TW201348958A - 資料儲存裝置與資料儲存裝置操作方法 - Google Patents

資料儲存裝置與資料儲存裝置操作方法 Download PDF

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Abstract

資料儲存裝置與其操作方法。所述資料儲存裝置包括一快閃記憶體以及一控制器。該快閃記憶體提供一資料儲存空間以及一邏輯-物理位址映射。該邏輯-物理位址映射提供一群組索引以及依照群組劃分的複數組邏輯-物理位址映射表。該群組索引內各單位對應一群組，指向所對應群組之邏輯-物理位址映射表。上述複數組邏輯-物理位址映射表標示主機端位址如何映射至該資料儲存空間。該控制器執行一韌體，配置該資料儲存空間以儲存主機端所指示的資料、並於該快閃記憶體建立上述邏輯-物理位址映射。

Description

資料儲存裝置與資料儲存裝置操作方法
本發明係有關於資料儲存裝置與其操作方法，特別有關於以快閃記憶體為儲存媒體的資料儲存裝置。
現今資料儲存裝置常以快閃記憶體(例如，非及閘快閃記憶體/NAND flash)為儲存媒體。
隨著製程技術發展，快閃記憶體的容量大幅提升；其中資料儲存空間的管理資訊-例如，邏輯-物理位址映射表-也越來越龐大，不易管理。
本發明揭露一種資料儲存裝置以及資料儲存裝置操作方法。
根據本發明一種實施方式所實現的一資料儲存裝置包括一快閃記憶體以及一控制器。該快閃記憶體提供一資料儲存空間以及一邏輯-物理位址映射。該邏輯-物理位址映射提供一群組索引以及依照群組劃分的複數組邏輯-物理位址映射表。該群組索引內各單位對應一群組，指向所對應群組之邏輯-物理位址映射表。上述複數組邏輯-物理位址映射表標示主機端位址如何映射至該資料儲存空間。該控制器執行一韌體，配置該資料儲存空間以儲存主機端所指示的資料、並於該快閃記憶體建立上述邏輯-物理位址映射。
根據本發明另外一種實施方式所實現的一資料儲存裝置操作方法包括：於一資料儲存裝置的一快閃記憶體配置一資料儲存空間，以儲存主機端所指示的資料；並且，於該快閃記憶體提供一邏輯-物理位址映射。該邏輯-物理位址映射提供一群組索引以及依照群組劃分的複數組邏輯-物理位址映射表。該群組索引內各單位對應一群組，指向所對應群組的邏輯-物理位址映射表。上述複數組邏輯-物理位址映射表標示主機端位址至該資料儲存空間之映射。
為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖示，詳細說明如下。
第1圖圖解根據本發明一種實施方式所實現的資料儲存裝置100，可由主機端102操控。
資料儲存裝置100包括一快閃記憶體(例如，反及閘快閃記憶體NAND Flash)104、一控制器106以及一隨機存取記憶體108。快閃記憶體104提供一資料儲存空間110以及一邏輯-物理位址映射H2F。控制器106執行一韌體(可由該控制器106內的唯讀記憶體提供)，負責配置該資料儲存空間110儲存主機端102所指示的資料、並於該快閃記憶體104建立上述邏輯-物理位址映射H2F。此外，在執行該韌體的該控制器106控制下，該隨機存取記憶體108可紀錄有一物理-邏輯位址映射表F2H，供該邏輯-物理位址映射H2F之建立參考使用。
該邏輯-物理位址映射H2F提供一群組索引 GroupIndex、以及依照群組劃分的複數組邏輯-物理位址映射表Group1_H2F、Group2_H2F…GroupN_H2F。
群組索引GroupIndex內各單位對應一群組，指向所對應群組之邏輯-物理位址映射表。如圖所示，群組索引GroupIndex第一單位對應一第一群組，指向邏輯-物理位址映射表Group1_H2F；群組索引GroupIndex第二單位對應一第二群組，指向邏輯-物理位址映射表Group2_H2F；同樣規則，群組索引GroupIndex第N單位對應一第N群組，指向邏輯-物理位址映射表GroupN_H2F。
邏輯-物理位址映射表Group1_H2F、Group2_H2F…GroupN_H2F係分群組標示主機端位址(來自主機端102)至該資料儲存空間110的映射。例如，邏輯-物理位址映射表Group1_H2F係標示第一群組的主機端位址(例如，第一範圍之主機端位址)至資料儲存空間110之映射；邏輯-物理位址映射表Group2_H2F係標示第二群組的主機端位址(例如，第二範圍之主機端位址)至資料儲存空間110之映射；同樣規則，邏輯-物理位址映射表GroupN_H2F係標示第N群組的主機端位址(例如，第N範圍之主機端位址)至資料儲存空間110之映射。
第2A圖圖解一快閃記憶體之結構。快閃記憶體200包括複數個區塊(blocks)BLK1、BLK2…BLKK。各區塊包括複數頁(pages)-例如，區塊BLK1包括頁P1、P2…PM。第2B圖圖解主機端定義之主機頁Hpage與快閃記憶體之物理頁(即第2A圖所定義之「頁」)PhysicalPage的對應關係。主機頁Hpage與物理頁PhysicalPage之尺寸可相等(例 如，同為16KB)。一個主機頁Hpage需配置一物理頁PhysicalPage。
基於第2A圖與第2B圖技術，第1圖所示之複數組邏輯-物理位址映射表Group1_H2F、Group2_H2F…GroupN_H2F的各單位可對應一主機頁、且可以一區塊標籤與一頁標籤標示所對應的該主機頁儲存於該資料儲存空間110中哪一區塊的哪一頁。群組索引GroupIndex的各單位亦可包含一區塊標籤與一頁標籤，標示該單位所對應之群組的邏輯-物理位址映射表係儲存於哪一個區塊的哪一頁。此外，隨機存取記憶體108內的物理-邏輯位址映射表F2H可用於即時更新一快閃記憶體之頁至主機頁之映射-標示「物理頁」係映射至哪一個「主機頁」。
基於第2A圖、第2B圖定義，第3圖舉例說明本案所揭露之群組索引、以及依照群組劃分的複數組邏輯-物理位址映射表之操作方式。
如圖所示，主機端所定義的主機頁Hpage1係儲存於快閃記憶體之區塊NF_BLK_1、頁PageA，主機頁Hpage2係儲存於快閃記憶體之區塊NF_BLK_2、頁PageB，且主機頁Hpage3係儲存於快閃記憶體之區塊NF_BLK_3、頁PageC。所揭露技術將主機頁Hpage1、Hpage2與Hpage3歸類為一第一群組，並配置區塊NF_BLK_4的頁PageD儲存一邏輯-物理位址映射表Group1，其中：第一單位指向區塊NF_BLK_1、頁PageA以標示主機頁Hpage1的資料儲存空間；第二單位指向區塊NF_BLK_2、頁PageB以標示主機頁Hpage2的資料儲存空間；第三單位指向區塊 NF_BLK_3、頁PageC以標示主機頁Hpage3的資料儲存空間。
此外，所揭露技術更配置區塊NF_BLK_5的頁PageE儲存一群組索引GroupIndex。如圖所示，群組索引GroupIndex的第一單位對應該第一群組，指向區塊NF_BLK_4、頁PageD，標示該邏輯-物理位址映射表Group1。至於群組索引GroupIndex其他單位則可對應其他群組。例如，群組索引GroupIndex的第二單位對應一第二群組，指向區塊NF_BLK_6、頁PageF，標示一邏輯-物理位址映射表Group2；邏輯-物理位址映射表Group2提供複數個指標，指向該第二群組的複數個主機頁的資料儲存位置(包括，指向區塊NF_BLK_8、頁PageH與PageI，以分別標示主機頁Hpage4與Hpage5的資料儲存空間，且指向區塊NF_BLK_9、頁PageJ，以標示主機頁Hpage6的資料儲存空間)。群組索引GroupIndex第三單位對應一第三群組，指向區塊NF_BLK_7、頁PageG，標示一邏輯-物理位址映射表Group3；邏輯-物理位址映射表Group3提供複數個指標，指向該第三群組的複數個主機頁的資料儲存位置(包括，指向區塊NF_BLK_10、頁PageK、PageL與PageM，以分別標示主機頁Hpage7、Hpage8與Hpage9的資料儲存空間)。特別聲明之，依照所揭露之管理規則，同一群組的主機頁資料可散佈於多個區塊(如分散在三個區塊NF_BLK_1、NF_BLK_2與NF_BLK_3的三個主機頁Hpage1、Hpage2、Hpage3資料、或由兩個區塊NF_BLK_8與NF_BLK_9儲存的三個主機頁Hpage4、Hpage5與Hpage5 資料)，或者，同一群組的主機頁資料可集中於單一個區塊(如集中在單一區塊NF_BLK_10的三個主機頁Hpage7、Hpage8、Hpage9資料)。
參閱第3圖所示實施方式，若主機端指示讀取主機頁Hpage1，資料儲存裝置的控制器可分析該主機頁Hpage1，得知主機頁Hpage屬於一第一群組。控制器可查詢群組索引GroupIndex，找出其中對應該第一群組的單位，根據其中指標尋得邏輯-物理位址映射表Group1。控制器可根據邏輯-物理位址映射表Group1中對應主機頁Hpage1的該單位得知主機頁Hpage1資料儲存於區塊NF_BLK_1的頁PageA。如此一來，主機頁Hpage1的讀取操作即可實現。所揭露技術以兩階層以上的指標建立邏輯位址至物理位址之映射關係。
所揭露之邏輯-物理位址映射H2F技術有利於管理大容量之快閃記憶體。第4圖舉例說明該邏輯-物理位址映射H2F之修正技術。
參閱第4圖，一目標主機頁先前的資料Hpage_Old係儲存於一原始頁Page1，由邏輯-物理位址映射表Group_Old的一單位所提供的指標標示。該邏輯-物理位址映射表Group_Old則是由群組索引GoupIndexOld中一單位所提供的指標標示。
關於該目標主機頁之資料更新，所揭露技術新配置一更新頁Page2儲存該目標主機頁更新後的資料HPage_New，原始頁Page1隨之標示為無效。此外，所揭露技術新配置一邏輯-物理位址映射表更新頁 Group_New，儲存修正後的邏輯-物理位址映射表(同樣標號為Group_New)。邏輯-物理位址映射表Group_New其中一單位所提供的指標係指向該更新頁Page2，邏輯-物理位址映射表Group_Old隨之被標示無效。此外，所揭露技術新配置一群組索引更新頁GroupIndexNew，儲存更新後的群組索引(同樣標號為GroupIndexNew)。群組索引GroupIndexNew其中一單位所提供的指標係指向該邏輯-物理位址映射表Group_New，群組索引GroupIndexOld隨之被標示無效。總結之，所揭露之邏輯-物理位址映射H2F可藉由新配置兩頁空間(填入修正後的群組索引GroupIndexNew與邏輯-物理位址映射表Group_New)實現該目標主機頁至物理頁之映射修正，程序相當簡易，適合大容量的快閃記憶體使用。
在一種實施方式中，更新頁Page2配置給該目標主機頁後，此映射關係可先紀錄於隨機存取記憶體(第1圖標號108)的物理-邏輯位址映射表F2H中，供填入資料HPage_New至快閃記憶體時參考使用，此外，也可在建立所述邏輯-物理位址映射H2F時參考使用。
在一種實施方式中，所揭露技術會將該目標主機頁先前映射的原始頁Page1之資料HPage_Old先拷貝至隨機存取記憶體108作資料更新，再根據物理-邏輯位址映射表F2H將之儲存至更新頁Page2。邏輯-物理位址映射表Group_Old也可先拷貝至隨機存取記憶體108作資料更新，再儲存至快閃記憶體呈Group_New。群組索引GroupIndexOld也可先拷貝至隨機存取記憶體108作資料 更新，再儲存至快閃記憶體呈GroupIndexNew。
第5圖以流程圖圖解一目標主機頁之資料更新流程。步驟S502於快閃記憶體配置一更新頁(對應第4圖更新頁Page2)，以更新一目標主機頁之資料。步驟S504修正隨機存取記憶體(對應第1圖之標號108)所儲存的該物理-邏輯位址映射表F2H，以紀錄該更新頁Page2係映射該目標主機頁。步驟S506將該目標主機頁先前映射的一原始頁(對應第4圖之原始頁Page1)之資料HPage_Old拷貝至該隨機存取記憶體108更新為資料HPage_New，再根據該物理-邏輯位址映射表F2H儲存至該更新頁Page2。步驟S508在該快閃記憶體中為該目標主機頁所屬之群組配置一邏輯-物理位址映射表更新頁(對應第4圖之Group_New)，以其中一單位指向該更新頁Page2。步驟S510在該快閃記憶體配置一群組索引更新頁(對應第4圖之GroupIndexNew)，以其中一單位指向該邏輯-物理位址映射表更新頁Group_New。
步驟S508可包括將舊有的邏輯-物理位址映射表(對應第4圖Group_Old)先拷貝至隨機存取記憶體108作資料更新，再儲存至邏輯-物理位址映射表更新頁Group_New。步驟S510可包括將舊有的群組索引GroupIndexOld先拷貝至隨機存取記憶體108作資料更新，再儲存至群組索引更新頁GrodpIndexNew。
以上關於邏輯-物理位址映射表FH之操作皆可韌體方式，交由控制器106執行實現。
此外，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，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，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。
100‧‧‧資料儲存裝置
102‧‧‧主機端
104‧‧‧快閃記憶體
106‧‧‧控制器
108‧‧‧隨機存取記憶體
110‧‧‧資料儲存空間
200‧‧‧快閃記憶體
BLK1、BLK2…BLKK‧‧‧區塊
F2H‧‧‧物理-邏輯位址映射表
Group1…Group3、Group1_H2F…GroupN_H2F‧‧‧邏輯-物理位址映射表
GroupIndex‧‧‧群組索引
GroupIndexOld‧‧‧修正前之群組索引
GroupIndexNew‧‧‧修正後之群組索引/群組索引更新頁
GroupOld‧‧‧對應目標主機頁所屬之群組，為修正前之邏輯-物理位址映射表
GroupNew‧‧‧對應目標主機頁所屬之群組，為修正後之邏輯-物理位址映射表/邏輯-物理位址映射表更新頁
H2F‧‧‧邏輯-物理位址映射表
HPage、Hpage1…Hpage9‧‧‧主機頁
HPage_Old、Hpage_New‧‧‧目標主機頁修正前、後之資料
NF_BLK_1…NF_BLK_10‧‧‧區塊
P1、P2…PM‧‧‧頁
Page1‧‧‧原始頁
Page2‧‧‧更新頁
PageA…PageM‧‧‧頁
PhysicalPage‧‧‧物理頁
S502…S510‧‧‧步驟
第1圖圖解根據本發明一種實施方式所實現的資料儲存裝置100；第2A圖圖解一快閃記憶體之結構；第2B圖圖解主機端定義之「主機頁」與快閃記憶體之「物理頁」的對應關係；第3圖舉例說明本案所揭露之群組索引、以及依照群組劃分的複數組邏輯-物理位址映射表之操作方式；第4圖舉例說明邏輯-物理位址映射H2F之修正技術；且第5圖以流程圖圖解一目標主機頁之資料更新流程。
100‧‧‧資料儲存裝置
102‧‧‧主機端
104‧‧‧快閃記憶體
106‧‧‧控制器
108‧‧‧隨機存取記憶體
110‧‧‧資料儲存空間
F2H‧‧‧物理-邏輯位址映射表
Group1_H2F、Group2_H2F…GroupN_H2F‧‧‧邏輯-物理位址映射表
GroupIndex‧‧‧群組索引
H2F‧‧‧邏輯-物理位址映射表

Claims (12)

  1. 一種資料儲存裝置，包括：一快閃記憶體，提供一資料儲存空間以及一邏輯-物理位址映射，其中：該邏輯-物理位址映射提供一群組索引以及依照群組劃分的複數組邏輯-物理位址映射表；該群組索引內各單位對應一群組，指向所對應群組之邏輯-物理位址映射表；且上述複數組邏輯-物理位址映射表標示主機端位址至該資料儲存空間之映射；以及一控制器，執行一韌體，配置該資料儲存空間以儲存主機端所指示的資料、並於該快閃記憶體建立上述邏輯-物理位址映射。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存裝置，其中，該快閃記憶體包括複數個區塊，且上述區塊各自包括複數頁。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之資料儲存裝置，其中上述邏輯-物理位址映射表的各單位對應一主機頁、且以一區塊標籤與一頁標籤標示所對應的該主機頁儲存於該資料儲存空間何處。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之資料儲存裝置，其中上述群組索引的各單位以一區塊標籤與一頁標籤指向所對應群組之邏輯-物理位址映射表。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之資料儲存裝置，更包括： 一隨機存取記憶體，在執行該韌體的該控制器控制下紀錄一物理-邏輯位址映射表，以即時更新該快閃記憶體之頁係映射至哪一個主機頁。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之資料儲存裝置，其中：該控制器在該快閃記憶體配置一更新頁更新一目標主機頁之資料時，更修正該隨機存取記憶體所儲存的該物理-邏輯位址映射表，以紀錄該更新頁係映射該目標主機頁，並且，該控制器更將該目標主機頁先前映射的一原始頁之資料拷貝至該隨機存取記憶體作資料更新後根據該物理-邏輯位址映射表儲存至該更新頁、並在該快閃記憶體中為對應該目標主機頁之群組配置一邏輯-物理位址映射表更新頁並以其中一單位指向該更新頁、且在該快閃記憶體配置一群組索引更新頁並以其中一單位指向該邏輯-物理位址映射表更新頁。
  7. 一種資料儲存裝置操作方法，包括：於一資料儲存裝置的一快閃記憶體配置一資料儲存空間，以儲存主機端所指示的資料；並且於該快閃記憶體提供一邏輯-物理位址映射，其中：該邏輯-物理位址映射提供一群組索引以及依照群組劃分的複數組邏輯-物理位址映射表；該群組索引內各單位對應一群組，指向所對應群組之邏輯-物理位址映射表；且上述複數組邏輯-物理位址映射表標示主機端位址至該資料儲存空間之映射。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之資料儲存裝置操作方 法，其中，該快閃記憶體包括複數個區塊，且上述區塊各自包括複數頁。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之資料儲存裝置操作方法，其中上述邏輯-物理位址映射表的各單位對應一主機頁、且以一區塊標籤與一頁標籤標示所對應的該主機頁儲存於該資料儲存空間何處。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之資料儲存裝置操作方法，其中上述群組索引的各單位以一區塊標籤與一頁標籤指向所對應群組之邏輯-物理位址映射表。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之資料儲存裝置操作方法，更包括：於一隨機存取記憶體紀錄一物理-邏輯位址映射表，以即時更新該快閃記憶體之頁係映射至哪一個主機頁。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之資料儲存裝置操作方法，更包括：於該快閃記憶體配置一更新頁，以更新一目標主機頁之資料；修正該隨機存取記憶體所儲存的該物理-邏輯位址映射表，以紀錄該更新頁係映射該目標主機頁；將該目標主機頁先前映射的一原始頁之資料拷貝至該隨機存取記憶體作資料更新後根據該物理-邏輯位址映射表儲存至該更新頁；在該快閃記憶體中為對應該目標主機頁之群組配置一邏輯-物理位址映射表更新頁，以其中一單位指向該更新頁；並且 在該快閃記憶體配置一群組索引更新頁，以其中一單位指向該邏輯-物理位址映射表更新頁。
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