KR19990055972A

KR19990055972A - 블록 재할당 기능을 갖는 플래시 메모리 이용 보조기억장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR19990055972A
Application number: KR1019970075948A
Authority: KR
Inventors: 천준성; 김정기
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-12-29
Filing date: 1997-12-29
Publication date: 1999-07-15

Abstract

가. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

플래시 메모리를 이용한 보조기억장치.

나. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제

플래시 메모리를 이용한 보조기억장치에서, 쓰기(Write) 횟수가 제한된 플래시 메모리의 특성상 발생하는 쓰기(Write)동작에서의 블록 에러 및 배드 블록 발생 문제를 해결하는 보조기억장치 및 그 방법을 구현하고자 한다.

다. 발명의 해결방법의 요지

플래시 메모리의 특정영역을 스패어 영역으로 지정하여, 상기 지정된 스패어 영역에는 쓰기 동작이 수행되지 않도록 한 후, 상기 플래시 메모리에 쓰기 동작이 수행되던 중, 특정 블록에 에러가 발생하면, 상기 특정 블록을 상기 지정된 스패어 영역의 블록에 재할당하고, 이후 외부 호스트 컴퓨터로부터 읽기 동작이 수행되더라도, 상기 에러가 발생한 특정 블록 대신에 상기 재할당된 스패어 영역의 블록을 사용하는 블록 재할당 기능이 수행되는 플래시 메모리를 이용한 보조기억장치 및 그 방법을 특징으로 한다.

라. 발명의 중요한 용도

플래시 메모리를 보조기억장치로 사용하는 기기.

Description

블록 재할당 기능을 갖는 플래시 메모리 이용 보조기억장치 및 그 방법

본 발명은 플래시 메모리를 이용한 보조기억장치에 관한 것으로, 특히, 플래시 메모리를 이용한 보조기억장치에서, 쓰기(Write) 횟수가 제한된 플래시 메모리의 특성상 발생하는 쓰기(Write)동작에서의 블록 에러 및 배드 블록 발생 문제를 해결하는 보조기억장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 보조기억장치로서의 최적 조건을 만족하기 위해서는 대용량의 데이터를 자유롭게 읽기(Read)/쓰기(Write)동작을 할 수 있어야 하며, 전원이 차단되었을 경우에도 저장된 데이터를 보존할 수 있는 비휘발성(Non-volatile) 특성을 가지고 있어야 한다. 이와 같은 조건을 만족시키는 보조기억장치로, 현재 많이 사용되고 있는 하드디스크(HDD)가 있는데, 상기 하드디스크는 데이터 기록 매체로서 자기디스크를 사용하며, 전술한 보조기억장치의 특성을 만족하고 있다. 따라서, 이미 오래 전부터 하드디스크는 보조기억장치로서 널리 이용되고 있다.

한편, 전술한 하드디스크는 주 저장 매체로서 자기디스크를 사용하며, 모터로서 상기 자기디스크를 회전시켜 헤드를 디스크에 수평하게 왕복 운동을 하도록 함으로써 데이터의 저장 및 로드 위치를 찾아야 하는 특성이 있다. 그러나, 이러한 하드디스크는 마그네틱 저장매체를 사용하기 때문에 자기장의 영향에 의해 정보 손실이 쉽게 발생하는 약점을 가지고 있으며, 모터 및 헤드의 기계적인 동작이 있으므로, 구성 부품이나 소자의 기계적인 고장이 쉽게 나는 단점을 가지고 있다. 또한, 보조기억장치의 부피 및 무게가 상대적으로 증가되는 단점을 가지고 있다. 이러한 하드디스크의 문제를 해결하고자 하는 요구와, 반도체 기술의 지속적인 발전에 힘입어 대용량의 데이터를 쉽게 지우고 기록할 수 있는 메모리 소자의 개발에 의해, 상술한 하드디스크의 문제를 해결하는 방안이 제시되고 있다. 이러한 방안중 대표적으로 주목되고 있는 방식이 플래시(Flash) 메모리를 보조기억장치로 이용하는 경우이다. 상기 플래시 메모리는 전술한 보조기억장치의 특성을 모두 만족하고있으며, 또한 전자적인 소자로 구현되므로, 전술한 하드디스크가 가지는 단점, 자기장에 의한 정보 손실, 기계적인 고장의 문제, 장치의 부피 및 무게 증가 등의 문제를 해결할 수 있다.

그러나, 플래시 메모리 또한 보조기억장치로서 사용되기에는 치명적인 단점을 지니고 있는데, 이는 특정 횟수 이상 쓰기(Write)동작을 수행할 수 없다는 점이다. 즉, 플래시 메모리에 어느 정도 일정한 횟수동안 데이터를 지우거나 쓰기(Write)를 반복하면 메모리 기능이 상실된다. 또한, 특정 횟수 이상을 쓰기(Write)하게 되는 경우에는 플래시 메모리에 배드(Bad) 블록이 발생하여, 해당 블록을 더 이상 사용할 수 없었으며, 상기 배드 블록에는 데이터가 저장되지 않거나 혹은 저장된 정보가 손실되는 문제가 발생 하였다. 위와 같은 결과에 따라, 플래시 메모리는 보조기억장치로서의 많은 장점을 가짐에도 불구하고, 실제 이용에 있어 널리 사용되지 못하는 추세에 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 플래시 메모리를 이용하여 보조기억장치를 구현하는데 있어, 일정 횟수 이상 쓰기 동작을 수행하는 경우 발생하는 정보 손실 및 배드 블록의 문제를 해결하는데 있다.

이는, 본 발명의 목적이 플래시 메모리가 보조기억장치로 구현됨으로서 발생하는 문제를 해결하여, 이후 보조기억장치로서 플래시 메모리 사용을 활성화하는데 있음을 보여주는 것이다.

이에 본 발명은, 플래시 메모리를 이용한 보조기억장치에서 온라인 중에 에러가 발생하는 블록을 정상적인 새로운 블록으로 재할당하는 방법을 제안하고자 한다.

또한, 본 발명은, 플래시 메모리의 특정영역을 스패어 영역으로 지정하여, 상기 지정된 스패어 영역에는 쓰기 동작이 수행되지 않도록 한 후, 상기 플래시 메모리에 쓰기 동작이 수행되던 중, 특정 블록에 에러가 발생하면, 상기 특정 블록을 상기 지정된 스패어 영역의 블록에 재할당하고, 이후 외부 호스트 컴퓨터로부터 읽기 동작이 수행되더라도, 상기 에러가 발생한 특정 블록 대신에 상기 재할당된 스패어 영역의 블록을 사용하는 블록 재할당 기능이 수행되는 플래시 메모리를 이용한 보조기억장치 및 그 방법을 제안한다.

도 1은 본 발명에 따른 플래시 메모리를 이용한 보조기억장치의 내부 구성도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 플래시 메모리의 매핑구조에 블록을 재할당하는 동작을 나타내는 도면.

도 3은 호스트 컴퓨터에서 데이터를 쓰기(Write)할 때, 본 발명에 따른 보조기억장치의 동작을 나타내는 흐름도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

한편, 하기 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이고, 본 발명을 구성함에 있어 통상 관용적으로 사용되는 구성요소 및 기능들 또한 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 용어들로서 이는 사용자 또는 칩설계자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

먼저, 도 1은 본 발명에 따른 플래시 메모리를 이용한 보조기억장치의 내부 구성도이다.

상기 도 1을 참조하면, 참조부호 10은 본 발명에서 구현하고자하는 보조기억장치이며, 플래시 메모리를 주 저장매체로 하고 있다. 참조부호 20은 일반적인 플래시 메모리로서 읽기(Read)/쓰기(Write)가 자유로우며, 전원을 꺼도 데이터가 지워지지 않는 비휘발성 메모리이다. 참조부호 30은 스패어(Spare) 플래시 메모리로서 상기 참조부호 20과 동일한 플래시 메모리이나, 상기 보조기억장치가 정상적인 상태에서 읽기(Read)/쓰기(Write)동작을 수행하는 경우에는 저장매체의 동작을 수행하지 않는다. 상기 스패어 플래시 메모리는 상기 보조기억장치에 구현된 플래시 메모리에서 특정영역으로 구현된다. 이는 별도의 플래시 메모리로 구현될 수도 있으며, 플래시 메모리의 특정한 영역만을 별도로 할당하여 구현할 수도 있다. 본 발명에서는 상기 스패어 플래시 메모리는 상기 플래시 메모리의 특정 블록에서 에러가 발생하는 경우, 상기 에러가 발생한 블록을 대신하여 사용하는 플래시 메모리이다. 참조부호 40은 블록매핑테이블(Block Mapping Table)로서 외부 호스트 컴퓨터에서 요구한 논리적블록주소(Logical Block Address)를 상기 플래시 메모리에서 실제 사용하는 물리적블록주소(Physical Block Address)로 변환 시켜주는 동작을 수행한다. 상기 LBA를 PBA로 변환시켜주는 동작을 수행하게 되는 것은, 플래시 메모리의 특정 블록에서 쓰기 동작 수행중 에러가 발생하는 경우에, 상기 특정 블록을 상기 스패어 플래시 메모리의 블록으로 새로 할당하기 때문이다. 즉, LBA는 플래시 메모리에 쓰기(Write)됨을 상정하여 정해진 주소이며, PBA는 실제 쓰기(Write)된 플래시 메모리와 스패어 플래시 메모리의 블록에 대한 주소이다. 따라서, LBA와 PBA는 차이가 생기게 되며, 이는 상기 블록매핑테이블에서 변환되므로, 본 발명을 실시함에 있어 외부 호스트 컴퓨터는 아무 이상 없이 정상적인 쓰기(Write) 및 읽기(Read)동작을 수행하게 된다. 참조부호 50은 외부 호스트 컴퓨터와 상기 보조기억장치간의 송수신(Tx/Rx)데이터를 임시로 저장하는 버퍼이다. 참조부호 70은 상기 보조기억장치를 저장매체로서 사용하는 통상적인 호스트 컴퓨터를 나타낸다. 참조부호 60은 상기 호스트 컴퓨터와 상기 보조기억장치에 구현된 상기 버퍼간의 데이터가 송수신되는 버스(BUS)를 나타내며, 본 발명에서는 상기 버스 구조는 스카시(SCSI)버스 구조를 갖는다. 참고로 상기 스카시(SCSI)버스는 소형컴퓨터시스템인터페이스(Small Computer System Interface)를 나타내며, 이는 소형컴퓨터의 범용 인터페이스로 널리 사용되고 있으며, 멀티이니시에이터 접속이 가능하며, 접속 대수는 호스트를 포함하여 최대 4Mbyte/s의 전송능력을 가지고 있다. 따라서, 프래시 메모리를 보조기억장치로 이용하는데 있어 통상적으로 표준화되어 사용되는 버스 구조이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 플래시 메모리의 매핑구조에 블록을 재할당하는 동작을 나타내는 도면으로서, 상기 블록매핑테이블의 구조를 나타내는 도면이다.

상기 도 2를 참조하여 설명하면, 상기 도 1에 도시된 참조부호 20의 플래시 메모리와 참조부호 30의 스패어 플래시 메모리로 구성되어 있으며, 본 발명에 따른 상기 플래시메모리와 스패어 플래시 메모리의 매핑구조는 LBA를 입력으로 하고 PBA를 출력으로 하게 된다. 제1경로는 LBA와 PBA가 일치하는 경우로서, 이는 플래시 메모리의 해당 블록이 정상적으로 동작하는 경우의 블록 할당 동작이 된다. 한편, 제2경로는 LBA와 PBA가 일치하지 않는 경우로서, 이는 LBA에 해당하는 플래시 메모리의 블록의 특정 블록에 에러가 발생하였거나, 배드(Bad)블록이 있어, 상기 에러가 발생된 블록과 배드 블록이 상기 스패어 플래시 메모리의 정상적인 블록으로 재할당되는 동작이 된다. 앞서 설명하였듯이, 플래시 메모리는 어느 특정한 횟수의 쓰기(Write)동작이 수행되면, 배드 블록이 형성되거나 블록에서 에러가 발생하므로, 이를 해결하기 위해 상기 제2경로와 같은 동작이 수행되는 것이다. 따라서, PBA는 상기 플래시 메모리의 블록과 스패어 플래시 메모리의 블록에 따라 정해진다. 이때, 상기 플래시 메모리의 배드 블록은 그대로 두고, 상기 배드 블록에 해당하는 주소는 상기 스패어 플래시 메모리에 재할당된 블록을 지정하게 된다.

도 3은 호스트 컴퓨터에서 데이터를 쓰기(Write)할 때, 본 발명에 따른 보조기억장치의 동작을 나타내는 흐름도이다.

상기 도 3을 참조하면, 101단계에서 상기 호스트 컴퓨터로부터 소정 데이터를 쓰기(Write)하라는 명령을 받게된다. 그러면, 103단계에서 상기 호스트 컴퓨터로부터 쓰기(Write)하기 위한 데이터를 상기 버퍼로 전송 받게 된다. 105단계에서 블록매핑테이블을 검색하여 논리적블록(LBA)을 물리적블록(PBA)으로 변환 시키고, 107단계에서 상기 PBA로 상기 버퍼에 전송되었던 데이터를 쓰기(Write)한다. 상기 107단계의 쓰기 동작을 수행중, 109단계에서 상기 쓰기(Write) 결과를 체크하고, 정상적으로 쓰기(Write)가 된 경우에는 상기 쓰기(Write)과정을 종료하게 된다.

한편, 상기 109단계에서 쓰기(Write) 결과를 체크 한 후, 111단계에서 사기 쓰기(Write)동작 수행중 에러가 발생한 경우에는, 113단계에서 현재 에러가 발생한 블록에 대응하는 상기 스패어 플래시 메모리의 특정 블록을 재할당하고, 115단계에서 상기 블록매핑테이블에 새로이 PBA를 등록하고, 상기 105단계를 되풀이 수행한다. 이때에는 상기 105단계에서 다시 PBA를 계산하여 쓰기(Write)동작을 재수행한다. 만일 상기 스패어 플래시 메모리의 블록에서도 에러가 발생하거나 재할당된 블록이 배드 블록인 경우에는 또다른 정상적인 블록으로 재할당하는 동작을 수행한다. 이러한 동작은 정상적인 스패어 플래시 메모리의 블록이 할당 될 때까지 계속된다.

상술한 본 발명을 요약하자면, 주저장매체인 플래시 메모리에 해당하여 논리적블록주소(LBA)에 해당하는 블록에 상기 호스트 컴퓨터로부터 전송된 데이터를 쓰기(Write)하고, 상기 쓰기(Write) 수행중, 에러가 발생하거나, 배드 블록이 발견되면, 스패어 플래시 메모리의 정상적인 블록에 상기 에러 발생에 해당하는 블록의 데이터 혹은 배드 블록의 데이터를 쓰기(Write)하는 것이다. 따라서, 물리적블록주소(PBA)는 상기 플래시 메모리의 블록과 스패어 플래시 메모리의 블록을 함께 검출하여 이루어지게 된다. 이를, LBA를 PBA로 변환시킨다고 말한다. 이때, 상기 호스트 컴퓨터로부터 읽기(Read)명령이 전송되면, 상기 PBA에 해당하는 데이터를 읽게 되므로, 에러가 발생한 플래시 메모리의 블록에 해당하는 데이터는 스패어 메모리의 블록의 데이터가 대신하여 읽기(Read)가 되는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 플래시 메모리를 사용하여 보조기억장치를 구현함에 있어, 쓰기(Write)횟수가 제한된 플래시 메모리의 단점을 해결하는 이점을 가져다 준다.

또한, 본 발명은 초기상태부터 배드 블록이었던 혹은 이후 쓰기(Write)횟수를 초과하여 발생한 배드 블록이던지, 자동으로 정상적인 블록으로 블록을 재할당하므로 보조기억장치의 수명 연장을 가져오는 효과를 가져다준다.

이는, 플래시 메모리를 이용한 보조기억장치의 최대 문제점인 쓰기(Write)횟수의 제한에 의한 에러 및 배드 블록 발생 문제를 해소 할 수 있으므로, 안정적으로 데이터를 보존하는 플래시 메모리를 이용한 보조기억장치를 구현할 수 있게된다.

Claims

플래시 메모리를 이용한 보조기억장치에 있어서,

호스트 컴퓨터로부터 입출력되는 데이터가 임시로 저장되는 버퍼와,

상기 보조기억장치의 주메모리로 사용되며, 논리적블록주소에 해당하는 블록이 할당되는 플래시 메모리와,

상기 플래시 메모리와 별도로 구성되며, 상기 플래시 메모리에 쓰기 동작중, 상기 플래시 메모리의 할당된 블록중 특정 블록에서 에러가 발생하는 경우, 에러가 난 특정 블록이 재할당되는 블록을 가지는 스패어 플래시 메모리와,

상기 호스트 컴퓨터에서 요구한 논리적블록주소(LBA)를 상기 플래시 메모리와 스패어 플래시 메모리에 할당되어 실제 사용되는 물리적블록주소(PBA)로 변환시키는 블록매핑테이블로 이루어지는 보조기억장치.
제1항에 있어서,

상기 호스트 컴퓨터와 상기 버퍼는, 스카시(SCSI)버스로 연결됨을 특징으로 하는 블록 재할당 기능을 갖는 플래시 메모리를 이용한 보조기억장치.
제1항에 있어서,

상기 스패어 플래시 메모리는, 상기 플래시 메모리의 할당된 블록이 배드 블록인 경우에 상기 배드 블록이 재할당되는 새로운 블록을 가지고 있음을 특징으로 하는 보조기억장치.
제1항에 있어서,

상기 스패어 플래시 메모리는, 상기 스패어 플래시 메모리의 재할당되는 블록에 또다시 에러가 발생하는 경우에 상기 에러가 발생된 블록이 정상적인 다른 블록으로 재할당되는 스패어 플래시 메모리를 특징으로 하는 보조기억장치.
제1항 또는 제3항에 있어서,

상기 스패어 플래시 메모리는, 상기 스패어 플래시 메모리의 재할당되는 블록이 배드 블록인 경우에 상기 배드 블록이 정상적인 다른 블록으로 재할당되는 스패어 플래시 메모리임을 특징으로 하는 보조기억장치.
플래시 메모리를 주저장매체로 사용하고, 상기 플래시 메모리와 별도로 스패어 플래시 메모리를 갖추고 있으며, 외부 호스트 컴퓨터로부터 입출력되는 데이터가 임시로 저장되는 버퍼와, 상기 호스트 컴퓨터에서 요구한 논리적블록주소(LBA)를 상기 플래시 메모리와 상기 스패어 플래시 메모리에서 실제 사용되는 물리적블록주소(PBA)로 변환하는 블록매핑테이블을 갖춘 보조기억장치의 블록 재할당 방법에 있어서,

상기 호스트 컴퓨터로부터 쓰기 동작이 시작되면, 상기 버퍼에 수신되는 데이터가 저장되는 제1과정과,

상기 블록매핑테이블을 검색하여 논리적블록주소(LBA)를 물리적블록주소(PBA)로 변환되는 제2과정과,

상기 제2과정에서 변환된 물리적블록주소에 해당하는 상기 플래시 메모리의 블록에 데이터가 쓰기 되는 제3과정과,

상기 제3과정을 수행한 후, 에러가 발생한 블록이 있는 경우, 상기 에러가 발생한 블록이 상기 스패어 플래시 메모리의 블록으로 재할당되는 제4과정으로 이루어지는 블록 재할당 방법.
제6항에 있어서,

상기 제4과정을 수행한 후, 상기 제3과정에서 상기 플래시 메모리의 데이터가 쓰기 된 블록과, 상기 제4과정에서 상기 스패어 플래시 메모리에 재할당된 블록이 상기 블록매핑테이블에 의한 물리적블록주소(PBA)가 됨을 특징으로 이루어지는 블록 재할당 방법.
제6항에 있어서,

상기 제4과정이 수행된 후, 상기 제2과정과 상기 제3과정이 되풀이 수행됨을 특징으로 하는 블록 재할당 방법.
제6항에 있어서,

상기 에러가 발생한 블록을 상기 스패어 플래시 메모리의 다른 정상적인 블록으로 재할당하는 과정이 더 부가되어 이루어짐을 특징으로 하는 블록 재할당 방법.
제6항에 있어서,

상기 제3과정이 상기 플래시 메모리에 형성된 배드 블록에 수행된 것으로 판단되면, 상기 배드 블록을 상기 스패어 플래시 메모리의 블록으로 재할당하는 과정이 더 부가되어 이루어짐을 특징으로 하는 블록 재할당 방법.
제10항에 있어서,

상기 재할당과정에 의해 할당된 블록이 배드 블록인 경우, 상기 배드 블록이 상기 스패어 플래시 메모리의 정상적인 블록으로 재할당되는 과정이 더 부가되어 이루어지는 블록 재할당 방법.
플래시 메모리를 이용한 보조기억장치의 구현 방법에 있어서,

상기 플래시 메모리의 특정영역을 스패어 영역으로 지정하여, 상기 지정된 스패어 영역에는 쓰기 동작이 수행되지 않도록 하는 제1과정과,

상기 보조기억장치가 온라인 중의 쓰기 동작이 수행되던중, 상기 플래시 메모리의 특정 블록에 에러가 발생하는 경우, 상기 특정 블록을 상기 지정된 스패어 영역의 블록에 재할당하는 제2과정과,

외부 호스트 컴퓨터로부터 읽기 동작이 수행되는 경우, 상기 에러가 발생한 특정 블록의 데이터는 상기 재할당된 스패어 영역의 블록으로부터 읽어오는 제3과정으로 이루어지는 블록 재할당 기능이 수행되는 플래시 메모리를 이용한 보조기억장치의 구현 방법.
제12항에 있어서,

상기 제3과정에서, 상기 재할당된 스패어 영역의 블록이 물리적블록주소에 포함됨을 특징으로 하는 블록 재할당 기능이 수행되는 플래시 메모리를 이용한 보조기억장치의 구현 방법.