TWI417718B - Control Method of Logical Strip Based on Multi - channel Flash Memory Device - Google Patents

Description

基於多通道快閃記憶體設備邏輯條帶的控制方法

本發明是有關於一種多通道快閃記憶體設備邏輯條帶控制方法，特別是指一種可分割的邏輯條帶的控制方法。

在儲存設備領域中，硬碟一直佔據著主導地位，直到快閃記憶體儲存介質的出現。快閃記憶體因為具有可多次讀寫抹除、高密度、大容量、較低的讀寫操作時間、非揮發性及低功耗等特點而逐漸在儲存設備市場異軍突起，其市場佔有率迅速上升。特別是近年來，隨著快閃記憶體生產技術的日趨成熟，其成本價格逐漸降低，同時，後端應用技術也逐步完善，這些都大大刺激了快閃記憶體市場的迅速擴張，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，使其從生產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為單位進行；每顆快閃記憶體晶片的讀寫時序的有效帶寬不超過40MB等。這些缺陷成為制約快閃記憶體迅速發展的障礙，在其應用過程中，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憶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產廠商都在研發多通道的快閃記憶體晶片操作模式。這種多通道的快閃記憶體設備其優點在於能夠多通道同時進行快閃記憶體操作，可以倍增地提高快閃記憶體設備的介面帶寬。

對於這類多通道的快閃記憶體設備，存在一個邏輯條帶的劃分問題，因為是多個通道同時執行主機的指令，進行讀寫抹除等操作，對於寫入的或者讀出的資料必然會面臨如何組織的問題，目前的做法如圖2所示，由快閃記憶體中的韌體(Firmware)根據保留區資訊劃定快閃記憶體設備的n個通道中每個通道的m個頁面組成一個邏輯條帶(圖示中n的值為4，m的值為2)，頁面為一個小的儲存單元。所有的邏輯條帶連接起來，組成一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。

但是，在使用過程中，這種組織方法逐漸暴露出一些問題：因為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來儲存或者經常地寫入一些資料，如果邏輯條帶劃分相對比較小，每次寫的操作需要啟動多個通道的快閃記憶體晶片，當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，邏輯條帶越小，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個通道內，則目的區塊只需要進行一次抹除操作就可以實現該次寫入操作，一方面大大節約了寫入的時間，另一方面，有效地減少了對快閃記憶體的損耗。

再比如，如果一些使用者只用它來備份一些相對比較小塊的資料，使用過程中只需要對其進行不斷的讀取，這種情況下，如果邏輯條帶劃分比較大，每次只啟動一個讀取操作，就會導致在讀取操作過程中，資料都落在一個通道內，操作過程中，只有一個通道被啟動，不能達到平行作業的目的，大大降低了設備介面的讀取速率，而如果邏輯條帶能夠比較小，這時，資料就會分佈在多個通道內，操作過程中多個通道都會被同時啟動，設備介面讀速率會被成倍地提高。

根據上述可以看出邏輯條帶的恰當劃分對於快閃記憶體設備有很大的影響，而目前的快閃記憶體儲存設備其邏輯條帶的劃分在其出廠就已經被固定了，即使設備面臨不同使用目的的使用者，其邏輯條帶也是固定不變的，這會使其在使用過程中的讀寫效率以及壽命受到很大的影響，因此，如何解決邏輯條帶的劃分問題，是目前多通道快閃記憶體設備值得增進的課題。

因此，本發明之目的，即在針對現有的快閃記憶體設備在操作過程中由於邏輯條帶被固定帶來的不能針對不同的使用情況調整的問題，提出了一種基於多通道快閃記憶體設備邏輯條帶的控制方法，透過使用者可設定控制邏輯條帶大小的方式提高快閃記憶體設備讀寫效率和使用壽命。

於是，本發明基於多通道快閃記憶體設備邏輯條帶的控制方法是包括以下步驟：1)將各通道的儲存空間劃分成大小相同的多個儲存單元；2)設定多個具有不同標識的邏輯條帶，所述邏輯條帶將快閃記憶體設備各通道離散的物理儲存空間組織成連續的邏輯空間，每條邏輯條帶將各通道中的至少一個儲存單元進行邏輯連接，每個儲存單元對應一個邏輯條帶標識；3)在每個儲存單元的輔助儲存區指定該儲存單元所在邏輯條帶的大小；4)根據邏輯條帶的劃分，將資料映射到不同通道的儲存單元平行作業。

較佳的，所述步驟1)中具體為將各通道的儲存空間劃分成大小相同的多個頁面。

較佳的，所述步驟2)中每個頁面對應的邏輯條帶標識儲存在頁面中各磁區的輔助儲存區中。

較佳的，所述步驟2)中邏輯條帶的大小資訊還被集中儲存在快閃記憶體設備的保留資訊區的指定位置中。

較佳的，所述步驟3)中根據以下方式確定邏輯條帶的大小：當所述快閃記憶體設備經常進行資料寫入操作，則設定邏輯條帶的大小為較大；當所述快閃記憶體設備經常進行資料讀取操作，則設定邏輯條帶的大小為較小。

較佳的，當需要調整邏輯條帶的大小時，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。

較佳的，所述步驟1)之前還包括以下步驟：將快閃記憶體設備劃分成多個邏輯分區，對於每個邏輯分區分別按照步驟1)－4)進行讀寫控制。

本發明之功效在於：由於邏輯條帶的劃分是可控的，變化的，設備可以根據使用者的需求來設定邏輯條帶，這樣可以使設備更適應不同的使用者群，以達到提高快閃記憶體讀寫操作的效率和延長快閃記憶體使用壽命的效果。

有關本發明之前述及其他技術內容、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改變現有固定邏輯條帶大小的方式，將邏輯條帶的大小設計成可控的，這樣根據不同的使用需要，達到控制邏輯條帶的大小，提高快閃記憶體設備讀寫效率和延長使用壽命的目的。

以下透過附圖並結合具體實施例對本發明進行詳細說明。

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個位元組組成一個磁區(Secter)，其中包括512位元組的有效資料區和16位元組的輔助儲存區，4個磁區組成一個頁面(Page)，64個頁面組成一個物理區塊(Block)，如圖1所示。而對於多通道快閃記憶體設備來講，如圖2所示，n個通道(channel)中，每個通道的m頁面組成一個邏輯條帶。其中，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。

邏輯條帶是指韌體對快閃記憶體晶片的物理頁面的一種組織劃分方法，由於多通道快閃記憶體設備是多個通道同時進行操作，因此寫入或讀出的資料必然處在不同快閃記憶體晶片，所以導致其物理空間的分佈是不連續的，但是對於邏輯空間的映射和組織必須是連續的，或者說邏輯條帶就是將這些不連續的物理頁面組織成一個連續的邏輯空間。

如圖1所示為快閃記憶體晶片物理區塊(Block)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)，每個頁面包括4個磁區(Sector)，每個磁區有528個位元組，其中有512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所示為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為4，邏輯條帶中每個快閃記憶體頁面個數m為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為16KB，如圖中所示的起始邏輯條帶0和任意一個邏輯條帶X。

在本實施例中將頁面作為邏輯條帶的儲存單元，各頁面對應擁有一個邏輯條帶標識。每個頁面對應的邏輯條帶標識可以分散儲存在各頁面中各磁區的輔助儲存區中。也可以集中儲存在快閃記憶體設備的保留資訊區的指定位置。

此外，當需要調整邏輯條帶的邏輯空間大小時，還需要將快閃記憶體設備中儲存的已有資料進行資料備份，可以採用透過軟體自動備份或者透過人機界面提示用於先備份後調整邏輯空間大小。

對於快閃記憶體設備中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條帶大小。

如圖3所示，當使用者需要對快閃記憶體設備進行頻繁的資料讀取操作時，為了保證快閃記憶體設備在讀取操作過程中的速度，根據讀取操作邏輯條帶設定要較小的原則，可以對邏輯條帶進行相對應的調整，如圖所示，把邏輯條帶的大小調整為8KB。假設使用者操作資料塊平均大小為8KB，如果邏輯條帶劃分比較大，設為32KB，則每次讀取操作不能同時啟動四個通道，這樣，讀取操作介面速率就會很低；透過本發明實施例，可以由使用者自己進行邏輯條帶的劃分，如果邏輯條帶劃分比較恰當設為8K，則四個通道會被同時啟動進行讀取操作，這樣，儲存設備介面的讀取速率就會被充分的提高，實現多通道快閃記憶體並行讀取的操作目的。

如圖4所示，當使用者需要對快閃記憶體設備進行頻繁的多次寫入操作時，考慮為了保證快閃記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記憶體晶片的損耗，根據寫入操作邏輯條帶設定要較大的原則，對邏輯條帶進行相對應的調整，如圖所示，把邏輯條帶的大小調整為32KB。對於寫入的資料假設平均大小為8KB，共有4個寫請求，如果邏輯條帶劃分比較小，設為16KB(一個通道一次可寫入4KB)，每次8KB的寫入操作啟動了兩個通道，每個通道的快閃記憶體晶片在寫入之前，需要先對目的區塊的舊資料作抹除操作，然後，才能將新的資料寫入，因此，每次寫操作需要進行兩次區塊擦抹，抹除是快閃記憶體操作最耗時的操作，這樣，大大降低了寫入操作的效率，以及增加了快閃記憶體的損耗；透過本發明實施例，可以由使用者自己設定邏輯區塊的大小，如果邏輯條帶劃分比較恰當設為32KB，則四個通道可以同時被啟動，每個通道對應一個8KB寫操作，只需要一個通道的快閃記憶體晶片執行一次8KB的寫入操作，就可以完成寫入操作，一顆快閃記憶體晶片只需要被抹除一次，因此每次寫操作的效率被提高，介面速率增加，同時，對快閃記憶體晶片的損耗降低，有效地延長了設備的壽命。

此外，本發明提出的儲存晶片不僅僅包括NAND，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為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內。

綜上所述，採用本發明所述的基於多通道快閃記憶體設備邏輯條帶的控制方法，由於邏輯條帶的劃分是可控的，變化的，設備可以根據使用者的需求來設定邏輯條帶，這樣可以使設備更適應不同的使用者群，以達到提高快閃記憶體讀寫操作的效率和延長快閃記憶體使用壽命的效果，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內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內。

圖1為快閃記憶體晶片物理區塊的劃分示意圖；圖2為多通道快閃記憶體儲存設備的邏輯塊劃分示意圖；圖3為本發明較佳實施例中多通道快閃記憶體儲存設備小邏輯條帶示意圖；及圖4為本發明較佳實施例中多通道快閃記憶體儲存設備大邏輯條帶示意圖。

Claims (6)

1. 一種基於多通道快閃記憶體設備邏輯條帶的控制方法，所述方法包括以下步驟：1)將各通道的儲存空間劃分成大小相同的多個儲存單元；2)設定多個具有不同標識的邏輯條帶，所述邏輯條帶將快閃記憶體設備各通道離散的物理儲存空間組織成連續的邏輯空間，每條邏輯條帶將各通道中的至少一個儲存單元進行邏輯連接，每個儲存單元對應一個邏輯條帶標識；3)在每個儲存單元的輔助儲存區指定該儲存單元所在邏輯條帶的大小；本步驟中，根據以下方式確定邏輯條帶的大小：當所述快閃記憶體設備經常進行資料寫入操作，則設定邏輯條帶的大小為較大；當所述快閃記憶體設備經常進行資料讀取操作，則設定邏輯條帶的大小為較小；及4)根據邏輯條帶的劃分，將資料映射到不同通道的儲存單元平行作業。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之基於多通道快閃記憶體設備邏輯條帶的控制方法，其中，所述步驟1)中具體為將各通道的儲存空間劃分成大小相同的多個頁面。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之基於多通道快閃記憶體設備邏輯條帶的控制方法，其中，所述步驟2)中每個頁面對應的邏輯條帶標識儲存在頁面中各磁區的輔助儲 存區中。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之基於多通道快閃記憶體設備邏輯條帶的控制方法，其中，所述步驟2)中邏輯條帶的大小資訊還被集中儲存在快閃記憶體設備的保留資訊區的指定位置中。
5. 依據申請專利範圍第1-3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控制方法，其中，當需要調整邏輯條帶的大小時，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。
6. 依據申請專利範圍第1-3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控制方法，其中，所述步驟1)之前還包括以下步驟：將快閃記憶體設備劃分成多個邏輯分區，對於每個邏輯分區分別按照步驟1)-4)進行讀寫控制。