KR101446832B1 - 메모리 맵핑 기술 - Google Patents

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애플 인크.
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Abstract

비휘발성 메모리의 메모리 맵핑 기술이 개시되며, 이 기술에서 논리적 섹터들은 휘발성 및 비휘발성 메모리의 데이터 구조를 사용하여 물리적 페이지들로 맵핑된다. 일부 구현예에서, 비휘발성 메모리의 제1 룩업 테이블은 논리적 섹터들을 물리적 페이지들로 직접 맵핑한다. 휘발성 메모리의 제2 룩업 테이블은 비휘발성 메모리의 제1 룩업 테이블의 물리적 어드레스를 저장한다. 일부 구현예에서, 휘발성 메모리의 캐시는 가장 최근에 기록된 논리적 섹터들의 물리적 어드레스들을 저장한다. 또한, 폐기물 수집 및 복원 동작에 사용될 수 있는 블록 콘텐트를 설명하는 블록 TOC가 개시된다.

Description

메모리 맵핑 기술{MEMORY MAPPING TECHNIQUES}
[관련 출원]
본 출원은 "Memory Mapping Techniques"라는 명칭으로 2008년 2월 4일 출원된 미국 임시출원 제 61/026,095 호의 우선권에 대한 이익을 청구하며, 그 임시출원 전체가 본 명세서에서 참조문헌으로 인용된다.
본 출원은 "Memory Mapping Architecture"라는 명칭으로 2008년 8월 18일 출원된 미국 특허출원 제12/193,563 호(대리인 사건 번호 22748-0012001) 및 "Memory Restore & Garbage Collection"이라는 명칭으로 2008년 8월 18일 출원된 미국 특허출원 제12/193,613 호(대리인 사건 번호 22748-0013001)와 관련되며, 그 각각의 특허출원의 전체는 본 명세서에서 참조문헌으로 인용된다.
본 발명은 일반적으로 메모리 맵핑에 관한 것이다.
플래시 메모리는 전기적으로 소거가능한 프로그램가능 판독 전용 메모리(EEPROM)의 한 형태이다. 플래시 메모리는 비휘발성이고 비교적 밀도가 높기 때문에, 이러한 플래시 메모리들은 핸드헬드 컴퓨터, 이동 전화기, 디지털 카메라, 휴대용 음악 플레이어, 및 다른 스토리지 솔루션(예컨대, 자기 디스크)이 부적합한 다른 많은 장치에 파일 및 다른 영구적인 객체를 저장하기 위해 사용된다. 불행하게도, 플래시는 두 가지 제약을 받고 있다. 첫째, 비트들은 단지 큰 메모리 블록을 소거함으로써 지울 수 있다. 둘째, 각 블록은 제한된 횟수만큼 소거될 수 있으며, 그 후 각 블록은 더 이상 신뢰성 있게 데이터를 저장할 수 없게 된다. 이러한 제약들로 인해, 플래시 메모리를 효과적으로 사용하기 위해서는 종종 복잡한 데이터 구조 및 알고리즘이 필요하다. 이와 같은 알고리즘 및 데이터 구조는 제자리 아닌(not-in-place) 데이터의 갱신을 효율적으로 지원하고, 소거 횟수를 줄여주며, 장치 내 블록들의 사용(wear)을 레벨화하는데 사용된다.
플래시 메모리는 페이지를 포함하는 블록이 먼저 소거되지 않으면 제자리(in-place) 갱신을 지원하지 않거나 물리적 메모리 페이지에 재기록하지 않는다. 이러한 단점을 극복하기 위해, 종종 하드웨어 및/또는 소프트웨어 계층이 플래시 서브시스템에 부가된다. 종종 플래시 변환 계층(FTL)이라 지칭되는 이러한 계층은 플래시 메모리와 함께 논리적 섹터를 물리적 메모리 페이지로 맵핑함으로써 보조 저장 장치를 모방할 수 있다. 많은 플래시 기반 장치들의 경우, FTL은 하드웨어 제어기로서 구현된다. 제어기는 소량의 휘발성 메모리(예컨대, RAM)와 함께 프로세서 또는 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있다. 제어기는 파일 시스템(예컨대, 논리적 섹터)으로부터의 판독/기록 요청을 특정 플래시 블록 상의 판독/기록 동작으로 변환하고, 오손 블록(dirty blocks)을 소거하고 자유 블록(free blocks)을 이용하도록 "폐기물 수집"(GC)을 개시하는 역할을 담당할 수 있다.
무작위 액세스 또는 갱신을 필요로 하는 플래시 장치(예컨대, 스마트폰)는 FTL이 추가의 판독/기록 및 GC 동작을 실행하게 할 수 있다. 이러한 추가의 동작들은 장치 거동을 예측 불가능하게 하고 현저한 성능 저하를 초래할 수 있다.
비휘발성 메모리의 메모리 맵핑 기술이 개시되며, 상기 기술에서 논리적 섹터들은 휘발성 및 비휘발성 메모리의 데이터 구조를 사용하여 물리적 페이지들로 맵핑된다. 일부 구현예에서, 비휘발성 메모리의 제1 룩업 테이블(lookup table)은 논리적 섹터들을 물리적 페이지들로 직접 맵핑한다. 휘발성 메모리의 제2 룩업 테이블은 비휘발성 메모리의 제1 룩업 테이블의 위치를 저장한다. 일부 구현예에서, 휘발성 메모리의 캐시는 가장 최근에 기록된 논리적 섹터들의 물리적 어드레스들을 저장한다. 또한, 폐기물 수집 및 복원 동작에 사용될 수 있는 블록 콘텐트를 설명하는 블록 TOC가 개시된다.
개시된 메모리 맵핑 기술은 통상적인 플래시 메모리 블록 맵핑 기술에 비해 여러가지 장점을 제공한다. 이들 중 일부의 장점은, 이것으로 제한되지 않지만, 1) 논리적 섹터들을 물리적 페이지들로 직접 맵핑함으로써 블록 맵핑을 필요로 하지 않으며, 2) 현재 블록의 모든 페이지들이 할당될 때까지 새로운 블록들을 할당할 필요가 없으며, 3) 상이한 논리적 영역들에 상이한 저널링(journaling) 블록들을 할당할 필요가 없으며, 그리고 4) 현재 블록의 모든 페이지들이 할당될 때까지 GC 동작을 트리거할 필요가 없다는 것이다.
비휘발성 메모리의 메모리 맵핑 기술이 개시되며, 이 기술에서 논리적 섹터들은 휘발성 및 비휘발성 메모리의 데이터 구조를 사용하여 물리적 페이지들로 맵핑된다. 일부 구현예에서, 비휘발성 메모리의 제1 룩업 테이블은 논리적 섹터들을 물리적 페이지들로 직접 맵핑한다. 휘발성 메모리의 제2 룩업 테이블은 비휘발성 메모리의 제1 룩업 테이블의 물리적 어드레스를 저장한다. 일부 구현예에서, 휘발성 메모리의 캐시는 가장 최근에 기록된 논리적 섹터들의 물리적 어드레스들을 저장한다. 또한, 폐기물 수집 및 복원 동작에 사용될 수 있는 블록 콘텐트를 설명하는 블록 TOC가 개시된다.
도 1은 인덱스 테이블 및 인덱스 콘텐츠 테이블(TOC)을 사용하여 논리적 섹터를 물리적 페이지로 직접 맵핑하기 위한 예시적인 메모리 맵핑 구조를 예시하는 블록도이다.
도 2a 내지 도 2b는 도 1에 도시된 메모리 맵핑 구조를 사용하는 예시적인 판독 동작의 흐름도이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1의 메모리 맵핑 구조를 사용하는 예시적인 기록 동작의 흐름도이다.
도 4a 내지 도 4b는 도 1의 메모리 맵핑 구조를 사용하는 예시적인 복원 동작의 흐름도이다.
도 5a는 도 1 내지 도 4 및 도 7의 메모리 구조 및 동작을 구현하기 위한 예시적인 메모리 서브시스템의 블록도이다.
도 5b는 도 1 내지 도 4 및 도 7의 메모리 구조 및 동작을 구현하기 위한 메모리 서브시스템을 포함하는 예시적인 장치의 시스템 구조를 예시하는 블록도이다.
도 6은 블록 콘텐츠 테이블을 갖는 예시적인 현재 데이터 블록을 예시한다.
도 7은 도 6의 블록 콘텐츠 테이블을 사용하는 예시적인 GC 동작의 흐름도이다.
시스템 개요
도 1은 룩업 테이블을 사용하여 논리적 섹터를 물리적 페이지로 맵핑하기 위한 예시적인 메모리 맵핑 구조(100)를 예시하는 블록도이다. 일부 구현예에서, 휘발성 메모리(예컨대, RAM)의 룩업 테이블(102)은 비휘발성 메모리(예컨대, 플래시 메모리)의 룩업 테이블(106)의 위치(예컨대, 물리적 어드레스)를 저장한다. 룩업 테이블(106)은 데이터 페이지들(108)의 물리적 어드레스들을 저장한다. 일부 구현예에서, 휘발성 메모리의 캐시(104)는 고속 판독이 가능하도록 최근에 기록된 논리적 섹터의 물리적 어드레스를 저장한다. 도시된 예에서, 룩업 테이블(102)은 인덱스 TOC(102)라고도 지칭되고, 룩업 테이블(106)은 인덱스 테이블(106) 또는 인덱스 페이지라고도 지칭되며, 캐시(104)는 인덱스 테이블 캐시(104)라고도 지칭된다.
이러한 구조(100)에 있어서, 인덱스 TOC(102)는 인덱스 테이블(106)이 비휘발성 메모리에 저장될 수 있게 한다. 이는 전형적으로 제어기에서 사용가능한 소량의 RAM은 제어기의 가격, 면적 및 전력 소모의 상승으로 인하여 축척될 수 없기 때문에 유리하다. 일부 구현예에서, 휘발성 메모리는 자신의 가용성 또는 다른 트리거 이벤트 및/또는 동작 모드에 기초하여 동적으로 구성될 수 있다.
휘발성 메모리의 예시적인 데이터 구조
일부 구현예에서, 데이터 블록은 휘발성 메모리에 저장되며, 블록 상태 데이터(예컨대, 자유(free), 불량(bad), 할당(allocated), 현재(current)), 유효 페이지 번호, 소거 카운트 및 에러 정정 코드(ECC) 픽스(fix) 카운트를 포함할 수 있는 블록 테이블과 연관될 수 있다.
일부 구현예에서, 인덱스 TOC(102)의 각 엔트리는 인덱스 테이블(106) 엔트리의 비휘발성 메모리에 물리적 어드레스를 저장하고 인덱스 테이블 캐시(104)에 엔트리에 대한 포인터를 저장한다. 소정의 인덱스 테이블(106) 엔트리가 인덱스 테이블 캐시(104)에 저장되지 않음을 표시하기 위해 어드레스 0xff 또는 다른 적절한 표시자가 인덱스 TOC(102) 엔트리에 배치될 수 있다.
일부 구현예에서, 휘발성 메모리(예컨대, RAM)에는 다음의 구조들, 즉, 인덱스 테이블 캐시의 다수의 자유 엔트리, 현재 데이터 블록(예컨대, 기록 또는 갱신 동작에 사용 중인 블록), 현재 블록의 다음 자유 페이지에 대한 포인터, 현재 블록 TOC(예컨대, 블록에 저장되어 논리적 섹터를 블록 내 페이지로 맵핑하는 정보를 포함하는 TOC), 현재 인덱스 블록(예컨대, 인덱스 갱신에 사용 중인 블록), 인덱스 블록의 다음 자유 페이지에 대한 포인터, 현재 인덱스 블록 TOC 및 다수의 자유 블록이 할당되어야 한다.
일부 구현예에서, 인덱스 테이블 캐시(104)의 각 엔트리는, 이것으로 제한되지 않지만, 데이터를 저장하는 버퍼(예컨대, 2K 버퍼), 상태 데이터(예컨대, 양호(clean), 오손(dirty), 자유(free)), 카운터(예컨대, 특정 블록이 액세스 되는 횟수를 표시하는 직렬 카운터 또는 카운트)를 포함할 수 있다.
전술한 데이터 구조는 예시적이며, 응용에 따라 다른 데이터 구조들이 사용될 수 있다. 블록 TOC와 같은 데이터 구조는 다른 도면을 참조하여 더 상세히 설명된다.
예시적인 판독 동작
도 2a 내지 도 2b는 도 1에 도시된 메모리 맵핑 구조를 사용하는 예시적인 판독 동작(200)의 흐름도이다.
도 2a를 참조하면, 일부 구현예에서, 판독 동작(200)은 하나 이상의 논리적 섹터(202)와 연관된 판독 요청을 획득함으로써 시작할 수 있다. 예를 들어, 판독 요청은 파일 시스템에 의해 발행될 수 있다. 판독 요청은 제1 섹터 번호 및 다수의 연속 섹터들을 포함할 수 있다. 요청되는 각각의 논리적 섹터에 대하여(204), 휘발성 메모리의 인덱스 TOC(예컨대, 인덱스 TOC(102))가 체크되어(206) 현재의 논리적 섹터와 연관된 데이터 페이지 어드레스가 그 휘발성 메모리의 인덱스 테이블 캐시(예컨대, 인덱스 테이블 캐시(104))에 저장되어 있는지를 결정한다. 만일 데이터 페이지 어드레스가 인덱스 테이블 캐시에 저장되어 있으면(208), 데이터 페이지 어드레스가 인덱스 테이블 캐시로부터 판독되고(210) 비휘발성 메모리에서 판독 동작을 수행하도록 사용된다(212).
만일 데이터 페이지 어드레스가 인덱스 테이블 캐시에 저장되어 있지 않으면(208), 데이터 페이지 어드레스를 저장하는 관련 인덱스 테이블 엔트리의 물리적 페이지 어드레스가 인덱스 TOC로부터 판독되고(214), 데이터 페이지 어드레스를 저장하는 관련 인덱스 테이블 엔트리가 인덱스 테이블 엔트리로부터 판독되어 인덱스 테이블 캐시에 저장된다(216). 이후에, 데이터 페이지 어드레스는 인덱스 테이블 캐시로부터 판독되고(210) 비휘발성 메모리에서 판독 동작을 수행하도록 사용될 수 있다(212).
만일 논리적 섹터가 더 처리되어야 한다면(204), 판독 동작을 위해 논리적 섹터가 모두 처리될 때까지 전술한 단계들이 반복 수행된다(200).
일부 구현예에서, 만일 단계(216) 동안에 인덱스 테이블 캐시가 충만(full) 상태이면, 인덱스 테이블 캐시 내 오래된 데이터 페이지 어드레스들은 비휘발성 메모리의 인덱스 테이블로부터 판독된 새로운 데이터 페이지 어드레스들을 위한 공간을 만들도록 플러싱(flushed)될 수 있다. 인덱스 테이블 캐시의 플러싱은 비휘발성 메모리에서의 불필요한 기록 동작을 트리거할 수 있다. 불필요한 기록 동작을 방지하기 위해, 휘발성 메모리에 오버플로(overflow) 버퍼가 생성되어 비휘발성 메모리의 인덱스 테이블로부터 판독된 데이터 페이지 어드레스를 저장하는데 사용될 수 있다. 오버플로 버퍼는 판독 동작(200)에서 사용되는 데이터 페이지 어드레스를 획득하기 위해 판독될 수 있다. 따라서, 휘발성 메모리에서 오버플로 버퍼를 생성하면 판독 동작 동안에 비휘발성 메모리로의 불필요한 기록 동작을 방지할 수 있다.
도 1을 참조하면, 휘발성 메모리의 인덱스 TOC(102)는 판독될 데이터 페이지(108)의 물리적 페이지 어드레스를 저장하는 인덱스 테이블(106)에 관한 정보를 포함한다. 인덱스 테이블(106)은 휘발성 메모리의 인덱스 테이블 캐시(104)에 저장되거나 비휘발성 메모리의 인덱스 블록에 저장될 수 있다. 만일 인덱스 테이블(106)이 인덱스 테이블 캐시(104)에 저장되어 있으면, 인덱스 테이블(106)은 인덱스 테이블 캐시(104)로부터 판독되어 비휘발성 메모리에서 판독될 데이터 페이지(108)의 물리적 어드레스를 찾는데 사용될 수 있다. 만일 인덱스 테이블(106)이 인덱스 테이블 캐시(104)에 저장되지 않으면, 데이터 페이지 어드레스는 비휘발성 메모리의 인덱스 테이블(106)의 관련 엔트리로부터 인덱스 테이블 캐시(104)로 판독될 수 있다. 데이터 페이지 어드레스는 인덱스 테이블 캐시(104)로부터 판독되어 비휘발성 메모리의 데이터 페이지(108)에서 판독 동작을 수행하기 위해 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 판독 동작(200)은 판독할 논리적 섹터 번호(Lpn) 및 다수의 연속적인 논리적 섹터를 획득한다. 판독 동작(200)은 논리적 섹터 번호를 비휘발성 메모리의 물리적 위치들로 맵핑한다. 페이지 사이즈가 2KB라고 가정하면, 판독 동작(200)을 위한 일부 예시적인 단계들이 아래와 같이 의사 코드(pseudo code)를 사용하여 설명될 수 있다.
단계 1: indexPage = readPhysicalPage(TOC[Lpn/512])
단계 2: dataBuffer = readPhysicalPage(indexPage[Lpn%512])
단계 3: dataBuffer로 복귀
여기서 readPhysicalPage는 포인터를 물리적 페이지로 복귀시키는 함수이고, TOC[] 및 indexPage[]는 각기 TOC 엔트리 및 indexPage 엔트리를 저장하기 위한 어레이이며, 512는 인덱스 테이블 엔트리에 의해 맵핑되는 데이터 페이지의 개수이다(512*4bytes = 2KB). 이 예에서, 타입 indexPage는 인덱스 테이블의 시작 어드레스(포인터)를 저장하고, 타입 dataBuffer는 판독될 논리적 섹터 번호 Lpn에 대응하는 데이터 페이지들의 시작 어드레스(포인터)를 저장한다.
예시적인 기록 동작
도 3a 내지 도 3c는 도 1에 도시된 구조를 사용하는 예시적인 기록 동작(300)의 흐름도이다.
도 3a 및 3b를 참조하면, 일부 구현예에서 기록 동작(300)은 하나 이상의 논리적 섹터들과 연관된 기록 요청을 획득함으로써 시작할 수 있다(302). 예를 들어, 기록 요청은 파일 시스템에 의해 발행될 수 있다. 기록 요청은 제1 논리적 섹터 어드레스 및 기록할 다수의 연속적인 논리적 섹터들을 포함할 수 있다. 요청되는 각각의 논리적 섹터에 대하여(303), 만일 현재 데이터 블록이 충만 상태이면(304), 도 6을 참조하여 설명된 바와 같이 블록 TOC를 현재 데이터 블록의 페이지(예컨대, 최종 페이지)에 기록한다(306).
현재 데이터 블록은 갱신에 사용되는 액티브(active) 블록일 수 있다. 블록 TOC는 블록의 모든 페이지를 설명하는 비휘발성 메모리의 페이지(예컨대, 블록의 최종 페이지)일 수 있다. 블록 TOC는 도 4a 내지 도 4b를 참조하여 설명된 바와 같이 전체 블록을 스캐닝(판독)하지 않고 휘발성 메모리(예컨대, RAM)에 임시 인덱스 테이블을 재구성하는 복원 동작에서 사용될 수 있다. 블록 TOC는 또한 도 7을 참조하여 설명되는 바와 같은 GC 동작에서도 사용될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 만일 자유 블록(free blocks)이 사용가능하면(308), 사용가능한 자유 블록은 새로운 현재 데이터 블록으로서 할당될 수 있다(312). 만일 어떤 자유 블록도 사용가능하지 않다면(308)(예컨대, 자유 블록의 개수가 임계치 미만이라면), 자유 블록의 임계 개수가 충족될 때까지 GC 동작이 수행되어 자유 블록을 생성할 수 있다(310). 자유 블록은 현재 데이터 블록으로서 할당될 수 있다(312). 만일 현재 데이터 블록이 충만 상태가 아니면(304), 기록 동작(300)은 도 3c에 도시된 단계(314)로 진행한다.
일부 구현예에서, 현재 데이터 블록의 블록 TOC는 현재 데이터 블록이 충만 상태이고 새로운 현재 데이터 블록이 할당될 때까지 휘발성 메모리에 저장될 수 있다. 그때, 오래된 현재 데이터 블록의 블록 TOC는 비휘발성 메모리(예컨대, 현재 데이터 블록의 최종 페이지)에 기록될 수 있고, 새로운 현재 데이터 블록의 블록 TOC는 휘발성 메모리에서 리셋될 수 있다.
도 3c를 참조하면, 기록 동작은 페이지들을 현재 데이터 블록에 순차적으로 기록하고 휘발성 메모리의 현재 블록 TOC를 갱신함으로써 계속된다(314). 현재 데이터 블록의 유효 페이지 카운트는 갱신된다(예컨대, 적절한 수만큼 증가되거나 감소된다). 만일 인덱스 테이블 캐시가 기록된 섹터와 연관된 인덱스 페이지를 포함하면, 그 인덱스 테이블 캐시는 갱신된다(320). 일부 구현예에서, 유효 페이지 카운트는 블록 테이블(513, 도 5)에 저장될 수 있다.
만일 기록된 섹터와 연관된 인덱스 테이블 엔트리가 인덱스 테이블 캐시 내에 없고(318), 인덱스 테이블 캐시 내에 사용가능한 자유 공간이 존재하면(322), 인덱스 페이지는 인덱스 TOC에 저장된 위치를 사용하여 비휘발성 메모리로부터 판독되고 휘발성 메모리의 인덱스 테이블 캐시에 저장된다(326). 만일 캐시 내에 자유 공간이 존재하지 않으면(322), 오래된 캐시 페이지들은 비휘발성 메모리로 플러싱되어(324) 캐시 내에 공간을 확보하여 비휘발성 메모리로부터 판독된 새로운 페이지들을 저장할 수 있다. 인덱스 테이블 캐시 내에 공간이 확보된 후, 단계(322)의 조건이 충족되고, 인덱스 페이지는 인덱스 TOC에 저장된 위치를 사용하여 비휘발성 메모리로부터 판독되고 휘발성 메모리의 인덱스 테이블 캐시에 저장된다(326).
일부 구현예에서, 기록 동작(300)은 논리적 섹터 번호(Lpn) 및 기록할 다수의 연속적인 논리적 섹터들을 획득한다. 이후에, 기록 동작(300)은 갱신에 사용되는 모든 페이지들을 비휘발성 메모리의 현재 데이터 블록에 순차적으로 저장한다. 새로운 현재 데이터 블록은 현재 데이터 블록이 충만 상태이면 갱신을 위해 할당될 수 있다. 만일 새로운 현재 데이터 블록이 할당될 필요가 있고 자유 블록이 충분치 않으면, GC 동작이 수행되어 자유 블록을 얻을 수 있다. 기록 동작(300)은 아래와 같이 의사 코드를 사용하여 설명될 수 있다.
단계 1: 새로운 블록을 할당한다(선택적).
단계 2: 만일 새로운 블록이 필요하고 자유 블록이 충분치 않으면, GC 동작을 수행하여 자유 블록을 생성한다(선택적).
단계 3: Lpn을 나타내는 dataBuffer를 현재 데이터 블록(Cvbn)에 기록하고 물리적 페이지 번호(Vpn)를 메모리에 저장한다.
단계 4: Lpn과 연관된 인덱스 페이지가 인덱스 캐시 내에 존재하는지를 체크한다. 만일 존재한다면, 단계 6으로 진행한다.
단계 5: 인덱스 캐시가 충만 상태인지를 체크한다. 만일 그렇지 않다면, 단계 7로 진행한다.
단계 6: 캐시로부터 인덱스 페이지들 중 하나를 기록하여 인덱스 TOC의 엔트리와 연관된 엔트리를 플래싱(flash)하고 갱신한다.
단계 7: Lpn과 연관된 인덱스 페이지를 인덱스 캐시로 판독한다. 즉, indexPage = readPhysicalPage(TOC[Lpn/512]).
단계 8: Lpn과 연관된 인덱스 페이지의 엔트리를 갱신한다. 즉, indexPage[Lpn%512] = Vpn.
전술한 단계 1 및 2는 선택적이라는 것에 주목하자. 단계 1은 현재 데이터 블록 상태(예컨대, 현재 블록이 얼마나 충만 상태인지)에 좌우되고 단계 2는 사용가능한 자유 블록이 얼마나 되는지에 좌우될 것이다.
추가의 판독/기록 동작을 실행하는 것을 방지하기 위해, 인덱스 테이블 페이지들 중 일부는 휘발성 메모리(예컨대, 제어기 내의 RAM)에 저장될 수 있다. 이들 페이지는 캐싱된(cached) 인덱스 테이블 페이지로서 규정될 수 있다. 캐시 사이즈는 동적으로 구성될 수 있고, 예컨대, 시스템 RAM 가용성 및/또는 동작 모드에 따라 결정될 수 있다. 예시적인 동작 모드는, 예를 들어, iPod® "싱크(sync) 모드"일 수 있고, 여기서 음악은 호스트 컴퓨터의 음악 라이브러리와 동기된다. "싱크" 모드에서, 예를 들어, 버퍼들은 공간 확보되어 기록/판독 메모리 동작을 위해 사용될 수 있다.
블록 TOC를 사용하는 예시적인 폐기물 수집
GC 동작은 일단 매체가 충분히 사용되면 다음 갱신에 더 이상 유효하지 않는 데이터가 차지하는 자유 블록에 사용될 수 있다. "최적 후보(best candidate)" 블록은 최소량의 유효 페이지를 갖는 블록일 수 있다. GC 동작을 시작하기 위해서는, 이것으로 제한되지 않지만, 자유 블록의 개수가 규정된 한계치 미만에 속할 때, 판독/기록 방해 저하(장시간 동안 소거되지 않는 오래된 블록을 리프레시)에 응답하여, 새로운 불량 블록이 발견되는 등을 포함하는 여러 가지 트리거가 있을 수 있다.
GC 동작은 블록 TOC로부터 판독된 페이지 메타데이터로부터 이익을 얻을 수 있다. GC 동작은 전형적으로 속도가 느리며, 각 페이지 메타데이터가 판독되어(효과적으로는 전체 페이지를 판독하는 것을 의미함) 그 메타데이터가 실제로 블록 내의 유효 페이지들 중 하나에 해당하는지를 확인하는 것을 필요로 한다. 관련 부분의 페이지 메타데이터는 제어기가 불필요한 메모리 액세스를 실행하지 않고 GC 동작을 효과적으로 관리하게 하는 블록 TOC에 의해 제공된다.
일부 구현예에서, 현재 인덱스 블록의 블록 TOC가 생성되어 휘발성 메모리에 상주한다. 각각의 블록 TOC 엔트리는 현재 데이터 블록의 한 페이지에 대응할 수 있다. 현재 데이터 블록의 각 페이지가 기록됨에 따라, 블록 TOC 내의 대응하는 엔트리는 그 페이지에 대응하는, 대응하는 논리적 섹터 번호로 갱신된다. 현재 데이터 블록이 충만 상태이면, 블록 TOC는 현재 데이터 블록의 최종 페이지에 기록된다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 블록 TOC(602)는 완전(full) 블록(600)의 최종 페이지(예컨대, 페이지 N)에 기록될 수 있다. 블록 TOC(602)가 최종 페이지에 기록된 후, 새로운 블록은 현재 데이터 블록으로서 할당될 수 있다.
새로운 블록이 사용가능하지 않으면, 완전 블록을 확보하기 위해 GC 동작이 실행될 수 있다. GC 동작을 위한 "최적 후보 블록"은 최소량의 유효 페이지들을 갖는 완전 블록인데, 그 이유는 무효 페이지들은 블록이 소거되기 전에 새로운 블록에 복사되지 못하기 때문이다. 따라서, GC 동작을 위한 "최적 후보 블록"을 결정하기 위해, 메모리 시스템은 각각의 완전 블록의 유효 페이지들의 카운트를 결정한다. 주어진 페이지가 유효한지를 결정하기 위해, 그 페이지는 블록으로부터 판독되어 비휘발성 메모리의 인덱스 테이블(106)의 대응하는 엔트리와 상호 참조(cross-reference)될 수 있다. 그러나, 이러한 상호 참조 동작은 원치 않는 기록 동작을 트리거하여 인덱스 페이지들을 비휘발성 메모리의 인덱스 테이블(106)로부터 휘발성 메모리의 캐시로 전달할 수 있다. 불필요한 기록 동작을 줄이기 위해, 메모리 시스템은 페이지들에 대응하는 논리적 섹터 번호들을 블록 TOC의 엔트리로부터 판독하여 그 페이지들이 유효한지를 결정할 수 있다. 일부 구현예에서, 블록 TOC 엔트리들은 논리적 섹터 번호들과 인덱스 테이블 페이지들의 상호 참조를 간략화하도록 분류된다(예컨대, 유사한 논리적 섹터 번호들을 클러스터(cluster)하기 위해 오름 차순으로 분류된다). 동일한 논리적 섹터 번호들에 대응하는 페이지들은 무효이며, 전체 페이지를 판독하지 않고 소거될 수 있다. 일부 구현예에서, 유효 페이지 카운트는 도 6에 도시된 바와 같이, 휘발성 메모리(도 5a 및 도 5b)의 블록 테이블(513)에 저장될 수 있다.
예시적인 폐기물 수집 동작
도 7은 도 6의 블록 TOC를 사용하는 예시적인 GC 동작(700)의 흐름도이다. 일부 구현예에서, GC 동작(700)은 블록 테이블을 판독하여 후보 블록을 결정(702)하고, 후보 블록의 블록 TOC를 판독하여 블록의 콘텐트를 설명하는 메타데이터를 획득(704)하는 것을 포함할 수 있다. 이 예에서, 정보는 그 블록의 페이지들과 연관된 논리적 섹터 번호들을 포함한다.
일부 구현예에서, 논리적 섹터 번호들은 분류 기준에 따라 분류(예컨대, 오름 차순으로 분류)된다(706). 이러한 분류의 결과 분류된 논리적 섹터 번호들을 인덱스 페이지들과 상호 참조하는 다음 단계를 용이하게 하도록 유사한 논리적 섹터 번호들을 클러스터링하여 후보 블록의 무효 페이지들을 결정하게 된다(708). 후보 블록의 무효 페이지들은 현재 블록이 소거되기 전에는 새로운 블록에 복사되지 않는다. 각각의 유효 페이지는 비휘발성 메모리로부터 휘발성 메모리로 판독된다. 기록 섹터 프로세스는, 예컨대, 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 설명되는 새로운 페이지를 기록하는 프로세스를 사용하여 실행되어 페이지를 현재 블록에 기록한다.
블록 TOC를 사용하는 예시적인 복원 동작
도 4a 내지 도 4b는 도 1의 구조를 사용하는 예시적인 복원 동작(400)의 흐름도이다. 복원 동작(400)은 천재지변(예컨대, 정전)으로 인해 손실될 수 있는 인덱스 테이블(106) 및 인덱스 TOC(102)를 재생성하는데 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 복원 동작(400)은 각 블록의 제1 페이지를 판독함으로써 시작한다(402). 만일 블록이 자유롭게 되면(404), 그 블록은 인덱스 테이블에 자유 블록으로 설정된다(406). 만일 블록이 자유롭지 않고(404) 블록이 인덱스 블록이면(408), 인덱스 블록은 소거되고(410) 블록 테이블에 자유 블록으로 설정될 수 있다(406). 만일 블록이 자유롭지도 않고 인덱스 블록도 아니면(408), 그 블록은 그들의 수명에 따라 분류되는 할당된 블록의 리스트에 삽입될 수 있다(412).
도 4b를 참조하면, 분류된 리스트의 각 블록에 대하여, 단계들(415-422)은 다음과 같이 수행될 수 있다. 블록 TOC는 블록으로부터 판독된다(415). 만일 블록 TOC가 존재하면(416), 블록 TOC를 사용하여 휘발성 메모리의 임시 인덱스 테이블을 갱신할 수 있다(418). 만일 블록 TOC가 존재하지 않으면(416), 블록의 각 페이지는 완전 블록 스캔을 사용하여 판독될 수 있고(420), 유효 페이지 카운트 및 임시 인덱스 테이블이 갱신된다(422). 분류된 블록들이 단계들(415-422)에 의해 처리된 후, 임시 인덱스 테이블은 비휘발성 메모리에 기록될 수 있고(424), 인덱스 TOC는 휘발성 메모리 내에 생성될 수 있으며(426), 그리고 임시 인덱스 테이블은 휘발성 메모리에서 해제될 수 있다(428).
일부 구현예에서, 리스트는 블록의 수명에 기초하여 오름 차순으로 분류되어, "가장 새로운(youngest)" 또는 가장 최근에 할당된 데이터는 분류된 리스트의 상부에 위치되도록 한다. 이는 분류된 순서대로 "가장 새로운" 것으로부터 "가장 오래된" 것으로 이동하면서 각 논리적 섹터의 가장 새로운 복사본이 사용가능하도록 보장한다.
일부 구현예에서, 작은 메모리 공간(footprint)을 대상으로 복원 동작(400)을 할 수 있도록 인덱스 테이블을 부분적으로 복원할 수 있다. 이는, 예컨대, 휘발성 메모리가 임시 인덱스 테이블을 수용하기에 충분히 크지 않은 경우에 발생할 수 있다. 이 경우에, 복원 동작(400)은 인덱스 테이블의 부분을 커버하는 버퍼를 할당할 수 있다. 복원 동작을 매 반복하게 되면 할당된 인덱스 버퍼에 의해 커버될 수 있는 데이터 범위를 다시 맵핑시킨다. 반복 횟수는 인덱스 버퍼의 사이즈에 비례할 수 있다. 예를 들어, 대형 인덱스 버퍼는 각각의 반복이 대규모 데이터 범위를 커버할 것이기 때문에 반복을 더 적게 필요로 할 것이다.
예시적인 메모리 서브시스템
도 5a는 도 1 내지 도 4 및 도 7의 메모리 구조 및 동작을 구현하기 위한 예시적인 메모리 서브시스템의 블록도이다. 일부 구현예에서, 서브시스템(500)은 제어기(502), 비휘발성 메모리(504) 및 호스트 인터페이스(506)를 포함할 수 있다. 제어기(502)는 휘발성 메모리(510, 예컨대, RAM) 및 프로세서(508)를 포함할 수 있다. 휘발성 메모리(510)는 인덱스 TOC(512), 블록 테이블(513) 및 인덱스 테이블 캐시(514)를 저장한다. 휘발성 메모리(510)는 가용성 및 어떤 다른 적합한 팩터에 기초하여 프로세서(508)에 의해 동적으로 구성될 수 있다. 비휘발성 메모리(504)는 인덱스 테이블(516) 및 데이터 페이지(518)를 포함할 수 있다. 서브시스템(500)은 명료성을 기하기 위해 도 5에서 생략된 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
그 동작에 있어서, 호스트 인터페이스(506)는 버스(예컨대, IDE/ATT)를 통해 호스트 시스템으로부터 판독/기록 요청을 획득할 수 있다. 호스트 인터페이스(506)는 데이터, 어드레스 및 제어 신호들을 수신하는 회로 및 소프트웨어를 포함할 수 있다. 판독/기록 요청은 판독/기록할 논리적 섹터 번호 및 다수의 연속적인 논리적 섹터들을 포함할 수 있다.
프로세서(508)는 휘발성 메모리(510)에 액세스하고 인덱스 TOC(512)를 판독하여 인덱스 테이블 캐시(514)가 논리적 섹터의 물리적 어드레스를 포함하고 있는지를 결정할 수 있다. 만일 인덱스 테이블 캐시(514)가 물리적 어드레스를 포함하고 있으면, 그 물리적 어드레스는 판독/기록 동작을 위해 사용된다. 만일 인덱스 테이블 캐시(514)가 물리적 어드레스를 포함하고 있지 않으면, 프로세서(508)는 휘발성 메모리(510)에 액세스하여 인덱스 TOC(512)를 판독함으로써 비휘발성 메모리(504)의 인덱스 테이블(516)의 페이지 어드레스를 획득한다. 프로세서(508)는 판독/기록 동작 동안에 인덱스 테이블(516)의 물리적 어드레스를 사용하여 데이터 페이지(518)로의 메모리 맵핑을 수행할 수 있다. 블록 테이블(513)은 도 7을 참조하여 설명된 바와 같이 "최적 후보 블록"을 결정하는데 사용될 수 있는 블록들의 유효 페이지 카운트를 저장할 수 있다.
일부 구현예에서, 데이터 페이지(518), 인덱스 TOC(512) 및/또는 인덱스 테이블(516)은 하나 이상의 상이한 메모리 장치에서 구현될 수 있다.
도 5b는 도 1 내지 도 4 및 도 7의 메모리 구조 및 동작을 구현하는 메모리 서브시스템을 포함하는 예시적인 장치(520)를 예시하는 블록도이다. 일부 구현예에서, 장치(520)는, 예컨대, 미디어 플레이어 장치, 개인 휴대 정보 단말기(personal digital assistant), 이동 전화기, 휴대용 컴퓨터, 디지털 카메라 등과 같은 휴대용 장치이다.
장치(520)는 호스트 제어기 (또는 소위 "시스템 온 칩(System-on-Chip)" 또는 "SoC")(522) 및 비휘발성 메모리(528)를 포함한다. 장치(520)는 호스트 제어기(522) 및 비휘발성 메모리(528) 외부에 추가의 메모리를 선택적으로 포함할 수 있다. 호스트 제어기(522)는 하나 이상의 프로세서(524) 및 휘발성 메모리(526)를 포함한다. 일부 구현예에서, 휘발성 메모리(526)는 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM)이다. 호스트 제어기(522)는 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명된 동작을 포함하여 각종 프로세싱 동작 및 입력/출력 동작을 수행한다. 예를 들어, 호스트 제어기(522)는 사용자 입력을 수신하여 처리하고, 출력을 생성하며, 미디어(예컨대, 오디오, 비디오, 그래픽스) 디코딩 및 프로세싱 동작, 다른 프로세싱 동작 등을 수행할 수 있다. 호스트 제어기(522)는 휘발성 메모리(526)로부터 데이터를 판독하고 그 휘발성 메모리(526)에 데이터를 기록할 수 있다. 호스트 제어기(522)는 또한 인터페이스(도시되지 않음)를 통해 비휘발성 메모리(528)에 판독 또는 기록 동작을 발행할 수 있다.
일부 구현예에서, 비휘발성 메모리(528)는 NAND 플래시 메모리이다. 다른 일부 구현예에서, 비휘발성 메모리(528)는, 예컨대, NOR 플래시 메모리, 다른 형태의 고상(solid state) 메모리, 또는 하드 디스크 드라이브와 같은 또 다른 형태의 비휘발성 메모리이다. 장치(520)는 또한 명료성을 기하기 위해 도 5b에서 생략된 하나 이상의 다른 컴포넌트를 포함할 수 있다.
다수의 구현예들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 다양한 변경이 이루어질 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어, 하나 이상의 구현예의 구성요소들은 결합, 삭제, 변경, 또는 보완되어 또 다른 구현예를 구성할 수 있다. 또 다른 예로서, 도면에 도시된 논리 흐름은 원하는 결과를 성취하기 위해 도시된 특정 순서 또는 순차적인 순서를 필요로 하지 않는다. 추가로, 설명된 흐름으로부터 다른 단계들이 제공될 수 있거나, 또는 단계들이 제거될 수 있고, 또한 다른 컴포넌트들이 설명된 시스템에 부가되거나 그 시스템으로부터 제거될 수 있다. 따라서, 다른 구현예들은 다음의 청구범위의 범주 내에 속한다.

Claims (20)

  1. 블록 테이블을 저장하도록 구성된 휘발성 메모리; 및
    상기 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리에 연결된 프로세서
    를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 블록 테이블로부터 데이터를 판독하고,
    상기 블록 테이블로부터의 상기 판독된 데이터에 의존하여 상기 비휘발성 메모리에 포함된 복수의 블록 중 후보 블록을 결정하고 - 상기 복수의 블록 중 각각의 블록은 블록 TOC(Table of Contents)를 포함하고, 상기 블록 TOC는 복수의 논리적 섹터 번호를 포함하는 블록 메타데이터를 포함하며, 각각의 논리적 섹터 번호는 해당 블록에 포함된 복수의 페이지 중 각각의 페이지에 대응됨 -,
    상기 후보 블록의 해당 블록 TOC로부터 후보 블록 메타데이터를 판독하고,
    분류 기준에 의존하여 상기 후보 블록 메타데이터에 포함된 복수의 논리적 섹터 번호를 분류하고,
    상기 분류된 복수의 논리적 섹터 번호에 의존하여 상기 후보 블록에 포함된 복수의 페이지 중 무효 페이지들을 결정하도록 구성된,
    장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 후보 블록의 상기 복수의 페이지 중 유효 페이지들을 상기 휘발성 메모리로 복사하도록 더 구성되고, 상기 유효 페이지들은 결정된 무효 페이지들을 제외하는, 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 휘발성 메모리에 저장된 상기 유효 페이지들을 상기 복수의 블록 중 하나의 블록에 기록하도록 더 구성되는, 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 블록 TOC는 상기 비휘발성 메모리 내의 상기 후보 블록에 저장되는, 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 유효 페이지들을 상기 휘발성 메모리로 복사하기 위해, 상기 프로세서는 상기 후보 블록을 소거하도록 더 구성되는, 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 분류 기준에 의존하여 상기 논리적 섹터 번호들을 분류하기 위해, 상기 프로세서는 상기 논리적 섹터 번호들을 오름차순으로 분류하도록 더 구성되는, 장치.
  8. 비휘발성 메모리에 포함된 복수의 블록으로부터 후보 블록을 결정하는 단계 - 상기 복수의 블록 중 각각의 블록은 블록 TOC 및 복수의 페이지를 포함하고, 상기 블록 TOC는 복수의 논리적 섹터 번호를 포함하는 블록 메타데이터를 포함하며, 각각의 논리적 섹터 번호는 해당 블록에 포함된 복수의 페이지 중 각각의 페이지에 대응됨 - ;
    상기 후보 블록의 해당 블록 TOC로부터 후보 블록 메타데이터를 판독하는 단계;
    분류 기준에 의존하여 상기 후보 블록 메타데이터에 포함된 복수의 논리적 섹터 번호를 분류하는 단계; 및
    상기 분류된 복수의 논리적 섹터 번호에 의존하여 상기 후보 블록에 포함된 복수의 페이지 중 무효 페이지들을 결정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 페이지 중 유효 페이지들을 휘발성 메모리로 복사하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 복수의 페이지 중 상기 유효 페이지들은 상기 결정된 무효 페이지들을 제외하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 휘발성 메모리에 저장된 상기 유효 페이지들을 상기 비휘발성 메모리에 포함된 상기 복수의 블록 중의 하나의 블록에 기록하는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 하나의 블록은 상기 후보 블록을 포함하는, 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 후보 블록을 결정하는 단계는 블록 테이블을 판독하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 무효 페이지들을 결정하는 단계는 상기 복수의 논리적 섹터 번호를 복수의 인덱스 페이지와 비교하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 유효 페이지들을 복사하는 단계는 상기 후보 블록을 소거하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  15. 비휘발성 메모리 - 상기 비휘발성 메모리는 복수의 블록을 포함하고, 상기 복수의 블록 중 각각의 블록은 복수의 페이지를 포함함 - ;
    블록 테이블을 저장하도록 구성된 휘발성 메모리; 및
    상기 비휘발성 메모리와 상기 휘발성 메모리에 연결된 프로세서
    를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 블록 테이블로부터 데이터를 판독하고,
    상기 블록 테이블로부터의 상기 판독된 데이터에 의존하여 복수의 블록으로부터 후보 블록을 결정하고 - 상기 복수의 블록 중 각각의 블록은 블록 TOC를 포함하고, 상기 블록 TOC는 복수의 논리적 섹터 번호를 포함하는 블록 메타데이터를 포함하며, 각각의 논리적 섹터 번호는 해당 블록에 포함된 복수의 페이지 중 각각의 페이지에 대응됨 -,
    상기 후보 블록의 해당 블록 TOC로부터 후보 블록 메타데이터를 판독하고,
    분류 기준에 의존하여 상기 후보 블록 메타데이터에 포함된 복수의 논리적 섹터 번호를 분류하고,
    상기 분류된 복수의 논리적 섹터 번호에 의존하여 상기 후보 블록에 포함된 복수의 페이지 중 무효 페이지들을 결정하도록 구성되는,
    시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 후보 블록의 상기 복수의 페이지 중의 유효 페이지들을 상기 휘발성 메모리로 복사하도록 더 구성되고, 상기 유효 페이지들은 결정된 무효 페이지들을 제외하는, 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 휘발성 메모리 내에 저장된 상기 유효 페이지들을 상기 복수의 블록 중의 하나의 블록에 기록하도록 더 구성되는, 시스템.
  18. 삭제
  19. 제15항에 있어서,
    상기 블록 TOC는 상기 비휘발성 메모리 내의 상기 후보 블록 내에 저장되는, 시스템.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 유효 페이지들을 상기 휘발성 메모리로 복사하기 위해, 상기 프로세서는 상기 후보 블록을 소거하도록 더 구성되는, 시스템.
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