TW201732596A - 儲存裝置及其控制單元、可用於儲存裝置的資料搬移方 法 - Google Patents

儲存裝置及其控制單元、可用於儲存裝置的資料搬移方 法 Download PDF

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Abstract

一種儲存裝置及其控制單元，以及一種可用於儲存裝置的資料搬移方法。所述儲存裝置包括有資料儲存媒體與控制單元。資料儲存媒體具有多個資料儲存區塊。控制單元電性耦接資料儲存媒體，以對上述資料儲存區塊進行資料之存取。控制單元藉由多個讀取操作而取得上述資料儲存區塊之多個資料特性參數，並依據上述資料特性參數而計算出品質參數。控制單元更讀取上述資料儲存區塊中之一目標區塊而取得目標區塊之資料特性參數，且控制單元更依據目標區塊之資料特性參數與品質參數以決定是否對目標區塊執行資料搬移之操作。

Description

儲存裝置及其控制單元、可用於儲存裝置的資料搬移方 法
本發明是有關於資料儲存的相關技術，尤其是一種儲存裝置及其控制單元，以及一種可用於儲存裝置的資料搬移方法。
一般而言，儲存裝置主要由控制單元與資料儲存媒體(例如是快閃記憶體)所構成，其中資料儲存媒體具有多個資料儲存區塊，每一資料儲存區塊具有多個資料頁(page)，而控制單元電性耦接資料儲存媒體，以對上述資料儲存區塊的資料頁進行資料之存取或抹除。由於資料儲存媒體的資料保存(data retention)能力可能減弱而導致資料正確性(integrity)的問題，控制單元會去檢查上述資料儲存區塊的資料頁所儲存的資料是否可以正常讀取，例如，檢查上述資料儲存區塊的資料頁的位元錯誤數(bit error count,BEC)是否高於一臨界值。一旦資料儲存區塊的資料頁的位元錯誤數高於上述臨界值時，控制單元就將其儲存的資料搬移到別的資料儲存區塊，以確保資料的正確性。然而，造成位元錯誤數增加的原因不一，且頻繁地進行資料搬移亦會造成系統效能的降低。本發明將對此問題提供一個技術的解決方案。
本發明提供一種儲存裝置，其能判斷資料儲存區塊的資料頁所儲存的資料之所以無法正常讀取的原因，並據以決定是否真的需要執行資料搬移操作，因而能有效減少其控制單元執行資料搬移操作的次數，進而提高儲存裝置整體的系統效能。
本發明另提供一種儲存裝置的控制單元，其能判斷資料儲存區塊的資料頁所儲存的資料之所以無法正常讀取的原因，並據以決定是否真的需要執行資料搬移操作，因而能有效減少其本身執行資料搬移操作的次數，進而提高儲存裝置整體的系統效能。
本發明再提供一種可用於儲存裝置的資料搬移方法，其使得控制單元能判斷資料儲存區塊的資料頁所儲存的資料之所以無法正常讀取的原因，並據以決定是否真的需要執行資料搬移操作，因而能有效減少控制單元本身執行資料搬移操作的次數，進而提高儲存裝置整體的系統效能。
本發明提出一種儲存裝置，此儲存裝置包括有資料儲存媒體與控制單元。資料儲存媒體具有多個資料儲存區塊。控制單元電性耦接資料儲存媒體，以對上述資料儲存區塊進行資料之存取。控制單元藉由多個讀取操作而取得上述資料儲存區塊之多個資料特性參數(資料特性參數例如是由位元錯誤數或是由臨界電壓位移量所決定)，並依據上述資料特性參數而計算出第一數值和第二數值。控制單元更讀取上述資料儲存區塊中之一目標區塊而取得目標區塊之資料特性參數，且控制單元更依據目標區塊之資料特性參數、第一數值與第二數值以決定是否對目標區塊執行資料搬移之操作。
本發明另提出一種控制單元，此控制單元包括有 控制邏輯與微處理器。微處理器係電性耦接控制邏輯，並用以透過控制邏輯對一資料儲存媒體中的多個資料儲存區塊進行資料之存取。微處理器藉由多個讀取操作而取得上述資料儲存區塊之多個資料特性參數，並依據這些資料特性參數而計算出第一數值和第二數值。此外，微處理器更讀取上述資料儲存區塊中之一目標區塊而取得此目標區塊之資料特性參數，且微處理器更依據目標區塊之資料特性參數、第一數值與第二數值以決定是否對目標區塊執行資料搬移之操作。
本發明再提出一種可用於儲存裝置的資料搬移方法，此方法包括有下列步驟：執行多個讀取操作而取得一資料儲存媒體之多個資料儲存區塊的多個資料特性參數；依據上述資料特性參數而計算出第一數值和第二數值；讀取上述資料儲存區塊中之一目標區塊，以取得此目標區塊之資料特性參數；以及依據目標區塊之資料特性參數、第一數值與第二數值以決定是否對目標區塊執行資料搬移之操作。
本發明係使儲存裝置之控制單元藉由前述的操作而取得第一數值、第二數值與目標區塊之資料特性參數，且使控制單元依據取得的第一數值、第二數值與目標區塊之資料特性參數來判斷目標區塊的資料頁所儲存的資料之所以無法正常讀取的原因。因此，控制單元就可依據判斷結果來決定是否真的需要對目標區塊執行資料搬移的操作。如此一來，便能有效減少控制單元執行資料搬移操作的次數，進而提高儲存裝置整體的系統效能。
100‧‧‧儲存裝置
110‧‧‧控制單元
112‧‧‧介面邏輯
114‧‧‧微處理器
116‧‧‧控制邏輯
120‧‧‧資料儲存媒體
130、140、150~M‧‧‧資料儲存區塊
P1、P2、P3、P4~PN‧‧‧資料頁
S201~S204‧‧‧步驟
圖1為依照本發明一實施例之儲存裝置的電路方塊圖； 圖2為依照本發明一實施例之一種可用於儲存裝置之資料搬移方法的流程圖。
資料儲存區塊之資料頁的位元錯誤數增加的主要原因有二種，一種是因資料的老化(隨著時間或抺寫次數的增加而造成的資料保存能力的降低)；而另一種則是因資料儲存媒體本身的老化(可能造成的原因包括：高溫或長時間地使用)。本發明即揭露一種判斷機制以判斷位元錯誤數增加的可能原因，並針對此原因進行適當的處置。如此一來，不但可以有效地降低資料搬移的次數，亦可降低資料儲存區塊抺寫的次數，更可提升儲存裝置的系統效能。
圖1為依照本發明一實施例之儲存裝置的電路方塊圖。如圖1所示，儲存裝置100主要包括有控制單元110與資料儲存媒體120。資料儲存媒體120具有多個資料儲存區塊(如標示130、140、150~M所示，其中M為自然數)，且每一資料儲存區塊具有多個資料頁(如標示P1、P2、P3、P4~PN所示，其中N為自然數)。在此例中，資料儲存媒體220包括以非揮發性記憶體來實現，例如是以快閃記憶體(Flash memory)、磁阻式隨機存取記憶體(Magnetoresistive RAM)、鐵電隨機存取記憶體(Ferroelectric RAM)等具有長時間資料保存之記憶體裝置來實現。
請繼續參照圖1。控制單元110係電性耦接資料儲存媒體120，並用以控制資料儲存媒體120的操作(例如進行資料的存取或抹除)。在此例中，控制單元110包括有介面邏輯112、微處理器114與控制邏輯116。微處理器114係電性耦接介面邏輯112與控制邏輯114。此微處理器114用以透 過介面邏輯112接收來自主機(例如是電腦、手機、數位相機等具運算功能的電子裝置，未繪示)之命令或資料，例如：寫入命令、讀取命令、抺除命令等，且微處理器114還用以透過控制邏輯116對資料儲存媒體220進行資料之存取，或進行資料之抹除。
在此實施例中，微處理器114係藉由讀取資料儲存區塊之多個資料頁而取得多個資料特性參數，其中，資料特性參數可為位元錯誤數或臨界電壓位移量，但不以此為限。微處理器114計算出這些資料特性參數的平均值和標準差值，並給予平均值和標準差值不同的權重以取得上述資料儲存區塊之品質參數。之後，微處理器114讀取上述資料儲存區塊中之一目標區塊而取得此目標區塊之位元錯誤數或臨界電壓位移量，然後再依據此目標區塊的資料特性參數與品質參數進行比對以決定是否對目標區塊執行資料搬移的操作。以下將以快閃記憶體作為資料儲存媒體120為例來進一步說明上述操作。
首先，在操作模式下，微處理器114會依照來自主機的寫入命令來將主機傳來的資料寫入資料儲存媒體120中的資料儲存區塊的資料頁。當寫完一個資料頁後，微處理器114讀取此資料頁之資料並計算其位元錯誤數。在執行完多數寫入資料頁及讀取資料頁後，微處理器114取得多數位元錯誤數。微處理器114對上述位元錯誤數進行計算即可取得其平均值和標準差值。最後，依使用者之需求而給予平均值和標準差值不同的權重即可得出此(或此些)資料儲存區塊之品質參數。
另一實施例中微處理器114僅讀取每一資料儲存區塊之其中一資料頁並進行上述之計算，以提高效率。舉例來說，每寫完一個資料儲存區塊，微處理器114便讀取此資 料儲存區塊之第K個資料頁的資料，例如是讀取第一個資料頁(即資料頁P1)的資料。當然，微處理器114也可以讀取每一資料儲存區塊之隨機資料頁並進行上述之計算。又或者，微處理器114可依據一個設定表所設定的數值來讀取每一資料儲存區塊之特定資料頁並進行上述之計算。又或者，微處理器114可依據一方程式的計算來讀取每一資料儲存區塊之特定資料頁並進行上述之計算。舉例來說，微處理器114可以是去讀取第一個資料儲存區塊(資料儲存區塊130)的資料頁P1，並去讀取第二個資料儲存區塊(資料儲存區塊140)的資料頁P3，以及去讀取第三個資料儲存區塊(儲存區塊150)的資料頁P7，以此類推。由於設定表及方程式之設定乃熟悉此技藝者可輕易完成，故不多作敘述。
接著，當儲存裝置100離開操作模式或進入背景模式後，微處理器114讀取資料儲存區塊130~M中之一目標區塊的資料頁的資料而取得位元錯誤數。優選地，此目標區塊可以是資料儲存區塊130~M中最早被寫入資料者。至於如何判斷最早被寫入資料的資料儲存區塊的方法有許多，例如，由微處理器114管理一寫入資料表，並在此寫入資料表中依序記錄被寫入資料的資料儲存區塊的代碼，然後把寫入資料表儲存在資料頁、內部的記憶空間(未繪示)，或電性耦接但相互獨立的一個記憶裝置(未繪示)中。在實作中，上述的寫入資料表可以採用鏈結表(link list)來實現。據此，微處理器114便可自寫入資料表尋找出最早被寫入資料的資料儲存區塊，以便當作前述之目標區塊。另外，微處理器114對目標區塊的讀取操作，可以是採用讀取目標區塊之至少一資料頁的方式來進行。例如：只讀取一資料頁，讀取多數資料頁，讀取預設之資料頁，或是讀取隨機選中的資料頁等。
在取得目標區塊的位元錯誤數後，微處理器114 就會先判斷此目標區塊的位元錯誤數是否大於等於錯誤位元臨界值(error bit threshold)。當判斷為否時，表示此目標區塊之狀態良好，不存在資料保存的問題，因此，無資料搬移之需要；反之，當判斷為是時，表示此目標區塊之狀態不佳，存在資料保存的問題。然而，造成位元錯誤數增加的主因需進行進一步的判斷，而判斷的方式即比較位元錯誤數是否大於品質參數，再依據判斷的結果來決定是否進行資料的搬移。
在此實施例中，品質參數是由a倍的之平均值加上b倍的標準差值的加總，數值a和b可為整數、複數、分數、正數或負數，可依使用者之需求而進行設定。目標區塊的位元錯誤數大於錯誤位元臨界值但小於品質參數時，其可能造成的原因是資料儲存媒體本身的老化，因此，無需進行資料的搬移。目標區塊的位元錯誤數大於錯誤位元臨界值且大於品質參數時，其可能造成的原因是資料的老化，故需進行資料的搬移。此時，微處理器114將目標區塊的資料搬移至另一空白的資料儲存區塊。微處理器114亦可執行垃圾收集(garbage collection)，將包含目標區塊的多數資料儲存區塊的有效資料整併至一空白的資料儲存區塊。當然，在執行完資料搬移或垃圾收集的操作後，微處理器114就需要去更新上述之寫入資料表。
儘管在上述各實施樣態中，微處理器114係藉由讀取操作來取得位元錯誤數，以將取得的位元錯誤數當作資料特性參數(也就是資料特性參數係由位元錯誤數所決定)，然此並非用以限制本發明。本領域具有通常知識者應知，微處理器114也可以是藉由讀取操作來取得構成資料頁之至少一儲存單元(memory cell)的臨界電壓位移量，以將取得的臨界電壓位移量當作資料特性參數(也就是資料特性參數係由臨界電壓位移量所決定)。
藉由上述教示，本領域具有通常知識者當可歸納出一種可用於儲存裝置之資料搬移方法的一些基本操作步驟，一如圖2所示。圖2即為依照本發明一實施例之一種可用於儲存裝置之資料搬移方法的流程圖。請參照圖2，此方法包括有下列步驟：執行多個讀取操作而取得一資料儲存媒體之多個資料儲存區塊的多個資料特性參數(如步驟S201所示)；依據上述資料特性參數而計算出第一數值和第二數值(如步驟S202所示)；讀取上述資料儲存區塊中之一目標區塊，以取得此目標區塊之資料特性參數(如步驟S203所示)；以及依據目標區塊之資料特性參數、第一數值與第二數值以決定是否對目標區塊執行資料搬移之操作(如步驟S204所示)。
綜上所述，本發明係使儲存裝置之控制單元藉由前述的操作而取得品質參數與目標區塊之資料特性參數，且使控制單元依據取得的品質參數與目標區塊之資料特性參數來判斷目標區塊的資料頁所儲存的資料之所以無法正常讀取，是因為資料的老化而導致還是因為資料儲存媒體本身的老化所導致。因此，當控制單元判斷目標區塊的資料頁所儲存的資料之所以無法正常讀取，是因為資料的老化而導致時，控制單元就會執行資料搬移的操作；反之，當控制單元判斷目標區塊的資料頁所儲存的資料之所以無法正常讀取，是因為資料儲存媒體本身的老化所導致時，控制單元就不會執行資料搬移的操作。如此一來，便能有效減少控制單元執行資料搬移操作的次數，進而提高儲存裝置整體的系統效能。
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，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，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。
S201~S204‧‧‧步驟

Claims (24)

  1. 一種儲存裝置，其包括：一資料儲存媒體，具有多個資料儲存區塊；以及一控制單元，電性耦接該資料儲存媒體，以對該些資料儲存區塊進行資料之存取，該控制單元藉由多個讀取操作而取得該些資料儲存區塊之多個資料特性參數，並依據該些資料特性參數而計算出一第一數值和一第二數值，其中，該控制單元更讀取該些資料儲存區塊中之一目標區塊而取得該目標區塊之該資料特性參數，該控制單元更依據該目標區塊之該資料特性參數、該第一數值與該第二數值以決定是否對該目標區塊執行一資料搬移之操作。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之儲存裝置，其中該些資料儲存區塊之該些資料特性參數與該目標區塊之該資料特性參數由一位元錯誤數所決定。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之儲存裝置，其中該些資料儲存區塊之該些資料特性參數與該目標區塊之該資料特性參數由一臨界電壓位移量所決定。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之儲存裝置，其中該目標區塊為該些資料儲存區塊中最早被寫入資料者。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之儲存裝置，其中該第一數值為一平均值，該第二數值為一標準差值。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之儲存裝置，其中該控制單元係於一背景模式下讀取該目標區塊之至少一資料頁而取得該目標區塊之該資料特性參數。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之儲存裝置，其中a倍的該 第一數值加上b倍的該第二數值之加總而產生一品質參數，該控制單元係判斷該目標區塊之該資料特性參數是否大於等於該品質參數以決定是否對該目標區塊執行該資料搬移之操作。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之儲存裝置，其中該資料儲存媒體係為一快閃記憶體。
  9. 一種控制單元，其包括：一控制邏輯；以及一微處理器，電性耦接該控制邏輯，並用以透過該控制邏輯對一資料儲存媒體中的多個資料儲存區塊進行資料之存取，該微處理器藉由多個讀取操作而取得該些資料儲存區塊之多個資料特性參數，並依據該些資料特性參數而計算出一第一數值和一第二數值，其中，該微處理器更讀取該些資料儲存區塊中之一目標區塊而取得該目標區塊之該資料特性參數，該微處理器更依據該目標區塊之該資料特性參數、該第一數值與該第二數值以決定是否對該目標區塊執行一資料搬移之操作。
  10. 申請專利範圍第9項所述之控制單元，其中該些資料儲存區塊之該些資料特性參數與該目標區塊之該資料特性參數由一位元錯誤數所決定。
  11. 申請專利範圍第9項所述之控制單元，其中該些資料儲存區塊之該些資料特性參數與該目標區塊之該資料特性參數由一臨界電壓位移量所決定。
  12. 申請專利範圍第9項所述之控制單元，其中該目標區塊為該些資料儲存區塊中最早被寫入資料者。
  13. 申請專利範圍第9項所述之控制單元，其中該第一數 值為一平均值，該第二數值為一標準差值。
  14. 請專利範圍第9項所述之控制單元，其中該微處理器係於一背景模式下讀取該目標區塊之至少一資料頁而取得該目標區塊之該資料特性參數。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之控制單元，其中a倍的該第一數值加上b倍的該第二數值之加總而產生一品質參數，該微處理器係判斷該目標區塊之該資料特性參數是否大於等於該品質參數以決定是否對該目標區塊執行該資料搬移之操作。
  16. 如申請專利範圍第9項所述之控制單元，其中該資料儲存媒體係為一快閃記憶體。
  17. 一種可用於儲存裝置的資料搬移方法，其包括：執行多個讀取操作而取得一資料儲存媒體之多個資料儲存區塊的多個資料特性參數；依據該些資料特性參數而計算出一第一數值和一第二數值；讀取該些資料儲存區塊中之一目標區塊，以取得該目標區塊之該資料特性參數；以及依據該目標區塊之該資料特性參數、該第一數值與該第二數值以決定是否對該目標區塊執行一資料搬移之操作。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之可用於儲存裝置的資料搬移方法，其中該些資料儲存區塊之該些資料特性參數與該目標區塊之該資料特性參數由一位元錯誤數所決定。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之可用於儲存裝置的資料搬移方法，其中該些資料儲存區塊之該些資料特性參數與該目標區塊之該資料特性參數由一臨界電壓位移量所決定。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之可用於儲存裝置的資料搬移方法，其中該目標區塊為該些資料儲存區塊中最早被寫入資料者。
  21. 如申請專利範圍第17項所述之可用於儲存裝置的資料搬移方法，其中該第一數值為一平均值，該第二數值為一標準差值。
  22. 如申請專利範圍第17項所述之可用於儲存裝置的資料搬移方法，其更包括於一背景模式下讀取該目標區塊之至少一資料頁而取得該目標區塊之該資料特性參數。
  23. 如申請專利範圍第17項所述之可用於儲存裝置的資料搬移方法，其更包括以a倍的該第一數值加上b倍的該第二數值之加總而產生一品質參數，並判斷該目標區塊之該資料特性參數是否大於等於該品質參數以決定是否對該目標區塊執行該資料搬移之操作。
  24. 如申請專利範圍第17項所述之可用於儲存裝置的資料搬移方法，其中該資料儲存媒體係為一快閃記憶體。
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