TWI570557B - 內部資料搬移方法以及使用該方法的裝置 - Google Patents

內部資料搬移方法以及使用該方法的裝置 Download PDF

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Description

內部資料搬移方法以及使用該方法的裝置
本發明關連於一種快閃記憶體裝置，特別是一種內部資料搬移方法以及使用該方法的裝置。
快閃記憶體裝置通常分為NOR快閃裝置與NAND快閃裝置。NOR快閃裝置為隨機存取裝置，而可於位址腳位上提供任何的位址，用以存取NOR快閃裝置的主裝置(host)，並及時地由NOR快閃裝置的資料腳位上獲得儲存於該位址上的資料。相反地，NAND快閃裝置並非隨機存取，而是序列存取。NAND快閃裝置無法像NOR快閃裝置一樣，可以存取任何隨機位址，主裝置反而需要寫入序列的位元組(bytes)的值到NAND快閃裝置中，用以定義請求命令(command)的類型(如，讀取、寫入、抹除等)，以及用在此命令上的位址。位址可指向一個頁面(在快閃記憶體中的一個寫入作業的最小資料塊)或一個區塊(在快閃記憶體中的一個抹除作業的最小資料塊)。實際上，NAND快閃裝置通常從記憶體單元(memory cells)上讀取或寫入完整的數頁資料。當一整頁的資料從陣列讀取到裝置中的緩存器(buffer)後，藉由使用提取訊號(strobe signal)順序地敲出(clock out)內容，讓主單元可逐位元組或字元組(words)存取資料。
如果區塊中之部分頁面的資料已經無效(又稱為過期頁面)，讀取區塊中具有效資料的頁面並重新寫入其他之前被抹除的空區塊。接著，這些被釋放的頁面加上過期資料，可被寫入新的資料。如上所述的程序稱為垃圾蒐集(garbage collection)。垃圾蒐集的程序牽涉到從快閃記憶體讀取資料以及重新寫入資料至快閃記憶體。這代表當快閃控制器首些需要讀出整個區塊，接著將區塊中擁有有效資料的部分頁面寫入。這會大量消耗於快閃控制器以及儲存單元之間的存取介面頻寬，降低整個系統的效能。傳統上，快閃控制器發送複製回讀命令(copy back read command)驅使儲存單元中的邏輯電路取得有效頁面的資料並移動至其中的資料緩存器(data buffer)，並且發送複製回寫命令(copy back write command)驅使其中的邏輯電路從資料暫存器取得有效資料並寫入另一空區塊，而不需要經由存取介面從儲存單元搬出/入有效資料。然而，如果頁面中同時存在有效及無效資料。快閃控制器依然需要透過存取介面將整個頁面讀出儲存單元，從讀取頁面中蒐集有效資料，接著，透過存取介面將有效資料逐頁寫入儲存單元中的另一空區塊。因此，本發明提出一種內部資料搬移方法以及使用該方法的裝置，用以克服上述的缺陷。
本發明的實施例提出一種內部資料搬移方法，由處理單元執行，包含下列步驟。透過一存取介面發送多個部分複製回讀命令給儲存子單元，每一個部分複製回讀命令指示儲存子單元中之邏輯電路將儲存子單元中之頁面的部分資料儲 存至儲存子單元中之資料緩存器的指定位置。接著，透過存取介面發送複製回寫命令給儲存子單元，用以將儲存子單元中之資料緩存器的資料寫入儲存子單元中之新頁面。
本發明的實施例提出一種內部資料搬移裝置，由處理單元執行，包含耦接於儲存子單元的存取介面以及處理單元。處理單元透過存取介面發送部分複製回讀命令給儲存子單元，用以指示儲存子單元中之邏輯電路將儲存子單元中之頁面的部分資料儲存至儲存子單元中之資料緩存器的指定位置。
10‧‧‧系統
110‧‧‧處理單元
150‧‧‧存取介面
160‧‧‧主裝置
170‧‧‧存取介面
170_0~170_j‧‧‧存取子介面
180‧‧‧儲存單元
180_0_0~180_j_i‧‧‧儲存子單元
320_0_0~320_0_i‧‧‧晶片致能控制訊號
410‧‧‧資料緩存器
420‧‧‧邏輯電路
430_0~430_3‧‧‧資料區塊
510‧‧‧複製回讀命令
520‧‧‧複製回寫命令
tR‧‧‧讀取資料時間
tPROG‧‧‧寫入資料時間
610‧‧‧來源位址
630‧‧‧部分複製回寫指令碼
650‧‧‧起始行
670‧‧‧結束行
690‧‧‧目的位址
710‧‧‧長度
810‧‧‧來源位址
830‧‧‧部分複製回寫指令碼
850‧‧‧結束行
870‧‧‧目的位址
910‧‧‧長度
1010‧‧‧部分複製回寫指令碼
1030‧‧‧起始行
1050‧‧‧結束行
1070‧‧‧目的位址
1090‧‧‧部分複製回寫命令的確認
1110‧‧‧長度
1210‧‧‧來源位址
1230‧‧‧部分複製回寫指令碼
1250‧‧‧結束行
1270‧‧‧目的位址
1290‧‧‧部分複製回寫命令的確認
1310‧‧‧長度
P1~P4‧‧‧頁面
1410、1430、1450、1470‧‧‧區段資料
第1圖係依據本發明實施例之快閃記憶體的系統架構示意圖。
第2圖係依據本發明實施例之存取介面與儲存單元的方塊圖。
第3圖係依據本發明實施例之一個存取子介面與多個儲存子單元的連接示意圖。
第4圖係依據本發明實施例之儲存子單元的方塊示意圖。
第5圖係依據本發明實施例之複製回讀命令以及複製回寫命令的示意圖。
第6至9圖係依據本發明實施例之部分複製回讀命令(00-xx-35h)的示意圖。
第10至13圖係依據本發明實施例之部分複製回讀命令(00-35-xx-yyh)的示意圖。
第14圖係依據本發明實施例之垃圾蒐集示意圖。
以下說明係為完成發明的較佳實現方式，其目的在於描述本發明的基本精神，但並不用以限定本發明。實際的發明內容必須參考之後的權利要求範圍。
必須了解的是，使用於本說明書中的”包含”、”包括”等詞，係用以表示存在特定的技術特徵、數值、方法步驟、作業處理、元件以及/或組件，但並不排除可加上更多的技術特徵、數值、方法步驟、作業處理、元件、組件，或以上的任意組合。
於權利要求中使用如”第一”、"第二"、"第三"等詞係用來修飾權利要求中的元件，並非用來表示之間具有優先權順序，先行關係，或者是一個元件先於另一個元件，或者是執行方法步驟時的時間先後順序，僅用來區別具有相同名字的元件。
第1圖係依據本發明實施例之快閃記憶體的系統架構示意圖。快閃記憶體的系統架構10中包含處理單元110，用以寫入資料到儲存單元180中的指定位址，以及從儲存單元180中的指定位址讀取資料。詳細來說，處理單元110透過存取介面170寫入資料到儲存單元180中的指定位址，以及從儲存單元180中的指定位址讀取資料。系統架構10使用數個電子訊號來協調處理單元110與儲存單元180間的資料與命令傳遞，包含資料線(data line)、時脈訊號(clock signal)與控制訊號(control signal)。資料線可用以傳遞命令、位址、讀出及寫入的資料；控制訊號線可用以傳遞晶片致能(chip enable,CE)、位址提取 致能(address latch enable,ALE)、命令提取致能(command latch enable,CLE)、寫入致能(write enable,WE)等控制訊號。存取介面170可採用雙倍資料率(double data rate,DDR)通訊協定與儲存單元180溝通，例如，開放NAND快閃(open NAND flash interface,ONFI)、雙倍資料率開關(DDR toggle)或其他介面。處理單元110另可使用存取介面150透過指定通訊協定與主裝置160進行溝通，例如，通用序列匯流排(universal serial bus,USB)、先進技術附著(advanced technology attachment,ATA)、序列先進技術附著(serial advanced technology attachment,SATA)、快速周邊元件互聯(peripheral component interconnect express,PCI-E)或其他介面。
儲存單元180可包含多個儲存子單元，每一個儲存子單元實施於一個晶粒(die)上，各自使用關聯的存取子介面與處理單元110進行溝通。第2圖係依據本發明實施例之存取介面與儲存單元的方塊圖。快閃記憶體10可包含j+1個存取子介面170_0至170_j，存取子介面又可稱為通道(channel)，每一個存取子介面連接i+1個儲存子單元。換句話說，i+1個儲存子單元共享一個存取子介面。例如，當快閃記憶體10包含4個通道(j=3)且每一個通道連接4個儲存單元(i=3)時，快閃記憶體10一共擁有16個儲存單元180_0_0至180_j_i。處理單元110可驅動存取子介面170_0至170_j中之一者，從指定的儲存子單元讀取資料。每個儲存子單元擁有獨立的晶片致能(CE)控制訊號。換句話說，當欲對指定的儲存子單元進行資料讀取時，需要驅動關聯的存取子介面致能此儲存子單元的晶片致能控制訊號。第3圖 係依據本發明實施例之一個存取子介面與多個儲存子單元的連接示意圖。處理單元110可透過存取子介面170_0使用獨立的晶片致能控制訊號320_0_0至320_0_i來從連接的儲存子單元180_0_0至180_0_i中選擇出其中一者，接著，透過共享的資料線310_0從選擇出的儲存子單元的指定位置讀取資料。
第4圖係依據本發明實施例之儲存子單元的方塊示意圖。以儲存子單元180_0_0為例，包含四個區塊430_0至430_3，每個區塊可儲存多個頁面的資料，並且每個頁面可儲存多個區段(section)的資料。一個區段的長度為主裝置160管理資料的最小單元，例如2K、4K、8K位元組。第5圖係依據本發明實施例之複製回讀命令以及複製回寫命令的示意圖。為進行逐頁搬移的垃圾蒐集程序，一個複製回讀命令(00h-35h)510搭配使用一個複製回寫命令(85h-10h)530。首先，將”00h”透過資料線310_0寫入邏輯電路420中之命令暫存器(command register)，接著，使用五個時脈週期寫入來源位址。於輸入來源位址後，將”35h”寫入其中之命令暫存器，致使邏輯電路420將一個區塊中的特定頁面傳送至資料緩存器410。於已發送複製回讀命令(00h-35h)510後並訊號R/B#提升至高電位，複製回寫命令(85h-10h)530可以寫入至其中之命令暫存器。複製回寫命令(85h-10h)530用以從資料緩存器410傳送至邏輯電路420的資料暫存器以及開始寫入新目的頁面。”85h”、目的位址(五個時脈週期)及”10h”透過資料線410_0依序地寫入儲存子單元180_0_0。寫入”10h”後，當邏輯電路420寫入新頁面時，訊號R/B#降低至低電位。
經過多次的存取後，一個頁面可能包含有效及無效的資料。為解決如上所述的缺陷，本發明實施例提出一種部分複製回讀命令(partial copy back read command)，用以驅使儲存單元180_0_0中的邏輯電路420取得特定頁面的特定區段的資料並移動至其中的資料暫存器410中的指定位置。以下舉出數個部分複製回讀命令的範例。第6至9圖係依據本發明實施例之部分複製回讀命令(00-xx-35h)的示意圖。參考第6圖，處理單元110將”00h”透過存取子介面170_0使用資料線310_0寫入邏輯電路420中之命令暫存器，接著，使用五個時脈週期寫入來源位址610。”00h”為讀取指令碼。來源位址610包含區塊編號(二時脈週期)及頁面標號(二時脈週期)。於輸入來源位址610後，將”xxh”630寫入其中之命令暫存器，其中”xx”可為任意的二個十六進位數字，為部分複製回讀指令碼。於輸入”xxh”後，處理單元110將”00h”透過存取子介面170_0使用資料線310_0依序寫入起始行(二時脈週期)650、結束行(二時脈週期)670以及目的位址(二時脈週期)690。起始行650及結束行670可分別包含行編號(column numbers)，用以指出來源頁面中欲讀取的行區間。目的位址690包含一個行編號，用以指出欲儲存至資料緩存器410的起始行。最後，將”35h”寫入其中之命令暫存器，致使邏輯電路420將一個區塊中特定頁面的行區間資料傳送至資料緩存器410中的特定位置。”35h”代表複製回讀命令的確認(confirm)。部分複製回讀命令相同於如第5圖複製回讀命令，始於”00h”且結束於”35h”，使得部分複製回讀命令具有向後相容能力(backward compatibility)。第7圖所示的部分複製回讀命 令係由第6圖變化而來。於寫入”xxh”後，處理單元110可透過存取子介面170_0使用資料線310_0依序寫入起始行(二時脈週期)650以及長度(二時脈週期)710，用以指出來源頁面中欲讀取的行區間。
參考第8圖，處理單元110將”00h”透過存取子介面170_0使用資料線310_0寫入邏輯電路420中之命令暫存器，接著，使用六個時脈週期寫入來源位址810。來源位址810包含區塊編號(二時脈週期)、頁面標號(二時脈週期)以及起始行編號(二時脈週期)。於輸入來源位址810後，將”xxh”830寫入其中之命令暫存器，其中”xx”可為任意的兩個十六進位數字，用以指示此為部分複製回讀指令碼。於輸入”xxh”830後，處理單元110將”00h”透過存取子介面170_0使用資料線310_0依序寫入結束行(二時脈週期)850以及目的位址(二時脈週期)870。結束行850可包含行編號，搭配來源位址810中的起始行編號，用以指出來源頁面中欲讀取的行區間。目的位址870包含一個行編號，用以指出欲儲存至資料緩存器410的起始行。最後，將”35h”寫入其中之命令暫存器，致使邏輯電路420將一個區塊中的特定頁面的行區間資料傳送至資料緩存器410中的特定位置。第9圖所示的部分複製回讀命令係由第8圖變化而來。於寫入”xxh”830後，處理單元110可透過存取子介面170_0使用資料線310_0寫入長度(二時脈週期)910，搭配來源位址810中的起始行編號，用以指出來源頁面中欲讀取的行區間。
第10至13圖係依據本發明實施例之部分複製回讀命令(00-35-xx-yyh)的示意圖。參考第10圖的範例，部分複製 回讀命令包含如第5圖所示的複製回讀命令以及一個自訂的命令。於自訂的命令中，處理單元110將”xxh”1010透過存取子介面170_0使用資料線310_0寫入邏輯電路420中之命令暫存器，其中”xx”可為任意的二個十六進位數字，用以指示此為部分複製回讀指令碼。接著，依序寫入起始行(二時脈週期)1030、結束行(二時脈週期)1050以及目的位址(二時脈週期)1070。起始行1030及結束行1050可分別包含行編號，用以指出來源頁面中欲讀取的行區間。目的位址1070包含一個行編號，用以指出欲儲存至資料緩存器410的起始行。最後，將”yyh”1090寫入其中之命令暫存器，致使邏輯電路420將一個區塊中特定頁面的行區間資料傳送至資料緩存器410中的特定位置，其中”yy”可為任意的二個十六進位數字。”yyh”1090代表部分複製回讀命令的確認。第11圖所示的部分複製回讀命令係由第10圖變化而來。於寫入”xxh”1010後，處理單元110可透過存取子介面170_0使用資料線310_0依序寫入起始行(二時脈週期)1030以及長度(二時脈週期)1110，用以指出來源頁面中欲讀取的行區間。
參考第12圖的範例，部分複製回讀命令包含如第5圖所示的複製回讀命令，但是來源位址1210包含區塊編號(二時脈週期)及頁面標號(二時脈週期)以及起始行編號(二時脈週期)。於自訂的命令中，處理單元110將”xxh”1230透過存取子介面170_0使用資料線310_0寫入邏輯電路420中之命令暫存器，其中”xx”可為任意的二個十六進位數字，用以指示此為部分複製回讀指令碼。接著，依序寫入結束行(二時脈週期)1250以及目的位址(二時脈週期)1270。結束行1250可包含行編號，搭配 來源位址1210中的起始行編號，用以指出來源頁面中欲讀取的行區間。目的位址1270包含一個行編號，用以指出欲儲存至資料緩存器410的起始行。最後，將”yyh”1290寫入其中之命令暫存器，致使邏輯電路420將一個區塊中的特定頁面的行區間資料傳送至資料緩存器410中的特定位置，其中”yy”可為任意的二個十六進位數字。”yyh”1290代表部分複製回讀命令的確認。第13圖所示的部分複製回讀命令係由第12圖變化而來。於寫入”xxh”1230後，處理單元110可透過存取子介面170_0使用資料線310_0寫入長度(二時脈週期)1310，搭配來源位址1210中的起始行編號，用以指出來源頁面中欲讀取的行區間。
第14圖係依據本發明實施例之垃圾蒐集示意圖。假設一個頁面可儲存四個區段的資料：經過多次存取後，區塊430_0中的頁面P1的第0個區段為有效資料，其餘為無效資料。區塊430_1中的頁面P2的第1個區段為有效資料，其餘為無效資料。區塊430_2中的頁面P3的第2個及第3個區段為有效資料，其餘為無效資料。為了將頁面P1至P3中的有效資料蒐集成一個頁面以儲存至區塊430_3中的新頁面P4，可使用如第6至13圖所述的部分複製回讀命令以及如第5圖所示的複製回寫命令來完成。詳細來說，處理單元110可透過存取子介面170_0使用資料線310_0傳送部分複製回讀命令，用以指示邏輯電路420將區塊430_0中的頁面P1的第0個區段的資料儲存至資料緩存器410的第0個區段。接著，使用二個部分複製回讀命令，用以分別指示邏輯電路420將區塊430_1中的頁面P2的第1個區段的資料儲存至資料緩存器410的第1個區段，以及將區塊430_2中的頁面 P3的第3至4個區段的資料儲存至資料緩存器410的第3至4個區段。最後，處理單元110可透過存取子介面170_0使用資料線310_0傳送複製回寫命令，用以指示邏輯電路420將資料緩存器410的資料寫入區塊430_3中的頁面P4。
雖然第1至4圖中包含了以上描述的元件，但不排除在不違反發明的精神下，使用更多其他的附加元件，已達成更佳的技術效果。雖然本發明使用以上實施例進行說明，但需要注意的是，這些描述並非用以限縮本發明。相反地，此發明涵蓋了熟習此技藝人士顯而易見的修改與相似設置。所以，申請權利要求範圍須以最寬廣的方式解釋來包含所有顯而易見的修改與相似設置。
tR‧‧‧讀取資料時間
610‧‧‧來源位址
630‧‧‧部分複製回寫指令碼
650‧‧‧起始行
670‧‧‧結束行
690‧‧‧目的位址

Claims (18)

  1. 一種內部資料搬移方法，由一處理單元執行，包含：透過一存取介面發送多個部分複製回讀命令給一儲存子單元，每一上述部分複製回讀命令指示上述儲存子單元中之一邏輯電路將上述儲存子單元中之一頁面的部分資料儲存至上述儲存子單元中之一資料緩存器的指定位置；以及透過上述存取介面發送一複製回寫命令給上述儲存子單元，用以將上述儲存子單元中之上述資料緩存器的資料寫入上述儲存子單元中之一新頁面；其中，上述部分複製回讀命令包含一部分複製回讀命令指令碼、上述頁面中之一行區間的資訊以及上述資料緩存器中之一起始位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的內部資料搬移方法，其中，上述頁面中之上述行區間的資訊以一起始行編號以及一結束行編號表示。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的內部資料搬移方法，其中，上述部分複製回讀命令更包含一來源位址，上述來源位址包含一區塊編號、一頁面編號以及上述起始行編號。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的內部資料搬移方法，其中，上述頁面中之上述行區間的資訊以一起始行編號以及一長度表示。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的內部資料搬移方法，其中，上述部分複製回讀命令更包含一來源位址，上述來源位址包含一區塊編號、一頁面編號以及上述起始行編號。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的內部資料搬移方法，其中，上述部分複製回讀命令起始於一讀取指令碼，以及終止於一複製回讀命令的確認。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的內部資料搬移方法，其中，上述讀取指令碼為”00h”，以及上述複製回讀命令的確認為”35h”。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的內部資料搬移方法，其中，上述部分複製回讀命令包含一複製回讀命令以及一部分複製回讀命令的確認，以及上述部分複製回讀命令指令碼接於上述複製回讀命令之後。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的內部資料搬移方法，其中，上述複製回讀命令起始於一讀取指令碼，以及終止於一複製回讀命令的確認。
  10. 一種內部資料搬移裝置，包含：一存取介面，耦接於一儲存子單元；一處理單元，透過上述存取介面發送一部分複製回讀命令給上述儲存子單元，用以指示上述儲存子單元中之一邏輯電路將上述儲存子單元中之一頁面的部分資料儲存至上述儲存子單元中之一資料緩存器的指定位置；其中，上述部分複製回讀命令包含一部分複製回讀命令指令碼、上述頁面中之一行區間的資訊以及上述資料緩存器中之一起始位置。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的內部資料搬移裝置，其中，上述頁面中之上述行區間的資訊以一起始行編號以及一結 束行編號表示。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的內部資料搬移裝置，其中，上述部分複製回讀命令更包含一來源位址，上述來源位址包含一區塊編號、一頁面編號以及上述起始行編號。
  13. 如申請專利範圍第10項所述的內部資料搬移裝置，其中，上述頁面中之上述行區間的資訊以一起始行編號以及一長度表示。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的內部資料搬移裝置，其中，上述部分複製回讀命令更包含一來源位址，上述來源位址包含一區塊編號、一頁面編號以及上述起始行編號。
  15. 如申請專利範圍第10項所述的內部資料搬移裝置，其中，上述部分複製回讀命令起始於一讀取指令碼，以及終止於一複製回讀命令的確認。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的內部資料搬移裝置，其中，上述讀取指令碼為”00h”，以及上述複製回讀命令的確認為”35h”。
  17. 如申請專利範圍第10項所述的內部資料搬移裝置，其中，上述部分複製回讀命令包含一複製回讀命令以及一部分複製回讀命令的確認，以及上述部分複製回讀命令指令碼接於上述複製回讀命令之後。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的內部資料搬移裝置，其中，上述複製回讀命令起始於一讀取指令碼，以及終止於一複製回讀命令的確認。
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