TW201505028A - 資料儲存裝置以及快閃記憶體控制方法 - Google Patents
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Abstract
本發明揭露一種資料儲存裝置、及其快閃記憶體之控制方法。快閃記憶體之實體空間包括多個區塊。一控制器用於管理該等區塊,使該等區塊部分選入閒置佇列以待配置作系統區塊或作資料區塊,此外,部分該等區塊則是選入凍結佇列凍結不用。該控制器更監控該凍結佇列以及該閒置佇列內各區塊之抹除計數。當凍結佇列額滿、且閒置佇列有區塊的抹除計數超越該凍結佇列任一區塊之抹除計數時,控制器將該凍結佇列中抹除計數最低之區塊自該凍結佇列釋放,並將該閒置佇列中抹除計數最高之區塊改選入該凍結佇列凍結不用,使該快閃記憶體之抹寫平均。
Description
本發明係有關於資料儲存裝置,特別有關於快閃記憶體(FLASH memory)之平均抹寫(wear leveling)。
現今資料儲存裝置常以快閃記憶體(FLASH memory)為儲存媒體。以非及閘型的快閃記憶體(即NAND FLASH)為例,常用作記憶卡(memory card)、通用序列匯流排閃存裝置(USB flash device)、固態硬碟(SSD)...等產品。另外有一種應用是採多晶片封裝、將NAND FLASH晶片與控制晶片包成一顆晶片-稱為嵌入式快閃記憶體模組(eMMC)。
快閃記憶體的實體空間通常包括複數個區塊(blocks)。一區塊需要完整抹除(erase)後方能被重新配置。然而,一區塊的可抹除次數有限,抹寫過多次的區塊會損壞。為了延長快閃記憶體的壽命,平均抹寫(wear leveling)為本技術領域一項重要課題,目的是使不同區塊之抹寫次數差異不過大。
本發明揭露一種資料儲存裝置以及一種快閃記憶體控制方法。
根據本發明一種實施方式所實現的一資料儲存裝
置包括一控制器以及一快閃記憶體。該快閃記憶體之實體空間包括複數個區塊。該控制器係用於管理該等區塊,使該等區塊部分選入閒置佇列以待配置作系統區塊或作資料區塊,並使該等區塊部分選入凍結佇列凍結不用。該控制器更監控該凍結佇列以及該閒置佇列內各區塊之抹除計數。當該凍結佇列額滿、且該閒置佇列有區塊的抹除計數超越該凍結佇列任一區塊之抹除計數時,該控制器將該凍結佇列中一第一區塊自該凍結佇列釋放,並將該閒置佇列中一第二區塊改選入該凍結佇列凍結不用,使該快閃記憶體之抹寫平均。該第一區塊可為該凍結佇列中抹除計數最低或者次低的區塊,亦可為屬於較低抹除計數之該群區塊中任選其一。該第二區塊可為該閒置佇列中抹除計數最高或者次高的區塊,亦可為屬於較高抹除計數之該群區塊中任選其一。
根據本發明一種實施方式所實現的一快閃記憶體控制方法包括以下步驟:管理一快閃記憶體的複數個區塊,使該等區塊部分選入閒置佇列以待配置作系統區塊或作資料區塊,並使該等區塊部分選入凍結佇列凍結不用;監控該凍結佇列以及該閒置佇列內各區塊之抹除計數;以及,當該凍結佇列額滿、且該閒置佇列有區塊的抹除計數超越該凍結佇列任一區塊之抹除計數時,將該凍結佇列中一第一區塊自該凍結佇列釋放,並將該閒置佇列中一第二區塊改選入該凍結佇列凍結不用,使該快閃記憶體之抹寫平均。該第一區塊可為該凍結佇列中抹除計數最低或者次低的區塊,亦可為屬於較低抹除計數之該群區塊中任選其一。該第二區塊可為該閒置佇列中抹除計數
最高或者次高的區塊,亦可為屬於較高抹除計數之該群區塊中任選其一。
下文特舉實施例,並配合所附圖示,詳細說明本發明內容。
102‧‧‧資料儲存裝置
104‧‧‧快閃記憶體
106‧‧‧控制器
108‧‧‧閒置佇列
110‧‧‧系統區塊
112‧‧‧資料區塊
114‧‧‧凍結佇列
116‧‧‧隨機存取記憶體
118‧‧‧閒置佇列管理表
120‧‧‧凍結佇列管理表
122‧‧‧抹除紀錄表
124‧‧‧主機
126‧‧‧自由區塊
S202-S216‧‧‧步驟
第1圖以方塊圖圖解根據本發明一種實施方式所實現的一資料儲存裝置;且第2圖為流程圖,說明本案技術於平均抹寫(wear-leveling)管理的一種實施方式。
以下敘述列舉本發明的多種實施例。以下敘述介紹本發明的基本概念,且並非意圖限制本發明內容。實際發明範圍應依照申請專利範圍界定之。
第1圖以方塊圖圖解根據本發明一種實施方式所實現的一資料儲存裝置102。資料儲存裝置102包括一快閃記憶體(FLASH memory)104以及一控制器106。快閃記憶體104之實體空間包括複數個區塊(blocks,皆以BLK標號)。控制器106係用於管理該等區塊BLK。在該控制器106操作下,該等區塊部分選入一閒置佇列(spare queue)108,以待配置作系統區塊(system blocks)110儲存系統資訊、或待配置作資料區塊(data blocks)112作資料儲存(data storage)。此外,該控制器106更包括使該等區塊部分選入一凍結佇列(jail queue)114凍結不用。該控制器106更監控該凍結佇列114以及該閒置佇列108內各區
塊BLK之抹除計數(erase count)。當該凍結佇列114額滿、且該閒置佇列108有區塊的抹除計數超越該凍結佇列114任一區塊之抹除計數時,該控制器106將該凍結佇列114中抹除計數最低之區塊自該凍結佇列114釋放,並將該閒置佇列108中抹除計數最高之區塊改選入該凍結佇列114凍結不用。如此一來,抹除次數最逼近臨界的該些區塊可確實凍結在凍結佇列114中,不會被錯誤選入閒置佇列108再遭抹寫、配置使用。以上方法使快閃記憶體104之抹寫更為平均,快閃記憶體104之壽命顯著延長。
在其他實施方式中,自凍結佇列114釋放的區塊可有其他選擇,例如,可為該凍結佇列114中抹除計數次低的區塊,或者,亦可自該凍結佇列114中屬於較低抹除計數之該群區塊中任選其一作釋放。
此外,在其他實施方式中,由閒置佇列108改選入凍結佇列114凍結不用的區塊亦可有其他選擇,例如,可為該閒置佇列108中抹除計數次高的區塊,或者,亦可自該閒置佇列108中屬於較高抹除計數之該群區塊中任選其一。
針對閒置佇列108、凍結佇列114以及其中區塊之抹除計數,第1圖所示之實施方式係於所揭露之資料儲存裝置102中更設置一隨機存取記憶體116,在控制器106之控制下,以管理表格(table management)方式即時翻新監控之。藉由該隨機存取記憶體116而即時翻新的管理表格包括一閒置佇列管理表118、一凍結佇列管理表120以及一抹除紀錄表122。閒置佇列管理表118紀錄該閒置佇列108所涵括的區塊。凍結佇列管理
表120紀錄該凍結佇列114所涵括的區塊。抹除紀錄表122紀錄該快閃記憶體104各區塊的抹除計數。控制器106可基於隨機存取記憶體116所儲存的管理表格118、120以及122的內容達到閒置佇列108以及凍結佇列114之區塊的抹除計數監控,且該控制器106係直接在隨機存取記憶體116上對管理表格118、120以及122作更新。管理表格118、120以及122可定期、或隨電源關閉由控制器106複製儲存至快閃記憶體104之系統區塊110,供下次上電時讀出使用。
如第1圖所示,資料儲存裝置102可連結一主機124由該主機124控制。本案所揭露之資料儲存裝置可實現為記憶卡(memory card)、通用序列匯流排閃存裝置(USB flash device)、固態硬碟(SSD)...等產品。另外有一種實施方式是採多晶片封裝、將NAND FLASH晶片與控制晶片包成一顆晶片-稱為嵌入式快閃記憶體模組(eMMC),可安裝於行動裝置如智慧型手機上,作其儲存媒體。
以智慧型手機為例,其使用狀態可能有以下狀況。快閃記憶體104已鋪寫大量資料,多數之區塊已配置為資料區塊112,僅餘少量的區塊得以應用。由於智慧型手機使用者常有隨意瀏覽網頁即關閉螢幕休眠之類的反覆操作,有限的可應用區塊會反覆抹寫來應付網頁瀏覽、與斷電/上電(power cycle)系統資訊紀錄…等需求。如此一來,該些區塊之抹寫計數會暴衝。本發明所揭露之技術在此狀況有其顯著效果,瀕臨損壞之區塊可確實凍結為凍結佇列114,快閃記憶體104壽命有效延長。
第2圖為流程圖,說明本案技術於平均抹寫管理的一種實施方式,可由控制器106執行實現,以下搭配第1圖編號說明之。
步驟S202係對閒置佇列108的區塊數量作監控,若閒置佇列108之區塊數量不足(如,低於一臨界值),則執行步驟S204,添補該閒置佇列108的區塊(如,從自由區塊126中擇一添補至閒置佇列108),並遞增所新添補之區塊的抹除計數(如,作EraseCnt++運算,EraseCnt為該新添補之區塊的抹除計數)。步驟S206負責判斷上述新添補之區塊的抹除計數EraseCnt是否大於該快閃記憶體104所有區塊中的最小抹除計數(稱EraseCntmin)至少一凍結臨界標準(稱THjail)。若EraseCnt-EraseCntmin<THjail,則回到步驟S202對閒置佇列108的區塊數量持續監控。若EraseCnt-EraseCntminTHjail,則執行步驟S208,判斷凍結佇列114是否額滿(凍結佇列114可容納的數量可於開卡前定義)。若凍結佇列114尚未額滿,則執行步驟S210,步驟S204所新添補的區塊將不被歸屬至閒置佇列108,而是改選入該凍結佇列114凍結不用。反之,若凍結佇列114額滿,則執行步驟S212,比較該凍結佇列114以及該閒置佇列108內各區塊之抹除計數。步驟S214用於判斷該凍結佇列114是否有任一區塊之抹除計數被閒置佇列108之區塊超越。若凍結佇列114內的區塊仍是較瀕臨損壞的區塊,則可回到步驟S202對閒置佇列108的區塊數量持續監控。若閒置佇列108有區塊的抹除計數大於該凍結佇列114任一區塊,則執行步驟S216。步驟S216係將該凍結佇列114中抹除計數最低之區塊自
該凍結佇列114釋放,並將該閒置佇列108中抹除計數最高之區塊改選入該凍結佇列114凍結不用。如此一來,抹除次數最逼近臨界的該些區塊可確實凍結在凍結佇列114中,不會被錯誤選入閒置佇列108再遭抹寫、配置使用。
上述實施方式所述之控制器106可包括運算單元與唯讀處理器(ROM)。以上所揭露的各技術步驟可以程式化方式呈韌體實現,相關程式碼係載於唯讀記憶體中,由運算單元執行之。此外,其他採用同樣概念控制一快閃記憶體的技術都屬於本案所欲保護的範圍。本案更涉及快閃記憶體的控制方法,不限定以特定架構的控制器實現。
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。
102‧‧‧資料儲存裝置
104‧‧‧快閃記憶體
106‧‧‧控制器
108‧‧‧閒置佇列
110‧‧‧系統區塊
112‧‧‧資料區塊
114‧‧‧凍結佇列
116‧‧‧隨機存取記憶體
118‧‧‧閒置佇列管理表
120‧‧‧凍結佇列管理表
122‧‧‧抹除紀錄表
124‧‧‧主機
126‧‧‧自由區塊
Claims (18)
- 一種資料儲存裝置,包括:一快閃記憶體,其實體空間包括複數個區塊;一控制器,用以管理上述複數個區塊、一閒置佇列及一凍結佇列,並使部分被選入凍結佇列的該等區塊凍結不用,其中:該控制器更監控該凍結佇列以及該閒置佇列內各區塊之抹除計數;且當該凍結佇列額滿、且該閒置佇列有區塊的抹除計數超越該凍結佇列任一區塊之抹除計數時,該控制器將該凍結佇列中的一第一區塊自該凍結佇列釋放,並將該閒置佇列中的一第二區塊選入該凍結佇列。
- 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存裝置,其中該第一區塊係該凍結佇列中抹除計數最低的區塊。
- 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存裝置,其中該第二區塊係該閒置佇列中抹除計數最高的區塊。
- 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存裝置,其中該第一區塊係該凍結佇列中抹除計數次低的區塊。
- 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存裝置,其中該第二區塊係該閒置佇列中抹除計數次高的區塊。
- 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存裝置,其中:該控制器包括在該閒置佇列之區塊數量不足時添補該閒置佇列的區塊,並遞增所新添補之區塊的抹除計數。
- 如申請專利範圍第6項所述之資料儲存裝置,其中: 上述新添補之區塊的抹除計數大於該快閃記憶體所有區塊之最小抹除計數至少一凍結臨界標準、且該凍結佇列尚未滿額時,該控制器將上述新添補之區塊改選入該凍結佇列凍結不用。
- 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存裝置,更包括:一隨機存取記憶體,由該控制器控制,作一閒置佇列管理表、一凍結佇列管理表以及一抹除紀錄表之即時翻新,其中:該閒置佇列管理表紀錄該閒置佇列所涵括的區塊;該凍結佇列管理表紀錄該凍結佇列所涵括的區塊;且該抹除紀錄表紀錄該快閃記憶體各區塊的抹除計數。
- 如申請專利範圍第8項所述之資料儲存裝置,其中:該控制器更自該隨機存取記憶體將上述閒置佇列管理表、凍結佇列管理表以及抹除紀錄表複製儲存至該快閃記憶體之系統區塊,供再次上電時讀出使用。
- 一種快閃記憶體控制方法,包括:管理一快閃記憶體的複數個區塊、一閒置佇列及一凍結佇列,並使部分被選入凍結佇列的該等區塊凍結不用;監控該凍結佇列以及該閒置佇列內各區塊之抹除計數;以及當該凍結佇列額滿、且該閒置佇列有區塊的抹除計數超越該凍結佇列任一區塊之抹除計數時,將該凍結佇列中一第一區塊自該凍結佇列釋放,並將該閒置佇列中一第二區塊改選入該凍結佇列。
- 如申請專利範圍第10項所述之快閃記憶體控制方法,其中該第一區塊係該凍結佇列中抹除計數最低的區塊。
- 如申請專利範圍第10項所述之快閃記憶體控制方法,其中該第二區塊係該閒置佇列中抹除計數最高的區塊。
- 如申請專利範圍第10項所述之快閃記憶體控制方法,其中該第一區塊係該凍結佇列中抹除計數次低的區塊。
- 如申請專利範圍第10項所述之快閃記憶體控制方法,其中該第二區塊係該閒置佇列中抹除計數次高的區塊。
- 如申請專利範圍第10項所述之快閃記憶體控制方法,更包括:在該閒置佇列之區塊數量不足時添補該閒置佇列的區塊,並遞增所新添補之區塊的抹除計數。
- 如申請專利範圍第15項所述之快閃記憶體控制方法,更包括:在上述新添補之區塊的抹除計數大於該快閃記憶體所有區塊之最小抹除計數至少一凍結臨界標準、且該凍結佇列尚未滿額時,將上述新添補之區塊改選入該凍結佇列凍結不用。
- 如申請專利範圍第10項所述之快閃記憶體控制方法,更包括:於一隨機存取記憶體作一閒置佇列管理表、一凍結佇列管理表以及一抹除紀錄表之即時翻新,其中:該閒置佇列管理表紀錄該閒置佇列所涵括的區塊; 該凍結佇列管理表紀錄該凍結佇列所涵括的區塊;且該抹除紀錄表紀錄該快閃記憶體各區塊的抹除計數。
- 如申請專利範圍第17項所述之快閃記憶體控制方法,更包括:自該隨機存取記憶體將上述閒置佇列管理表、凍結佇列管理表以及抹除紀錄表複製儲存至該快閃記憶體之系統區塊,供再次上電時讀出使用。
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