정보가 저장된 다음에, 플래시 메모리(430)의 메타 블록에 저장된다. 파일 인덱스 테이블은 파일 정적 정보 및 파일 동적 정보의 위치 정보를 갖는다. 즉, 파일 인덱스 테이블을 액세스하면, 플래시 메모리(430) 내에서 파일 정적 정보 및 파일 동적 정보가 어디에 저장되어 있는지를 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 불휘발성 메모리 시스템은 하나의 파일에 관련하여, 자주 변하지 않은 속성을 파일 정적 정보로 관리하며, 자주 변하는 속성을 파일 동적 정보로 관리한다. 본 발명은 파일 데이터의 위치 정보와 같은 중요한 메타 정보를 파일 동적 정보 또는 파일 인덱스 테이블을 통해 일괄해서 관리한다.
도 9 및 도 10은 도 5 및 도 6에 도시된 불휘발성 메모리 시스템의 읽기 특성을 보여주기 위한 블록도이다. 도 9는 파일 동적 정보를 이용하여 파일 데이터를 읽어내며, 도 10은 파일 인덱스 테이블을 이용하여 파일 데이터를 읽어낸다.
먼저, 도 9는 도 5에 도시된 불휘발성 메모리 시스템의 읽기 특성을 보여준다. 도 9(a)는 파일 데이터를 읽는 순서를 개념적으로 보여주며, 도 9(b)는 플래시 메모리에서 파일 데이터를 읽는 과정을 보여준다.
파일 A에 대한 읽기 요청이 들어오면, 파일 시스템(도 5 참조, 120)은 먼저 플래시 메모리(130)의 메타 블록(132)에 저장되어 있는 파일 동적 정보를 읽어본다. 파일 동적 정보는 파일 정적 정보 및 파일 데이터의 위치 정보를 갖는다. 파일 시스템(120)은 파일 동적 정보(파일 정적 정보의 위치 정보)를 이용하여, 파일 정적 정보를 읽어본다. 그 다음에, 파일 시스템(120)은 파일 동적 정보(파일 데이터의 위치 정보)를 이용하여, 파일 데이터(Data1~Data3)를 차례대로 읽는다.
다음으로, 도 10은 도 6에 도시된 불휘발성 메모리 시스템의 읽기 특성을 보여준다. 파일 A에 대한 읽기 요청이 들어오면, 파일 시스템(도 6 참조, 220)은 먼 저 플래시 메모리(230)의 메타 블록(232)에 저장되어 있는 파일 인덱스 테이블을 읽어본다. 파일 인덱스 테이블은 파일 정적 정보 및 파일 동적 정보의 위치 정보를 갖는다.
파일 시스템(220)은 파일 인덱스 테이블을 이용하여, 파일 정적 정보를 읽는다. 그 다음에, 파일 시스템(220)은 파일 인덱스 테이블을 이용하여, 파일 동적 정보를 읽는다. 파일 동적 정보는 파일 데이터의 위치 정보를 갖는다. 그 다음에, 파일 시스템(220)은 파일 동적 정보(파일 데이터의 위치 정보)를 이용하여, 파일 데이터(Data1~Data3)를 차례대로 읽는다.
종래의 불휘발성 메모리 시스템에서는, 하나의 파일에 관련된 메타 정보(파일 정적 정보 및 파일 동적 정보를 포함함)가 여러 곳에 분산되어 있다. 따라서 종래 기술에 의하면, 하나의 파일을 읽기 위해서는 파일 데이터 및 메타 정보가 기록되어 있는 전체 영역을 모두 읽어보아야 한다. 이는 플래시 메모리의 읽기 성능을 제약하는 요인이 되고 있다.
그러나 본 발명은 파일 정적 정보 및 파일 동적 정보만 읽게 되면 파일을 전체적으로 접근할 수 있다는 점에서 읽기 성능의 향상을 가져올 수 있다. 또한, 메타 정보가 분산되어 있지 않기 때문에 파일 시스템의 초기화 과정이 오래 걸리지 않고 파일의 전체 할당 정보를 RAM 상에 구축할 필요가 없기 때문에 RAM 사용량도 줄일 수 있다.
2. 불휘발성 메모리 시스템 의 쓰기 방법
도 11은 도 5에 도시된 불휘발성 메모리 시스템의 쓰기 방법을 보여주는 순서도이다. 도 11을 참조하면, 도 5에 도시된 불휘발성 메모리 시스템(100)의 쓰기 방법은 파일 생성 단계(S110), 파일 쓰기 단계(S130), 그리고 파일 종료 단계(S150)를 포함한다.
파일 생성 단계(S110)에서, 파일 시스템(120)은 애플리케이션(110)으로부터 파일 생성 명령을 입력받는다(S111). 파일 시스템(120)은 파일 생성 명령을 입력받고, 플래시 메모리(130)에 파일 정적 정보를 저장한다. S120 단계에서, 파일 시스템(120)은 파일 데이터의 존재 여부를 판단한다. 파일 데이터가 존재하면 파일 쓰기 단계(S130)가 수행되고, 파일 데이터가 존재하지 않으면 파일 종료 단계(S150)가 수행된다.
파일 쓰기 단계(S130)에서, 파일 시스템(120)은 애플리케이션(110)으로부터 파일 쓰기 명령을 입력받는다(S131). 파일 시스템(120)은 파일 쓰기 명령을 입력받고, 플래시 메모리(130)에 파일 데이터를 저장한다. 분할된 파일 데이터(Data1~Data3)는 차례대로 플래시 메모리(130)의 데이터 블록(131)에 저장된다. S140 단계에서, 파일 시스템(120)은 파일 데이터가 모두 저장되었는지 여부를 판단한다. 파일 데이터가 모두 저장되지 않았으면 다시 파일 쓰기 단계(S130)가 수행되고, 파일 데이터가 모두 저장되었으면 파일 종료 단계(S150)가 수행된다.
파일 종료 단계(S150)에서, 파일 시스템(120)은 애플리케이션(110)으로부터 파일 종료 명령을 입력받는다(S151). 파일 시스템(120)은 파일 종료 명령을 입력받고, 플래시 메모리(130)에 파일 동적 정보를 저장한다. 파일 동적 정보에는 파일 데이터의 위치 정보 및 파일 정적 정보의 위치 정보가 포함된다.
도 12는 도 6에 도시된 불휘발성 메모리 시스템의 쓰기 방법을 보여주는 순서도이다. 도 12을 참조하면, 도 6에 도시된 불휘발성 메모리 시스템(200)의 쓰기 방법은 파일 생성 단계(S210), 파일 쓰기 단계(S230), 그리고 파일 종료 단계(S250)를 포함한다.
파일 생성 단계(S210)에서, 파일 시스템(220)은 파일 생성 명령을 입력받고(S211), 플래시 메모리(230)에 파일 정적 정보를 저장한다(S212). 파일 쓰기 단계(S230)에서, 파일 시스템(220)은 파일 쓰기 명령을 입력받고(S231), 플래시 메모리(230)에 파일 데이터를 저장한다(S232). 파일 종료 단계(S250)에서, 파일 시스템(220)은 파일 종료 명령을 입력받고(S251), 플래시 메모리(230)에 파일 동적 정보를 저장한다(S252). 파일 동적 정보에는 파일 데이터의 위치 정보가 포함된다.
그리고 S253 단계에서, 플래시 메모리(230)에 파일 인덱스 테이블이 저장된다. 파일 인덱스 테이블에는 파일 정적 정보 및 파일 동적 정보에 대한 위치 정보가 저장된다. 파일 인덱스 테이블은 플래시 메모리(230)의 메타 블록(232)에 저장된다.
도 13은 도 7 및 도 8에 도시된 불휘발성 메모리 시스템의 쓰기 방법을 보여주는 순서도이다. 도 13을 참조하면, 도 6 및 도 7에 도시된 불휘발성 메모리 시스템(300, 400)의 쓰기 방법은 파일 생성 단계(S310), 파일 쓰기 단계(S330), 파일 싱크 단계(S350), 그리고 파일 종료 단계(S370)를 포함한다.
파일 생성 단계(S310)에서, 파일 시스템(320, 420)은 파일 생성 명령을 입력 받고(S311), 플래시 메모리(330, 430)에 파일 정적 정보를 저장한다(S312). 파일 쓰기 단계(S330)에서, 파일 시스템(320, 420)은 파일 쓰기 명령을 입력받고(S331), 플래시 메모리(330, 430)에 파일 데이터를 저장한다(S332).
S332 단계에서 제 1 파일 데이터(Data1)가 저장된 다음에, S340 단계에서 파일 싱크 동작을 필요로 하는지 여부가 판단된다. 여기에서, 파일 싱크 동작(file sync operation)이란 파일 데이터가 플래시 메모리에 저장되는 도중에, 파일 동적 정보가 플래시 메모리에 저장되는 동작을 의미한다. 파일 싱크 동작을 필요로 하면 파일 싱크 단계(S350)가 수행되고, 파일 싱크 동작을 필요로 하지 않으면 S360 단계를 거쳐 파일 종료 단계(S370)가 수행된다.
먼저, 파일 싱크 동작을 필요로 하는 경우가 설명된다(도 7 참조). 파일 시스템(320)은 애플리케이션(310)으로부터 파일 싱크 명령을 입력받는다(S351). 파일 시스템(320)은 파일 싱크 명령을 입력받고, 플래시 메모리(330)의 데이터 블록(331)에 제 1 파일 동적 정보를 저장한다. 제 1 파일 동적 정보는 제 1 파일 데이터의 위치 정보를 포함한다. 그리고 파일 시스템(320)은 플래시 메모리(330)의 메타 블록(332)에 파일 인덱스 테이블을 저장한다. 파일 인덱스 테이블은 파일 정적 정보 및 제 1 파일 동적 정보에 대한 위치 정보를 포함한다.
다음으로, 파일 싱크 동작을 필요로 하지 않는 경우가 설명된다(도 8 참조). S360 단계에서, 파일 시스템(420)은 파일 데이터가 모두 저장되었는지 여부를 판단한다. 파일 데이터가 모두 저장되지 않았으면 파일 쓰기 단계(S330)가 수행되고, 파일 데이터가 모두 저장되었으면 파일 종료 단계(S370)가 수행된다. 플래시 메모 리(430)에 제 1 파일 데이터(Data1)만 저장되었기 때문에, 제 2 파일 데이터(Data2)에 대한 쓰기 동작이 수행된다.
제 2 파일 데이터(Data2)에 쓰기 동작(S330)이 수행된 다음에, 다시 파일 싱크 동작을 필요로 하는지 여부가 판단된다(S340). 파일 시스템(420)은 파일 싱크 명령을 입력받고, 플래시 메모리(430)의 데이터 블록(431)에 제 1 파일 동적 정보를 저장한다. 제 1 파일 동적 정보는 제 1 및 제 2 파일 데이터의 위치 정보를 포함한다.
그리고 파일 시스템(420)은 플래시 메모리(430)의 메타 블록(432)에 파일 인덱스 테이블을 저장한다. 파일 인덱스 테이블은 파일 정적 정보 및 제 1 파일 동적 정보에 대한 위치 정보를 포함한다. 마찬가지로, 제 3 파일 데이터(Data3)에 대한 쓰기 동작이 수행되고, 파일 인덱스 테이블에는 파일 정적 정보 및 제 1 및 제 2 파일 동적 정보에 대한 위치 정보가 저장된다.
파일 종료 단계(S370)에서, 파일 시스템(320, 420)은 파일 종료 명령을 입력받고(S371), 플래시 메모리(330, 340)에 파일 동적 정보 및 파일 인덱스 테이블을 저장한다(S372). 파일 동적 정보에는 파일 데이터의 위치 정보가 포함된다. 그리고 파일 인덱스 테이블에는 파일 정적 정보 및 파일 동적 정보에 대한 위치 정보가 저장된다. 파일 인덱스 테이블은 플래시 메모리(330, 430)의 메타 블록(332, 432)에 저장된다.
3. 불휘발성 메모리 시스템 의 읽기 방법
도 14는 도 5에 도시된 불휘발성 메모리 시스템의 읽기 방법을 보여주는 순서도이다. 도 14를 참조하면, 도 5에 도시된 불휘발성 메모리 시스템(100)의 읽기 방법은 파일 오픈 단계(S410) 및 파일 읽기 단계(S430)를 포함한다.
파일 오픈 단계(S410)에서, 파일 시스템(120)은 애플리케이션(110)으로부터 파일 오픈 명령을 입력받는다(S411). 파일 시스템(120)은 파일 오픈 명령을 입력받고, 플래시 메모리(130)에 저장된 파일 동적 정보를 이용하여 파일 정적 정보를 액세스한다(S412). S420 단계에서, 파일 시스템(120)은 파일 A의 존재 여부를 판단한다. 즉, 파일 정적 정보를 액세스하고, 파일 A의 존재 여부를 확인한다. 파일 A가 존재하면 파일 읽기 단계(S430)가 수행되고, 파일 A가 존재하지 않으면 에러 메시지가 발생한다(S440).
파일 읽기 단계(S430)에서, 파일 시스템(120)은 애플리케이션(110)으로부터 파일 읽기 명령을 입력받는다(S431). 파일 시스템(120)은 파일 읽기 명령을 입력받고, 플래시 메모리(130)에 저장된 파일 동적 정보를 이용하여 파일 데이터를 읽는다(S432). 파일 동적 정보에는 분할된 파일 데이터(Data1~Data3)의 위치 정보가 저장되어 있다.
도 15는 도 6에 도시된 불휘발성 메모리 시스템의 읽기 방법을 보여주는 순서도이다. 도 15를 참조하면, 도 6에 도시된 불휘발성 메모리 시스템(200)의 읽기 방법은 파일 오픈 단계(S510) 및 파일 읽기 단계(S530)를 포함한다.
파일 오픈 단계(S510)에서, 파일 시스템(220)은 파일 오픈 명령을 입력받고, 플래시 메모리(230)에 저장된 파일 인덱스 테이블을 이용하여 파일 정적 정보를 액 세스한다(S512). S520 단계에서, 파일 시스템(220)은 파일 A의 존재 여부를 판단한다. 파일 A가 존재하지 않으면 에러 메시지가 발생한다(S540).
파일 읽기 단계(S530)에서, 파일 시스템(220)은 파일 읽기 명령을 입력받고(S531), 플래시 메모리(230)에 저장된 파일 인덱스 테이블을 이용하여 파일 동적 정보를 액세스한다(S532). 파일 동적 정보에는 파일 데이터(Data1~Data3)의 위치 정보가 저장되어 있다. 다음에, 파일 시스템(220)은 플래시 메모리(230)로부터 파일 데이터를 읽는다(S533).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 불휘발성 메모리 시스템은 파일을 파일 정적 정보 및 파일 동적 정보로 이원화하여 관리한다. 그리고 본 발명은 파일 정적 정보 및 파일 동적 정보를 파일 인덱스 테이블을 통해 일원화하여 관리한다. 본 발명은 이처럼 체계화된 메타 정보만 읽으면 파일을 전체적으로 접근할 수 있다는 점에서 쓰기 및 읽기 성능의 향상을 가져올 수 있다. 또한, 메타 정보가 분산되어 있지 않기 때문에 파일 시스템의 초기화 과정이 오래 걸리지 않는다.
한편, 로그 기반의 파일 시스템의 대표적인 예인 JFFS2의 경우에는, 플래시 메모리의 공간 할당의 효율성을 위해서 순차적으로 공간을 할당하는 방식을 채택하고 있다. 파일 데이터가 플래시 메모리에 기록될 때마다, 그 데이터의 위치 정보 등이 추가로 기록되는 형태이다. 이러한 로그 기반 파일 시스템에 의하면, 사용자가 매번 데이터를 기록할 때마다 추가로 메타 정보를 기록해야 한다.
또한, 이러한 로그 기반 파일 시스템에서, 데이터 위치 정보는 플래시 메모리 전체에 걸쳐 분산되어 있기 때문에 플래시 메모리를 전체적으로 검색해야 한다. 또한, 파일의 할당 정보를 RAM과 같은 메모리 상에 구축해야 하기 때문에 RAM 사용량이 증가하고, 파일 시스템 초기화의 시간을 증가시키는 문제가 있다.
그러나 본 발명은 메타 정보의 분류와 기록 시점의 최적화를 통해, 종래 기술인 FAT 파일 시스템과 JFFS2와 같은 로그 기반 파일 시스템에 비하여 읽기 및 쓰기 성능을 향상시킬 수 있다. 그리고 파일 시스템의 초기화 시간 단축 및 RAM 사용량을 감소시킬 수 있는 장점을 갖는다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 플래시 메모리를 사용하는 불휘발성 메모리 시스템의 하드웨어 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2는 플래시 변환 계층(FTL)을 이용한 불휘발성 메모리 시스템의 소프트웨어 구조를 보여주는 다이어그램이다.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 플래시 변환 계층(FTL)을 설명하기 위한 블록도이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 불휘발성 메모리 시스템의 제 1 내지 제 4 실시 예를 보여주는 블록도이다.
도 9 및 도 10은 도 5 및 도 6에 도시된 불휘발성 메모리 시스템의 읽기 특성을 비교하기 위한 블록도이다.
도 11은 도 5에 도시된 불휘발성 메모리 시스템의 쓰기 방법을 보여주는 순서도이다.
도 12는 도 6에 도시된 불휘발성 메모리 시스템의 쓰기 방법을 보여주는 순서도이다.
도 13은 도 7 및 도 8에 도시된 불휘발성 메모리 시스템의 쓰기 방법을 보여주는 순서도이다.
도 14는 도 5에 도시된 불휘발성 메모리 시스템의 읽기 방법을 보여주는 순서도이다.
도 15는 도 6에 도시된 불휘발성 메모리 시스템의 읽기 방법을 보여주는 순 서도이다.

Claims (26)

  1. 파일 데이터를 제공하는 호스트; 및
    상기 호스트로부터 제공된 파일 데이터를 저장하기 위한 불휘발성 메모리를 포함하고,
    상기 호스트의 파일 시스템은 상기 파일 데이터에 대한 정적 정보 및 동적 정보를 관리하고, 파일 정적 정보와 파일 동적 정보를 상기 불휘발성 메모리에 저장하고,
    상기 파일 정적 정보는 상기 파일 데이터보다 먼저 상기 불휘발성 메모리에 저장되는 불휘발성 메모리 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 파일 동적 정보는 상기 파일 데이터가 상기 불휘발성 메모리에 저장된 다음에, 상기 불휘발성 메모리에 저장되는 불휘발성 메모리 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 파일 동적 정보는 상기 파일 정적 정보 및 상기 파일 데이터의 위치 정보를 갖는 것을 특징으로 하는 불휘발성 메모리 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 파일 시스템은 상기 파일 정적 정보 및 상기 파일 동적 정보의 위치 정보를 갖는 파일 인덱스 테이블을 관리하는 불휘발성 메모리 시스템.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 파일 동적 정보는 상기 파일 데이터가 상기 불휘발성 메모리에 저장된 다음에, 상기 불휘발성 메모리에 저장되는 불휘발성 메모리 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 파일 동적 정보는 상기 파일 데이터가 상기 불휘발성 메모리에 저장되는 도중에, 상기 불휘발성 메모리에 저장되는 불휘발성 메모리 시스템.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 불휘발성 메모리에 파일 데이터를 쓰는 방법에 있어서:
    상기 불휘발성 메모리에 상기 파일 데이터에 대한 파일 정적 정보를 저장하는 단계;
    상기 파일 정적 정보를 저장한 다음에, 상기 불휘발성 메모리에 파일 데이터를 쓰는 단계; 및
    상기 불휘발성 메모리에 상기 파일 데이터에 대한 파일 동적 정보를 저장하는 단계를 포함하는 쓰기 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 파일 동적 정보를 저장한 다음에, 상기 파일 정적 정보 및 상기 파일 동적 정보의 위치 정보를 갖는 파일 인덱스 테이블을 상기 불휘발성 메모리에 저장하는 단계를 더 포함하는 쓰기 방법.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 불휘발성 메모리로부터 파일 데이터를 읽는 방법에 있어서:
    상기 불휘발성 메모리는 상기 파일 데이터에 대한 파일 정적 정보 및 파일 동적 정보를 저장하고, 상기 파일 정적 정보는 상기 파일 데이터보다 먼저 상기 불휘발성 메모리에 저장되고, 상기 파일 동적 정보는 상기 파일 데이터의 위치 정보를 저장하고 있는 것을 특징으로 하고,
    상기 파일 데이터를 읽는 방법은
    상기 불휘발성 메모리로부터 상기 파일 정적 정보를 읽는 단계; 및
    상기 파일 동적 정보를 이용하여 상기 불휘발성 메모리로부터 상기 파일 데이터를 읽는 단계를 포함하는 읽기 방법.
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
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