TWI575373B - 資料儲存裝置以及快閃記憶體控制方法 - Google Patents

資料儲存裝置以及快閃記憶體控制方法 Download PDF

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Description

資料儲存裝置以及快閃記憶體控制方法
本發明係有關於快閃記憶體(flash memory)實現之資料儲存裝置以及快閃記憶體控制方法。
現今資料儲存裝置常以快閃記憶體(flash memory)為儲存媒體。例如，快閃記憶體常用作記憶卡(memory card)、通用序列匯流排閃存裝置(USB flash device)、固態硬碟(SSD)...等產品。另外有一種應用是採多晶片封裝、將一非及閘型快閃記憶體與其控制晶片包裝在同一封裝中-稱為嵌入式快閃記憶體模組(如eMMC)。
快閃記憶體的實體空間通常包括複數個區塊(blocks)。各區塊包括複數個物理頁(pages)。針對快閃記憶體而設計的抹除操作須以區塊為抹除單位，一次釋放一區塊的儲存空間。資料更新時，新資料係寫入閒置空間，而非覆寫在舊資料上。為了管理快閃記憶體，主機端以及快閃記憶體之間的映射資訊需加以維護。相較於其他傳統儲存媒體，快閃記憶體的管理更為複雜。快閃記憶體的映射資訊管理需要相當技巧。
採用高效率快閃記憶體控制技術的資料儲存裝置以及高效率之快閃記憶體控制方法。
根據本案一種實施方式所實現的資料儲存裝置包括一快閃記憶體以及一控制單元。該快閃記憶體係劃分為複數個區塊。各區塊包括複數個物理頁。該控制單元耦接該快閃記憶體至一主機，且具有一微控制器、以及一隨機存取記憶體。該微控制器係設置來在該隨機存取記憶體上、為該快閃記憶體的該等區塊中的一資料接收區塊建立一物理-邏輯位址映射表。該微控制器係更設置來規劃該隨機存取記憶體為該物理-邏輯位址映射表所載的邏輯位址所相關之邏輯-物理位址映射表提供一收集以及更新空間。將尚未出現在該收集以及更新空間的一新邏輯-物理位址映射表所對應的邏輯位址載入該物理-邏輯位址映射表時，該微控制器係設置來將該新邏輯-物理位址映射表收集至該收集以及更新空間、並係於該收集以及更新空間上對該新邏輯-物理位址映射表作更新。將已出現在該收集以及更新空間的一已暫存邏輯-物理位址映射表所對應的邏輯位址載入該物理-邏輯位址映射表時，該微控制器係設置來在該收集以及更新空間作該已暫存邏輯-物理位址映射表之更新。該微控制器係設置來基於該收集以及更新空間所收集且更新的邏輯-物理位址映射表對該快閃記憶體所載之邏輯-物理位址映射關係作更新。
根據本案一種實施方式所實現的一快閃記憶體控制方法包括以下步驟：為一快閃記憶體提供一隨機存取記憶體，該快閃記憶體提供劃分為複數個區塊的儲存空間，且各區塊包括複數個物理頁；在該隨機存取記憶體為該快閃記憶體之該等區塊中的一資料接收區塊建立一物理-邏輯位址映射表；配置 該隨機存取記憶體為該物理-邏輯位址映射表所載之邏輯位址所對應的邏輯-物理位址映射表提供一收集以及更新空間。將尚未出現在該收集以及更新空間的一新邏輯-物理位址映射表所對應的邏輯位址載入該物理-邏輯位址映射表時，該新邏輯-物理位址映射表係收集至該收集以及更新空間，且該新邏輯-物理位址映射係在該收集以及更新空間上作更新。將已出現在該收集以及更新空間的一已暫存邏輯-物理位址映射表之邏輯位址載入該物理-邏輯位址映射表時，該已暫存邏輯-物理位址映射表係在該收集以及更新空間作更新。載於該快閃記憶體上的一邏輯-物理位址映射關係可基於該收集以及更新空間所收集以及更新的邏輯-物理位址映射表作更新。
下文特舉實施例，並配合所附圖示，詳細說明本發明內容。
100‧‧‧快閃記憶體
102‧‧‧物理頁
104、106、108以及110‧‧‧區段
200‧‧‧資料儲存裝置
202‧‧‧主機
204‧‧‧快閃記憶體
206‧‧‧控制單元
208‧‧‧系統內程式區塊
210‧‧‧系統資訊區塊
212‧‧‧閒置區塊
214‧‧‧資料接收區塊
216‧‧‧資料集合
220‧‧‧微控制器
222‧‧‧隨機存取記憶體
224‧‧‧唯讀記憶體
BLK4、BLK2…BLKN‧‧‧區塊
F2H‧‧‧物理-邏輯位址映射表
H1、H2…Hk…Hm‧‧‧邏輯位址
H2F‧‧‧邏輯-物理位址映射關係
H2F_H1、H2F_H2…H2F_Hk…H2F_Hm‧‧‧邏輯-物理位址映射表
Hm(LBAk0~LBAk0+7)、Hm+1(LBAk1~LBAk1+7)、Hm+2(LBAk2~LBAk2+7)、Hm+3(LBAk3~LBAk3+7)‧‧‧主機頁
S302…S310、S402…S406‧‧‧步驟
第1圖圖解一快閃記憶體100的儲存空間規劃；第2圖為方塊圖，根據本案一種實施方式圖解一資料儲存裝置200；第3圖為流程圖，根據本案一種實施方式圖解邏輯-物理位址映射關係(H2F)之即時下載以及更新技術，其中，寫入資料係寫入該資料接收區塊214；且第4圖為流程圖，圖解如何更新該邏輯-物理位址映射關係H2F。
以下敘述列舉本發明的多種實施例。以下敘述介紹本發明的基本概念，且並非意圖限制本發明內容。實際發明範圍應依照申請專利範圍界定之。
第1圖圖解一快閃記憶體100的儲存空間規劃。快閃記憶體100所供應的儲存空間係劃分為複數個區塊(blocks)BLK1、BLK2…BLKN…等。各區塊包括複數個物理頁(pages)。各物理頁包括複數區段(sectors)。例如，區塊BLKN上的物理頁102包括四個區段104、106、108以及110。
若各區段係配置儲存一主機頁的使用者資料(對應一串邏輯位址，如LBAk~LBAk+7)，各物理頁係配置給四個主機頁使用。例如，區段104、106、108以及110係分別對應主機頁Hm(即，LBAk0~LBAk0+7)、Hm+1(即，LBAk1~LBAk1+7)、Hm+2(即，LBAk2~LBAk2+7)、Hm+3(即，LBAk3~LBAk3+7)。若一區塊包括128個物理頁，則係有128x4個主機頁對應一區塊之128x4個區段。針對各區塊，如此128x4個區段以及128x4個主機頁之間的映射資訊需記錄下來，供管理儲存空間使用；為極大資料量。
第2圖為方塊圖，根據本案一種實施方式圖解一資料儲存裝置200。資料儲存裝置200係根據主機202所下達的資料運作，包括一快閃記憶體204以及一控制單元206。快閃記憶體204的複數個區塊(blocks)係配置作多種用途。部分區塊208係用於儲存系統內程式碼(in-system programs，簡稱ISPs)。部分區塊210儲存系統資訊(system information)，包括一邏輯-物理位址映射關係H2F。部分區塊212為閒置區塊。資料接收區塊 214係配置自該等閒置區塊，用以寫入資料，且將推入資料集合216作為資料區塊。快閃記憶體204可更包括未作任何配置使用的區塊(free blocks)，未顯示於圖示中。
控制單元206耦接該快閃記憶體204至該主機202，且包括一微控制器220、一隨機存取記憶體222以及一唯讀記憶體224。唯讀程式碼係儲存於唯讀記憶體224中。微控制器220包括執行該唯讀記憶體224內的唯讀程式碼(ROM code)或/以及執行該快閃記憶體204之該些區塊208內的系統內程式碼，據以操作該快閃記憶體204。微控制器220係設置來執行該快閃記憶體204之區塊配置(如第2圖所示)，並於該隨機存取記憶體222上建立一物理-邏輯位址映射表F2H，並於該快閃記憶體204內儲存邏輯-物理位址映射關係H2F。物理-邏輯位址映射表F2H係建立在隨機存取記憶體220上，動態紀載資料接收區塊214之物理位址所對應的邏輯位址。如圖所示，主機頁H1、H2…Hk…Hm係循序對應資料接收區塊214的多個區段。邏輯-物理位址映射關係H2F顯示主機202位址(即邏輯位址)以及快閃記憶體204之間的映射，係載於快閃記憶體204上作非揮發性儲存。邏輯-物理位址映射關係H2F可以複數個邏輯-物理位址映射表呈現。如圖所示，對應主機頁H1、H2…Hk…Hm…的邏輯-物理位址映射表H2F_H1、H2F_H2…H2F_Hk…H2F_Hm可自邏輯-物理位址映射關係H2F取得。各邏輯-物理位址映射表可包含一串邏輯位址的映射資訊。
除了在隨機存取記憶體222上為資料接收區塊214建立物理-邏輯位址映射表F2H，微控制器220可更設置來配置 該隨機存取記憶體222供應一收集以及更新空間H2F_M_A給該物理-邏輯位址映射表F2H所載之邏輯位址H1、H2…Hk…Hm對應的邏輯-物理位址映射表H2F_H1、H2F_H2…H2F_Hk…H2F_Hm，實現即時的邏輯-物理位址映射關係H2F之下載以及更新。將尚未出現在該收集以及更新空間H2F_M_A的一新邏輯-物理位址映射表所對應的一邏輯位址更新至該物理-邏輯位址映射表F2H時，該微控制器220係設置來自該快閃記憶體204所載的該邏輯-物理位址映射關係H2F獲取該新邏輯-物理位址映射表，並將該新邏輯-物理位址映射表收集至該收集以及更新空間H2F_M_A。該為控制器220係設置來在該收集以及更新空間H2F_M_A實施該新邏輯-物理位址映射表的更新。將已出現在該收集以及更新空間H2F_M_A的一已暫存邏輯-物理位址映射表所對應的一邏輯位址紀載至該物理-邏輯位址映射表F2H時，該微控制器220不再次讀取該快閃記憶體204收集該已暫存邏輯-物理位址映射表。該微控制器220係設置來在該收集以及更新空間H2F_M_A上實施該已暫存邏輯-物理位址映射表的更新。該收集以及更新空間H2F_M_A所收集以及更新的該已暫存邏輯-物理位址映射表更會由該微控制器222讀取，以寫入該快閃記憶體204更新該邏輯-物理位址映射關係H2F。
根據前述技術，頻繁變動之資料所對應的邏輯-物理位址映射表不會反覆自該快閃記憶體204下載做修正再上傳回該快閃記憶體204。寫入序列資料(具連續邏輯位址)至快閃記憶體204時，一序列的寫入邏輯位址可能對應同樣的邏輯-物理位址映射表。因此，需求的邏輯-物理位址映射表僅一次下載 至該收集以及更新空間H2F_M_A，隨一序列寫入操作後最終方上傳回該快閃記憶體204。
第3圖為流程圖，根據本案一種實施方式圖解邏輯-物理位址映射關係(H2F)的即時下載與更新，其中寫入資料係寫入該資料接收區塊214。步驟S302檢查邏輯寫入頁HPage_Write所對應的邏輯-物理位址映射表H2F_Hpage_Write是否已存入該收集以及更新空間H2F_M_A。若否，步驟S304檢查該收集以及更新空間H2F_M_A是否還足以容納該邏輯-物理位址映射表H2F_HPage_Write。若該收集以及更新空間H2F_M_A不足以儲存該邏輯-物理位址映射表H2F_HPage_Write，步驟S306令該收集以及更新空間H2F_M_A上的資料無效。若該收集以及更新空間H2F_M_A尚有空間儲存該邏輯-物理位址映射表H2F_HPage_Write，步驟S308以及S310自該快閃記憶體204將該邏輯-物理位址映射表H2F_HPage_Write載入該收集以及更新區域H2F_M_A，並在該收集以及更新空間H2F_M_A上作該邏輯-物理位址映射表H2F_HPage_Write的更新。特別是，當步驟S302判定對應該邏輯寫入頁HPage_Write的該邏輯-物理位址映射表H2F_HPage_Write已儲存於該收集以及更新空間H2F_M_A，流程將省略步驟S304以及S308而進行步驟S310，在該收集以及更新空間H2F_M_A上對已經儲存於該收集以及更新空間H2F_M_A的該邏輯-物理位址映射表HPage_Write作更新。
第4圖為流程圖，圖解該邏輯-物理位址映射關係H2F係如何更新。步驟S402檢查該收集以及更新空間H2F_M_A。 若該收集以及更新空間H2F_M_A的資料有效，步驟S404將該收集以及更新空間H2F_M_A所收集且更新的邏輯-物理位址映射表上傳至該快閃記憶體204更新該邏輯-物理位址映射關係H2F。該收集以及更新空間H2F_M_A上的資料為無效時，表示該收集以及更新空間H2F_M_A上的資料必須被捨棄，步驟S406因而執行，掃描該物理-邏輯位址映射表F2H，將該物理-邏輯位址映射表F2H所載的邏輯位址對應之邏輯-物理位址映射表自該隨快閃記憶體204隨著該物理-邏輯位址映射表F2H之掃描下載至該隨機存取記憶體222、並在該隨機存取記憶體222上進行更新再上傳回該快閃記憶體204。
其他採用上述概念控制一快閃記憶體的技術都屬於本案所欲保護的範圍。基於以上技術內容，本案更涉及快閃記憶體的控制方法，不限定以特定架構的控制單元實現。
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。
200‧‧‧資料儲存裝置
202‧‧‧主機
204‧‧‧快閃記憶體
206‧‧‧控制單元
208‧‧‧系統內程式區塊
210‧‧‧系統資訊區塊
212‧‧‧閒置區塊
214‧‧‧資料區塊
216‧‧‧資料集合
220‧‧‧微控制器
222‧‧‧隨機存取記憶體
224‧‧‧唯讀記憶體
F2H‧‧‧物理-邏輯位址映射表
H1、H2…Hk…Hm‧‧‧邏輯位址
H2F‧‧‧邏輯-物理位址映射關係
H2F_H1、H2F_H2…H2F_Hk…H2F_Hm‧‧‧邏輯-物理位址映射表

Claims (14)

  1. 一種資料儲存裝置，包括：一快閃記憶體，劃分為複數個區塊，且上述區塊各自包括複數個物理頁；以及一控制單元，耦接該快閃記憶體至一主機，且包括一微控制器以及一隨機存取記憶體；其中：該微控制器係設置來在該隨機存取記憶體上為該快閃記憶體之該等區塊中的一資料接收區塊建立一物理-邏輯位址映射表；該微控制器係更設置來配置該隨機存取記憶體為該物理-邏輯位址映射表上所記載的邏輯位址所對應的邏輯-物理位址映射表供應一收集以及更新空間；以及將尚未出現在該收集以及更新空間的一新邏輯-物理位址映射表所對應的一邏輯位址載入該物理-邏輯位址映射表時，該微控制器係更設置來將該新邏輯-物理物址映射表收集至該收集以及更新空間，並在該收集以及更新空間上對該新邏輯-物理位址映射表作更新。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之資料儲存裝置，其中：將已出現在該收集以及更新空間的一已暫存邏輯-物理位址映射表所對應的一邏輯位址載入該物理-邏輯位址映射表時，該微控制器係更設置來在該收集以及更新空間上對該已暫存邏輯-物理位址映射表作更新。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之資料儲存裝置，其中： 該微控制器係設置來根據該收集以及更新空間所收集以及更新的邏輯-物理位址映射表更新該快閃記憶體所載的一邏輯-物理位址映射關係。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之資料儲存裝置，其中：該微控制器係設置來在該收集以及更新空間不足以紀錄該物理-邏輯位址映射表所載之邏輯位址所對應的邏輯-物理位址映射表時，令該收集以及更新空間無效。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之資料儲存裝置，其中：該微控制器係設置來在該收集以及更新空間非無效時，將該收集以及更新空間內所收集以及更新的邏輯-物理位址映射表上傳至該快閃記憶體，以更新該快閃記憶體所載的一邏輯-物理位址映射關係。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之資料儲存裝置，其中：該微控制器係設置來在該收集以及更新空間無效時，捨棄該收集以及更新空間中的資料。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之資料儲存裝置，其中：該收集以及更新空間中的資料被捨棄時，該微控制器係設置來掃描該物理-邏輯位址映射表，據以將該物理-邏輯位址映射表所載之邏輯位址所對應的邏輯-物理位址映射表自該快閃記憶體載入該隨機存取記憶體；以及隨著掃描該物理-邏輯位址映射表而下載至該隨機存取記憶體的邏輯-物理位址映射表係在該隨機存取記憶體上更新，繼而上傳回該快閃記憶體。
  8. 一種快閃記憶體控制方法，包括： 為一快閃記憶體供應一隨機存取記憶體，該快閃記憶體之儲存空間係劃分為複數個區塊，且上述區塊各自包括複數個物理頁；在該隨機存取記憶體上為該快閃記憶體之該等區塊中的一資料接收區塊建立一物理-邏輯位址映射表；以及配置該隨機存取記憶體為該物理-邏輯位址映射表上所記載的邏輯位址所對應的邏輯-物理位址映射表供應一收集以及更新空間；其中，將尚未出現在該收集以及更新空間的一新邏輯-物理位址映射表所對應的一邏輯位址載入該物理-邏輯位址映射表時，將該新邏輯-物理物址映射表收集至該收集以及更新空間，並在該收集以及更新空間上對該新邏輯-物理位址映射表作更新。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之快閃記憶體控制方法，其中：將已出現在該收集以及更新空間的一已暫存邏輯-物理位址映射表所對應的一邏輯位址載入該物理-邏輯位址映射表時，該已暫存邏輯-物理位址映射表之更新係於該收集以及更新空間上執行。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之快閃記憶體控制方法，更包括：根據該收集以及更新空間所收集以及更新的邏輯-物理位址映射表，更新該快閃記憶體所載的一邏輯-物理位址映射關係。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之快閃記憶體控制方法，更包 括：在該收集以及更新空間不足以紀錄該物理-邏輯位址映射表所載之邏輯位址所對應的邏輯-物理位址映射表時，令該收集以及更新空間無效。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之快閃記憶體控制方法，更包括：在該收集以及更新空間非無效時，將該收集以及更新空間內所收集以及更新的邏輯-物理位址映射表上傳至該快閃記憶體，以更新該快閃記憶體所載的一邏輯-物理位址映射關係。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之快閃記憶體控制方法，更包括：在該收集以及更新空間無效時，捨棄該收集以及更新空間中的資料。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之快閃記憶體控制方法，其中：該收集以及更新空間中的資料被捨棄時，該物理-邏輯位址映射表係經掃描，以將該物理-邏輯位址映射表所載之邏輯位址所對應的邏輯-物理位址映射表自該快閃記憶體載入該隨機存取記憶體；且隨著掃描該物理-邏輯位址映射表而下載至該隨機存取記憶體的邏輯-物理位址映射表係在該隨機存取記憶體上更新，繼而上傳回該快閃記憶體。
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