TW201527974A - 資料儲存裝置以及快閃記憶體控制方法 - Google Patents

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Abstract

高抹除效率的資料儲存裝置以及快閃記憶體控制方法。一微控制器係設置來在一快閃記憶體上維護紀載一主機以及該快閃記憶體之間映射資訊的複數個邏輯-物理位址映射表以及一鏈結表。鏈結表標示該等邏輯-物理位址映射表的位置，且鏈結表各欄位係對應該等邏輯-物理位址映射表其一。抹除邏輯位址對應N個邏輯-物理位址映射表的使用者資料時，微控制器係設置來令該鏈結表中對應上述N個邏輯-物理位址映射表的N個欄位無效。N為整數。

Description

資料儲存裝置以及快閃記憶體控制方法
本發明係有關於快閃記憶體(flash memory)實現之資料儲存裝置以及快閃記憶體控制方法。
現今資料儲存裝置常以快閃記憶體(flash memory)為儲存媒體。例如，快閃記憶體常用作記憶卡(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、將一非及閘型快閃記憶體與其控制晶片包裝在同一封裝中-稱為嵌入式快閃記憶體模組(如eMMC)。
快閃記憶體的實體空間通常包括複數個區塊(blocks)。各區塊包括複數個物理頁(pages)。針對快閃記憶體而設計的抹除操作須以區塊為抹除單位，一次釋放一區塊的儲存空間。資料更新時，新資料係寫入閒置空間，而非覆寫在舊資料上。物理-邏輯位址映射資訊需紀載於一快閃記憶體中，以管理該快閃記憶體。快閃記憶體的管理遠較其他傳統儲存媒體複雜，特別是大尺寸快閃記憶體更不易管理。大尺寸快閃記憶體之映射資訊管理須妥善設計。
採用快閃記憶體的資料儲存裝置以及快閃記憶體 控制方法，其中包括高效率抹除技術。
根據本案一種實施方式所實現的資料儲存裝置包括一快閃記憶體以及一控制單元。該快閃記憶體係劃分為複數個區塊。各區塊包括複數個物理頁。該控制單元耦接該快閃記憶體至一主機，且具有一微控制器。該微控制器係設置來在該快閃記憶體上維護紀載有該主機以及該快閃記憶體之間映射資訊的複數個邏輯-物理位址映射表以及一鏈結表。該鏈結表標示該等邏輯-物理位址映射表的位置。該鏈結表各欄位對應一個邏輯-物理位址映射表。抹除邏輯位址對應N個邏輯-物理位址映射表的使用者資料時，該微控制器係設置來令該鏈結表中對應上述N個邏輯-物理位址映射表的N個欄位無效。N為整數。
根據本案一種實施方式所實現的快閃記憶體控制方法包括：在一快閃記憶體上維護紀載有一主機以及該快閃記憶體之間映射資訊的複數個邏輯-物理位址映射表以及一鏈結表，其中該快閃記憶體所供應的儲存空間係劃分為複數個區塊，各區塊包括複數個物理頁，該鏈結表標示該等邏輯-物理位址映射表的位置，該鏈結表各欄位對應該等邏輯-物理位址映射表格其一；以及，在抹除邏輯位址對應N個邏輯-物理位址映射表的使用者資料時，令該鏈結表中對應上述N個邏輯-物理位址映射表的N個欄位無效，其中，N為整數。
下文特舉實施例，並配合所附圖示，詳細說明本發明內容。
100‧‧‧快閃記憶體
102‧‧‧物理頁
104、106、108以及110‧‧‧區段
300‧‧‧資料儲存裝置
302‧‧‧主機
304‧‧‧快閃記憶體
306‧‧‧控制單元
308‧‧‧系統內程式區塊
310‧‧‧系統資訊區塊
312‧‧‧資料集合
320‧‧‧微控制器
322‧‧‧隨機存取記憶體
324‧‧‧唯讀記憶體
330‧‧‧系統區塊
332‧‧‧鏈結表H2FLink的N個欄位
334‧‧‧供鏈結表指標*H2FLink下載儲存的空間
336‧‧‧供鏈結表H2FLink下載儲存的空間
338‧‧‧N個欄位332於隨機存取記憶體322上的內容
340‧‧‧閒置空間
342‧‧‧更新過的鏈結表指標
(B_N，P_N)‧‧‧(區塊編號，物理頁編號)
BLK4、BLK2…BLKN‧‧‧區塊
H2F‧‧‧邏輯-物理位址映射表
H2F1…H2Fi…H2Fi+N-1…H2FK‧‧‧邏輯-物理位址映射表
H2FLink‧‧‧鏈結表
Hm(LBAk0~LBAk0+7)、Hm+1(LBAk1~LBAk1+7)、Hm+2(LBAk2~LBAk2+7)、Hm+3(LBAk3~LBAk3+7)‧‧‧主機頁
S502…S508‧‧‧步驟
*H2F1…*H2Fi-1、*H2Fi…*H2Fi+N-1、*H2Fi+N…*H2FK‧‧‧邏輯-物理位址映射表指標
*H2FLink‧‧‧鏈結表指標
第1圖圖解一快閃記憶體100的儲存空間規劃；第2圖根據本案一種實施方式圖解一邏輯-物理位址映射表H2F；第3圖為方塊圖，根據本案一種實施方式圖解一資料儲存裝置300；第4圖更詳細分解第3圖鏈結表H2FLink之更新過程；以及第5圖為流程圖，根據本案一種實施方式圖解如何抹除其邏輯位址對應鏈結表H2FLink中N個欄位332的大尺寸使用者資料，其邏輯-物理位址映射資訊係儲存於N個邏輯-物理位址映射表H2Fi…H2Fi+N-1中。
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圖圖解一快閃記憶體100的儲存空間規劃。快閃記憶體100所供應的儲存空間係劃分為複數個區塊(blocks)BLK1、BLK2…BLKN…等。各區塊包括複數個物理頁(pages)。各物理頁包括複數區段(sectors)。例如，區塊BLKN上的物理頁102包括四個區段104、106、108以及110。
若各區段係配置儲存一主機頁的使用者資料(對應一串邏輯位址，如LBAk~LBAk+7)，各物理頁係配置給四個主機頁使用。例如，區段104、106、108以及110係分別對應主機頁Hm(即，LBAk0~LBAk0+7)、Hm+1(即，LBAk1~LBAk1+7)、 Hm+2(即，LBAk2~LBAk2+7)、Hm+3(即，LBAk3~LBAk3+7)。若一區塊包括128個物理頁，則係有128x4個主機頁對應一區塊之128x4個區段。針對各區塊，如此128x4個區段以及128x4個主機頁之間的映射資訊需記錄下來，供管理儲存空間使用。大尺寸記憶體所需管理的映射資訊量也大。
在一種實施方式中，可觀資料量的映射資訊係記錄於快閃記憶體100中，作非揮發性儲存。映射資訊係設計為多階層架構。映射關係係以複數個邏輯-物理位址映射表(簡稱H2Fs)以及標示該等邏輯-物理位址映射表H2Fs位置的一鏈結表記錄在快閃記憶體中。
第2圖根據本案一種實施方式圖解一邏輯-物理位址映射表H2F。該邏輯-物理位址映射表H2F為16K位元組，等同一個物理頁尺寸。該邏輯-物理位址映射表H2F各欄位佔4位元組。因此，各邏輯-物理位址映射表存有4K(=16KB/4B)個主機頁的映射資訊。各欄位對應一主機頁，且係紀載一區塊號碼B_N以及一物理頁號碼P_N，顯示對應之主機頁儲存於快閃記憶體何處。以上例子並不意圖限定表格尺寸為16K位元組，更不意圖限定各主機頁的映射資訊為4位元組。
第3圖為方塊圖，根據本案一種實施方式圖解一資料儲存裝置300。資料接收裝置300係根據主機302所下達的指令運作，包括一快閃記憶體304以及一控制單元306。快閃記憶體304的複數個區塊(blocks)係配置作多種用途。部分區塊308係用於儲存系統內程式碼(in-system programs，簡稱ISPs)。部分區塊310儲存系統資訊(system information)。使用者資料係儲 存在資料集合312。快閃記憶體304可更包括未作任何配置使用的區塊(free blocks)、閒置區塊(spare blocks)以及資料接收區塊，該些區塊未顯示於圖示中。
控制單元306耦接該快閃記憶體304至該主機302，且包括一微控制器320、一隨機存取記憶體322以及一唯讀記憶體324。唯讀程式碼係儲存於唯讀記憶體324中。微控制器320包括執行該唯讀記憶體324內的唯讀程式碼(ROM code)或/以及執行該快閃記憶體304之該些區塊308內的系統內程式碼，據以操作該快閃記憶體304。微控制器320係設置來執行該快閃記憶體304之區塊配置(如第3圖所示)。
微控制器320係更設置來在該快閃記憶體304上供應一鏈結表指標*H2FLink、複數個邏輯-物理位址映射表H2F1…H2Fi…H2Fi+N-1…H2FK、以及一鏈結表H2FLink，以記錄主機302以及快閃記憶體304之間的邏輯-物理位址映射資訊。系統區塊330上的鏈結表指標*H2FLink係標示鏈結表H2FLink位置。鏈結表*H2FLink可以一區塊號碼以及一物理頁號碼標示鏈結表H2FLink位置。鏈結表H2FLink係標示上述該等邏輯-物理位址映射表H2F1…H2Fi…H2Fi+N-1…H2FK之位置。鏈結表H2FLink的複數個欄位分別對應該等邏輯-物理位址映射表H2F1…H2Fi…H2Fi+N-1…H2FK。在一種實施方式中，鏈結表H2FLink各欄位係儲存一區塊號碼以及一物理頁號碼，標示所對應的邏輯-物理位址映射表之位置。若欲抹除邏輯位址對應N個邏輯-物理位址映射表H2Fi…H2Fi+N-1的使用者資料，相關操作討論如下。鏈結表H2FLink中，N個欄位332對應N個 邏輯-物理位址映射表H2Fi…H2Fi+N-1。微控制器320係設置來讀取該系統區塊330，以自該快閃記憶體304下載鏈結表指標*H2FLink於隨機存取記憶體322的空間334。此外，基於鏈結表指標*H2FLink，微控制器320自快閃記憶體304下載鏈結表H2FLink至隨機存取記憶體的空間336，並在隨機存取記憶體322上令鏈結表的N個欄位338(對應332)無效。微控制器320再將如此N個欄位338內容無效的鏈結表上傳回快閃記憶體304(例如，寫入快閃記憶體304的閒置空間340)。上傳如此N個欄位338內容無效的鏈結表回快閃記憶體304(寫入閒置空間340)時，微控制器320更將更新系統區塊330記錄更新過的鏈結表指標342，以標示更新後的鏈結表位置340。如此一來，面對大尺寸抹除要求(如，抹除其邏輯位址對應N個邏輯-物理位址映射表H2Fi…H2Fi+N-1的使用者資料，即，抹除一序列資料，其邏輯位址含括N個邏輯-物理位址映射表H2Fi…H2Fi+N-1)，也僅會耗費少量系統資源。本案令大尺寸抹除操作可簡單藉由修正鏈結表指標*H2FLink以及鏈結表H2FLink達到目的，無須自快閃記憶體304將N個邏輯-物理位址映射表H2Fi…H2Fi+N-1全數載入該隨機存取記憶體322作映射資訊修正。資料儲存裝置300具有顯著提升的系統效率。
第4圖更詳細分解第3圖鏈結表H2FLink之更新過程。如圖所示，鏈結表H2FLink儲存有指標*H2F1…*H2FK，分別指向邏輯-物理位址映射表H2F1…H2FK。抹除邏輯位址對應N個邏輯-物理位址映射表H2Fi…H2Fi+N-1的使用者資料時，鏈結表H2FLink遭下載至隨機存取記憶體322的空間336，且鏈結 表的N個欄位338(對應332)在隨機存取記憶體322上被轉化為無效資料。接著，如此N個欄位338內容無效的鏈結表上傳回快閃記憶體304，儲存於空間340。原來的鏈結表H2FLink轉化為無效。
第5圖為流程圖，根據本案一種實施方式圖解如何抹除邏輯位址對應鏈結表H2FLink中N個欄位332的大尺寸使用者資料，其邏輯-物理位址映射資訊係儲存於N個邏輯-物理位址映射表H2Fi…H2Fi+N-1。以下基於第3圖架構說明第5圖流程。
步驟S502存取系統區塊330，以獲得鏈結表指標*H2FLink、並將之暫存於隨機存取記憶體322的空間334。步驟S504自快閃記憶體304下載鏈結表H2FLink，且將之暫存於隨機存取記憶體322的空間336。步驟S506令隨機存取記憶體322所儲存的鏈結表之N個欄位338無效，並將如此N個欄位338內容無效的鏈結表上傳回快閃記憶體304，儲存於空間340。步驟S508更新空間334的鏈結表指標，並將更新後的鏈結表指標重新上傳回該快閃記憶體304，存至空間342。
其他採用上述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。基於以上技術內容，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單元實現。
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。
300‧‧‧資料儲存裝置
302‧‧‧主機
304‧‧‧快閃記憶體
306‧‧‧控制單元
308‧‧‧系統內程式區塊
310‧‧‧系統資訊區塊
312‧‧‧資料集合
320‧‧‧微控制器
322‧‧‧隨機存取記憶體
324‧‧‧唯讀記憶體
330‧‧‧系統區塊
332‧‧‧鏈結表H2FLink的N個欄位
334‧‧‧供鏈結表指標*H2FLink下載儲存的空間
336‧‧‧供鏈結表H2FLink下載儲存的空間
338‧‧‧N個欄位332於隨機存取記憶體322上所對應的內容
340‧‧‧儲存更新後的鏈結表
342‧‧‧更新過的鏈結表指標
H2F1…H2Fi…H2Fi+N-1…H2FK‧‧‧邏輯-物理位址映射表
H2FLink‧‧‧鏈結表
*H2FLink‧‧‧鏈結表指標

Claims (12)

  1. 一種資料儲存裝置，包括：一快閃記憶體，劃分為複數個區塊，且上述區塊各自包括複數個物理頁；以及一控制單元，耦接該快閃記憶體至一主機，且包括一微控制器；其中：該微控制器係設置來在該快閃記憶體上維護複數個邏輯-物理位址映射表以及一鏈結表，以記錄該主機以及該快閃記憶體之間的映射資訊；該鏈結表標示上述複數個邏輯-物理位址映射表的位置，且該鏈結表各欄位對應上述該等邏輯-物理位址映射表其一；且抹除邏輯位址對應N個邏輯-物理位址映射表的使用者資料時，該微控制器係設置來令該鏈結表中對應上述N個邏輯-物理位址映射表的N個欄位無效，N為整數。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存裝置，其中：該控制單元更包括一隨機存取記憶體；且抹除邏輯位址對應上述N個邏輯-物理位址映射表的使用者資料時，該微控制器係設置來自該快閃記憶體將該鏈結表下載至該隨機存取記憶體，並在該隨機存取記憶體上令該鏈結表上述N個欄位無效，並將上述N個欄位為無效資料的該鏈結表上傳回該快閃記憶體。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之資料儲存裝置，其中： 該微控制器更是設置來配置該快閃記憶體的該等區塊供應一系統區塊；並且該微控制器係設置來在該系統區塊記錄一鏈結表指標，標示該鏈結表的位置。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之資料儲存裝置，其中：該微控制器係根據記錄於該系統區塊的該鏈結表指標，自該快閃記憶體下載該鏈結表至該隨機存取記憶體；且將上述N個欄位為無效資料的該鏈結表上傳回該快閃記憶體時，該微控制器更以更新後的鏈結表指標更新該系統區塊。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之資料儲存裝置，其中：該鏈結表指標以一區塊號碼以及一物理頁號碼標示該鏈結表的位置。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存裝置，其中：該鏈結表各欄位儲存一區塊號碼以及一物理頁號碼標示所對應的邏輯-物理位址映射表的位置。
  7. 一種快閃記憶體控制方法，包括：在一快閃記憶體上維護複數個邏輯-物理位址映射表以及一鏈結表，以記錄一主機以及該快閃記憶體之間的映射資訊，其中，該快閃記憶體提供的儲存空間係劃分為複數個區塊，且上述區塊各自包括複數個物理頁，且該鏈結表標示上述複數個邏輯-物理位址映射表的位置，且該鏈結表各欄位對應一個邏輯-物理位址映射表；並且 在抹除邏輯位址對應N個邏輯-物理位址映射表的使用者資料時，令該鏈結表中對應上述N個邏輯-物理位址映射表的N個欄位無效，其中，N為整數。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之快閃記憶體控制方法，更包括：供應一隨機存取記憶體；以及在抹除邏輯位址對應上述N個邏輯-物理位址映射表的使用者資料時，自該快閃記憶體下載該鏈結表至該隨機存取記憶體，並在該隨機存取記憶體上令該鏈結表上述N個欄位無效，並將上述N個欄位為無效資料的該鏈結表上傳回該快閃記憶體。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之快閃記憶體控制方法，更包括：配置該快閃記憶體的該等區塊供應一系統區塊；並且在該系統區塊記錄一鏈結表指標，標示該鏈結表的位置。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之快閃記憶體控制方法，更包括：根據記錄於該系統區塊的該鏈結表指標，自該快閃記憶體下載該鏈結表至該隨機存取記憶體；且將上述N個欄位為無效資料的該鏈結表上傳回該快閃記憶體時，更以更新後的鏈結表指標更新該系統區塊。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之快閃記憶體控制方法，其中：該鏈結表指標以一區塊號碼以及一物理頁號碼標示該鏈結表的位置。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之快閃記憶體控制方法，其中：該鏈結表各欄位儲存一區塊號碼以及一物理頁號碼標示所對應的邏輯-物理位址映射表的位置。
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