TWI581093B - 資料儲存媒體之損壞資料行的篩選方法 - Google Patents

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Description

資料儲存媒體之損壞資料行的篩選方法
本發明是一種有關於資料儲存媒體的相關技術，尤其是有關於一種資料儲存媒體的損壞資料行的篩選方法。
資料儲存裝置，例如是固態硬碟（solid state drive，SSD）、SD記憶卡（secure digital memory card）或隨身碟（USB）等，主要由控制單元與資料儲存媒體所構成，而其中資料儲存媒體又是由多個用以儲存資料的資料行（column）所構成。
在資料儲存裝置的製造過程中，難免會生產出次級品，而這些次級品在販售給使用者之前，都要先將資料儲存媒體中的損壞資料行（bad column）篩選出來並記錄在損壞資料行總表中。據此，控制單元在往後的操作中，便不會再對已標註的損壞資料行存取資料，進而避免存取的資料發生錯誤。
然而，舊有的標註方式對於損壞資料行的標註數量上有其限制（例如可標註254個），因此若是資料儲存媒體的瑕疵程度較嚴重，且可標註的數量也用完時，資料儲存媒體中仍可能會有某些儲存區域超出錯誤校正碼（error correcting code，ECC）之校正能力（例如可校正44個位元），因而必須將這些儲存區域標註為損壞而不使用，但是實際上這些儲存區域所對應的資料行當中卻仍然有相當大的可能會含有正常而可供使用的資料行。因此，這樣的方式會浪費許多原本可用的資料儲存空間，導致資料儲存媒體的可用容量降低。
本發明之一目的在提供一種資料儲存媒體之損壞資料行的篩選方法，使用此新篩選方法可以保留許多原本會被錯殺的資料儲存空間，進而使資料儲存媒體的可用容量最大化。
本發明提出一種損壞資料行的篩選方法，可應用於資料儲存媒體。所述之資料儲存媒體包括有多個資料區塊，每一資料區塊包括有多個資料行。所述之篩選方法包括以下步驟：將預設資料寫入至少一樣本區塊，所述至少一樣本區塊係選自上述資料區塊；讀取上述至少一樣本區塊以取得寫入資料；比對預設資料與寫入資料以計算資料行的多個錯誤位元數；定義一檢視窗，此檢視窗涵蓋部份資料行；加總檢視窗所涵蓋之資料行的錯誤位元數，以取得錯誤位元總數，並判斷錯誤位元總數是否超過可校正位元數；當判斷為真時，判斷檢視窗中之損壞資料行區間的起點跟終點，其中，所述起點跟所述終點的錯誤位元數大於或等於錯誤位元數門檻值；以及遞移檢視窗。
本發明另提出一種損壞資料行的篩選方法，可應用於資料儲存媒體。所述資料儲存媒體包括有多個資料區塊，每一資料區塊包括有多個資料行，且所述資料行被區分成資料區以及備用區，而所述資料區包括複數區段。所述之篩選方法包括以下步驟：將預設資料寫入至少一樣本區塊，所述至少一樣本區塊係選自上述資料區塊；讀取上述至少一樣本區塊以取得寫入資料；比對預設資料與寫入資料以計算資料行的多個錯誤位元數；定義一檢視窗，此檢視窗的大小不大於其中之一區段；加總檢視窗所涵蓋之資料行的錯誤位元數，以取得錯誤位元總數，並判斷錯誤位元總數是否超過可校正位元數；當判斷為真時，判斷檢視窗中之損壞資料行區間的起點跟終點，其中，所述起點跟所述終點的錯誤位元數大於或等於錯誤位元數門檻值；標註損壞資料行區間之資料行為複數損壞資料行；以及遞移檢視窗。
本發明因採用檢視窗來找出損壞資料行區間的起點與終點，因此可以從原本應視為整個損壞而忽略不使用的區段中找出損壞資料行區間而釋出正常而可供使用的資料行，進而保留了許多原本會被錯殺的資料儲存空間，使資料儲存媒體的可用容量能夠最大化。
圖1為資料儲存裝置的資料儲存媒體10的示意圖。如圖1所示，此資料儲存媒體10包括有Z個資料區塊（block），即資料區塊B0到BZ-1。因應資料邏輯管理上的方便，資料儲存媒體10包括資料區11與備用區12，資料區11與備用區12各自包含許多資料行以分別儲存資料以及額外資料，額外資料包括詮釋資料（metadata）。其中，每一資料行較佳可儲存8個位元的資料。另外，置於同一列的資料行稱之為資料頁。每一資料區塊包含N個資料頁，即資料頁P0到PN-1。每一資料頁包括資料區11與備用區12的許多資料行。依據使用者之需求可將資料區11的資料行劃分為M個區段，即區段S0到SM-1，每一區段包含Y個資料行。每一區段之大小較佳為一筆資料單元的大小（例如512位元組）加上錯誤校正碼（error correcting code，ECC）所佔的空間的大小，如此一來，每筆資料及其錯誤校正碼可以適當地寫入一個區段中，亦方便進行資料的糾錯與修正操作。其中，資料區11的資料行的總數可被M所整除。另外，資料區11較佳置於資料頁的前端而備用區12較佳置於資料頁的後端；區段S0較佳置於資料區11的前端而區段SM-1較佳置於資料區11的後端。上述中的M、N、Y及Z皆為正整數。另外，在此例中，資料儲存媒體包括以非揮發性記憶體來實現，例如是以快閃記憶體（Flash memory）、磁阻式隨機存取記憶體（Magnetoresistive RAM）、相變記憶體（Phase-change memory）或鐵電隨機存取記憶體（Ferroelectric RAM）等具有長時間資料保存之記憶體裝置來實現。
由於損壞資料行存在於資料儲存媒體10之中，在將資料儲存媒體10劃分為圖1所示之資料區11與備用區12之前，利用本發明之損壞資料行的篩選方法可有效地判斷並記錄資料儲存媒體10之損壞資料行。當損壞資料行的位置確定之後，再進行資料區11與備用區12的劃分。另外，資料區11與備用區12的劃分乃是基於資料管理的邏輯性劃分，因此，使用者亦可先進行資料區11與備用區12的劃分，再可利用本發明之損壞資料行的篩選方法來判斷並記錄損壞資料行的位置，最後，調整資料區11與備用區12的劃分。上述二種資料劃分方式的精神相仿，執行步驟的先後順序略有不同，為了簡化本發明之說明，僅以第一種實施方式進行說明，但不以此為限。
為了提高本發明之損壞資料行的篩選方法之執行效率，可隨機挑選數個資料區塊來執行，而不必使用到全部的資料區塊。以下將以資料區塊B0與B1作為取樣的資料區塊來進行說明。
圖2為依照本發明一實施例損壞資料行的篩選方法的流程圖。請同時參照圖1與圖2，首先，將預設資料寫入樣本區塊（如步驟S201所示），假設將資料區塊B0與B1選為資料儲存媒體10的樣本區塊，步驟S201即將預設資料寫入資料區塊B0與B1中，即將預設資料分別寫入資料區塊B0與B1的資料頁P0到PN-1中。接著，讀取樣本區塊所儲存之資料以取得寫入資料（如步驟S202所示），以此例而言就是讀取資料區塊B0與B1中資料頁P0到PN-1所儲存的資料以取得上述的寫入資料。然後，比對預設資料與寫入資料以統計樣本區塊每一資料行的錯誤位元數（如步驟S203所示），以此例而言就是比對預設資料與寫入資料以統計資料區塊B0與B1的每一資料行的錯誤位元數。
圖3為資料行的錯誤位元數的示意圖，在此例中，圖3中之直線（如資料行302）的長度即代表資料區塊B0與B1中的資料行之錯誤位元數的大小，長度愈長表示錯誤位元數愈多。為了方便說明，當錯誤位元數低於一門檻值時，則在圖3中予以省略，並將本發明損壞資料行的篩選方法的重心放在錯誤位元數高於門檻值的資料行上，其中，門檻值可為任意正整數。由圖3可知，資料區塊B0與B1的資料行中共有六個資料行具有較高的錯誤位元數，其中三個資料行置於資料頁的前端，另外三個資料行置於資料頁的中間，其他的資料行的錯誤位元數較低。
請同時參照圖2與圖3，步驟S204，定義一檢視窗，此檢視窗涵蓋樣本區塊的多個資料行，檢視窗的大小較佳等於一個區段的大小，但不以此為限。以圖3之檢視窗304為例，檢視窗304大小等於例如5個資料行（即Y=5），。步驟S205，加總檢視窗所涵蓋之資料行的錯誤位元數，以取得錯誤位元總數，在此例中，加總檢視窗304所涵蓋之5個資料行所對應的錯誤位元數，以取得錯誤位元總數。步驟S206，判斷錯誤位元總數是否超過可校正位元數，在此例中，可校正位元數較佳為不大於錯誤校正碼的最大可校正位元數，例如是44個位元。由於目前檢視窗304所涵蓋的多個資料行的錯誤位元數皆較低，因此判斷結果為否，執行步驟S207。當判斷為否時，檢視窗朝第一方向逐行遞移，在此例中，檢視窗304朝資料頁的後端，即箭頭306所指的方向，遞移一資料行，圖4即繪示檢視窗304向資料頁的後端遞移一個資料行的結果，並重新執行步驟S205。
在另一實施例中，檢視窗304可置於資料頁的後端，並朝資料頁的前端逐行遞移，即箭頭306所指的反方向。由於此實施例與上述實施例的運作原理相同，唯一差別只是檢視窗304的初始位置以及遞移方向的不同，故不多作說明。在另一實施例中，檢視窗304乃置於資料頁的的中間，並先朝資料頁的前端遞移，後再朝資料頁的後端遞移。由於此實施例與上述實施例的運作原理相同，唯一差別只是檢視窗304的初始位置以及遞移方向的不同，故不多作說明。
當步驟S206判斷結果為真時，執行步驟S208，判斷檢視窗中損壞資料行區間的起點跟終點，其中，損壞資料行區間的起點跟終點所對應的資料行的錯誤位元數大於等於錯誤位元數門檻值。當檢視窗304朝資料頁的後端逐行遞移時，有可能會發生檢視窗304的錯誤位元總數超過44個位元的情況，圖5即為步驟S206判斷結果為是的一種例子。在此例中，檢視窗304的錯誤位元總數超過44個位元，因此，進行檢視窗304中損壞資料行區間的起點跟終點的判斷。首先，進行損壞資料行區間的起點的判斷，即從檢視窗304的前端開始逐行向後判斷資料行的錯誤位元數是否超過錯誤位元數門檻值，例如數值5，其中錯誤位元數門檻值較佳與錯誤校正碼之最大可校正位元數有關，例如，錯誤位元數門檻值與錯誤校正碼的位元更正能力有關，其值不大於最大可校正位元數，較佳為最大可校正位元數的10%。而第一個錯誤位元數超過錯誤位元數門檻值的資料行，即資料行308，設為損壞資料行區間的起點；接著，進行損壞資料行區間的終點的判斷，即從檢視窗304的後端開始逐行向前判斷資料行的錯誤位元數是否超過錯誤位元數門檻值，而第一個錯誤位元數超過錯誤位元數門檻值的資料行，即資料行310，設為損壞資料行區間的終點。在特別的情況下，僅有一個的資料行的錯誤位元數超過錯誤位元數門檻值時，則損壞資料行區間的起點跟終點可為相同。
如圖5所示，檢視窗304中損壞資料行區間的起點為資料行308，損壞資料行區間的終點為資料行310，任何包含在損壞資料行區間的資料行，例如資料行312，皆視為損壞資料行，也就是損壞資料行區間包含了三個損壞資料行，因此可選擇標註此損壞資料行區間，或選擇一一標註此損壞資料行區之所有損壞資料行。資料儲存裝置中的控制單元將不會對已標註的損壞資料行區間存取資料。假設一個區段涵蓋五個資料行，而資料行308、310及312乃置於一個區段內。由於此區段中只有三個資料行被標註為損壞資料行，因此此區段中仍有二個資料行是正常而可供使用的。相較於習知技藝直接將此區段標註為損壞而使控制單元不會再對此區段存取資料的作法，本發明所提出之損壞資料行的篩選方式可以保留許多習知技藝中會被標註為損壞資料行的資料儲存空間，使資料儲存媒體10的可用容量能夠最大化。
在另一實施例中，可以預設檢視窗304的後端設為損壞資料行區間的終點，因此，步驟S208的程序可進一步地簡化，僅需找損壞資料行區間的起點即可。由於檢視窗304朝資料頁的後端逐行遞移後才導致步驟S206的判斷結果為真，因此，置於檢視窗304的後端的資料行很有可能是導致步驟S206的判斷結果為真的主因，因此，將其設為損壞資料行區間的終點是合理的假設，在此假設下，步驟S208的程序可進一步地簡化，亦可加速本發明損壞資料行的篩選方法的流程。在另一實施例中，與上述實施例相反，可以預設檢視窗304的前端設為損壞資料行區間的起點，因此，步驟S208的程序可進一步地簡化，僅需找損壞資料行區間的終點即可。由於檢視窗304朝資料頁的後端逐行遞移後才導致步驟S206的判斷結果為真，因此，可能的原因是檢視窗304的前端或是後端是損壞資料行，因此，將檢視窗304的前端設為損壞資料行區間的起點亦是合理的假設，在此假設下，步驟S208的程序可進一步地簡化，亦可加速本發明損壞資料行的篩選方法的流程。而在執行完步驟S208後，可以再返回步驟S205。
值得一提的是，在第二種資料劃分方式中，假設資料區11與備用區12已劃分完成，如圖6所示，資料區11的資料行劃分為8個區段（即M=8），即區段S0到S7，每一區段包含5個資料行（即Y=5），而資料行308、310及312皆置於區段S1中。當區段S1中的損壞資料行標註完後，控制單元便不會再對這個已標註的損壞資料行區段存取資料，且由於控制單元可以自由地調整資料區11及備用區12的大小，因此，可再重新劃分出多個區段，並使每一區段在扣除掉已標註的損壞資料行後仍同樣包括有五個資料行。圖7即為重新劃分多個區段的示意圖。如圖7所示，由於原區段S1中包含一個損壞資料行區間，或三個損壞資料行，因此區段S1的後端朝資料頁的後端移動三個資料行，以使區段S1在扣除掉損壞資料行區間後仍同樣包括有五個資料行。而由於區段S1的後端的改變，因此後續的區段，包括，區段S2至S7的位置也都會朝資料頁的後端移動三個資料行，這將導致備用區12減少了三個資料行。
在另一實施例中，假如標註的損壞資料行的數目過多，除了移動區段的位置之外，亦可減少區段的數目以符合使用者實際之需求。舉例來說，可將資料區11的區段數由8降至7，即消除區段S7，使剩下的7個區段能置於資料區11內，並使備用區12保有一定的大小以發揮其預設之功能。
請再參照圖7，因此，每當找到損壞資料行區間之起點與終點而加以標註，並將檢視窗304的後端往資料頁的後端移動後，以上述為例，檢視窗304的後端往後移動了三個資料行，在重新執行步驟S205且步驟S206的判斷結果否時，檢視窗304才移動，即檢視窗304的前端和後端才往資料頁的後端移動。
另外，損壞資料行的標註方式有許多種可能，例如，一一標註損壞資料行的位置，或以損壞資料行群組來標註，其中，損壞資料行群組可以標註損壞資料行區間的起點與長度（即起點與終點之間所涵蓋的資料行數目），或是結合一一標註以及損壞資料行群組，例如，損壞資料行的記錄筆數之上限值為128，可用以標註單獨存在的損壞資料行；損壞資料行群組之上限值也為128，可用以標註連續出現的損壞資料行。
在另一實施例中，錯誤位元數的總數可被替代為錯誤位元數的平均值，此乃數值計算上的另一種選擇，其他步驟可依上述之說明或類推得知，一樣可以達到本發明之目的，故不多作說明。
最後，為了避免樣本區塊本身的條件（即樣本區塊本身有過多或過少的損壞資料行）而影響本發明之損壞資料行的篩選方法的結果，當對樣本區塊（例如總數為4的樣本區塊）執行完本發明之損壞資料行的篩選方法後，依據其執行的結果先剔除損壞資料行數目最多及最少的樣本區塊，再依據剩餘的樣本區塊（例如總數為2的樣本區塊）的執行結果決定資料儲存媒體10的損壞資料行的位置及數目。或者，使用者亦可將樣本區塊中損壞資料行數目超過設定值的資料區塊予以剔除，避免樣本區塊本身的條件影響損壞資料行之判斷。
綜上所述，本發明因採用檢視窗來找出損壞資料行區間的起點與終點，因此可以從原本應視為整個損壞而忽略不使用的區段中找出損壞資料行區間而釋出正常而可供使用的資料行，進而保留了許多原本會被移除的資料儲存空間，使資料儲存媒體的可用容量能夠最大化。
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，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，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。
10‧‧‧資料儲存媒體
11‧‧‧資料區
12‧‧‧備用區
S0~SM-1‧‧‧區段
302‧‧‧直線
304‧‧‧檢視窗
306‧‧‧箭頭
308、310、312‧‧‧資料行
S201~S208‧‧‧步驟
B0~BZ-1‧‧‧資料區塊
S0~S7‧‧‧區段
P0~PN-1‧‧‧資料頁
圖1為資料儲存裝置的資料儲存媒體的示意圖； 　　圖2為依照本發明一實施例之損壞資料行的篩選方法的流程圖； 　　圖3為資料行的錯誤位元數的示意圖； 　　圖4係繪示將檢視窗向資料頁的後端遞移一個資料行的結果； 　　圖5為步驟S206之判斷結果為是的一種例子； 　　圖6為劃分完資料區與備用區的示意圖； 　　圖7為重新劃分多個區段的示意圖。
S201~S208‧‧‧步驟

Claims (10)

  1. 一種損壞資料行的篩選方法，可應用於一資料儲存媒體，該資料儲存媒體包括有多個資料區塊，每一該些資料區塊包括有多個資料行，該篩選方法包括：將一預設資料寫入至少一樣本區塊，該至少一樣本區塊係選自於該些資料區塊；讀取該至少一樣本區塊以取得一寫入資料；比對該預設資料與該寫入資料以計算該些資料行的多個錯誤位元數；定義一檢視窗，該檢視窗涵蓋部份該些資料行；加總該檢視窗所涵蓋之該些資料行的該些錯誤位元數，以取得一錯誤位元總數，並判斷該錯誤位元總數是否超過一可校正位元數；當判斷為真時，判斷該檢視窗中一損壞資料行區間的一起點跟一終點，其中，該起點跟該終點的該些錯誤位元數大於或等於一錯誤位元數門檻值；以及遞移該檢視窗。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的篩選方法，其中該可校正位元數不大於一錯誤校正碼的一最大可校正位元數。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的篩選方法，其中該錯誤位元數門檻值與一錯誤校正碼之最大可校正位元數有關。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的篩選方法，其中該遞移該檢視窗的步驟更包括依一第一方向逐行遞移該檢視窗。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的篩選方法，其中，該檢視窗的大小不大於該些資料區塊的一區段的大小，該區段涵蓋該至少一樣本區塊的部份該些資料行。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的篩選方法，其中，判斷該檢視窗中該損壞資料行區間的該起點跟該終點更包括標註該損壞資料行區間。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的篩選方法，其中，標註該損壞資料行區間係標註該損壞資料行區間之該起點跟該終點。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的篩選方法，其中，標註該損壞資料行區間係標註該起點以及置於該起點跟該終點之間的至少一該些損壞資料行的一數目。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的篩選方法，其中，標註該損壞資料行區間係一一標註置於該起點跟該終點之間的該些損壞資料行。
  10. 一種損壞資料行的篩選方法，可應用於一資料儲存媒體，該資料儲存媒體包括有多個資料區塊，每一該些資料區塊包括有多個資料行，該些資料行被區分成一資料區以及一備用區，該資料區包括複數區段，該篩選方法包括：將一預設資料寫入至少一樣本區塊，該至少一樣本區塊係選自於該些資料區塊；讀取該至少一樣本區塊以取得一寫入資料；比對該預設資料與該寫入資料以計算該些資料行的多個錯誤位元數；定義一檢視窗，該檢視窗的大小不大於其中之一該些區段；加總該檢視窗所涵蓋之該些資料行的該些錯誤位元數，以取得一錯誤位元總數，並判斷該錯誤位元總數是否超過一可校正位元數；當判斷為真時，判斷該檢視窗中一損壞資料行區間的一起點跟一終點，其中，該起點跟該終點的該些錯誤位元數大於或等於一錯誤位元數門檻值；標註該損壞資料行區間之該些資料行為複數損壞資料行；以及 遞移該檢視窗。
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