TW201528281A - 資料儲存裝置以及快閃記憶體控制方法 - Google Patents
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Abstract
具有復電設計的資料儲存裝置以及快閃記憶體控制方法。微控制器係設置來配置一快閃記憶體自所具有的複數個區塊供應一第一區塊,作為一資料接收區塊接收寫入資料。在打斷該第一區塊上之寫入操作的一非預期掉電事件所對應的一復電程序中,微控制器配置該快閃記憶體自該等區塊供應一第二區塊作該第一區塊的完整資料修復,以取代該第一區塊作為上述資料接收區塊。
Description
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,而非對舊資料作覆寫。快閃記憶體的管理遠較其他傳統儲存媒體複雜,特別是非預期掉電事件之因應方式。非預期掉電事件可能損壞快閃記憶體的接收寫入資料用的資料接收區塊。
此外,為了方便管理快閃記憶體,各區塊的物理-邏輯位址映射資訊係以一揮發性記憶體(如,靜態隨機存取記憶體SRAM)動態收集。動態以非揮發性記憶體收集的物理-
邏輯位址映射資訊需上傳至快閃記憶體作非揮發性儲存。上傳映射資訊的方式與時間點須妥善設計。
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配置該快閃記憶體自所具有的該等區塊供應一第一區塊,作為資料接收區塊,以接收寫入資料。此外,在打斷該第一區塊之寫入操作的一非預期掉電事件所對應的一復電程序中,該微控制器係設置來配置該快閃記憶體以所具有的該等區塊提供一第二區塊,作該第一區塊之完整資料修復,以取代該第一區塊作為上述資料接收區塊。
在一種實施方式中,該控制單元更包括一隨機存取記憶體。該微控制器係設置來在該隨機存取記憶體建立一物理-邏輯位址映射表,紀錄該快閃記憶體之該等區塊中的一表格待更新區塊之物理位址所對應的邏輯位址。該微控制器係設置來在結束該表格待更新區塊之寫入時配置該快閃記憶體提供該第一區塊作為上述資料接收區塊。該微控制器係設置來在該資料接收區塊的多個寫入操作之間間隙,根據該物理-邏輯位址映射表更新一邏輯-物理位址映射表。該邏輯-物理位址映射表係建立於該快閃記憶體。在一種實施方式中,該微控制器係設置來在該表格待更新區塊寫滿時配置該快閃記憶體供應該第一區塊作為上述資料接收區塊。在另一種實施方式中,
該微控制器係設置來在打斷該表格待更新區塊之寫入操作的一非預期掉電事件所對應的一復電程序中配置該第一區塊作為上述資料接收區塊。
根據本案另外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:配置一快閃記憶體自所具有的複數個區塊供應一第一區塊,作為一資料接收區塊,以接收寫入資料;以及,在打斷該第一區塊之寫入操作的一非預期掉電事件所對應的一復電程序中,配置該快閃記憶體自該等區塊供應一第二區塊,作該第一區塊之完整資料修復,以取代該第一區塊作為上述資料接收區塊。
在一種實施方式中,該快閃記憶體控制方法更包括以下步驟:在一隨機存取記憶體建立一物理-邏輯位址映射表,紀錄該快閃記憶體之該等區塊中的一表格待更新區塊的物理位址所對應的邏輯位址;在結束該表格待更新區塊之寫入時,配置該快閃記憶體供應該第一區塊作上述資料接收區塊;並且,在該資料接收區塊的多個寫入操作之間間隙,根據該物理-邏輯位址映射表更新一邏輯-物理位址映射表。該邏輯-物理位址映射表係供應於該快閃記憶體中。
在本案一種實施方式中,該快閃記憶體係在上述表格待更新區塊寫滿時配置估應上述第一區塊,作為上述資料接收區塊。另外一種實施方式係在打斷該表格待更新區塊之寫入操作的一非預期掉電事件所對應的一復電程序中,配置該快閃記憶體供應上述第一區塊,作為上述資料接收區塊。
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
200‧‧‧區塊
202…208‧‧‧F2H_TOB資訊
210…216‧‧‧空間
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‧‧‧閒置區塊
314_1、314_2‧‧‧區塊
316‧‧‧資料集合
320‧‧‧微控制器
322‧‧‧隨機存取記憶體
324‧‧‧唯讀記憶體
BLK4、BLK2…BLKN‧‧‧區塊
F2H_TOB‧‧‧區塊TOB的物理-邏輯位址映射表
H2F‧‧‧物理-邏輯位址映射表
Hm(LBAk0~LBAk0+7)、Hm+1(LBAk1~LBAk1+7)、Hm+2(LBAk2~LBAk2+7)、Hm+3(LBAk3~LBAk3+7)‧‧‧主機
頁
S402…S410‧‧‧步驟
SPO、SPO‘‧‧‧非預期掉電事件
SPOR、SPOR‘‧‧‧完整資料修復
TOB‧‧‧表格待更新區塊
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即時(run-time)且逐片段(partially)完成的F2H_TOB→H2F表格更新,所示技術涉及一表格待更新區塊TOB;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圖為流程圖,圖解打斷區塊314_1之寫入操作的一非預期掉電事件所對應的一復電程序(SPOR);且第5圖係以圖示方式顯示非預期掉電事件反覆發生時,資料接收區塊的完整資料修復亦是反覆執行。
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。即時更新如此大量的映射資訊相當不易。
第2圖根據本案一種實施方式圖解即時(run-time)且逐片段(partially)完成的F2H_TOB→H2F表格更新,所示技術涉及一表格待更新區塊TOB。表格待更新區塊TOB稍早係配置來接收寫入資料。該表格待更新區塊TOB的物理-邏輯位址映射表F2H_TOB係動態更新於一隨機存取記憶體。前資料接收區塊(即該表格待更新區塊TOB)結束寫入時,另一閒置區塊200係配置來作為新的資料接收區塊。在新的資料接收區塊200的多個寫入操作之間間隙,一邏輯-物理位址映射表H2F(供應在該快閃記憶體上作非揮發性儲存)係根據該物理-邏輯位址映射表F2H_TOB作更新。例如,在空間210之寫入操作以及空間212之寫入操作之間、長於兩倍超時時限(run-out period)的一時間間隔內,邏輯-物理位址映射表H2F首先係基於F2H_TOB資訊202作更新,接著係根據F2H_TOB資訊204更新。在空間212之寫入操作以及空間214之寫入操作之間、長於超時時限但不及兩倍超時時限的一時間間隔中,邏輯-物理位址映射表H2F係基於F2H_TOB資訊206作更新。在空間214之寫入操作以及空間216之寫入操作之間、長於超時時限但不及兩倍超時時限的一
時間間隔中,邏輯-物理位址映射表H2F係基於F2H_TOB資訊208作更新。如此一來,大資料量的物理-邏輯位址映射表F2H_TOB可不霸佔系統資源地一片段、一片段用於更新該邏輯-物理位址映射表H2F。
在一種實施方式中,快閃記憶體係在前資料接收區塊(例如,表格待更新區塊TOB)寫滿時遭配置提供該區塊200,替補作為上述資料接收區塊。另外一種實施方式係在打斷上述前資料接收區塊(表格待更新區塊TOB)之寫入操作的一非預期掉電事件所對應的一復電程序中,令該快閃記憶體配置提供該區塊200作為上述資料接收區塊。由於復電程序之前發生過打斷該前資料接收區塊之寫入操作的該非預期掉電事件,隨機存取記憶體上需修復該物理-邏輯位址映射表F2H_TOB。邏輯-物理位址映射表H2F係在該資料接收區塊200的多個寫入操作之間間隙,基於修復後的該物理-邏輯位址映射表F2H_TOB作更新。
然而,非預期掉電事件也可能發生在寫入資料至資料接收區塊200時,打斷該資料接收區塊200的寫入操作。以下段落針對打斷該資料接收區塊200寫入操作的非預期掉電事件討論其復電程序。
第3圖為方塊圖,圖解根據本案一種實施方式所實現的一資料接收裝置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)。部分區塊312為閒置區塊。區塊314_1係配置自該些閒置區塊312,作為資料接收區塊,以接收寫入資料。此時,前一資料接收區塊係視為表格待更新區塊TOB,將被推入資料集合316作為資料區塊。快閃記憶體304可更包括未作任何配置使用的區塊(free blocks,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係設置來實現該快閃記憶體304上的區塊配置(參考第3圖),在該隨機存取記憶體322上針對該表格待更新區塊TOB建立一物理-邏輯位址映射表F2H_TOB,並且在該快閃記憶體304上維護一邏輯-物理位置映射表H2F(例如,記錄在系統資訊區塊310中)。該物理-邏輯位址映射表F2H_TOB係建立在該隨機存取記憶體322上,動態紀錄該表格待更新區塊TOB各物理位址所對應的邏輯位址。該邏輯-物理位址映射表H2F係供應於該快閃記憶體304中,作映射資料之非揮發性儲存。有別於一口氣根據整個物理-邏輯位址映射表F2H_TOB更新該邏輯-物理位址映射表H2F,微控制器320係設置來根據一片段、一片段的該物理-邏輯位址映射表F2H_TOB更新該邏輯-物理位址映射表H2F;意即該資料接收區塊314_1上的兩個寫入操作之間,該物理-邏輯位址映射表
F2H_TOB僅部分用於更新該邏輯-物理位址映射表H2F。基於該物理-邏輯位址映射表F2H_TOB更新該邏輯-物理位址映射表H2F的動作稱為F2H_TOB→H2F更新(或封存)。微控制器320係設置來施行即時(即,於該資料接收區塊314_1兩個寫入操作之間)、且片段(即,僅該物理-邏輯位址映射表F2H_TOB部分內容)的F2H_TOB→H2F更新,顯著提升資料儲存裝置300的系統效能。
若一非預期掉電事件SPO發生,打斷該區塊314_1的寫入操作,特殊設計的復電程序(例如,非預期掉電修復(Sudden Power-Off Recovery,SPOR)程序)因應而生。在打斷該區塊314_1之寫入操作的該非預期掉電事件SPO所對應的復電程序中,微控制器320係設置來配置該快閃記憶體304自該些閒置區塊312中擇一供應一區塊314_2,作區塊314_1的完整資料修復,並取代該區塊314_1作為資料接收區塊。特別是,打斷該區塊314_1之寫入操作的該非預期掉電事件SPO所對應的復電程序若發現有任何尚未更新至該邏輯-物理位址映射表H2F的映射資訊,微控制器320可在該隨機存取記憶體322中、基於該表格待更新區塊TOB所含的物理-邏輯位址映射資訊修復該物理-邏輯位址映射表F2H_TOB。在區塊314_1的資料重建於該區塊314_2後,前述尚未更新的映射資訊可在區塊314_2上接續的多個寫入操作之間用於更新該邏輯-物理位址映射表H2F。在一種實施方式中,該微控制器320係設置來基於一錯誤檢查與校正(ECC)演算法施行區塊314_1至區塊314_2的完整資料修復。
第4圖為流程圖,圖解一復電(SPOR)程序,對應的非預期掉電事件SPO係打斷作資料接收區塊用的該區塊314_1之寫入操作。步驟S402,快閃記憶體304係配置來供應另一區塊314_2作該區塊314_1的完整資料修復。步驟S404,資料修復係基於一錯誤檢查與校正演算法(例如,ecc演算法)施行,將資料自區塊314_1搬移到區塊314_2。步驟S406用於確認區塊314_1的資料是否完整修復至區塊314_2。若”否”,步驟S404所述資料修復步驟反覆執行。若”是”,則於步驟S408以區塊314_2取代區塊314_1作為資料接收區塊。步驟S410,區塊314_1係標示為無效區塊,且遭抹除再次利用。
第5圖係以圖示方式顯示非預期掉電事件反覆發生時,資料接收區塊的完整資料修復亦是反覆執行。如圖所示,一開始,資料係寫入作資料接收區塊用的區塊314_1。接著,區塊314_1上的寫入操作被非預期掉電事件SPO打斷。因此,該非預期掉電事件SPO所對應的復電程序SPOR中,快閃記憶體304係配置供應區塊314_2作區塊314_1的完整資料修復。然而,另一非預期掉電事件SPO’發生,將區塊314_2上的寫入操作打斷。該非預期掉電事件SPO’所對應的復電程序SPOR’中,快閃記憶體304係配置自其複數個區塊中更供應一第三區塊314_3,作區塊314_1的完整資料修復,並且取代區塊314_1作資料接收區塊。
如此一來,即便非預期掉電事件反覆發生,資料接收區塊的資料係完整修復於單一區塊中,而非切分為多個段落散佈於多個區塊上。
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‧‧‧閒置區塊
314_1、314_2‧‧‧區塊
316‧‧‧資料集合
320‧‧‧微控制器
322‧‧‧隨機存取記憶體
324‧‧‧唯讀記憶體
F2H_TOB‧‧‧區塊TOB的物理-邏輯位址映射表
H2F‧‧‧物理-邏輯位址映射表
SPO‧‧‧非預期掉電事件
TOB‧‧‧表格待更新區塊
Claims (20)
- 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配置該快閃記憶體自該等區塊中供應一第一區塊作為一資料接收區塊,以接收寫入資料;且在打斷該第一區塊上的寫入操作的一非預期掉電事件所對應的一復電程序中,該微控制器係設置來配置該快閃記憶體自該等區塊中供應一第二區塊作該第一區塊的完整資料修復,並取代該第一區塊作為上述資料接收區塊。
- 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存裝置,其中:該微控制器係設置在結束寫入資料至該快閃記憶體之該等區塊間的一表格待更新區塊時,配置該快閃記憶體供應該第一區塊作為上述資料接收區塊。
- 如申請專利範圍第2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;該微控制器係設置來在該隨機存取記憶體建立一物理-邏輯位址映射表,記錄該表格待更新區塊之物理位址所對應的邏輯位址;該微控制器係設置來在該表格待更新區塊寫滿時,配置該快閃記憶體供應該第一區塊作為上述資料接收區塊; 該微控制器係設置來在該資料接收區塊的多個寫入操作之間間隙,根據該物理-邏輯位址映射表更新一邏輯-物理位址映射表;且該邏輯-物理位址映射表係供應在該快閃記憶體上。
- 如申請專利範圍第3項所述之資料儲存裝置,其中:該微控制器係在該資料接收區塊上一第一寫入操作以及一第二寫入操作之間根據該物理-邏輯位址映射表僅部分內容更新該邏輯-物理位址映射表。
- 如申請專利範圍第3項所述之資料儲存裝置,其中:在打斷該第一區塊之寫入操作的該非預期掉電事件所對應的該復電程序中,該微控制器係基於該表格待更新區塊內所儲存的物理-邏輯位址映射資訊修復該物理-邏輯位址映射表。
- 如申請專利範圍第2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;該微控制器係設置來在該隨機存取記憶體建立一物理-邏輯位址映射表,紀錄該表格待更新區塊之物理位址所對應的邏輯位址;該微控制器係設置來在打斷該表格待更新區塊之寫入操作的一非預期掉電事件所對應的一復電程序中,配置該快閃記憶體供應該第一區塊作為上述資料更新區塊;在打斷該表格待更新區塊之寫入操作的該非預期掉電事件所對應的該復電程序中,該微控制器係設置來修復該物理-邏輯位址映射表;且 在該資料接收區塊的多個寫入操作之間間隙,該微控制器係設置來根據修復的該物理-邏輯位址映射表更新一邏輯-物理位址映射表;且該邏輯-物理位址映射表係供應在該快閃記憶體上。
- 如申請專利範圍第6項所述之資料儲存裝置,其中:在該資料接收區塊上的一第一寫入操作以及一第二寫入操作之間,該微控制器係基於修復的該物理-邏輯位址映射表的僅部分內容更新該邏輯-物理位址映射表。
- 如申請專利範圍第6項所述之資料儲存裝置,其中:在打斷該第一區塊之寫入操作的該非預期掉電事件所對應的該復電程序中,該微控制器係基於該表格待更新區塊內所儲存的物理-邏輯位址映射資訊修復該物理-邏輯位址映射表。
- 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存裝置,其中:在打斷該第二區塊之寫入操作的一非預期掉電事件所對應的一復電程序中,該微控制器係設置來標示該第二區塊無效,且配置該快閃記憶體自其中上述區塊供應一第三區塊,作該第一區塊的完整資料修復,並取代該第一區塊作為上述資料接收區塊。
- 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存裝置,其中:該微控制器係設置來基於一錯誤檢查與校正演算法施行該第一區塊的完整資料修復。
- 一種快閃記憶體控制方法,包括: 配置一快閃記憶體自所具有的複數個區塊中供應一第一區塊,作為一資料接收區塊,以接收寫入資料;以及在打斷該第一區塊之寫入操作的一非預期掉電事件所對應的一復電程序中,配置該快閃記憶體自該等區塊中供應一第二區塊作該第一區塊的完整資料修復,並取代該第一區塊作為上述資料接收區塊。
- 如申請專利範圍第11項所述之快閃記憶體控制方法,更包括:在結束寫入資料至該快閃記憶體之該等區塊間的一表格待更新區塊時,配置該快閃記憶體供應上述第一區塊作為上述資料接收區塊。
- 如申請專利範圍第12項所述之快閃記憶體控制方法,更包括:在一隨機存取記憶體建立一物理-邏輯位址映射表,記錄該表格待更新區塊之物理位址所對應的邏輯位址;在該表格待更新區塊寫滿時,配置該快閃記憶體供應該第一區塊作為上述資料接收區塊;以及在該資料接收區塊的多個寫入操作之間間隙,根據該物理-邏輯位址映射表更新一邏輯-物理位址映射表;其中,該邏輯-物理位址映射表係供應在該快閃記憶體上。
- 如申請專利範圍第13項所述之快閃記憶體控制方法,其中: 在該資料接收區塊上一第一寫入操作以及一第二寫入操作之間,該邏輯-物理位址映射表係基於該物理-邏輯位址映射表僅部分內容作更新。
- 如申請專利範圍第13項所述之快閃記憶體控制方法,其中:在打斷該第一區塊之寫入操作的該非預期掉電事件所對應的該復電程序中,該物理-邏輯位址映射表係基於該表格待更新區塊內所儲存的物理-邏輯位址映射資訊作修復。
- 如申請專利範圍第12項所述之快閃記憶體控制方法,更包括:在一隨機存取記憶體建立一物理-邏輯位址映射表,紀錄該表格待更新區塊之物理位址所對應的邏輯位址;在打斷該表格待更新區塊之寫入操作的一非預期掉電事件所對應的一復電程序中,配置該快閃記憶體供應該第一區塊作為上述資料接收區塊;在打斷該表格待更新區塊之寫入操作的該非預期掉電事件所對應的該復電程序中,修復該物理-邏輯位址映射表;並且在該資料接收區塊的多個寫入操作之間的間隙,根據修復的該物理-邏輯位址映射表更新一邏輯-物理位址映射表,其中,該邏輯-物理位址映射表係供應在該快閃記憶體上。
- 如申請專利範圍第16項所述之快閃記憶體控制方法,其中: 在該資料接收區塊上一第一寫入操作以及一第二寫入操作之間,該邏輯-物理位址映射表係基於修復的該物理-邏輯位址映射表的僅部分內容作更新。
- 如申請專利範圍第16項所述之快閃記憶體控制方法,其中:在打斷該第一區塊之寫入操作的該非預期掉電事件的該復電程序中,該物理-邏輯位址映射表係基於該表格待更新區塊內所儲存的物理-邏輯位址映射資訊作修復。
- 如申請專利範圍第11項所述之快閃記憶體控制方法,更包括:在打斷該第二區塊之寫入操作的一非預期掉電事件所對應的一復電程序中,令該第二區塊無效,且配置該快閃記憶體自所具有的該等區塊中供應一第三區塊,作該第一區塊的完整資料修復,並取代該第一區塊作上述資料接收區塊。
- 如申請專利範圍第11項所述之快閃記憶體控制方法,其中:該第一區塊的完整資料修復係基於一錯誤檢查與校正演算法而施行。
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