TWI394041B - 用以增進通用串列匯流排快閃記憶體寫入效能之方法和裝置 - Google Patents

用以增進通用串列匯流排快閃記憶體寫入效能之方法和裝置 Download PDF

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Description

用以增進通用串列匯流排快閃記憶體寫入效能之方法和裝置 發明領域
本發明係關於快閃記憶體並且尤其是關於利用通用串列匯流排(USB)連接到一系統之快閃記憶體。
 發明背景
有一些不同類別之快閃記憶體；但是，本發明係關於一般習知的NAND快閃記憶體，並且於此處所使用之快閃記憶體名稱一般係關於NAND快閃記憶體。
快閃記憶體裝置之一重要特點是它們可不需任何外接電源而保持所儲存之資料。因此，快閃記憶體通常地被使用於例如“大拇哥驅動器”和數位攝影機之裝置中。快閃記憶體裝置可自電腦或攝影機被移除並且被儲存於裝置中之資料將不會遺失。
快閃記憶體中之讀取操作以相似於較舊並且較不昂貴之隨機存取(RAM)記憶體之方式進行。但是，快閃記憶體之寫入操作以不同於RAM記憶體中進行之寫入操作方式進行。
於RAM記憶體中，可能寫入新的資料進入包含其他資料的分別記憶體位置。這於快閃記憶體中是不可能。新的資料不能被寫入已經包含資料之記憶體中位置。於快閃記憶體中，在新的資料可寫入至一位置之前，該位置必須被清除。進一步地，不能清除快閃記憶體中一分別的位置。快閃記憶體被分割成為區塊並且一清除操作是整個區塊完成。因此如果資料先前被儲存於一區塊中，在資料可被寫入至在該區塊之內任何分別的特定位置之前包含一特定位置之該整個區塊必須被清除。
如果快閃記憶體之一區塊包含資料，其是寫入新的資料to該區塊中特定位置前被保留，則包含該特定位置之整個區塊中任何現存的資料必須暫時地被重配置。這原因是該整個區塊必須被清除以便清除一特定的位置。任何被儲存於一區塊的要求保存現有資料在清除操作前必須被儲存於一些其他的位置。
廣泛被使用之一型快閃記憶體被稱為固態軟碟卡(SSFDC)，或更普遍地被稱為智慧型媒體(SmartMediaT M )。該SmartMedia規格被產生並且它們被SSFDC討論會維持。該SmartMedia規格是廣泛地可用的。該SmartMedia規格要求一記憶體必須具有可用於資料儲存之二十四個暫時(已經清除)區塊。
使用標準智慧媒體裝置，在儲存相對小的檔案(其大小是二十四個或更少的區塊)所需的操作以及儲存其大小是較大於二十四個區塊之檔案所需的操作有主要的差異。為了儲存較大於二十四個區塊之檔案，一個或更多區塊清除操作必須發生在檔案寫入操作被完成之前。
下面的範例指示快閃記憶體中一般的寫入操作所需的步驟。應該了解這些僅是範例並且有多種快閃記憶體裝置存在，各具有其擁有之分別的特性。
第一範例是'最佳實例'情況，其中檔案大小精確地匹配快閃記憶體區塊大小。在多數情況中，這是很不可能情節；但是，其可作為有用的第一範例。於這範例中，沒有部份的區塊移動發生。記憶體控制器僅識別該等空區塊之一並且將資料寫入該區塊。注意到SmartMedia規格要求有可用的二十四個空區塊。在資料儲存完成之後，控制器清除一未被指定的區塊因而將有二十四個被清除區塊備妥以接收資料。
第二範例是於已經包含資料之區塊中其中小數量的資料將被改變。這是稍微更實際的範例。這範例需要一部份的區塊移動操作。首先不被改變的現存資料被移動至該等多餘的(先前被清除)區塊之一個。接著，新的資料被添加至這區塊中資料。在儲存操作完成之後，該控制器清除不再被指定至一檔案之另一區塊。
第三範例是特別有關於本發明之範例。於這範例中，較大於24個區塊大小之檔案被寫入至快閃記憶體。首先，該24個多餘的區塊(其先前被清除)被充填新的資料。接著控制器必須定位不再具有被使用資料的其他區塊並且清除這些區塊。最後，該檔案中另外的資料被寫入至這些新近清除區塊。因此，儲存操作不被完成直至相對長清除操作已經被進行為止。
主機系統使用一檔案配置列表(FAT)以記錄哪些邏輯位址包含關於各個特定檔案的資料。本發明採用FAT被儲存於快閃記憶體中之優點。該FAT列表指示操作系統哪些邏輯位址映射至哪些檔案。在任何特定的時間，不映射至一檔案之任何邏輯位址不被儲存於記憶體中之任何檔案所使用。記憶體控制器保持一列表，其聯結邏輯位址至對應的實際位址。
 發明概要
快閃記憶體裝置一般具有受限制數目之已經清除且備妥以接收資料之區塊。一檔案配置列表(FAT)被儲存於快閃記憶體中並且其具有指示哪些區塊被配置給檔案並且哪些區塊未配置給檔案之資訊。依據本發明，記憶體控制器連續地或週期地詢問該FAT列表以決定當時哪些邏輯位址未配置給被儲存於記憶體中之任何檔案。如果一邏輯位址區塊被定位，其未配置給予一檔案，則實際位址的對應區塊被清除並且被標記為備妥以接收資料。因此較大於一般被清除區塊數目的大小之檔案可被儲存於該記憶體中而不必在儲存操作可被完成之前等待一清除操作發生。
圖式簡單說明
第1圖展示依據SmartMedia規格組織之快閃記憶體。
第2圖是本發明一實施例之方塊圖。
第3A，3B和3C圖是展示較佳實施例操作之方塊流程圖。
第4圖是展示系統操作之全面流程圖。
 較佳實施例之詳細說明
本發明將接著參考附圖更詳細被說明。該等圖形展示本發明的實施例和這些實施例操作。但是，本發明可以用許多不同的形式被實施並且本發明不應該被認為受限制於此處之實施例。那些的熟習本技術者應明白這些實施例揭示並且傳達本發明之概念和範疇。圖形中，方塊大小不代表實際構件的大小。圖形中方塊大小僅被選擇為容易展示起見並且便利敘述本發明。圖形中，相同參考號碼被使用以表示圖形中相同元件。
本發明關於在寫入之前需要一清除週期之記憶體。快閃記憶體是一個此類型式的記憶體。此處被說明之特定實施例採用固態軟碟卡，其同時也習知為“SmartMediaT M ”。但是，應該注意到，本發明其他的實施例採用寫入資料前需要一清除週期的其他型式記憶體。
智慧媒體卡是小的快閃記憶體卡，其具有相似於紀念郵票的實際大小。智慧媒體卡被習知為SSFDC討論會機構所定義。“SSFDC”縮寫代表“固態軟碟卡”。於1996年固態軟碟卡名稱被改變為“智慧媒體”。SSFDC討論會維持“SSFDC討論會”名稱。SSFDC討論會頒佈智慧媒體快閃記憶體規格。SSFDC討論會在：SSFDC討論會聯絡處，C－區，4F，東芝建築物，東京，日本。
該SmartMedia規格定義被分割成為區塊之快閃記憶體。該規格要求一智慧媒體記憶體具有24個被清除並且可用以儲存器資料之區塊。亦即，在任何時候，寫入操作前，應該有至少24個已經清除並且備妥供寫入操作之區塊(此處指定為暫時儲存區塊)。
智慧媒體快閃記憶體方塊圖被展示於第1圖。該記憶體被分割成為區塊。該記憶體中區塊精確的數目和各個區塊大小取決於特定記憶體的大小。多種不同大小的快閃記憶體是商業上可用的。第1圖中該記憶體區塊被指示為B1至Bx並且點線指示依據該記憶體大小之可變的區塊數目。亦即。該點線指示不明確地說被展示之區塊。
該記憶體中該等區塊之24個區塊被指示為暫時儲存區塊。該暫時儲存區塊於圖形中利用標記T1、T2等等被指示。為便利展示，非所有的暫時儲存區塊被展示於圖形中。將被說明，當記憶體操作時，該等暫時儲存區塊T1至T24之位置改變。應注意到，不關於本發明之各種記憶體標準特點不被展示於圖形中並且它們不在此處被說明。
快閃記憶體100包含供該FAT列表和其他控制資訊的一特別儲存位置(利用操作系統決定)。該FAT列表被操作系統使用以聯結或映射邏輯位址至被儲存於記憶體中特定的檔案。該FAT列表指示該記憶體中哪些邏輯位置已經被指定給予哪些檔案。同時也有在該記憶體中邏輯位址和實際位置之間的映射。這是利用記憶體控制器完成。
該SmartMedia規格要求記憶體具有可用於暫時儲存之24個區塊。當該記憶體是新的記憶體時，所有的區塊是空的並且可用於儲存。假設啟始資料被寫入該記憶體中除了被指示為暫時儲存之24個區塊之外的所有區塊。此時記憶體將被填滿。該FAT列表將具有項目聯結所有可用的邏輯位址(利用該記憶體大小決定)至特定的檔案。記憶體控制器將具有一列表，其展示哪些邏輯位址對應至哪些實際的位址。仍然將具有24個暫時儲存區塊被清除並且備妥以接收資料。
接著，假設操作系統清除一檔案。假設這檔案覆蓋記憶體中三區塊。在操作系統清除這檔案之後，FAT列表將指示這三個邏輯位址區塊不再被指定至一檔案。但是，依據SmartMedia規格，被儲存資料之區塊在這時間點將不被清除，因為已經有24個區塊被清除且備妥以接收資料。
接著細查SmartMedia規格如何指示各種不同的情況應該被操作：所有的這些範例假設記憶體已經操作經一些時間並且在有些點該記憶體被充滿並且在另一些點各檔案被清除因而該記憶體接著具有一些空的空間。作為第一範例，假設主機傳送一檔案至該記憶體，其大小覆蓋一個區塊。這檔案將被儲存於被指示為暫時儲存的一個區塊中。該控制器將分配暫時儲存區塊的實際位址至邏輯位址並且檔案操作將快速地進行。在該檔案被儲存之後，僅二十三個暫時儲存區塊留下。但是，因為控制器指定新的實際位址至儲存區塊中邏輯位址，其將了解哪一實際的區塊可被清除以使可用的暫時區塊數目返回至二十四個。這清除操作使用相對長時間，但是其不是問題，因為被傳送供儲存之檔案已經被儲存。
接著，假設主機傳送一檔案至記憶體，其大小覆蓋二十五個區塊。依據SmartMedia規格，下面的操作將發生。
二十四個區塊的資料(從二十五個之中)將被儲存於二十四個可用的暫時儲存區塊中。將沒有已經被清除區塊以容納第二十五個區塊資料。因此，該儲存操作不被完成直至該控制器定位一不被指定至一檔案之區塊並且這區塊被清除為止。該被定位區塊被清除(相對慢的操作)並且接著第二十五個區塊被儲存。應注意到該控制器了解哪一區塊不再被指定至一檔案，因為主機正寫入至先前被使用的邏輯位址區塊，並且被指定至這位址區塊之先前的實際位址可接著被清除。
因此如上指示，依據SmartMedia規格，儲存具有大小相等於二十五區塊之檔案的操作將包含下面的步驟和時間週期：1)儲存二十四個區塊於可用的暫時儲存位置。
2)定位可被清除之一區塊。
3)清除一區塊(其使用相對長時間)。
4)儲存第二十五個區塊資料。
使用本發明實施例，儲存較大於二十四個區塊檔案所需的時間被縮短。於本發明這實施例中。當記憶體控制器不是在讀取或寫入檔案過程時，其詢問FAT表，並且清除不被指定至檔案之任何記憶體區塊。亦即，其清除不被使用區塊，即使已經有二十四個區塊被清除區塊可用於暫時儲存。這實際上違反SmartMedia規格，但是其沒有導致正常操作過程的傷害並且其相當地提升系統操作速率。
第2圖是包含本發明之記憶體系統實施例方塊圖。該系統包含一控制器101和一通用串列匯流排(USB)界面102。電腦程式101P控制該控制器101之操作。USB連接部103U連接USB界面102至主機103。該主機103提供資料至記憶體並且自該記憶體100讀取資料。
正常上，主機103提供資料並且自邏輯位址讀取資料。該FAT列表提供在邏輯位址以及被儲存於記憶體100中檔案之間對應關係。將被說明，在程式101P控制之下的控制器101可存取並且操作FAT列表。控制器101包含一微處理機，其可進行在程式101P控制之下的操作。自然地，控制器101中微處理機進行各種不關於本發明的其他正常操作並且此處不討論。
當各種大小檔案被儲存於該記憶體中時，發生於本發明實施例之操作程式流程圖被展示於第3A、3B和3C圖。應該了解這些僅是展示系統操作之有限範例。利用系統進行的有關操作的全面程式流程圖被展示於第4圖。
應該了解被展示於範例中之操作在此處展示在記憶體先前儲存資料之後發生，以至於所有的區塊至少具有一次資料儲存於其中。資料被寫入一區塊之第一次，不需要有先前的清除操作。
第3A圖展示簡單寫入操作。這範例中所有的記憶體中區塊先前儲存資料於其中，但是整體上該記憶體不被填滿。
操作前進於二步驟。如利用方塊301被指示，資料被儲存於一個暫時儲存位置。亦即，一個暫時區塊的實際位址被指定至新資料的邏輯位址並且該資料被儲存於這新近被指定的區塊。接著，在該儲存操作完成之後，該控制器清除具有先前被指定至該新近儲存區塊邏輯位址的實際定址之區塊。接著目前未使用的實際位址區塊在方塊302被辨識並且區塊在方塊303被清除。應注意到第二和第三操作發生在該檔案已經被儲存於該記憶體之後。同時也應注意到在操作完成之後有二十四個暫時儲存位置，其被清除且備妥以接收資料。
第3B圖展示當主機僅想要改變被儲存於記憶體中一個扇形區段之資料時所發生事項。首先，如利用方塊321所指示，將不被改變之區塊中資料被轉移至該等暫時儲存區塊之一。亦即，新的實際位址被指定至這資料邏輯位址並且該資料被轉移至該新的位址。接著，該新的資料被寫入至該暫時儲存區塊和該暫時儲存區塊被標記為被使用區塊，如利用方塊322和323所指示。亦即，該暫時儲存區塊不再是暫時儲存區塊。在這點，該資料儲存操作完成。接著如利用方塊324和325所指示，該控制器清除先前被指定至該新的資料邏輯位址之區塊並且該區塊被標記為暫時儲存區塊。
第3C圖展示當主機傳送一儲存檔案並且該檔案大小是較大於二十四個暫時儲存區塊大小時發生之操作。假設該記憶體是不全部充滿並且其包含足以儲存這新檔案的空間。
第3C圖展示先前於該主機傳送一檔案至記憶體時間發生之二步驟。當該記憶體不忙於進行讀取或寫入操作時這些步驟發生。如所利用方塊331指示，控制器101詢問FAT列表以辨識不包含目前被指定至一檔案的資料之區塊。亦即控制器尋找不被指定於該FAT中之區塊並且其比較這區塊與該記憶體中被清除區域。如果一區塊未被指定於該FAT中，該控制器了解此一區塊可被清除。當此一區塊被定位時，如所利用方塊332指示，該區塊被清除因而其備妥以接收資料。這違反SmartMedia規格；但是，在該系統正常的操作期間，其不會導致損害。在嘗試恢復一被清除檔案之一情況，這可能禁止恢復；但是，這是不被考慮為一系統正常操作。
最重要的是這些操作先前於一寫入操作發生，因此，它們不增加一寫入操作所需要的時間量。
當該主機傳送包含二十五個區塊之一檔案至該記憶體時，如利用方塊333和334所指示(這是這範例所展示)，首先二十四個區塊被儲存於暫時儲存位置。檔案最後區塊被儲存於一個已經被清除位置。因此，包含二十五區塊之檔案儲存被達成而不必該系統等待一區塊被清除。
第4圖是展示系統操作之全面流程圖。應注意到第3A至3C圖僅展示分別的系統操作片段。
方塊401和402，指示當其他的操作不被進行時，該控制器101在程式101P控制之下詢問該FAT列表以辨識不被指定至任何目前檔案之區塊。如果任何此類的區塊被辨識，該等辨識區塊被清除並且被標記為備妥以接收資料。
如利用方塊404，406和408所指示，當該主機啟動一儲存操作時，首先判定是否有或沒有足夠的未被指定區塊於該記憶體中以保持新的檔案。如果不是則記憶體不可保持該檔案並且操作被終止，如利用區塊408所指示。當然，應該了解，被展示之一些操作可用不同於被展示特定順序的各種不同的順序被進行。
如果記憶體可保持該檔案，則決定是否該檔案是較大於24個區塊。如果該檔案是較小於24個區塊，則該操作繼續如利用SmartMedia規格所指定。如果該檔案是較大於24個區塊，則利用方塊412和416展示之操作發生。亦即，首先24個區塊被儲存於該一般公開24個區塊並且其餘區塊被置於其他的先前清除區塊。使用本發明，超出啟始24個區塊之區塊可被儲存而不必等待任何清除操作發生。
應該了解本發明其他的實施例採用除了在上面實施例中被展示特定智慧媒體記憶體之外的其他型式記憶體。本發明係關於在寫入之前需要一清除週期的所有記憶體，如所有的快閃記憶體裝置。
雖然本發明已經關於其較佳實施例被展示並且被說明，那些熟習本技術者應明白本發明有各種形式和細節改變而不脫離本發明之精神和範圍。本發明之範圍僅受限制於所附加之申請專利範圍。
100．．．記憶體
101．．．控制器
101P．．．電腦程式
102．．．通用串列匯流排(USB)界面
103．．．主機
103U．．．USB連接部
第1圖展示依據SmartMedia規格組織之快閃記憶體。
第2圖是本發明一實施例之方塊圖。
第3A，3B和3C圖是展示較佳實施例操作之方塊流程圖。
第4圖是展示系統操作之全面流程圖。
100．．．記憶體
101．．．控制器
101P．．．電腦程式
102．．．通用串列匯流排(USB)界面
103．．．主機
103U．．．USB連接部

Claims (20)

  1. 一種快閃記憶體子系統，其包含：一快閃記憶體，其被分割成為多數區塊，該等區塊之一固定數目區塊被保持於清除狀態並且備妥以接收資料，一檔案分配列表(FAT)被儲存於該快閃記憶體中；一記憶體控制器，其可操作以詢問該FAT並且配置且清除不具有區段被指定至作用檔案的記憶體區塊，在當沒有檔案正被讀取或被寫入至該記憶體時之區間，該詢問和清除發生；因而較大於該固定數目區塊之檔案可被寫入至該記憶體而不必等候一清除操作發生。
  2. 如申請專利範圍第1項之快閃記憶體子系統，其中該記憶體是一NAND快閃記憶體。
  3. 如申請專利範圍第1項之快閃記憶體子系統，其中除了該詢問和清除操作之外，該記憶體與SmartMedia規格一致地操作。
  4. 一種記憶體系統，其包含：一記憶體，其於一寫入操作之前需要一清除操作，該記憶體被分割成為多數區塊，該等區塊之一固定數目區塊被保持於清除狀態並且備妥以接收資料，一檔案分配列表(FAT)被儲存於該快閃記憶體中；一記憶體控制器，其可操作以詢問該FAT並且配置且清除不具有區段被指定至作用檔案的記憶體區塊，在當沒有檔案正被讀取或被寫入至該記憶體時之區間，該詢問 和清除發生；因而較大於該固定數目區塊之檔案可被寫入至該記憶體而不必等候一清除操作發生。
  5. 如申請專利範圍第4項之系統，其中該記憶體是一快閃記憶體。
  6. 如申請專利範圍第4項之系統，其中該記憶體是一NAND快閃記憶體。
  7. 如申請專利範圍第4項之系統，其中除了該詢問和清除操作之外，該記憶體與該SmartMedia規格一致地操作。
  8. 如申請專利範圍第6項之系統，其中除了該詢問和清除操作之外，該記憶體與SmartMedia規格一致地操作。
  9. 如申請專利範圍第4項之系統，其中該記憶體具有至少24個先前地被清除之區塊，備妥而供用於寫入操作。
  10. 一種操作一記憶體之方法，該記憶體被分割成為多數區塊並且該記憶體在寫進入各特定區塊前，需要各個特定區塊被清除，該記憶體具有儲存於其中的一檔案分配列表(FAT)，該方法包含之步驟有：當沒有讀取或寫入操作發生時則詢問該FAT，以辨識不被指定至目前檔案的區塊；當沒有讀取或寫入操作發生時則清除被辨識之區塊；因而大檔案可被儲存於該記憶體中而不必等候清除操作發生。
  11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該記憶體是一快閃記憶體。
  12. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該記憶體是一NAND快閃記憶體。
  13. 如申請專利範圍第10項之方法，其中除了該詢問和清除操作之外，該記憶體與SmartMedia規格一致地操作。
  14. 一種記憶體子系統，其包含：一記憶體，其被分割成為多數區塊並且該記憶體在寫進入各特定區塊之前，需要各個特定區塊被清除，該記憶體具有被儲存於其中的一檔案分配列表(FAT)；裝置，其當沒有讀取或寫入操作發生時用以詢問該FAT，以辨識不被指定至目前檔案的區塊；裝置，其當沒有讀取或寫入操作發生時用以清除被辨識之區塊；因而大檔案可被儲存於該記憶體中而不必等候清除操作發生。
  15. 如申請專利範圍第14項之記憶體子系統，其中該記憶體是一快閃記憶體。
  16. 如申請專利範圍第14項之記憶體子系統，其中該記憶體是一NAND快閃記憶體。
  17. 如申請專利範圍第14項之記憶體子系統，其中該記憶體藉由一通用串列匯流排被連接到一主電腦。
  18. 如申請專利範圍第4項之記憶體系統，其中該記憶體控制器包含一通用串列匯流排界面。
  19. 如申請專利範圍第18項之記憶體系統，其中該記憶體藉由該通用串列匯流排被連接到一主電腦。
  20. 如申請專利範圍第1項之快閃記憶體子系統，其中該記憶體控制器包含一通用串列匯流排界面。
TW094124733A 2004-07-22 2005-07-21 用以增進通用串列匯流排快閃記憶體寫入效能之方法和裝置 TWI394041B (zh)

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