TW201321977A - 快閃記憶裝置及其資料讀取方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種快閃記憶裝置。於一實施例中，該快閃記憶裝置包括一快閃記憶體、一隨機存取記憶體、以及一控制器。該快閃記憶體包括多個區塊。該隨機存取記憶體儲存一讀取次數紀錄表以供紀錄該等區塊被讀取的次數。當該讀取次數紀錄表中之多個原始區塊對應之多個讀取次數超過一界限值時，該控制器取得多個空白區塊作為分別對應於該等原始區塊之多個鏡像區塊，並於每次該等原始區塊被讀取時複製該等原始區塊所儲存的多個資料頁其中之一至對應之該等鏡像區塊中，直到該等原始區塊中儲存的該等資料頁均已被複製至對應之該等鏡像區塊為止。

Description

快閃記憶裝置及其資料讀取方法

本發明係有關於快閃記憶體，特別是有關於快閃記憶體之資料讀取。

快閃記憶體經常運用於一般的電子裝置以儲存資料。快閃記憶體包括可供儲存資料的多個區塊(block)。由於快閃記憶體可以在不供電的狀態中繼續保持其中所儲存的資料，而可攜式電子裝置僅具有有限的電源，因此快閃記憶體特別適用於可攜式電子裝置之資料儲存。一般的快閃記憶體係藉由控制器控制其資料存取。

當一主機發送寫入命令至控制器，控制器便依據寫入命令將資料寫入至快閃記憶體。當一主機發送讀取命令至控制器，控制器便依據讀取命令由快閃記憶體讀出資料，再將資料回傳至主機。

於對快閃記憶體進行資料讀取時，主機經常會對儲存重要資料的某些區塊以高頻率讀取。例如，以每秒數千次的頻率讀取一特定區塊。然而，一般區塊僅能忍受固定次數的讀取。當區塊被讀取的次數超過一界限值(例如10萬次)，區塊中所儲存的資料便容易在讀出後發生錯誤。然而，控制器無法控制主機的資料讀取行為，僅能依據主機之讀取命令對特定區塊讀取。由於高頻率讀取的資料常係重要的系統資料，因此容易使系統資料發生嚴重錯誤。

因此，為了避免上述資料讀取錯誤的情況產生，需要一種快閃記憶體之資料讀取方法。

有鑑於此，本發明之目的在於提供一種快閃記憶裝置，以解決習知技術存在之問題。於一實施例中，該快閃記憶裝置耦接至一主機，包括一快閃記憶體、一隨機存取記憶體、以及一控制器。該快閃記憶體包括多個區塊以供儲存資料。該隨機存取記憶體儲存一讀取次數紀錄表以供紀錄該等區塊被讀取的次數。當該讀取次數紀錄表中之多個原始區塊對應之多個讀取次數(read count)超過一界限值時，該控制器自該快閃記憶體取得多個空白區塊(spare block)作為分別對應於該等原始區塊之多個鏡像區塊，並於每次該等原始區塊被讀取時複製該等原始區塊所儲存的多個資料頁其中之一至對應之該等鏡像區塊中，直到該等原始區塊中儲存的該等資料頁均已被複製至對應之該等鏡像區塊為止。

本發明更提供一種快閃記憶裝置之資料讀取方法。於一實施例中，該快閃記憶裝置耦接至一主機且包括一快閃記憶體以及一隨機存取記憶體，且該快閃記憶體包括多個區塊以供資料儲存。首先，以該隨機存取記憶體儲存一讀取次數紀錄表以供紀錄該等區塊被讀取的次數。當該讀取次數紀錄表中之多個原始區塊對應之多個讀取次數(read count)超過一界限值時，自該快閃記憶體取得多個空白區塊(spare block)作為分別對應於該等原始區塊之多個鏡像區塊。接著，於每次該等原始區塊被讀取時，複製該等原始區塊所儲存的多個資料頁其中之一至對應之該等鏡像區塊中，直到該等原始區塊中儲存的該等資料頁均已被複製至對應之該等鏡像區塊為止。

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉數較佳實施例，並配合所附圖示，作詳細說明如下：

第1圖為依據本發明之快閃記憶裝置100的區塊圖。快閃記憶裝置100耦接至一主機，為該主機儲存資料。於一實施例中，快閃記憶裝置100包括一控制器102、一隨機存取記憶體104、以及一快閃記憶體106。隨機存取記憶體104可附設於控制器102之中或獨立於控制器102之外。控制器102依據主機發送之命令存取快閃記憶體106。當主機發送寫入命令至控制器102，控制器102便依據寫入命令將資料寫入至快閃記憶體106。當主機發送讀取命令至控制器102，控制器102便依據讀取命令由快閃記憶體106讀出資料，再將資料回傳至主機。

快閃記憶體106包括多個區塊121~12N供資料儲存。隨機存取記憶體104中儲存一讀取次數紀錄表110。讀取次數紀錄表110中紀錄了快閃記憶體106之區塊被主機102之讀取命令所讀取的次數，稱之為讀取次數(read count)。第2圖為依據本發明之讀取次數紀錄表200之示意圖。於一實施例中，讀取次數紀錄表200包含快閃記憶體106之各區塊之邏輯位址及各區塊所對應之讀取次數。例如，邏輯位址100的區塊對應之讀取次數為350次，邏輯位址200的區塊對應之讀取次數為350次，而邏輯位址300的區塊對應之讀取次數為310次。

控制器102隨時更新隨機存取記憶體104所儲存之讀取次數紀錄表110。舉例來說，每當控制器102自主機接收到一讀取命令，控制器102依據讀取命令之讀取位址決定快閃記憶體106中之哪一個目標區塊被讀取。接著，控制器102便於讀取次數紀錄表110中將對應於該目標區塊之讀取次數加一。因此，讀取次數紀錄表110可以隨時反映快閃記憶體106中各區塊的讀取頻率。

當控制器102發現一原始區塊的讀取次數已超過一界限值，表示主機以較高頻率讀取該原始區塊，因此該原始區塊中儲存的資料可能會遭受毀損。為避免資料毀損，控制器102便自快閃記憶體106中取得一空白區塊(spare block)，以作為對應於該原始區塊的鏡像區塊(mirror block)。接著，控制器102再將原始區塊中儲存的資料逐步複製至鏡像區塊中。當原始區塊對應之鏡像區塊的資料複製完成，若主機欲再行讀取原始區塊之邏輯位址所儲存的資料，控制器102便替代性地讀取對應於原始區塊之鏡像區塊中儲存的資料複本。因此，原始區塊可以避免被進一步的讀取而導致資料毀損。

舉例來說，第1圖中，控制器102依據讀取次數紀錄表110發現快閃記憶體106的區塊121、122、123的讀取次數超過界限值，因此控制器102將原始區塊121、122、123的原始資料複製至鏡像區塊131、132、133中。當主機欲再度讀取原始區塊121、122、123的原始資料，控制器102便讀取鏡像區塊131、132、133中儲存的資料複本以代替原始區塊121、122、123之讀取。因此，即使主機欲以高頻率讀取原始區塊121、122、123之位址，但實際被讀取的是鏡像區塊131、132、133，從而減少了原始區塊121、122、123之讀取次數，因而防止原始區塊121、122、123儲存的原始資料因過高的讀取頻率而損毀。

於一實施例中，讀取次數紀錄表110更儲存了鏡像區塊之實體位址。舉例來說，除了各區塊之邏輯位址及各區塊所對應之讀取次數以外，第2圖之讀取次數紀錄表200更紀錄了對應於各區塊之鏡像區塊之實體位址以及一旗標。該旗標指示了是否鏡像區塊之資料複製工作已經完成。亦即，當目標原始區塊對應之旗標被設為「T」時，控制器102便可依據鏡像區塊之實體位址讀取鏡像區塊儲存的資料複本，以代替讀取原始區塊。例如，假設讀取次數之界限值為300。邏輯位址100及200之原始區塊的讀取次數350超過界限值300，且旗標表示鏡像區塊之資料副本已複製完畢，因此控制器102可讀取鏡像區塊。邏輯位址300之原始區塊的讀取次數310亦超過界限值300，但旗標表示鏡像區塊之資料副本尚未複製完畢，因此控制器102仍需讀取原始區塊而暫時無法讀取鏡像區塊。

一般而言，原始區塊中包含許多資料頁(例如256個)。因此，將原始區塊的資料頁讀出，再將所有資料頁寫入鏡像區塊，會耗費大量的時間。依據快閃記憶體之控制器的規格要求，控制器102能夠用來處理一讀取命令的時間是有限的。為了防止鏡像區塊之資料複製所需的時間超過讀取命令的處理時間，於一實施例中，每一次控制器102接收到主機讀取一目標原始區塊之命令時，控制器102僅讀取目標原始區塊的單一資料頁，並僅將單一資料頁寫入對應於目標原始區塊的目標鏡像區塊。

第4圖為依據本發明控制器102進行鏡像區塊之資料複製的示意圖。原始區塊401包括K個資料頁411…41K。控制器102已自快閃記憶體106取的一空白區塊402作為對應於原始區塊401的鏡像區塊。當控制器102第一次自主機接到讀取原始區塊401的讀取命令時，控制器102僅自原始區塊401讀取第一資料頁411，並將第一資料頁寫入鏡像區塊402。當控制器102第二次自主機接到讀取原始區塊401的讀取命令時，控制器102僅自原始區塊401讀取第二資料頁412，並將第二資料頁寫入鏡像區塊402。最後，當控制器102第K次自主機接到讀取原始區塊401的讀取命令時，控制器102自原始區塊401讀取第K資料頁41K，並將第K資料頁寫入鏡像區塊402，從而完成鏡像區塊402之資料複製。接著，控制器102便可於讀取次數紀錄表110中將對應於原始區塊401的旗標設為「T」，以表示鏡像區塊402之資料複製已完成。

第3圖為依據本發明之控制器102處理讀取命令之方法300的流程圖。首先，控制器102自主機接收對一讀取位址進行讀取之讀取命令(步驟302)。接著，控制器102決定對應於該讀取位置之一原始區塊(步驟303)。接著，控制器102於讀取次數紀錄表110中將對應於該原始區塊之讀取次數增加一(步驟304)。接著，控制器102檢查是否該原始區塊之讀取次數超過一界限值(步驟306)。若該原始區塊之讀取次數未超過界限值，控制器102便讀取該原始區塊以得到一目標資料(步驟310)，並將目標資料回傳至主機(步驟312)，以完成該讀取命令之執行。

當該原始區塊之讀取次數超過界限值(步驟306)，控制器102接著檢查是否對應於該原始區塊之一鏡像區塊之資料複製已完成(步驟314)。於一實施例中，控制器102依據讀取次數紀錄表110中對應該原始區塊之旗標之值以決定是否對應於該原始區塊之鏡像區塊之資料複製已完成。若鏡像區塊之資料複製已完成，則控制器102讀取該鏡像區塊以得到一目標資料(步驟324)，並將目標資料回傳至主機(步驟326)，以完成該讀取命令之執行。

若鏡像區塊之資料複製未完成(步驟314)，則控制器102尚無法讀取鏡像區塊。因此，控制器102讀取該原始區塊以得到一目標資料(步驟316)，並將目標資料回傳至主機(步驟318)，以完成該讀取命令之執行。接著，由於鏡像區塊之資料複製未完成，控制器102利用該讀取命令之執行的剩餘時間，讀取該原始區塊之一資料頁(步驟320)，並將該資料頁寫入該鏡像區塊(步驟322)，以繼續進行鏡像區塊之資料複製的部份工作。若該資料頁為原始區塊之最後一頁，則控制器102於該資料頁寫入該鏡像區塊後將讀取次數紀錄表110中對應該原始區塊之旗標之值設為「T」，以標示鏡像區塊之資料複製的完成。

另外，即使鏡像區塊建立後，鏡像區塊中儲存之資料複本仍可能因為主機的高頻率讀取而遭到毀損。當控制器102讀取鏡像區塊之資料複本後，若控制器102發現資料複本帶有錯誤，且執行一資料錯誤修正程序(error correction,ECC)仍無法修正該錯誤，則控制器102刪除鏡像區塊之資料複本。接著，控制器102重新建立對應於原始區塊之一第二鏡像區塊。首先，控制器102自快閃記憶體106取得一空白區塊作為該第二鏡像區塊。每當主機發送讀取該原始區塊之命令，控制器102便複製原始區塊之一資料頁至該第二鏡像區塊，直到原始區塊之所有資料頁均寫入第二鏡像區塊為止。此後，每當主機欲讀取原始區塊，控制器102便可讀取第二鏡像區塊中之資料複本，以執行讀取命令。

每當主機關機，快閃記憶裝置100便無法得到供電，而隨機存取記憶體104便無法保留其中所儲存的讀取次數紀錄表110。因此，控制器102會將隨機存取記憶體104所儲存的讀取次數紀錄表110轉儲存至快閃記憶體106中。第5圖為依據本發明之於主機重新開機後重建讀取次數紀錄表110之方法500之流程圖。首先，主機開機(步驟502)。接著，控制器102由快閃記憶體106中讀取前次儲存的讀取次數紀錄表，再依據讀取次數紀錄表刪除快閃記憶體106中所有的鏡像區塊之資料(步驟504)，而使鏡像區塊回復為空白區塊。接著，控制器102清除快閃記憶體106中前次儲存的讀取次數紀錄表(步驟506)。接著，控制器102依據開機後快閃記憶體106的各區塊之讀取次數於隨機存取記憶體104中重新紀錄讀取次數紀錄表110(步驟508)。最後，控制器102依據讀取次數紀錄表110決定是否建立對應各區塊之鏡像區塊(步驟510)。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技術者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

(第2圖)

100．．．快閃記憶裝置

102．．．控制器

104．．．隨機存取記憶體

106．．．快閃記憶體

110．．．讀取次數紀錄表

121-12N．．．區塊

131-133．．．鏡像區塊

(第4圖)

401．．．原始區塊

402．．．鏡像區塊

411-41K，421-42K．．．資料頁

第1圖為依據本發明之快閃記憶裝置的區塊圖；

第2圖為依據本發明之讀取次數紀錄表之示意圖；

第3圖為依據本發明之控制器處理讀取命令之方法的流程圖；

第4圖為依據本發明控制器進行鏡像區塊之資料複製的示意圖；

第5圖為依據本發明之於主機重新開機後重建讀取次數紀錄表之方法之流程圖。

401．．．原始區塊

402．．．鏡像區塊

411-41k,421-42k．．．資料頁

Claims (16)

1. 一種快閃記憶裝置，耦接至一主機，包括：一快閃記憶體，包括多個區塊以供儲存資料；一隨機存取記憶體，儲存一讀取次數紀錄表以供紀錄該等區塊被讀取的次數；以及一控制器，當該讀取次數紀錄表中之多個原始區塊對應之多個讀取次數(read count)超過一界限值時，自該快閃記憶體取得多個空白區塊(spare block)作為分別對應於該等原始區塊之多個鏡像區塊，並於每次該等原始區塊被讀取時複製該等原始區塊所儲存的多個資料頁其中之一至對應之該等鏡像區塊中，直到該等原始區塊中儲存的該等資料頁均已被複製至對應之該等鏡像區塊為止。
2. 如申請專利範圍第1項所述之快閃記憶裝置，其中當該控制器自該主機接收到一讀取命令時，決定該讀取命令之讀取位址對應之一目標原始區塊，並於該讀取次數紀錄表中將該目標原始區塊對應之讀取次數加一。
3. 如申請專利範圍第2項所述之快閃記憶裝置，其中當該控制器自該主機接收到該讀取命令，且該目標原始區塊對應之一目標鏡像區塊不存在時，該控制器讀取該目標原始區塊以得到一目標資料，並將該目標資料回傳至該主機。
4. 如申請專利範圍第2項所述之快閃記憶裝置，其中當該控制器自該主機接收到該讀取命令，且該目標原始區塊對應之一目標鏡像區塊存在時，該控制器讀取該目標鏡像區塊以得到一目標資料，並將該目標資料回傳至該主機。
5. 如申請專利範圍第1項所述之快閃記憶裝置，其中該讀取次數紀錄表中紀錄該等原始區塊之邏輯區塊位址、該等原始區塊之讀取次數、以及對應於該等原始區塊之該等鏡像區塊之實體位址。
6. 如申請專利範圍第5項所述之快閃記憶裝置，其中該讀取次數紀錄表中更紀錄一旗標，以分別表示該等原始區塊是否存在相對應之該等鏡像區塊。
7. 如申請專利範圍第4項所述之快閃記憶裝置，其中當自該目標鏡像區塊讀出所得之該目標資料發生無法經由一錯誤修正程序(error correction)修正的資料錯誤時，該控制器刪除該目標鏡像區塊之資料，自該快閃記憶體取得一第二空白區塊作為對應於該目標原始區塊之一第二鏡像區塊，並於每次該目標原始區塊被讀取時複製該目標原始區塊所儲存的多個資料頁其中之一至該第二鏡像區塊中，直到該目標原始區塊中儲存的該等資料頁均已被複製至該第二鏡像區塊為止。
8. 如申請專利範圍第1項所述之快閃記憶裝置，其中當該主機關機時，該控制器將該讀取次數紀錄表儲存至該快閃記憶體；當該主機開機時，該控制器依據該讀取次數紀錄表刪除所有該等鏡像區塊之資料，清除該快閃記憶體儲存之該讀取次數紀錄表，並依據該主機開機後該等區塊之讀取次數於該隨機存取記憶體中重新紀錄一讀取次數紀錄表。
9. 一種快閃記憶裝置之資料讀取方法，其中該快閃記憶裝置耦接至一主機且包括一快閃記憶體以及一隨機存取記憶體，該快閃記憶體包括多個區塊以供資料儲存，該資料讀取方法包括下列步驟：以該隨機存取記憶體儲存一讀取次數紀錄表以供紀錄該等區塊被讀取的次數；當該讀取次數紀錄表中之多個原始區塊對應之多個讀取次數(read count)超過一界限值時，自該快閃記憶體取得多個空白區塊(spare block)作為分別對應於該等原始區塊之多個鏡像區塊；以及於每次該等原始區塊被讀取時，複製該等原始區塊所儲存的多個資料頁其中之一至對應之該等鏡像區塊中，直到該等原始區塊中儲存的該等資料頁均已被複製至對應之該等鏡像區塊為止。
10. 如申請專利範圍第9項所述之快閃記憶裝置之資料讀取方法，更包括：當該快閃記憶裝置自該主機接收到一讀取命令時，決定該讀取命令之讀取位址對應之一目標原始區塊，並於該讀取次數紀錄表中將該目標原始區塊對應之讀取次數加一。
11. 如申請專利範圍第10項所述之快閃記憶裝置之資料讀取方法，更包括：當該快閃記憶裝置自該主機接收到該讀取命令，且該目標原始區塊對應之一目標鏡像區塊不存在時，讀取該目標原始區塊以得到一目標資料，並將該目標資料回傳至該主機。
12. 如申請專利範圍第10項所述之快閃記憶裝置之資料讀取方法，更包括：當該快閃記憶裝置自該主機接收到該讀取命令，且該目標原始區塊對應之一目標鏡像區塊存在時，讀取該目標鏡像區塊以得到一目標資料，並將該目標資料回傳至該主機。
13. 如申請專利範圍第9項所述之快閃記憶裝置之資料讀取方法，其中該讀取次數紀錄表中紀錄該等原始區塊之邏輯區塊位址、該等原始區塊之讀取次數、以及對應於該等原始區塊之該等鏡像區塊之實體位址。
14. 如申請專利範圍第13項所述之快閃記憶裝置之資料讀取方法，其中該讀取次數紀錄表中更紀錄一旗標，以分別表示該等原始區塊是否存在相對應之該等鏡像區塊。
15. 如申請專利範圍第12項所述之快閃記憶裝置之資料讀取方法，更包括：當自該目標鏡像區塊讀出所得之該目標資料發生無法經由一錯誤修正程序(error correction)修正的資料錯誤時，刪除該目標鏡像區塊之資料；自該快閃記憶體取得一第二空白區塊作為對應於該目標原始區塊之一第二鏡像區塊；以及於每次該目標原始區塊被讀取時複製該目標原始區塊所儲存的多個資料頁其中之一至該第二鏡像區塊中，直到該目標原始區塊中儲存的該等資料頁均已被複製至該第二鏡像區塊為止。
16. 如申請專利範圍第9項所述之快閃記憶裝置之資料讀取方法，更包括：當該主機關機時，將該讀取次數紀錄表儲存至該快閃記憶體；當該主機開機時，依據該讀取次數紀錄表刪除所有該等鏡像區塊之資料，清除該快閃記憶體儲存之該讀取次數紀錄表，並依據該主機開機後該等區塊之讀取次數於該隨機存取記憶體中重新紀錄一讀取次數紀錄表。