TWI390548B - 資料儲存方法及其儲存裝置 - Google Patents

Description

資料儲存方法及其儲存裝置

本發明係有關於快閃記憶體，特別是有關於應用於多位準單元(multi－level cell,MLC)快閃記憶體之資料儲存方法。

對非揮發性記憶體(non－volatile memory)而言，例如：反及閘型快閃記憶體(NAND flash memory)，因為具備編程(program)時間短、晶圓面積小及低耗電量之優點，廣泛地作為各種多媒體資料之儲存媒體，例如：安全數位卡(SD card)或小型快閃卡(CF card)。

一般而言，反及閘型快閃記憶體可分為單位準單元(single－level cell,SLC)快閃記憶體及多位準單元(multi－level cell,MLC)快閃記憶體，其中，每一個單位準單元可儲存“0”或“1”兩個值，而每一個多位準單元至少可儲存“00”、“01”、“10”或“11”四個以上的值，具有較高的儲存密度。然而，受限於多位準單元快閃記憶體之架構性因素，相較於單位準單元快閃記憶體，多位準單元快閃記憶體不僅資料存取速度較慢，且容易產生資料損毀或遺失的情況。

因此，需要一種資料儲存方法，用以解決多位準單元快閃記憶體之資料遺失問題，進而有效提升資料儲存之可靠性。

有鑑於此，本發明提供一種資料儲存方法，應用於具有至少一記憶區塊之一非揮發性記憶體中。於一實施例中，該非揮發性記憶體為一反及閘型快閃記憶體，而該記憶區塊為一多位準單元記憶區塊。該記憶區塊包括複數之頁面，且該等頁面包括複數之強頁面及複數之弱頁面，該方法之步驟包括：接收一邏輯區塊寫入指令，用以將對應之寫入資料儲存至該記憶區塊中；判斷該寫入資料是否超過一頁面；當該寫入資料超過一頁面時，根據該頁面之記憶容量，將該寫入資料分為複數之頁面資料；根據該邏輯區塊寫入指令所對應之一起始寫入頁面，決定每一頁面資料之一第一儲存頁面；以及將該等頁面資料依序寫入至該等第一儲存頁面中，其中，每一第一儲存頁面為該記憶區塊之一強頁面。

另一方面，本發明更提供一種資料儲存裝置，包括：一非揮發性記憶體及一控制器。該非揮發性記憶體具有至少一記憶區塊。於一實施例中，該非揮發性記憶體為一反及閘型快閃記憶體，而該記憶區塊為一多位準單元記憶區塊。該記憶區塊包括複數之頁面，而該等頁面包括複數之強頁面及複數之弱頁面。該控制器耦接於該非揮發性記憶體，用以接收一主機之一邏輯區塊寫入指令、判斷該邏輯區塊寫入指令對應之寫入資料是否超過一頁面、根據該頁面之記憶容量將超過一頁面之該寫入資料分為複數之頁面資料、根據該邏輯區塊寫入指令所對應之一起始寫入頁面決定每一頁面資料之一第一儲存頁面、以及將 該等頁面資料依序寫入至該等第一儲存頁面中，其中，每一第一儲存頁面為該記憶區塊之一強頁面。

另一方面，本發明更提供一種資料儲存方法，應用於一非揮發性記憶體中。於一實施例中，該非揮發性記憶體為一反及閘型快閃記憶體，包括至少一記憶區塊，且該記憶區塊包括複數之頁面，且該等頁面包括複數之強頁面及複數之弱頁面。首先，接收一第一寫入指令、一第一起始位址及一寫入資料。根據該第一起始位址及該寫入資料的長度，將該寫入資料分成複數個頁面資料，該等頁面資料對應複數個第一儲存頁面。接著將該等第一儲存頁面轉換為複數個第二儲存頁面。之後，將複數個第二寫入指令、該等第二儲存頁面之複數個第二起始位址、及該等頁面資料傳送至該非揮發性記憶體中，以進行資料的寫入。值得一提的是，該等第二儲存頁面皆為強頁面。

另一方面，本發明更提供一種資料儲存方法，應用於一非揮發性記憶體中。於一實施例中，該非揮發性記憶體為一反及閘型快閃記憶體，包括至少一記憶區塊，且該記憶區塊包括複數之頁面，且該等頁面包括複數之強頁面及複數之弱頁面。該方法之步驟包括：接收一寫入指令及一寫入資料；將該寫入資料分成複數個頁面資料；及將該等頁面資料，分別寫入至該非揮發性記憶體之該記憶區塊的該等強頁面。

為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖示，詳細說明如下。

下文係說明本發明之較佳實施方式，用以更容易瞭解本發明，並非用以限制本發明。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。

第1圖係顯示依據本發明實施例之一資料儲存裝置102與一主機104。於一實施例中，該資料儲存裝置102為一記憶卡或一固態硬碟(solid state disk,SSD)，而該主機104，例如：一數位相機或手機，藉由通用串列匯流排(universal serial bus,USB)介面、個人電腦記憶卡國際協會(personal computer memory card international association,PCMCIA)介面、串列式先進附加技術(serial advanced technology attachment,SATA)介面或其它介面，將資料儲存至該資料儲存裝置102，或自該資料儲存裝置102讀取資料。該資料儲存裝置102包括一控制器106及一記憶體108。於一實施例中，該記憶體108為一非揮發記憶體，例如：反及閘型快閃記憶體(NAND flash memory)，係包括多個多位準單元記憶區塊，如第2圖所示。

第2圖係顯示依據本發明實施例之具有多個多位準單元記憶區塊之一記憶體208架構示意圖。於一實施例中，該記憶體208包括1024個多位準單元記憶區塊(block)。每一記憶區塊，如記憶區塊M，包括128個頁面(page)。每一頁面，如頁面N，具有4個儲存段(sector)，例如：4N＋0、4N＋1、4N＋2及4N＋3。 其中M為0到1023的正整數，N為0到63的正整數。於一實施例中，每一儲存段具有512位元(bytes)之記憶容量，因此資料能夠以儲存段為單位來進行儲存操作。

對多位準單元記憶區塊而言，如第2圖之記憶區塊M，每一頁面係區分為強頁面(strong page)及弱頁面(weak page)。其中弱頁面較容易因為溫度、溼度等環境因素而影響到資料的正確性，相較之下，強頁面較穩定，資料錯誤率較低。對於重要的資料或檔案而言，應避免將資料儲存於弱頁面中，用以防止資料錯誤或遺失之情況。另一方面，所謂強頁面，係指該頁面被寫入資料時的編程忙碌時間(program busy time)較短。反之，所謂弱頁面，係指該頁面被寫入資料時所需的編程忙碌時間較長。

一般而言，強頁面及弱頁面以一既定排列方式交錯排列。舉例來講，於記憶區塊M中，頁面0至頁面3為強頁面、頁面4及5為弱頁面、頁面6及7為強頁面、頁面8及9為弱頁面、…、頁面12及13為弱頁面、…等。再者，於每一記憶區塊中，每一強頁面對應至一弱頁面。參考第2圖，於記憶區塊M中，頁面0為強頁面(以S0表示)，與其對應的是弱頁面4(以W0表示)，頁面1為強頁面(以S1表示)，與其對應的是弱頁面5(以W1表示)，以此類推。以下將配合第1與2圖詳細說明利用多位準單元記憶區塊之強頁面及弱頁面特性進行資料儲存之操作。

於第1圖之實施例中，該控制器106耦接於該主機104與該 記憶體108之間，用以接收該主機104之一邏輯區塊寫入指令。舉例而言，根據本發明之一實施例，當該主機欲將一系統檔案202儲存至該記憶體108時，該控制器106根據該邏輯區塊寫入指令，取得對應之寫入資料(意即，系統檔案202)及一起始邏輯區塊位址(Logical Block Address,LBA)。於其它實施例中，該邏輯區塊寫入指令尚可包括：儲存該寫入資料所需之邏輯區塊個數。該起始邏輯區塊位址用以對應至一記憶區塊之儲存段，例如：儲存段4N＋2，從而決定一起始寫入頁面，例如：於第2圖中，該記憶區塊M之頁面N。

接下來，該控制器106判斷該寫入資料是否超過一頁面。於上述實施例中，假設儲存該系統檔案202需要6個頁面，且該起始寫入頁面為頁面0時，該控制器106便根據每一頁面之記憶容量，如2K位元，將該系統檔案202分為複數之連續頁面資料。然後，該控制器106根據該起始寫入頁面(頁面0)來決定每一頁面資料所對應之原始儲存頁面。參考第2圖，在並未區分強頁面及弱頁面之情況下，該系統檔案202係連續性地儲存於頁面0、頁面1、…、及頁面5中。根據每一頁面資料及對應之原始儲存頁面，該控制器106產生複數之頁面寫入指令，用以執行連續寫入操作。

進一步，於執行連續寫入操作前，為使該系統檔案202能夠完全地儲存於強頁面中，因此，需決定每一原始儲存頁面之對應 強頁面。

於一實施例中，該控制器106可根據一對應公式，計算出頁面0至頁面5所對應之強頁面，該對應公式為： 其中，X _ORIGINAL 為未轉換前之一原始儲存頁面，而X _STRONG 為轉換後之對應強頁面。

舉例而言，於第2圖中，若欲轉換頁面4，即X _ORIGINAL ＝4，經由上述對應公式(1)加以轉換後，便可得到X _STRONG ＝6，表示頁面6為頁面4之對應強頁面。同樣地，透過上述對應公式(1)，可知頁面5之對應強頁面為頁面7。取得對應強頁面後，該控制器隨即將原本欲儲存至頁面4及頁面5之頁面資料，分別改為寫入至頁面6及頁面7。

值得注意的是，於儲存完該系統檔案202後，若該主機104欲寫入其它資料至同一記憶區塊M，同樣地，該控制器106可利用上述對應公式(1)，將每一原始儲存頁面轉換至對應強頁面，再執行寫入操作。

除此之外，於另一實施例中，該資料儲存裝置102進一步包括一對照表110，用以表示記憶區塊中，每一原始儲存頁面所對應之一強頁面。

第3圖係顯示依據本發明實施例之一對照表110。如第3圖所 示，對具有128個頁面之記憶區塊而言，由於強頁面及弱頁面為交錯排列，因此實際上可使用之強頁面數量係為總頁面數量之一半。於操作上，該控制器106可透過查詢該對照表110，找到每一原始儲存頁面所對應之強頁面。依據第3圖之對照表110，即可直接查詢到頁面4之對應強頁面為頁面6，而頁面5之對應強頁面為頁面7。

值得一提的是，該對照表110係透過上述對應公式(1)產生。於其它實施例中，針對不同之排列方式，或不同記憶容量之記憶區塊，亦可透過其它對應公式，或利用推導之方式來設定該對照表110。

更進一步，於接收該主機104之邏輯區塊寫入指令後，若該控制器106判斷該邏輯區塊寫入指令對應之寫入資料未滿一頁面，如上所述，可利用上述對應公式(1)或該對照表110，找出該起始寫入頁面之對應強頁面，再將該寫入資料儲存至該對應強頁面中。

第4圖係顯示依據本發明實施例之一資料儲存方法40流程圖。如前所述，該資料儲存方法應用於一非揮發性記憶體中，例如：一反及閘型快閃記憶體。該快閃記憶體具有多個記憶區塊，例如：多位準單元記憶區塊，每一記憶區塊，如第2圖所示之記憶區塊M，具有複數之頁面，可分為複數之強頁面及複數之弱頁面。

首先，控制器106接收主機104之一邏輯區塊寫入指令，用以將該邏輯區塊寫入指令所對應之寫入資料儲存至該記憶區塊中(步驟S402)。於一實施例中，該寫入資料為第2圖所示之系統檔案202。接著，控制器106判斷該寫入資料是否超過一頁面(步驟S404)。

當該寫入資料超過一頁面時，根據該頁面之記憶容量，將該寫入資料分為複數之頁面資料(步驟S406)，如第2圖之頁面0、頁面1、…、及頁面5。之後，根據該邏輯區塊寫入指令所對應之一起始寫入頁面，控制器106決定每一頁面資料之一第一儲存頁面。更明確地，控制器106決定用以儲存每一頁面資料之對應強頁面(步驟S408)。計算對應強頁面之方式已詳述於第1至3圖及其相關實施例中，於此不加贅述。取得每一頁面資料之對應強頁面後，便將該等頁面資料依序寫入至該等對應強頁面中(步驟S410)。

當該寫入資料未滿一頁面時，控制器106取得該邏輯區塊寫入指令所對應之起始寫入頁面，用以決定對應於該起始寫入頁面之另一對應強頁面(步驟S412)。之後，控制器106再將該寫入資料寫入至另一對應強頁面中(步驟S414)。

第5圖係顯示依據本發明實施例之另一資料儲存方法示意圖。於此實施例中，透過控制器502之轉換，所有資料將儲存於對應之強頁面中，詳細操作方式將配合第6圖說明如下。

第6圖係顯示依據本發明實施例之另一資料儲存方法流程圖。配合第2圖一併說明，首先控制器502接收由主機501傳送之第一寫入指令CAh、第一起始位址LBA、資料長度參數Length及欲寫入資料Data(步驟S602)。之後，便根據該第一起始位址LBA及該寫入資料的長度Length將該寫入資料分成複數個頁面資料，該等頁面資料對應複數個第一儲存頁面(步驟S604)，例如第2圖所示頁面0至頁面5。接著控制器502透過下列公式或如第3圖所示之對照表，將該等第一儲存頁面(頁面0、頁面1、頁面2、頁面3、頁面4及頁面5)轉換為複數個第二儲存頁面(頁面0、頁面1、頁面2、頁面3、頁面6、頁面7)(步驟S606)。

其中，X _ORIGINAL 為該第一儲存頁面，而X _STRONG 為該第二儲存頁面。

接著，控制器502便將複數個第二寫入指令80h、複數個第二起始位址ALE 0、ALE 1、...、ALE 5、以及複數個頁面資料Data 0、Data 1、Data 2、Data 3、Data 4及Data 5傳送至非揮發性記憶體503，以進行資料的寫入(步驟S608)。其中，ALE 0為頁面0的起始位址、ALE 1為頁面1的起始位址、ALE 2為頁面2的起始位址、ALE 3為頁面3的起始位址、ALE 6為頁面6的起始位址以及ALE 7為頁面7的起始位址。需注意的是，頁面資料Data 4及頁面資料Data 5原本應儲存於弱頁面，即頁面4及頁面5中， 透過控制器502的轉換，所有的頁面資料皆儲存於強頁面，即頁面0~3及頁面6~7中，避免因為溫度、溼度等環境因素而容易影響到資料的正確性。

第7圖係顯示依據本發明實施例之另一資料儲存方法流程圖，用以將資料儲存至記憶體中，如第2圖所示之具有記憶區塊M之非揮發性記憶體208。如上所述，記憶體208包括複數之強頁面及複數之弱頁面，係以一排列方式交錯排列，每一弱頁面係對應至每一強頁面。首先，接收一寫入指令及對應之一寫入資料(步驟S702)。隨後，將該寫入資料分成複數個頁面資料(步驟S704)。取得該等頁面資料後，依序儲存每一頁面資料。於此實施例中，將該等頁面資料分別寫入至記憶體208之記憶區塊M的該等強頁面中(步驟S706)。

相較於習知技術，本發明所揭露之資料儲存裝置及方法，當寫入資料時，能夠彈性地選擇寫入所有頁面，或者避開記憶區塊之弱頁面，將所有寫入資料自動地儲存至強頁面中，有效避免資料損毀或遺失，同時保存寫入資料之完整性，進而提昇資料儲存之整體穩定度及可靠度。

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。

102‧‧‧資料儲存裝置

104、501‧‧‧主機

106、502‧‧‧控制器

503‧‧‧非揮發性記憶體

108、208‧‧‧記憶體 及

110‧‧‧對照表

第1圖係顯示依據本發明實施例之一資料儲存裝置與一主機；第2圖係顯示依據本發明實施例之具有多個多位準單元記憶區塊之一記憶體架構示意圖；第3圖係顯示依據本發明實施例之一對照表；第4圖係顯示依據本發明實施例之一資料儲存方法流程圖；第5圖係顯示依據本發明實施例之另一資料儲存方法示意圖；第6圖係顯示依據本發明實施例之另一資料儲存方法流程圖；以及第7圖係顯示依據本發明實施例之另一資料儲存方法流程圖。

102‧‧‧資料儲存裝置

104‧‧‧主機

106‧‧‧控制器

108‧‧‧記憶體 及

110‧‧‧對照表

Claims (20)

1. 一種資料儲存方法，應用於具有至少一記憶區塊之一非揮發性記憶體中，該記憶區塊包括複數之頁面，且該等頁面包括複數之強頁面及複數之弱頁面，該方法包括：接收一邏輯區塊寫入指令，用以將對應之寫入資料儲存至該記憶區塊中；判斷該寫入資料是否超過一頁面；當該寫入資料超過一頁面時，根據該頁面之記憶容量，將該寫入資料分為複數之頁面資料；根據該寫入指令所對應之一起始寫入頁面，決定每一該等頁面資料之一第一儲存頁面；以及將該等頁面資料依序寫入至該等第一儲存頁面中，其中，每一該等第一儲存頁面為該記憶區塊之一強頁面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存方法，其中，於該記憶區塊中，該等強頁面及該等弱頁面以一既定排列方式交錯排列，每一該等弱頁面係對應至每一該等強頁面。
3. 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存方法，其中，每一該等頁面資料之第一儲存頁面係根據下式產生： 其中，X _ORIGINAL 為未轉換前之一原始儲存頁面，且X _STRONG 為轉換後之 第一儲存頁面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存方法，其中，每一該等頁面資料之第一儲存頁面係透過查詢一對照表產生，該對照表用以儲存未轉換前之一原始儲存頁面及對應於該原始儲存頁面之第一儲存頁面。
5. 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存方法，更包括：當該寫入資料不滿一頁面時，根據該邏輯區塊寫入指令所對應之該起始寫入頁面，決定對應於該起始寫入頁面之一第二儲存頁面；以及將該寫入資料寫入至該第二儲存頁面中，其中，該第二儲存頁面為該記憶區塊之一強頁面。
6. 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存方法，其中，該非揮發性記憶體為一反及閘型快閃記憶體。
7. 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存方法，其中，該記憶區塊為一多位準單元記憶區塊。
8. 一種資料儲存裝置，包括：一非揮發性記憶體，具有至少一記憶區塊，該記憶區塊包括複數之頁面，且該等頁面包括複數之強頁面及複數之弱頁面；及一控制器，耦接於該非揮發性記憶體，用以接收一主機之一邏輯區塊寫入指令、判斷該邏輯區塊寫入指令對應之寫入資料是否超過一頁面、根據該頁面之記憶容量將超過一頁面之該寫入資料分為複數之 頁面資料、根據該邏輯區塊寫入指令所對應之一起始寫入頁面決定每一該等頁面資料之一第一儲存頁面、以及將該等頁面資料依序寫入至該等第一儲存頁面中，其中，每一該等第一儲存頁面為該記憶區塊之一強頁面。
9. 如申請專利範圍第8項所述之資料儲存裝置，其中，於該記憶區塊中，該等強頁面及該等弱頁面以一排列方式交錯排列，每一該等弱頁面係對應至每一該等強頁面。
10. 如申請專利範圍第8項所述之資料儲存裝置，其中，每一該等頁面資料之第一儲存頁面係根據下式產生： 其中，X _ORIGINAL 為未轉換前之一原始儲存頁面，且X _STRONG 為轉換後之第一儲存頁面。
11. 如申請專利範圍第8項所述之資料儲存裝置，其中，每一該等頁面資料之第一儲存頁面係透過查詢一對照表產生，該對照表用以儲存未轉換前之一原始儲存頁面及對應於該原始儲存頁面之第一儲存頁面。
12. 如申請專利範圍第8項所述之資料儲存裝置，其中，當該寫入資料不滿一頁面時，該控制器根據該邏輯區塊寫入指令所對應之該起始寫入頁面，決定對應於該起始寫入頁面之一第二儲存頁面，並將該寫入資料寫入至該第二儲存頁面中，且其中，該第二儲存頁面為 該記憶區塊之一強頁面。
13. 如申請專利範圍第8項所述之資料儲存裝置，其中，該非揮發性記憶體為一反及閘型快閃記憶體。
14. 如申請專利範圍第8項所述之資料儲存裝置，其中，該記憶區塊為一多位準單元記憶區塊。
15. 一種資料儲存方法，應用於具有至少一記憶區塊之一非揮發性記憶體中，該記憶區塊包括複數之頁面，且該等頁面包括複數之強頁面及複數之弱頁面，該方法包括：接收一第一寫入指令、一第一起始位址及一寫入資料；根據該第一起始位址及該寫入資料的長度，將該寫入資料分成複數個頁面資料，該等頁面資料對應複數個第一儲存頁面；將該等第一儲存頁面轉換為複數個第二儲存頁面；以及傳送複數個第二寫入指令、該等第二儲存頁面之複數個第二起始位址及該等頁面資料至該非揮發性記憶體中，以進行資料的寫入，其中，該等第二儲存頁面皆為強頁面。
16. 如申請專利範圍第15項所述之資料儲存方法，其中，將該等第一儲存頁面轉換為複數個第二儲存頁面係根據下式產生： 其中，X _ORIGINAL 為該第一儲存頁面，而X _STRONG 為該第二儲存頁面。
17. 如申請專利範圍第15項所述之資料儲存方法，其中，每一 該等第二儲存頁面係透過查詢一對照表產生，該對照表用以儲存未轉換前之每一該等第一儲存頁面及對應於每一該等第一儲存頁面之第二儲存頁面。
18. 一種資料儲存方法，應用於具有至少一記憶區塊之一非揮發性記憶體中，該記憶區塊包括複數之頁面，且該等頁面包括複數之強頁面及複數之弱頁面，該方法包括：接收一寫入指令及一寫入資料；將該寫入資料分成複數個頁面資料；以及將該等頁面資料，分別寫入至該非揮發性記憶體之該記憶區塊的該等強頁面。
19. 如申請專利範圍第18項所述之資料儲存方法，其中，於該記憶區塊中，該等強頁面及該等弱頁面以一排列方式交錯排列，每一該等弱頁面係對應至每一該等強頁面。
20. 如申請專利範圍第18項所述之資料儲存方法，其中，該強頁面係指該頁面被寫入資料時的編程忙碌時間(program busy time)較短，該弱頁面係指該頁面被寫入資料時所需的編程忙碌時間較長。