TWI344154B - - Google Patents

Description

1344154 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種容.s 4 的控制方法，特別是指—種：决閃記憶體設備邏輯條帶 情況進行㈣關整邏輯記憶體設備的操作 【先前技術】 在儲存設備領域中，硬碟_

快閃記憶體儲存介質的出現：㈣主導地位’直到 1技卜… 出見快閃記憶體因爲具有可多次 :除、㈣、度、大容量'較低的讀寫操作時間、非揮 I及低功耗等特點而逐漸在储存設備市場異軍突起，兑 :::佔有率迅速上升。特別是近年來，隨著快 ： …逐漸降低，同時，後端應 T也逐步元善，這些都大大刺激了快心㈣市場的 迅速擴張，使其逐漸在儲存設備市場上與硬碟平分秋色。 但是，快閃記憶體由於其自身製造的技術問題，使其從生 産就存在一些不可避免的缺陷，例如快閃記憶體讀寫操作 必須要以磁區爲單位進行；每顆快閃記憶體晶片的讀寫時 序的有效帶寬不超過40MB等。這些缺陷成爲制約快閃記憶 體迅速發展的_，在其應料財，只有先解決了這些 障礙’才能更好發揮快閃記憶體的優點。 隨著快閃記憶體應用技術的逐步提高，使用者對設備 讀寫速率的要求也逐漸提高，單顆或者單通道快閃記：體 設備的介面帶寬已經遠遠不能滿足使用者的需求，因此， 幾乎所有的快閃記憶體設備以及快閃記憶體控制器的生産 5 1344154 廠商都在研發多通道的快閃記憶體晶片 通道的快閃記憶體設備其優點在於能夠 閃記憶體操作，可以倍增地提高快閃記 寬。 對於這類多通道的快閃記憶體設 帶=問題，因爲是多個通道同時執行=

2寫抹除等操作，對於寫人的或者讀出的資料必 岛如何組織的問題’目前的做法如圓2所示 ； :中_體(—根據保留區資訊劃定快閃記憶j = 的η個通道中每個通道的m個頁面組成一個邏輯條帶（圖 不η的值爲4, m的值肖2)，頁面爲一個小的储存單元 。所有的邏輯條帶連接起來，組成—個連續的邏輯儲存空 間，即使用者所看到的設備的儲存空間。

操作模式。這種多 多通道同時進行快 憶體設備的介面帶 a但是，在使用過程中，這種組織方法逐漸暴露出一些 問題·因爲快閃記憶體設備面臨各式各樣的使用者，不同 的使用者有不同的使用目的。例如，一些使用者主要用它 儲存或者經常地寫入一些資料，如果邏輯條帶劃分相對 比k小’每次寫的操作需要啓動多個通道的快閃記憶 片 木 〜肪日a ，备寫入目的頁面中存在資料時，則需要先將目的區塊 中的有效資料備份出來，然後抹除該區塊，再把有效資料 以及該次的運算位元寫入，對於該寫入過程來說，邏輯條 ▼越小’需要進行抹除的區塊也越多，一方面需要更多的 操作時間’另一方面對快閃記憶體造成了更多的損耗；如 果邏輯條帶劃分比較大，可以使一次寫入操作儘量落在一 6 !344154 個通道内，則目的區塊只需要冷彡_ a ^ *要連仃一次抹除操作就可以實 現5玄次寫入操作，一方而士士々々μ 下 方面大大即約了寫入的時間，另一方 面，有效地減少了對快閃記憶體的損耗。 再比如’如果一 4匕使用者σ田— -使用υ匕來備份一些相對比較 =塊的資料，使料財只需㈣其進行不斷的讀取，這 下’如果邏輯條帶劃分比較大，每次只啓動一個讀 2作，就會導致在讀取操作過程中，資料都落在一個通 道内，操作過程中’只有-個通道被啓動，不能達到平行 作業的目的，大大降低7执锆八工 ^㈣十灯 短降低了 4介面的讀取料，而如果邏 輯广夠比較小’這時，資料就會分佈在多個通道内， ^作過程中多個通道都會被同㈣動，設備介 被成倍地提高。 迷丰曰 根據上述可以看出邏輯條帶的恰當劃分對 體設備有很大的影鲤，而曰上_ κ己隐 μ…的快閃記憶體儲存設備豆邏 U在其出廠就已經被固定了，即使設備面臨不 :!二Γ使用者，其邏輯條帶也是固定不變的，這合 使其在使用過程中的士&诠& * ^ ^a 中的-寫效率以及壽命受到 因此，如何解決邏輯條帶的劃分問題， ：曰 記憶體設備值得增進的課題。 夕通^快閃 【發明内容】 因此，本發明夕Β α 的，即在提供一種基於多 記憶體設備邏輯條帶的自適應控制方法，透過心= ==身^統計的方法對邏輯條帶進行控制，智慧^調 整邏條f的大小，從而解決由於邏輯條帶大小不當帶來 7 1344154 的問題^ 於疋，本發明基於多通道快閃記憶體設備邏輯條帶的 自適應控制方法’包括以下步驟： 1 )所述快心憶體設備中的_物體將歷史操作資訊進 行統計，並儲存在快閃記憶體的_保留#訊區中’· 2) 根據步驟I )中統計的操作資訊情況動態設定各儲 存分區對應的賴條帶標識以以各邏輯條帶的大小；

3) 根據邏輯條帶的劃分，在讀寫過程中將資料並行映 射到不同通道的儲存單元内。 較佳的，所述步驟中統計的歷史操作資訊包括：摔 作塊的大小、操作類型、操作次數中的其中至少一種。 較佳的’所述步驟2)具體爲根據步驟1)中各操作類 型的出現頻率，設定邏輯條帶 〇 科俅贳大小。較佳的，所述根據各 操作類型的出現頻率射遇短χ ,, 輯條帶大小的調整具體爲：設定

調整的操作次數臨界值，每個操作類型對應一個邏輯條帶 大小，統計各操作類型在次數臨界值範圍内次數，當資料 操作次數㈣缝臨界科，將邏輯㈣㈣爲次數最多 Π作類型對應的邏輯條帶大小。較佳的，當需要調整邏 =帶的邏輯空間大小時’還包括以下步驟：將快間記憶 叹備中儲存的已有資料進行資料備份。較佳的，所述步 ㈣之月J還包括以下步驟：將快閃記憶體設備劃分成多個 邏輯为區，對於每個邏輯分區分別按照步驟丨）—3)進行 =控制。本發明之功效在於：邏輯條帶的劃分是變化的 。又備可以根據操作歷史記錄運用演算法自適應地設定邏 1344154 輯條帶的大小’這樣可以使設備更滿足使用者需求，提高 快閃記憶體設備操作效率和快閃記憶體使用壽命。 【實施方式】 ► 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在 以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可 清楚的呈現。 本發明的重點是透過自適應演算法根據快閃記憶體歷 史操作記錄設定邏輯條帶的大小，適應不同的使用範圍和 使用者，來提高快閃記憶體讀寫操作的效率和快閃記憶體 的使用壽命。

目前大部分快閃記憶體晶片的劃分方法：每個位元組 (Byte )包含8個位元（Bit )，528個位元組組成_個磁區 (ecter)其中包括5 ! 2位元組的有效資料區和！ 6位元組的 輔助儲存區，4個磁區組成一個頁面（page)，64個頁面組 成-個物理區塊⑻。ck)，如】所示。而對於多通道快閃 »己憶體備來講’如圖2所示，η個通道（eha耐）★，每個 通道的m胃面組成一個邏輯條帶。#巾，n的值是確定的 ’是設備通道的個數，m的值由設備的程式決定。 邏輯條帶是指細體對快閃記憶體晶片的物理頁面的_ 種’且織劃刀方法’由於多通道快閃記憶體設備 同時進行操作，因此寫人或讀出的„必誠在不同; ?憶體晶片，所以導致其物理空間的分佈是不連續的， 疋對於邏輯空間的映射和組織必輯 條帶就是料些不連心m 續的物理頁面組織成一個連續的邏輯 9 1344154 空間。 如圖1所示爲快閃記憶體晶片物理區塊（B丨〇ck )的劃 分示意圖’快閃記憶體晶片中每個區塊包括64個頁面（ Page)’母個頁面包括4個磁區（Sector )，每個磁區有528 個位元組，其中有5 12個位元組的有效資料區和16個位元 組的輔助儲存區； 如圖2所示爲多通道快閃記憶體儲存設備邏輯條帶的 劃分，圖中所示的通道個數n爲4，邏輯條帶中每個快閃記

憶體頁面個數m爲2 ’因此，本例所示的多通道快閃記憶 體設備的邏輯條帶的大小爲16KB，如圖中所示的起始邏輯 條帶0和任意一個邏輯條帶X。 以下透過附圖並結合具體眚祐彳丨士 口丹篮貫鈀例對本發明進行詳細說 明0 _「即土細-疋爲2k， 41c，8k，其中操作類型可以包括 j π ζκ唄，小於2k寫 ，2k-4k 讀，2k-4k 寫，4k_8k 讀，4

於8k寫。通道個數爲4，兑 f 於扑讀，大 具中各檔位兀對應的邏輯條 大小在本實施例中分別爲：小輯條帶的 讀，…，大於8k _ = 寫所對應的邏輯條帶爲】6Κ ζ 爲8K;2k-4k 的邏輯條帶爲孤。設定_個操作臨寫界值大於寫所對應 當快閃記憶體設備每被操作 ‘’’、1〇’_次，即 設備的賴條帶進行-次自適應㈣相快閃記憶體 快閃記憶體設備中的㈣將對快閃記憶體設備歷史操 10 1344154

例是統計各種操作類型對應的操作次數。#操作總數每達 到ι〇，_次’將不同類型的操作進行比較m設備邏 輯條f大小爲使用頻率最高的操作類型對應的大小。 “如圆3所示，當使用者需要對快閃記憶體設備或快閃 此憶體設備中的某-邏輯分區進行頻繁的單次小塊資料讀 操作時，當操作類型中小於2k tf，小於2k寫，2k_4k讀，

作身訊進賴計’域存在㈣記憶體保留資訊區中。統 計的歷史操作資訊包括：操作塊的大小（即資料塊大小，指 一次主機操作的資料大小）、操作類型、操作次數本實施 4k-8k讀’大於8k讀中的—種的使用頻率大於其他類型的 使用頻率，爲了保證快閃記憶體設備在這些操作過程中的 速度’透過使用本發明實施例，可以對邏輯條帶進行相對 應的調整’如圖所示，當資料平均爲小於2k大小時，邏輯 條帶相對應的調整爲8K，這樣，既使每—次寫操作落在— 個通道内’能夠充分提高寫人操作的速率，又滿足讀取操 作,儘量多進行平行作業的原則。當快閃記憶體設備或者 邏輯分區頻繁進行2k以上大小資料讀操料，邏輯條帶選 擇最小檔例如8K，這樣可以在讀取數據時儘量多的啓動通 道數’充分的提高儲存設備介面的讀取速率。 如圖4所示，當操作類型中大於8k寫或4k 8k寫的一 種的使用頻率大於其他類型的使用頻率，如圖所示，則把 邏輯條帶的大小調整爲孤。對於當使用者需要對快閃記^ 體設備進行頻繁的多次寫人操作時，考慮爲了保證快閃二 憶體設備在寫入操作過程中的效率和介面速率以及對快閃 11 1344154 圮憶體晶片的損耗，透過本發明對邏輯條帶進行相對應的 調整，把邏輯條帶的大小調整爲32κ。由於每個通道的快閃 屺憶體晶片在新資料寫入之前，需要先對目的區塊的舊資 料作抹除操作後，才能將新的資料寫入，而區塊的抹除是 非常耗時間的，同時，又會對快閃記憶體晶片的壽命造成 損耗，因此，需要每次儘量啓動比較少的通道。在操作過 程中，邏輯條帶劃分越大，進行的抹除操作越少，操作的 耗費時間和對快閃έ己憶體晶片的磨損也越少，既能夠有效 提同快閃圮憶體設備介面寫入的速率，又能延長設備的壽 命。此外，當需要調整邏輯條帶的邏輯空間大小時，還需 要將快閃S己憶體設備中儲存的已有資料進行資料備份可 以抓用透過軟體自動備份或者透過人機界面提示用於先備 伤後再調整邏輯空間大小。 對於快閃記憶體設備令包括多個邏輯分區的情況，每 個邏輯分區分別設置不同的邏輯塊大小。設備可以根據使 用者對不同邏輯分區、不同的使用目的，智慧地進行邏輯 條帶大小的調整。 匕卜本發明知：出的儲存晶片不僅僅包括nan d， NOR等快閃記憶體晶片，其他的需要有相似邏輯條帶組織 的儲存設備都不能認爲是脫離本發明的主題思想和使用範 圍，以上這些對熟知此技藝之人士來說是顯而易見的，都 應包含在本發明的範圍内。 綜上所述，本發明邏輯條帶的劃分是可變化的，設備 可以根據操作歷史記錄運用演算法自適應地設定邏輯條帶 12 1344154 的大小’這樣可以使設備更滿足使用者需求，提高快閃記 憶體設備操作效率和快閃記憶體使用壽命’故確實能達成 本發明之目的。 ί ’十、对π <平又1玉肩例啲匕，當不 能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明中請專利 2及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍 屬本發明專利涵蓋之範圍内。

【圖式簡單說明】 二】為::’記憶體晶片物理區塊的劃分示意圖； 圖；肖夕通道快閃記憶體储存設備的邏輯塊劃分示意 丁人丨土貝々乜物』肀 %退快閃記憶體儲存 備小邏輯條帶示意圖；及 圖4爲本發明較佳實施例 備大邏輯條帶示意圖。 夕通道快閃記憶體儲存設

13 1344154 【主要元件符號說明】

Claims (1)

1344154 十、申請專利範圍： 1 ‘ 一種基於多通道快閃記憶體設備邏輯條帶的自適應控制 方法，所述方法包括以下步驟： 1 )所述快閃記憶體設備中的一韌體將歷史操作資訊 進行統計’並儲存在快閃記憶體的一保留資訊區中； 2)根據步驟1 )中統計的操作資訊情況動態設定各 儲存分區對應的邏輯條帶標識以確定各邏輯條帶的大小

3)根據邏輯條帶的劃分，在讀寫過程中將資料並行 映射到不同通道的儲存單元内。 2.依據中請專利範圍第1項所述之基於多通道快閃記憶體 設備邏輯條帶的自適應控制方法，其中，所述步驟〇 中統計的歷史操作資訊包括：操作塊的大小、操作類型 、操作次數中的其中至少一種。 3‘依據巾請專利範Μ 2項所述之基於多通道快閃記㈣ 設備邏輯條帶的自適應控制方法，其中，所述步驟2) 具體爲根據步驟U中各操作類型的出現頻率設定邏 依據申請專利範圍第3項所述之基於多通道快閃記憶體 設備邏輯條帶的自適應控财法，其中，所述根據料 作::型的出現頻率對邏輯條帶大小的調整具體爲：，定 !二操作次數臨界值，每個操作類型對應-個邏輯停 ▼大小，統計各操作類型在次數臨界值 輯條 當資料操作次數達到次數臨# ·-人數， 人狀界值時’將邏輯條帶調整爲 15 1344154 次數最多的操作類型對應的邏輯條帶大小。 5.依據申請專利範圍第丨_4項其中任一項所述之基於多通 道快閃記憶體設備邏輯條帶的自適應控制方法，其中， 當需要調整邏輯條帶的邏輯空間大小時，還包括以下步 驟：將快閃記憶體設備中儲存的已有資料進行資料備份 〇 6·依據申請專利範圍第丨_4 .viL pe 項其中任一項所述之基於多通 道快閃屺憶體設備邏輯 1 N '、帶的自適應控制方法，其中， 所述步驟1)之前還包括 六丫 劃分成多個邏輯分區， ^驟.將快閃記憶體設備 D 一3)進行讀寫控^於每個邏輯分區分別按照步驟

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