TW201608570A - Ｎｏｒ快閃記憶體及其修補方法 - Google Patents

Abstract

NOR快閃記憶體及其修補方法。修補方法包括：判斷是否具有至少一備用記憶區塊未被使用；計數各記憶區塊的被程式化次數以及各記憶區塊的被抹除次數；判別被程式化次數是否不小於第一預設臨界值，及被抹除次數否不小於第二預設臨界值；以及當記憶區塊的選中記憶區塊對應的被程式化次數不小於第一臨界值或被抹除次數不小於第二預設臨界值時，使至少一備用記憶區塊與選中記憶區塊進行置換。

Description

NOR快閃記憶體及其修補方法

本發明是有關於一種NOR快閃記憶體，且特別是有關於一種NOR快閃記憶體的修補方法。

隨著快閃記憶體製程規格的持續演進，快閃記憶體晶片的耐用度的下滑，會是成本考量下所必然要面對的重要課題。在NOR快閃記憶體中，由於其應用環境與NAND快閃記憶體大不相同。在成本的考量下，NOR快閃記憶體並沒有外加的控制晶片可以配合，也因此，透過複雜的演算法來提升NOR快閃記憶體的使用壽命，具有一定的難度。

通常，NOR快閃記憶體被應用在儲存例如開機碼等重要資料。而這類型的資料通常無法容忍任何一個位元發生錯誤。因此，在習知的NOR快閃記憶體的技藝中，從設計端到製造端都需要應用最嚴謹的方法來從事生產。然而，隨著製程的演進以及成本的考量，要使NOR快閃記憶體可以滿足所有的元件特性越來越困難。也因此，如何有效提升NOR快閃記憶體的性能，是本領域設計者的一大難題。

本發明提供一種NOR快閃記憶體及其修補方法，以加強NOR快閃記憶體的使用效率。

本發明的NOR快閃記憶體的修補方法，包括判斷是否具有至少一備用記憶區塊未被使用；計數各記憶區塊的一被程式化次數以及各記憶區塊的一被抹除次數；判別被程式化次數是否不小於一第一預設臨界值，及被抹除次數否不小於一第二預設臨界值；以及當記憶區塊的一選中記憶區塊對應的被程式化次數不小於第一臨界值或被抹除次數不小於第二預設臨界值時，使至少一備用記憶區塊與選中記憶區塊進行置換。

本發明的NOR快閃記憶體，包括多數個記憶區塊、多數個備用記憶區塊以及記憶體控制器。記憶體控制器耦接記憶區塊以及備用記憶區塊，記憶體控制器判斷備用記憶區塊中是否具有至少一未被使用，並計數各記憶區塊的被程式化次數以及各記憶區塊的被抹除次數。記憶體控制器並判別被程式化次數是否不小於第一預設臨界值，及被抹除次數否不小於第二預設臨界值。且當記憶區塊的選中記憶區塊對應的被程式化次數不小於第一臨界值或被抹除次數不小於第二預設臨界值時，記憶體控制器使備用記憶區塊未被使用的其中之一與選中記憶區塊進行置換。

基於上述，本發明藉由計數NOR快閃記憶體各記憶區塊的被程式化次數以及被抹除次數，並在當記憶區塊的被程式化次 數或被抹除次數超過預設的次數限制時，將對應的該記憶區塊與備用記憶區塊進行置換動作。藉此，有效確保使用中的記憶體區塊是具有高可靠度的記憶區塊，以維持NOR快閃記憶體的資料存取的品質。並且，透過提供備用記憶區塊，NOR快閃記憶體的使用壽命也得以延長。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

S110~S140、S211~S219、S2110~S2111、S221~S229、S2210~S2211‧‧‧修補方法的步驟

A1~AM‧‧‧記憶區塊

BA1~BAN‧‧‧備用記憶區塊

AS‧‧‧選中記憶區塊

400‧‧‧NOR快閃記憶體

410‧‧‧記憶區塊

420‧‧‧備用記憶區塊

430‧‧‧記憶體控制器

圖1繪示本發明一實施例的NOR快閃記憶體的修補方法。

圖2A繪示本發明另一實施例的NOR快閃記憶體的修補方法。

圖2B繪示本發明再一實施例的NOR快閃記憶體的修補方法。

圖3繪示本發明實施例的記憶區塊與備用記憶區塊的置換的實施方式的示意圖。

圖4繪示本發明一實施例的NOR快閃記憶體的示意圖。

請參照圖1，圖1繪示本發明一實施例的NOR快閃記憶體的修補方法。分析NOR快閃記憶體所應用的層面，較常見的為 用來儲存開機碼的基本輸入輸出系統(Basic Input Output System,BIOS)。由NOR快閃記憶體所可能應用的各種電子裝置來看，NOR快閃記憶體的使用者並不會針對NOR快閃記憶體記憶區塊來進行程式化(program)以及抹除(erase)的動作。通常，以開機碼為範例，主程式化會被放置在固定的位址的記憶區塊上，並且，主程式化僅有在進行韌體更新時才會有所更動。也就是說，主程式化所佔有的記憶區塊所可能產生的程式化抹除的機率相對是很低的。

由上述的說明可以得知，NOR快閃記憶體僅有部分用以 運算以及紀錄的記憶區塊會較時常進行程式化以及抹除的動作，也就是說，針對這些常進行程式化以及抹除的動作的記憶區塊進行修補，就可以有效提升NOR快閃記憶體的整體壽命。

因此，本發明在記憶區塊中增加設置一個或多數個備用 記憶區塊來配合修補動作的進行。其中，在步驟S110中，先判斷是否具有至少一備用記憶區塊未被使用。在當步驟S110判斷出有一個或多個的備用記憶區塊未被使用時，表示NOR快閃記憶體的修補動作可以被進行。據此，在步驟S120中，則執行針對各記憶區塊執行被程式化動作以及被抹除動作的次數的計數動作。上述步驟S120的計數動作是隨著NOR快閃記憶體被使用的狀態下所進行的。其中，各個執行過被程式化動作的記憶體區塊可產生對應的被程式化次數的計數值，而各個執行過被抹除動作的記憶體區塊可產生對應的被抹除次數的計數值。當然，執行過被抹除動 作且也被執行過被程式化動作的記憶區塊，則產生對應的被程式化次數的計數值以及被抹除次數的計數值。

關於步驟S120的實施細節，舉例來說明，當NOR快閃 記憶體接收到程式化命令以對記憶區塊A1進行首次的程式化動作時，記憶區塊A1的位址Fi可以被記錄在一個儲存裝置中，並設定記憶區塊A1對應的被程式化次數為1，當後續又有程式化命令要對記憶區塊A1進行程式化動作時，由於記憶區塊A1的位址Fi已被記錄在儲存裝置中，因此，NOR快閃記憶體可直接使記憶區塊A1對應的被程式化次數進行遞增(+1)。同理，當NOR快閃記憶體接收到程式化命令以對記憶區塊A1進行首次的抹除動作時，記憶區塊A1的位址Fi可以被記錄在一個儲存裝置中，並設定記憶區塊A1對應的被抹除次數為1，當後續又有程式化命令要對記憶區塊A1進行抹除動作時，由於記憶區塊A1的位址Fi已被記錄在儲存裝置中，因此，NOR快閃記憶體可直接使記憶區塊A1對應的被抹除次數進行遞增(+1)。

在步驟S130中，則進行各記憶區塊的被程式化次數以及 被抹除次數的判斷。其中，各記憶區塊的被程式化次數可與第一預設臨界值進行比對，各記憶區塊的被抹除次數則可與第二預設臨界值進行比對。上述的第一預設臨界值以及第二預設臨界值可以由設計者依據記憶區塊的特性進行設定。其中，第一預設臨界值以及第二預設臨界值可以相同，也可以不相同。

在步驟S140中，在當記憶區塊的被程式化次數大於或等 於第一預設臨界值時，表示該記憶區塊的被程式化次數已超過安全使用範圍。NOR快閃記憶體則可以執行該記憶區塊與備用記憶區塊的置換動作，以完成NOR快閃記憶體的修補動作。同理，當記憶區塊的被抹除次數大於或等於第二預設臨界值時，則表示該記憶區塊的被抹除次數已超過安全使用範圍，而NOR快閃記憶體則也可以執行該記憶區塊與備用記憶區塊的置換動作，並藉此完成NOR快閃記憶體的修補動作。

關於步驟S140的實施細節，舉例來說，NOR快閃記憶體 在判斷出記憶區塊A1的被程式化次數大於或等於第一預設臨界值時，則可選擇未被使用的備用記憶區塊中的其中之一(備用記憶區塊B1)來與記憶區塊A1進行置換動作。具體來說明，假設在初始條件下，邏輯位址LA1對應至記憶區塊A1的實體位址，而在進行記憶區塊A1與備用記憶區塊B1的置換動作時，則使邏輯位址LA1變更對應至備用記憶區塊B1的實體位址。

附帶一提的，在當記憶區塊A1與備用記憶區塊B1的置 換動作完成後，記錄在儲存裝置中的記憶區塊A1的位址以及對應的被程式化次數及被抹除次數都可以被捨棄。

另外，本發明實施例的各備用記憶區塊都具有相對應的 使用狀態旗標。當各備用記憶區塊未被使用與任一記憶區塊進行置換時，其所對應的使用狀態旗標皆表示為未被使用狀態。當備用記憶區塊(例如備用記憶區塊B1)被使用與一記憶區塊進行置換後，備用記憶區塊B1的使用狀態旗標可被設定為已被使用狀 態。

也就是說，當要進行如步驟S110的備用記憶區塊的使用 狀態的檢查時，只要簡單的針對所有的使用狀態旗標進行檢查即可。若使用狀態旗標中的至少其中之一表示為未被使用狀態，表示記憶區塊的修補動作仍可進行。相對的，若所有的使用狀態旗標都表示為已被使用狀態，則表示記憶區塊的修補動作無法被進行。

上述的使用狀態旗標可以利用邏輯值來表示為未被使用 狀態或已被使用狀態。舉例來說，使用狀態旗標等於邏輯值1時可以表示對應的備用記憶區塊為未被使用狀態，使用狀態旗標等於邏輯值0時可以表示對應的備用記憶區塊為已被使用狀態。當然，邏輯值與未被使用狀態及已被使用狀態的對應關係可以任意變更，上述的範例並不用以限縮本發明。

請參照圖2A，圖2A繪示本發明另一實施例的NOR快閃 記憶體的修補方法。在步驟S211中，接收程式化命令，並在步驟S212中依據所接收的程式化命令並將要進行程式化的記憶區塊的位址Fi進行儲存。在步驟S213中，判斷是否有至少一備用記憶區塊未被使用，若步驟S213的判斷結果為是時，進行步驟S214以執行程式化及驗證(program and verify)動作。透過對該記憶區塊被程式化的次數L1進行計數，並且在步驟S215中進行該記憶區塊的被程式化的次數L1與預設臨界值N1進行比較。當被程式化的次數L1小於N1時，表示該記憶區塊可繼續提供進行程式 化，並在步驟S216中的驗證動作通過時，結束程式化的動作。相對的，當步驟S216中的驗證動作無法通過時，則需重新執行步驟S214再次進行程式化的動作。

承上述，若在步驟S215中判斷出記憶區塊被程式化的次 數L1大於或等於預設臨界值N1時，則進行步驟S217以記錄記憶區塊的位址Fi，並啟動備用記憶區塊的置換動作。在記憶區塊被備用記憶區塊所置換後，則可以繼續提供記憶區塊以進行程式化以及驗證的動作(步驟S219)。並且，步驟S2110判斷記憶區塊程式化以及驗證的動作的次數是否已超過設定的最大次數，若判斷的結果已超過最大次數(最大安全值)，則表示程式化驗證動作失敗。相對的，若判斷的結果未超過最大次數，且步驟S2111判斷程式化以及驗證動作通過時，則表示程式化動作完成。若判斷的結果未超過最大次數，且步驟S2111判斷程式化以及驗證動作未通過時，重新執行步驟S219。

在另一方面，若當步驟S213的判斷結果顯示所有的備用記憶區塊都已被使用，則無法針對該記憶區塊進行修補。在此狀態下，僅能提供此記憶區塊繼續進行程式化以及驗證的動作，直至該記憶區塊的被程式化次數超過最大安全值為止。

請參照圖2B，圖2B繪示本發明再一實施例的NOR快閃記憶體的修補方法。在步驟S221中，接收抹除命令，在步驟S222中判斷是否有至少一備用記憶區塊未被使用，若步驟S222的判斷結果為是時，執行步驟S223並判斷有無備用記憶區塊被致能。當 有備用記憶區塊被致能，則可執行步驟S226以依據記憶區塊的位址Fi啟動備用記憶區塊的置換。

若步驟S223判斷的結果為否，則進行步驟S224。步驟S224執行抹除及驗證(erase and verify)動作。透過對該記憶區塊被抹除的次數L2進行計數，以在步驟S225中進行該記憶區塊的被抹除的次數L2與預設臨界值N2進行比較。當被抹除的次數L2小於N2時，表示該記憶區塊可繼續提供進行抹除，並在步驟S227中的驗證動作通過時，結束程式化的動作。相對的，當步驟S229中的驗證動作無法通過時，則需重新執行步驟S224再次進行程式化的動作。

承上述，若在步驟S225中判斷出記憶區塊被抹除的次數L2大於或等於預設臨界值N2時，則進行步驟S226以依據步驟S223所儲存的記憶區塊的位址Fi來啟動備用記憶區塊的置換。

在另一方面，若當步驟S222的判斷結果顯示所有的備用記憶區塊都已被使用，則無法針對該記憶區塊進行修補。在此狀態下，僅能提供此記憶區塊繼續進行程式化以及驗證的動作(步驟S229)，直至該記憶區塊的被程式化次數超過最大安全值為止。

其中，步驟S2210判斷記憶區塊抹除以及驗證的動作的次數是否已超過設定的最大次數，若判斷的結果已超過最大次數(最大安全值)，則表示程式化驗證動作失敗。相對的，若判斷的結果未超過最大次數，且步驟S2211判斷程式化以及驗證動作通過時，則表示程式化動作完成。若判斷的結果未超過最大次數， 且步驟S2111判斷程式化以及驗證動作未通過時，重新執行步驟S229。

在關於記憶區塊與備用記憶區塊的置換方面，請參照圖 3，其中，圖3繪示本發明實施例的記憶區塊與備用記憶區塊的置換的實施方式的示意圖。在圖3中，NOR快閃記憶體包括多個記憶區塊A1~AM以及備用記憶區塊BA1~BAN。其中，備用記憶區塊BA1為未被使用的狀態，且選中記憶區塊AS的被抹除次數不小於第二臨界值或被程式化次數不小於第一臨界值時，備用記憶區塊BA1可取代選中記憶區塊AS，並使備用記憶區塊BA1作為儲存資料的記憶體區塊。原先的選中記憶區塊AS則被閒置。

以下請參照圖4，圖4繪示本發明一實施例的NOR快閃記憶體的示意圖。NOR快閃記憶體400包括記憶區塊410、備用記憶區塊420以及記憶體控制器430。記憶區塊410中具有多個相同記憶容量的記憶區塊。備用記憶區塊420則包括至少一個記憶區塊。記憶體控制器430為內建在NOR快閃記憶體400中的邏輯電路。記憶體控制器430可執行如圖1繪示的修補方法的各步驟，並藉此進行修補動作。

關於記憶體控制器430所執行的各步驟的動作細節，在前述的實施例及實施方式都有詳細的說明，以下恕不多贅述。

綜上所述，本發明透過在NOR快閃記憶體中設置備用記憶區塊，並透過計數記憶區塊的被程式化或被抹除的次數，來進行備用記憶區塊與記憶區塊的置換動作，藉此完成NOR快閃記憶 體的修補動作，提升NOR快閃記憶體的使用壽命。

S110~S140‧‧‧修補方法的步驟

Claims (12)

1. 一種NOR快閃記憶體的修補方法，該NOR快閃記憶體具有多數個記憶區塊，包括：判斷是否具有至少一備用記憶區塊未被使用；計數各該記憶區塊的一被程式化次數以及各該記憶區塊的一被抹除次數；判別該被程式化次數是否不小於一第一預設臨界值，及該被抹除次數否不小於一第二預設臨界值；以及當該些記憶區塊的一選中記憶區塊對應的該被程式化次數不小於該第一臨界值或該被抹除次數不小於該第二預設臨界值時，使該至少一備用記憶區塊與該選中記憶區塊進行置換。
2. 如申請專利範圍第1項所述的NOR快閃記憶體的修補方法，其中計數各該記憶區塊的該被程式化次數的步驟包括：依據一程式化命令記錄被程式化的各該記憶區塊的位址；以及在當未被使用的該至少一備用記憶區塊存在時，遞增被程式化的各該記憶區塊對應的該被程式化次數。
3. 如申請專利範圍第2項所述的NOR快閃記憶體的修補方法，其中當該選中記憶區塊對應的該被程式化次數不不小於該第一臨界值時，該選中記憶區塊的實體位址對應至一邏輯位址；以及當該選中記憶區塊對應的該被程式化次數不小於該第一臨界 值時，該邏輯位址被變更對應至該至少一備用記憶區塊的實體位址。
4. 如申請專利範圍第1項所述的NOR快閃記憶體的修補方法，其中計數各該記憶區塊的該被抹除次數的步驟包括：依據一抹除命令記錄被抹除的各該記憶區塊的位址；以及在當未被使用的該至少一備用記憶區塊存在時，遞增被程式化的各該記憶區塊對應的該被程式化次數。
5. 如申請專利範圍第4項所述的NOR快閃記憶體的修補方法，其中當該選中記憶區塊對應的該被抹除次數不小於該第二臨界值時，該選中記憶區塊的實體位址對應至一邏輯位址；以及當該選中記憶區塊對應的該被抹除次數不小於該第二臨界值時，該邏輯位址被變更對應至該至少一備用記憶區塊的實體位址。
6. 如申請專利範圍第1項所述的NOR快閃記憶體的修補方法，其中該至少一備用記憶區塊對應一使用狀態旗標，且判斷是否具有該至少一備用記憶區塊未被使用的步驟包括：檢查該至少一備用記憶區塊對應該使用狀態旗標是否指示為未被使用狀態。
7. 一種NOR快閃記憶體，包括：多數個記憶區塊；多數個備用記憶區塊；以及一記憶體控制器，耦接該些記憶區塊以及該些備用記憶區塊，該記憶體控制器判斷該些備用記憶區塊中是否具有至少一未 被使用，並計數各該記憶區塊的一被程式化次數以及各該記憶區塊的一被抹除次數，該記憶體控制器並判別該被程式化次數是否不小於一第一預設臨界值，及該被抹除次數否不小於一第二預設臨界值，且當該些記憶區塊的一選中記憶區塊對應的該被程式化次數不小於該第一臨界值或該被抹除次數不小於該第二預設臨界值時，該記憶體控制器使該些備用記憶區塊未被使用的其中之一與該選中記憶區塊進行置換。
8. 如申請專利範圍第7項所述的NOR快閃記憶體，其中該記憶體控制器依據一程式化命令記錄被程式化的各該記憶區塊的位址，並當未被使用的該至少一備用記憶區塊存在時，遞增被程式化的各該記憶區塊對應的該被程式化次數。
9. 如申請專利範圍第8項所述的NOR快閃記憶體，其中當該選中記憶區塊對應的該被程式化次數不不小於該第一臨界值時，該選中記憶區塊的實體位址對應至一邏輯位址，當該選中記憶區塊對應的該被程式化次數不小於該第一臨界值時，該記憶體控制器變更該邏輯位址至該至少一備用記憶區塊的實體位址。
10. 如申請專利範圍第8項所述的NOR快閃記憶體，其中該記憶體控制器依據一抹除命令記錄被抹除的各該記憶區塊的位址，並在當未被使用的該至少一備用記憶區塊存在時，遞增被程式化的各該記憶區塊對應的該被程式化次數。
11. 如申請專利範圍第10項所述的NOR快閃記憶體，當該選中記憶區塊對應的該被抹除次數不不小於該第二臨界值時，該 選中記憶區塊的實體位址對應至一邏輯位址，當該選中記憶區塊對應的該被抹除次數不小於該第二臨界值時，該記憶體控制器變更該邏輯位址對應至該至少一備用記憶區塊的實體位址。
12. 如申請專利範圍第7項所述的NOR快閃記憶體，其中該至少一備用記憶區塊對應一使用狀態旗標，且該記憶體控制器檢查該至少一備用記憶區塊對應該使用狀態旗標是否指示為未被使用狀態。