TWI512742B - 非揮發性快閃記憶體擦除異常存儲塊修復方法和裝置 - Google Patents

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Description

非揮發性快閃記憶體擦除異常存儲塊修復方法和裝置
本發明涉及電腦領域，特別是涉及一種非揮發性快閃記憶體擦除異常存儲塊修復方法和裝置。
非揮發性快閃記憶體(NAND Flash)以其容量大、存取速度快以及單位容量的成本低廉等特點，在嵌入式領域越來越廣泛的被用作存放資料的載體。
雖然NAND Flash有上述優勢，但是也有它固有的缺陷，比如可靠性相對較差就是NAND Flash最突出的固有缺陷。要確保用戶資料的完整性，對於NAND Flash硬體上的不足，只能通過軟體來彌補。對於NAND Flash可靠性相對較差的問題，一般來說，壞塊是最突出的，也是最受重視的。
其實，NAND Flash的擦除、寫和讀同樣不可靠，也有出錯的可能，但是由於擦、寫和讀出錯的概率較小，往往會被忽略。其中，讀和寫如果出錯，由於一般有改錯碼(ECC，Error Correcting Code)的保護，資料的完整性並不會被破壞。一個NAND Flash通常可以劃分為一個一個的存儲塊(block)，每個塊可以進一步劃分為若干個頁面(page)，讀和寫的操作單位就是page；每個page又可以分為主(main)區域和備用(spare)區域，main區域較大，用於存放用戶資料，spare區域較小，一般用來存放ECC校驗碼，而通常只有在main區域中保存有用戶資料的paga，才會計算ECC校驗碼並保存在spare區域。 寫操作的實質是將待寫塊中為1的位元設為0，而擦除操作則相反，是將待擦除塊中為0的位元設為1，對於擦除後的空白page，是不會計算ECC校驗碼的，spara區域保持所有位元為1的狀態。
所以，擦除操作由於沒有ECC校驗碼的保護措施，如果操作出錯，或者在擦除的過程中碰到斷電的情況，那麼在系統重新開機後如果讀到上次擦除出錯的相關資料，往往會出現一些莫名其妙的情況，從而導致用戶體驗度降低，並且，如果出現一些嚴重的後果，比如死機、系統癱瘓等，這將會是災難性的。所以，對於NAND Flash的擦除操作的可靠性的探索是非常有必要的。
本發明主要解決的技術問題是提供一種非揮發性快閃記憶體擦除異常塊修復方法以及相應的裝置，能夠對擦除異常塊進行掃描和修復，以防止在擦除存儲塊的過程中突然出現斷電的情況導致的存儲資料錯誤。
一種非揮發性快閃記憶體擦除異常存儲塊修復方法，包括：讀取NAND Flash中的資料時，掃描待讀取的存儲塊中需要讀取的資料所在頁面的位元資料；判斷該頁面是否為擦除異常頁面；如果該頁面為擦除異常頁面，則將該頁面的位元資料中不為1的位元設為1；以及擦除待讀取的存儲塊。
一種非揮發性快閃記憶體擦除異常存儲塊修復裝置，包括：掃描模組，用於在讀取非揮發性快閃記憶體中的資料時，掃描待讀取的存儲塊中需要讀取的資料所在頁面的位元資料；第一判斷模組，耦接於所述掃描模組，用於判斷該頁面是否為擦除異常頁面；位元設置模組，耦接於所述第一判斷模組，用於當第一判斷模組判斷出該頁面為擦除異常頁面時，則將該頁面的位元資料中不為1的位元設為1；以及擦除模組，耦接於位元設置模組，用於擦除該待讀取的存儲塊。
本發明的有益效果是：區別于現有技術的情況，本發明在讀取NAND Flash中的資料時，依次對存儲塊中需要讀取的資料所在的頁面的位元資料進行掃描，然後判斷該頁面是否為擦除異常頁面，如果為擦除異常頁面，則將該頁面中位元資料中不為1的位元設為1，然後對該存儲塊進行重新擦除操作。本實施例對NAND Flash擦除失敗這種雖然概率小但後果嚴重的異常進行完全的修復，確保在NAND Flash擦除失敗時，甚至在遇到突然斷電的情況下，也不會有異常資料出現，系統依然能夠正常工作，從而提升了系統的可靠性。
為了對本案之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
請參閱圖1，本發明非揮發性快閃記憶體擦除異常塊修復方法的第一實施例包括：101、讀取NAND Flash中的資料時，掃描待讀取的存儲塊中需要讀取的資料所在頁面的位元資料；如果一次不成功的擦除之後，我們還來不及做任何處理就碰上了系統斷電，那麼再次開機時，首先要做的就是掃描出之前擦除出錯的資料在NAND Flash中的具體位置；那麼，在每次開機時，需要對NAND Flash中的資料進行掃描，查找擦除不成功的存儲塊，然後進行修復；讀取NAND Flash中的資料時，掃描待讀取的存儲塊中需要讀取的資料所在頁面的位元資料；102、判斷頁面是否為擦除異常頁面；擦除異常頁面，也就是擦除不完全的頁面，沒有把頁面中的位元0都設為位元1，spare區域是存放ECC校驗碼的，如果spare區域的ECC校驗碼沒有被擦除，而main區域的資料出錯的話，對於這種擦除異常的頁面，spare區域的ECC校驗碼會報錯；而對於另外一種擦除出錯但是不容易被發現的頁面，即spare區域的ECC校驗碼已經被擦除，而main區域的資料沒有擦除完全，這種情況不容易被發現；所以，要判斷頁面是否為擦除異常頁面，主要是針對後一種不容易被發現的情況，即如果發現spare區域的ECC校驗碼已經被擦除，而main區域的資料沒有擦除完全時，判斷出該頁面為擦除異常頁面；103、如果在步驟102中判斷出頁面為擦除異常頁面，則將該頁面中位元資料中不為1的位元設為1，然後執行步驟104；104、重新擦除該待讀取的存儲塊；在重新擦除該待讀取的存儲塊後，再讀取NAND Flash的狀態資訊，如果從讀取的NAND Flash狀態資訊中發現本次擦除還是沒有成功，則通過再次擦除進行修復，直到擦除成功；在本實施例中，在讀取NAND Flash中的資料時，依次對存儲塊中需要讀取的資料所在的頁面的位元資料進行掃描，然後判斷該頁面是否為擦除異常頁面，如果為擦除異常頁面，則將該頁面中位元資料中不為1的位元設為1，然後對該存儲塊進行重新擦除操作；本實施例對NAND Flash擦除失敗這種雖然概率小，但是後果嚴重的異常進行完全的修復，確保在NAND Flash擦除失敗時，甚至在遇到突然斷電的情況下，也不會有異常資料出現，系統依然能夠正常工作，從而提升了系統的可靠性。
NAND Flash的容量通常都比較大，如果每次系統開機時都要檢查一遍NAND Flash上的所有資料，查找出錯的資料，這樣做的效率較低的，從而會影響開機的速度，那麼，如何很好的利用擦除異常的規律，對開機時的掃描過程進行優化是以下第二實施例中解決的問題。
請參閱圖2，本發明非揮發性快閃記憶體擦除異常塊修復方法的第二實施例包括：201、讀取NAND Flash中的資料時，從待讀取的存儲塊中需要讀取的資料所在頁面的開始掃描頁面spare區域的位元資料；如果一次不成功的擦除之後，我們還來不及做任何處理就碰上了系統斷電，那麼再次開機時，首先要做的就是掃描出之前擦除出錯的資料在NAND Flash中的具體位置；那麼，在每次開機時，需要對NAND Flash中的資料進行掃描，查找擦除不成功的存儲塊，然後進行修復；讀取NAND Flash中的資料時，從待讀取的存儲塊中需要讀取的資料所在頁面的開始掃描該頁面spare區域的位元資料；每個頁面分main區域和spare區域，main區域較大，用於存放用戶資料，spare區域較小，一般為16或者64個位元組，一般用於存放ECC校驗碼；通常只有在main區域寫入用戶資料的頁面，才會計算ECC校驗碼，並將ECC校驗碼保存到spare區域；而對於擦除後的空白頁面，是不會計算ECC校驗碼的，spare區域保持所有位元為1的狀態；進一步的，對於存有資料的頁面，spare區域的最後幾個位元組是不為十六進位的0xFF的，所以在掃描spare區域時，從後向前掃描，這樣對於多數存有資料的頁面，實際只判斷了最後一個位元組不為0xFF，就不會再檢查頁面中的其他資料了，極大地加快了掃描的速度；202、判斷頁面的spare區域中的位元資料是否全為1；在判斷頁面的spare區域中的位元資料是否全為1的步驟中，如果判斷出頁面的spare區域中的位元資料不全為1，則可以認為spare區域是有ECC校驗碼的，如果spare區域存在錯誤資料，那麼ECC校驗本身就會報錯；所以，如果判斷出頁面的spare區域中的位元資料不全為1，則可以認為該頁面不是擦除後的狀態，這種頁面不需要做進一步的檢查，因此也就不需要再花大量時間掃描較大的main區域了；則執行步驟205；如果判斷出頁面的spare區域中的位元資料全為1，則可以認為該頁面是擦除後的狀態，這種頁面需要做進一步的檢查，執行步驟203；203、掃描頁面的main區域的位元資料；當判斷出頁面的spare區域中的位元資料全為1後，再掃描該頁面的main區域；204、判斷頁面的main區域中的位元資料是否全為1；在掃描main區域時，逐個位元組檢查，判斷main區域中的位元資料是否全為1；如果全為1，則可以認為該頁面擦除成功，沒有出現錯誤的位元資料，繼續執行步驟205；如果不全為1，則可以認為該頁面擦除失敗，執行步驟207；205、判斷是否掃描完待讀取的存儲塊中需要讀取的資料所在的所有頁面；步驟202中判斷出頁面的spare區域中的位元資料不全為1時，或者步驟204中判斷出頁面的main區域中的位元資料全為1時，再判斷是否掃描完待讀取的存儲塊中需要讀取的資料所在的所有頁面；如果沒有掃描完待讀取的存儲塊中需要讀取的資料所在的所有頁面，執行步驟206繼續掃描下一個頁面；否則結束流程；206、掃描下一個頁面的spare區域的位元資料；如果步驟205中判斷出沒有掃描完待讀取的存儲塊中需要讀取的資料所在的所有頁面，則掃描下一個頁面的spare區域的位元資料，然後返回執行步驟202；207、將不為1的位元設為1；當步驟204中判斷出頁面的main區域中的位元資料不全為1，即有0存在時，可以認為該頁面擦除失敗，需要對該頁面進行修復，即將不為1的位元設為1；208、擦除待讀取的存儲塊；步驟207中將不為1的位元設為1後，再對本頁面所在存儲塊進行重新擦除的操作；在重新擦除該待讀取的存儲塊後，再讀取NAND Flash的狀態資訊，如果從讀取的NAND Flash狀態資訊中發現本次擦除還是沒有成功，則通過再次擦除進行修復，直到擦除成功；下面結合圖3進行具體說明：301、存儲塊擦除；302、讀取擦除狀態；擦除存儲塊後，讀取擦除狀態，然後執行步驟303；303、判斷是否擦除成功；根據步驟302讀取的擦除狀態判斷是否擦除成功，如果擦除成功，則執行步驟304；如果擦除不成功，執行步驟305；304、如果擦除成功，則流程結束；305、如果擦除不成功，再判斷擦除次數是否超過預設的值；如果步驟303中根據讀取的擦除狀態判斷出擦除不成功，則再判斷擦除次數是否超過預設的值，如果擦除次數超過預設的值，則執行步驟306；如果擦除次數沒有超過預設的值，則繼續對存儲塊進行擦除操作，直至擦除成功或者擦除次數超過預設的值；306、如果擦除次數超過預設的值，則將本存儲塊標記為壞塊；如果擦除次數超過預設的值，可以認為該存儲塊已經損壞，則將本存儲塊標記為壞塊；在本實施例中，在讀取NAND Flash中的資料時，依次對存儲塊中需要讀取的資料所在的頁面的位元資料進行掃描，先對頁面的spare區域進行掃描判斷，如果掃描到有頁面的spare區域全為1，再掃描和判斷main區域的位元資料，如果判斷出main區域中的位元資料不全為1，則對該頁面和該頁面所在的存儲塊進行修復；本實施例對NAND Flash擦除失敗這種雖然概率小，但是後果嚴重的異常進行完全的修復，確保在NAND Flash擦除失敗時，甚至在遇到突然斷電的情況下，也不會有異常資料出現，系統依然能夠正常工作，從而提升了系統的可靠性；並且通過對掃描流程的優化，大大提升了掃描速度，提高了掃描效率。
請參閱圖4，本發明非揮發性快閃記憶體擦除異常存儲塊修復裝置的實施例包括：掃描模組401，用於在讀取NAND Flash中的資料時，從待讀取的存儲塊中需要讀取的資料所在頁面開始掃描該頁面的位元資料；第一判斷模組402，耦接於掃描模組401，用於判斷該頁面是否為擦除異常頁面；位元設置模組403，耦接於第一判斷模組402，用於當第一判斷模組402判斷出該頁面為擦除異常頁面時，將該頁面中位元資料中不為1的位元設為1；以及擦除模組404，耦接於位元設置模組403，用於擦除該待讀取的存儲塊；進一步的，本實施例中的裝置還包括：第二判斷模組405，耦接於掃描模組401，用於判斷spare區域中的位元資料是否全為1；進一步的，掃描模組401包括：第一掃描單元4011，用於掃描頁面的spare區域的位元資料；第二掃描單元4012，用於當第二判斷模組405判斷出spare區域中的位元資料全為1時，掃描該頁面的main區域的位元資料；進一步的，第一掃描單元4011在掃描時，從spare區域的末尾開始往前掃描；進一步的，擦除模組404包括：擦除單元4041，用於擦除待讀取的存儲塊；第一判斷單元4042，耦接於擦除單元4041，用於判斷擦除是否成功；第二判斷單元4043，耦接於第一判斷單元4042，用於當第一判斷單元4042判斷出擦除不成功時，再判斷擦除次數是否超過預設的值；標記單元4044，耦接於第二判斷單元4043，用於當第二判斷單元4043判斷出擦除次數超過預設的值時，將該存儲塊標記為壞塊；在本實施例中，在讀取NAND Flash中的資料時，依次對存儲塊中需要讀取的資料所在的頁面的位元資料進行掃描，先對頁面的spare區域進行掃描判斷，如果掃描到有頁面的spare區域全為1，再掃描和判斷main區域的位元資料，如果判斷出main區域中的位元資料不全為1，則對該頁面和該頁面所在的存儲塊進行修復；本實施例對NAND Flash擦除失敗這種雖然概率小，但是後果嚴重的異常進行完全的修復，確保在NAND Flash擦除失敗時，甚至在遇到突然斷電的情況下，也不會有異常資料出現，系統依然能夠正常工作，從而提升了系統的可靠性；並且通過對掃描流程的優化，大大提升了掃描速度，提高了掃描效率。
綜上所述，雖然本案已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本案。本案所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
101~104．．．步驟
201~208．．．步驟
301~306．．．步驟
401．．．掃描模組
402．．．第一判斷模組
403．．．位元設置模組
404．．．擦除模組
405．．．第二判斷模組
4011．．．第一掃描單元
4012．．．第二掃描單元
4041．．．擦除單元
4042．．．第一判斷單元
4043．．．第二判斷單元
4044．．．標記單元
圖1是本發明非揮發性快閃記憶體擦除異常塊修復方法的第一實施例的資料流程圖；
圖2是本發明非揮發性快閃記憶體擦除異常塊修復方法的第二實施例的資料流程圖；
圖3是本發明非揮發性快閃記憶體擦除異常塊修復方法中擦除存儲塊流程的資料流程圖；以及
圖4是本發明非揮發性快閃記憶體擦除異常塊修復裝置的邏輯結構示意圖。
101~104．．．步驟

Claims (14)

  1. 一種非揮發性快閃記憶體擦除異常存儲塊修復方法，包括：在讀取一非揮發性快閃記憶體中的資料時，掃描一待讀取存儲塊中之需要讀取的資料所在頁面的位元資料；判斷所述頁面是否為擦除異常頁面；如果所述頁面為擦除異常頁面，則將所述頁面中不為1的位元設為1；以及擦除所述待讀取存儲塊。
  2. 根據請求項1所述的方法，其中，於所述掃描待讀取的存儲塊中需要讀取的資料所在的頁面的位元資料的步驟中，從待讀取的存儲塊中需要讀取的資料所在的頁面開始掃描所述頁面的備用區域的位元資料。
  3. 根據請求項2所述的方法，其中，所述從待讀取的存儲塊中需要讀取的資料所在的頁面開始掃描所述頁面的備用區域的位元資料的步驟中，從所述備用區域的末尾開始往前掃描。
  4. 根據請求項3所述的方法，其中，所述從待讀取的存儲塊中需要讀取的資料所在的頁面開始掃描所述頁面的備用區域的位元資料的步驟之後還包括：判斷所述備用區域中的位元資料是否全為1；以及如果所述備用區域中的位元資料全為1，則掃描所述頁面的主區域的位元資料，並執行所述判斷所述頁面是否為擦除異常頁面的步驟。
  5. 根據請求項4所述的方法，其中，所述判斷備用區域中的位元資料是否全為1的步驟之後還包括：如果所述備用區域中的位元資料不全為1，則繼續掃描下一個頁面的備用區域的位元資料，直至掃描完所述待讀取的存儲塊中需要讀取的資料所在的所有頁面。
  6. 根據請求項5所述的方法，其中，所述判斷所述頁面是否為擦除異常頁面的步驟包括：判斷所述頁面的主區域中的位元資料是否全為1；如果所述頁面的主區域中的位元資料不全為1，則判斷出所述頁面為擦除異常頁面；以及如果所述頁面的主區域中的位元資料全為1，則判斷出所述頁面不為擦除異常頁面。
  7. 根據請求項6所述的方法，其中，所述判斷所述頁面是否為擦除異常頁面的步驟之後還包括：如果所述頁面不為擦除異常頁面，則繼續掃描下一個頁面的備用區域的位元資料，直至掃描完所述待讀取的存儲塊中需要讀取的資料所在的所有頁面。
  8. 根據請求項7所述的方法，其中，所述擦除待讀取的存儲塊的步驟包括：擦除所述待讀取的存儲塊；判斷擦除是否成功；如果不成功，則再判斷擦除次數是否超過預設的值；以及如果擦除次數超過預設的值，則將所述存儲塊標記為壞塊。
  9. 根據請求項8所述的方法，其中，所述判斷擦除次數是否超過預設的值的步驟之後還包括：如果擦除次數沒有超過預設的值，則繼續執行擦除所述待讀取的存儲塊的步驟，直至擦除成功或者擦除次數超過預設的值。
  10. 一種非揮發性快閃記憶體擦除異常存儲塊修復裝置，包括：一掃描模組，用於在讀取一非揮發性快閃記憶體中的資料時，掃描待讀取的存儲塊中需要讀取的資料所在頁面的位元資料；一第一判斷模組，耦接於所述掃描模組，用於判斷所述頁面是否為擦除異常頁面；一位元設置模組，耦接於所述第一判斷模組，用於當所述第一判斷模組判斷出所述頁面為擦除異常頁面時，則將所述頁面的位元資料中不為1的位元設為1；以及一擦除模組，耦接於所述位元設置模組，用於擦除所述待讀取的存儲塊。
  11. 根據請求項10所述的裝置，還包括：一第二判斷模組，耦接於所述掃描模組，用於判斷所述備用區域中的位元資料是否全為1。
  12. 根據請求項11所述的裝置，其中，所述掃描模組包括：一第一掃描單元，用於掃描所述頁面的備用區域的位元資料；以及一第二掃描單元，耦接於所述第一掃描單元，用於當所述第二判斷模組判斷出所述備用區域中的位元資料全為1時，掃描所述頁面的主區域的位元資料。
  13. 根據請求項12所述的裝置，其中，所述第一掃描單元在掃描時，從所述備用區域的末尾開始往前掃描。
  14. 根據請求項13所述的裝置，其中，所述擦除模組包括：一擦除單元，用於擦除所述待讀取的存儲塊；一第一判斷單元，耦接於所述擦除單元，用於判斷擦除是否成功；一第二判斷單元，耦接於所述第一判斷單元，用於當所述第一判斷單元判斷出擦除不成功時，再判斷擦除次數是否超過預設的值；以及一標記單元，耦接於所述第二判斷單元，用於當所述第二判斷單元判斷出擦除次數超過預設的值時，將所述存儲塊標記為壞塊。
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