TWI601148B - 損壞資料行的篩選方法與具有損壞資料行總表的資料儲存裝置 - Google Patents

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Description

損壞資料行的篩選方法與具有損壞資料行總表的資料儲存裝置
本發明是關於資料儲存之相關技術，尤其是關於一種損壞資料行的篩選方法與一種具有損壞資料行總表的資料儲存裝置。
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，便不會再對記錄的損壞資料行存取資料，進而避免存取的資料發生錯誤。
資料儲存裝置係利用錯誤校正碼（error correcting code，ECC）來校正其所儲存的資料，習知的損壞資料行篩選方法不僅會浪費許多原本可用的資料儲存空間，亦無法有效地降低損壞資料行所造成的資料保存或校正的問題。
本發明之一目的在提供一種損壞資料行的篩選方法，其可應用於資料儲存媒體，使用此新篩選方法可以保留資料儲存媒體中許多原本會被錯殺的資料儲存空間，進而避免過分地減少資料儲存媒體的資料儲存容量。
本發明之另一目的在提供一種具有損壞資料行總表的資料儲存裝置，其採用上述之篩選方法。
本發明提出一種損壞資料行的篩選方法，其可應用於資料儲存媒體。所述之資料儲存媒體包括有複數資料區塊，每一資料區塊包括有複數資料行並將上述資料行劃分為複數區段，且所述資料儲存媒體包括有複數資料頁，每一資料頁包括位於同一列的資料行。所述之篩選方法包括：讀取至少一資料區塊之至少一資料頁的寫入資料；比對至少一預設資料與至少一資料頁的寫入資料以取得每一區段之每一資料行之錯誤位元數，並據以計算每一區段之錯誤數；選取其中之一區段其具有最大之錯誤數；以及將其中之一區段中具有最大之錯誤位元數之其中之一資料行記錄成損壞資料行。
本發明另提出一種具有損壞資料行總表的資料儲存裝置，所述資料儲存裝置包括控制單元以及資料儲存媒體，且資料儲存媒體包括有複數資料區塊，每一資料區塊包括有複數資料行並將上述資料行劃分為複數區段。所述之資料儲存媒體包括有複數資料頁，每一資料頁包括位於同一列的資料行。所述之損壞資料行總表係依據下列步驟而產生，包括：讀取至少一資料區塊之至少一資料頁的寫入資料；比對至少一預設資料與至少一資料頁的寫入資料以取得每一區段之每一資料行之錯誤位元數，並據以計算每一區段之錯誤數；選取其中之一區段其具有最大之錯誤數；以及將其中之一區段中具有最大之錯誤位元數之其中之一資料行記錄至損壞資料行總表。
本發明之篩選方法係在上述區段中找出具有最高的錯誤數的區段，再將此區段中具有最高錯誤位元數或最高平均錯誤位元數的資料行視為損壞資料行，並將其記錄至損壞資料行總表中，控制單元不會再對損壞資料行總表的損壞資料行存取資料，因此，除了損壞資料行之外，其他資料行皆可用以儲存資料，因此，可以將資料儲存媒體的資料儲存容量最佳化。
圖6為資料儲存裝置的示意圖。如圖6所示，資料儲存裝置包括有資料儲存媒體10與控制單元20，其中控制單元20電性耦接資料儲存媒體10，以對資料儲存媒體10存取資料。
圖1為資料儲存媒體的示意圖。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。其中，資料區11的資料行的總數可被M所整除。上述中的Z、N、M及Y皆為正整數。而在此例中，資料儲存媒體10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）、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。
接下來將說明本發明之損壞資料行的篩選方法，為了提高此方法之執行效率，較佳為隨機挑選資料儲存媒體10的數個資料區塊當作樣本區塊來執行本發明損壞資料行的篩選方法，而不必使用到全部的資料區塊，但不以此為限。以下將以資料區塊B0與B1作為樣本區塊來進行說明。
圖2為依照本發明一實施例之資料儲存媒體之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之資料頁（如步驟S201所示），以此例而言就是將預設資料寫入樣本區塊B0與B1之資料頁P0到PN-1，其中，預設資料可為連續相同、不同或隨機產生的資料。接著，讀取上述樣本區塊之資料頁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樣本區塊B0與B1之資料頁P0到PN-1所儲存的寫入資料。然後，以位元為單位，比對預設資料與寫入資料是否相同，如果有位元不同則視為錯誤位元，加總樣本區塊B0與B1之每一資料行的錯誤位元數（如步驟S203所示），以取得每一資料行之錯誤位元數的總數。需注意的是，由於資料行較佳可儲存8個位元，僅有1個位元資料錯誤則錯誤位元數為1；8個位元的資料全部錯誤則錯誤元數為8，以此類推。
假設M=8，圖3即繪示此8個區段的錯誤位元數之加總結果的示意圖，直線的位置代表資料行的位置，長度即代表對應之資料行之錯誤位元數的總數，長度愈長表示錯誤位元數的總數愈大，而資料行的錯誤位元數的總數低於一門檻值者予以省略。由圖3可知，區段S1有三條直線且直線304的長度最長；區段S4中有一條直線302且直線302的長度長於直線304。
請同時參照圖2與圖3，在執行完步驟S203之後，將每一區段的每一資料行之錯誤位元數的總數加總即可取得每一區段的錯誤位元數的總數（如步驟S204所示）。接著，選取錯誤位元數的總數最高的區段，如步驟S205所示。假設區段S4的直線302所對應之總數為60，而區段S1的三條直線所對應之總數分別25、30及20。雖然直線302所對應之總數大於直線304所對應之總數，但是，經過計算的結果，區段S1為錯誤位元數的總數最高的區段，其總數為75。在執行完步驟S205之後，將錯誤位元數的總數最高的區段中錯誤位元數的總數最大的資料行記錄為損壞資料行（如步驟S206所示）。由於區段S1中直線304的錯誤位元數的總數最大，因此被列成損壞資料行，並記錄在一個損壞資料行總表中，該損壞資料行總表可儲存於資料儲存裝置中。圖3中標上符號”x”的直線304即表示其被記錄為損壞資料行。重覆上述步驟即可將直線302記錄為損壞資料行，並記錄在一個損壞資料行總表，依此類推。
資料儲存裝置中的控制單元藉由讀取損壞資料行總表而得知損壞資料行之位置，便不會再對損壞資料行存取資料。當直線304被記錄為損壞資料行，造成區段S1的資料行的總數減少。為了確保區段S1的正常運作，區段S1的邊界向區段S2延申一個資料行，使區段S1的資料行的總數維持不變，而後續區段的邊界，包含區段S2至區段S7，則進行重新劃分，可想而知地，區段S7的邊界將包含備用區的一個資料行，而備用區將減少一個資料行。圖4為重新劃分多個區段的示意圖。如圖4所示，由於區段S1中包含有一個損壞資料行，因此區段S1的右邊界右移至原本屬於區段S2的資料行306，使區段S1在扣除掉損壞資料行後的資料行的總數維持不變。而由於區段S1的右邊界右移一個資料行，因此區段S2至區段S7的邊界也都會右移一個資料行，而區段S7的邊界將包含備用區的一個資料頁308。當重覆上述的步驟四次後，區段S1的三條直線且以及區段S4的一條直線302都會被記錄至損壞資料行總表中，使重新劃分後之多數區段的位元錯誤平均值越來越接近。
ECC的校正能力與區段中所包含的位元錯誤數成反比。以上述區段S1以區段S2為例，區段S1的損壞資料行的錯誤位元數皆小於直線302的錯誤位元數，然而，區段S1的錯誤位元數的總數卻大於區段S4，可能超過ECC的校正能力，因此，區段S1比區段S4更需要移除區段內的損壞資料行。
上述找出損壞資料行的操作可以重覆地執行，直到損壞資料行總表已無法再記錄損壞資料行為止，例如：上限為256條損壞資料，或所有區段的平均錯誤位元數皆低於一個門檻值為止，例如：門檻值為10。利用本發明損壞資料行的篩選方法來移除損壞資料行，可有效地降低需修正的錯誤位元數超出了錯誤校正碼的修正能力（例如可修正44個錯誤位元），而導致必須將對應的整個資料頁視為損壞資料頁之情況。綜上所述，本發明所提出的損壞資料行的篩選方法雖然會降低備用區的資料行的數目，但是可以使用原本會被記錄而不再使用的區段，這使得資料儲存裝置所能提供的資料儲存容量增加，同時也確保資料儲存裝置所儲存的資料皆能被有效地讀取或校正。
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。
在另一實施例中，為了加速本發明所提出的損壞資料行的篩選方法之執行，僅計算少數資料頁的每一資料行的錯誤位元數，而非全部資料頁的每一資料行的錯誤位元數。此乃數值取樣上的另一種選擇，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。
圖5為資料儲存媒體的另一示意圖。圖5與圖1的主要差別在於備用區12的位置。如圖5所示，備用區12與資料區11皆置於同一區段內，如區段S1所示。此乃資料儲存媒體在資料管理上的設計，仍可適用本發明所提出的損壞資料行的篩選方法。
綜上所述，本發明之篩選方法係在上述區段中找出具有最高的平均錯誤位元數的區段，再將此區段中具有最高錯誤位元數或最高平均錯誤位元數的資料行視為損壞資料行，並將其記錄至損壞資料行總表中，控制單元不會再對損壞資料行總表的損壞資料行存取資料，因此，除了損壞資料行之外，其他資料行皆可用以儲存資料，因此，可以將資料儲存媒體的資料儲存容量最佳化，
10‧‧‧資料儲存媒體 11‧‧‧資料區 12‧‧‧備用區 S0-S7‧‧‧區段 20‧‧‧控制單元 302、304、306、308‧‧‧直線 S201~S206‧‧‧步驟 B0~BZ-1‧‧‧資料區塊 P0、PN-1‧‧‧資料頁
圖1為資料儲存媒體的示意圖； 圖2為依照本發明一實施例之資料儲存媒體之損壞資料行的篩選方法的流程圖； 圖3繪示8個區段的錯誤位元數之加總結果的示意圖； 圖4為重新劃分多個區段的示意圖； 圖5為資料儲存媒體的另一示意圖； 圖6為資料儲存裝置的示意圖。
S201~S206‧‧‧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，所述之資料儲存媒體包括有複數資料區塊，每一該等資料區塊包括有複數資料行並將該等資料行劃分為複數區段，所述之資料儲存媒體包括有複數資料頁，每一該等資料頁包括位於同一列的該等資料行，該篩選方法包括： 讀取至少一該等資料區塊之至少一該等資料頁的一寫入資料； 比對至少一預設資料與至少一該等資料頁的該寫入資料以取得每一該等區段之每一該等資料行之一錯誤位元數，並據以計算每一該等區段之一錯誤數； 選取其中之一該等區段其具有最大之該錯誤數；以及 將其中之一該等區段中具有最大之該錯誤位元數之其中之一該等資料行記錄成該損壞資料行。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之篩選方法，其中該錯誤數為一錯誤位元數的總數。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之篩選方法，其中該錯誤數為一錯誤位元數的平均值。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之篩選方法，其中每一該等區段包括一資料區以及一備用區。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之篩選方法，其中每一該等資料頁包括一資料區以及一備用區且該等區段置於該資料區。
  6. 一種具有一損壞資料行總表的資料儲存裝置，該資料儲存裝置包括一控制單元以及一資料儲存媒體，該資料儲存媒體包括有複數資料區塊，每一該等資料區塊包括有複數資料行並將該等資料行劃分為複數區段，所述之資料儲存媒體包括有複數資料頁，每一該等資料頁包括位於同一列的該等資料行，該損壞資料行總表係依據下列步驟而產生，包括： 讀取至少一該等資料區塊之至少一該等資料頁的一寫入資料； 比對至少一預設資料與至少一該等資料頁的該寫入資料以取得每一該等區段之每一該等資料行之一錯誤位元數，並據以計算每一該等區段之一錯誤數； 選取其中之一該等區段其具有最大之該錯誤數；以及 將其中之一該等區段中具有最大之該錯誤位元數之其中之一該等資料行記錄至該損壞資料行總表。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之資料儲存裝置，其中該錯誤數為一錯誤位元數的總數。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之資料儲存裝置，其中該錯誤數為一錯誤位元數的平均值。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之資料儲存裝置，其中每一該等區段包括一資料區以及一備用區。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之資料儲存裝置，其中每一該等資料頁包括一資料區以及一備用區且該等區段置於該資料區。
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