TWI738308B - 基於分頁模式備份資料的固態硬碟以及基於分頁模式的固態硬碟資料備份方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種基於分頁模式備份資料的固態硬碟，其包含控制器及快閃記憶體。控制器包含主控晶片及韌體，主控晶片控制快閃記憶體之資料存取，主控晶片控制韌體執行觸發指令。快閃記憶體與主控晶片相連接並包含下資料分頁及上資料分頁，下資料分頁用以儲存固態硬碟之資料。韌體執行觸發指令，將下資料分頁中儲存的固態硬碟之資料，在上資料分頁中形成對應之備份資料，其中複數個上資料分頁及複數個下資料分頁組成一個區塊，且儲存備份資料之上資料分頁，以及對應固態硬碟之資料存取的下資料分頁位於相同區塊。

Description

基於分頁模式備份資料的固態硬碟以及基於分頁模式的固 態硬碟資料備份方法

本發明是有關於一種固態硬碟資料備份還原機制，特別是有關於一種基於分頁模式的固態硬碟資料備份還原機制。

習知的NAND型快閃記憶體組成的固態硬碟的操作方式，基本上採取多分頁(Page)儲存方式，而同一個區塊(Bloek)則包括複數個分頁。舉例以雙層單元(Multi-Level Cell,MLC)快閃記憶體組成的固態硬碟來說，其中的分頁可以由單層單元(Single-Level Cell,SLC)模式的分頁及MLC模式的分頁組成，當固態硬碟以資料的存取速度做為考量時，僅使用SLC模式的分頁進行資料的寫入及讀取時，其配對的MLC模式的分頁將不會被使用到，因此容量將會減少一半，這部分的硬碟空間將造成浪費。

由以上描述可知，三層單元(Triple-Level Cell,TLC)快閃記憶體組成的固態硬碟也會有上述除了SLC模式的分頁之外的分頁的硬碟空間浪費的問題發生。

為了解決上述習知技術產生的問題，本發明揭露一種基於分頁模式備份資料的固態硬碟，其包含控制器及快閃記憶體。控制器包含主控晶片及韌體。主控晶片控制快閃記憶體之資料存取，主控晶片控制韌體執行觸發指令。

快閃記憶體包含下資料分頁(lower page)及上資料分頁(upper page)。下資料分頁用以儲存固態硬碟之資料，韌體藉由執行觸發指令，將下資料分頁中儲存的固態硬碟之資料，在上資料分頁中形成對應之備份資料，其中複數個上資料分頁及複數個下資料分頁組成一個區塊(block)，且儲存備份資料之上資料分頁，以及對應固態硬碟之資料存取之下資料分頁位於相同區塊。

根據本發明之實施例，其中控制器進一步包含藉由主控晶片控制韌體執行還原指令，將備份資料還原至對應的下資料分頁。

根據本發明之實施例，其中下資料分頁對應至單層單元分頁(Single-Level Cell Page,SLC Page)。

根據本發明之實施例，其中上資料分頁對應至雙層單元分頁(Multi-Level Cell Page,MLC Page)。

本發明也揭露基於分頁模式的固態硬碟資料備份方法，其適用於包含一控制器及一快閃記憶體之一固態硬碟，該控制器包括一主控晶片及一韌體，該快閃記憶體與該控制器相連接，該基於分頁模式的固態硬碟資料備份方法至少包含以下步驟：藉由主控晶片控制韌體執行初始化指令，將快閃記憶體之上資料分頁從禁止存取狀態轉變成允許備份狀態。藉由主控晶片控制韌體執行觸發指令，將快閃記憶體之下資料分頁從正常操作狀態轉變成資料備份狀態，且將下資料分頁儲存之資料在對應之上資料分頁中形成備份資 料。當觸發指令執行完畢之後，主控晶片控制下資料分頁從資料備份狀態回復至正常操作狀態。

根據本發明之實施例，基於分頁模式的固態硬碟資料備份方法進一步包含以下步驟：藉由主控晶片控制韌體執行還原指令，將下資料分頁從正常操作狀態轉變成資料還原狀態，且將上資料分頁之備份資料在對應之下資料分頁中形成還原資料。當還原指令執行完畢之後，主控晶片控制下資料分頁從資料備份狀態回復至正常操作狀態。

根據本發明之實施例，其中觸發指令及還原指令包含在下資料分頁及上資料分頁之間的邏輯區塊位址映射。

根據本發明之實施例，其中於形成備份資料或形成還原資料之步驟中，執行差異化資料移轉動作。

承上所述，本發明之基於分頁模式備份資料的固態硬碟，以及基於分頁模式的固態硬碟資料備份方法，具有以下優點：

(1)藉由基於分頁模式的固態硬碟備份還原方法，快閃記憶體中的上資料分頁，例如MLC Page、TLC Page及其組合可以作為備份還原資料的硬碟空間，不需要額外的儲存裝置空間，可以減少硬碟空間的浪費。

(2)藉由基於分頁模式備份的固態硬碟裝置，韌體直接作資料的備份及還原，不需要將資料讀取寫入到系統上，可以提升效率，縮短運作時間，且可以彌補MLC Page及TLC Page先天上讀取寫入速度較慢的缺點。

100:固態硬碟

110:控制器

111:主控晶片

112:韌體

120:快閃記憶體

121:下資料分頁

122:上資料分頁

123:儲存資料

124:備份資料

125:還原資料

300:區塊

301、303、305:單層單元分頁

302、304、306:雙層單元分頁

S0至S4:步驟

為讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖為根據本發明之實施例的固態硬碟示意圖。

第2圖為根據本發明之實施例的固態硬碟資料備份方法流程圖。

第3圖為根據本發明之實施例的固態硬碟之分頁的資料備份及資料還原示意圖。

以下根據第1圖至第3圖，說明本發明的實施方式。所做說明並非為限制本發明的實施方式，而僅為本發明之實施例。

參閱第1圖，其為根據本發明之實施例的固態硬碟示意圖，且搭配參閱第3圖，其為根據本發明之實施例的固態硬碟之分頁的資料備份及資料還原示意圖。如第1圖所示，基於分頁模式進行資料備份的固態硬碟100包含控制器110及快閃記憶體120。控制器110包含主控晶片111及韌體112。快閃記憶體120與控制器110相連接，主控晶片111控制固態硬碟100之快閃記憶體120之資料存取，韌體112與主控晶片111相連接，且主控晶片111控制韌體112執行觸發指令。

快閃記憶體120包含下資料分頁121(lower page)及上資料分頁122(upper page)。下資料分頁121用以儲存固態硬碟100之資料，韌體112藉由執行觸發指令，將下資料分頁121中儲存的固態硬碟100之資料，在上資料分頁122中形成對應之備份資料。如第3圖所示，其中複數個上資料分頁122及複數個下資料分頁121組成一個區塊300(block)，且儲存備份資料之上資料分頁122，以及對應固態硬碟100之資料存取的下資料分頁121位於相同區塊300。

上述提及的區塊，在快閃記憶體120中通常做為資料抹除(Erase)的最小單位，與前述的資料讀取及資料寫入以分頁(Page)作為最小單位不同。

根據本發明的一個實施例，控制器110進一步包含藉由主控晶片111控制韌體112執行還原指令，將備份資料還原至對應的下資料分頁121。

根據本發明的一個實施例，上述的下資料分頁121可以對應至單層單元分頁301。此處指的單層單元分頁301，除了可以直接由單層單元(Single-Level Cell,SLC)構成之外，出於成本考量，也可以由存取速度較慢的雙層單元(Multi-Level Cell,MLC)構成，再藉由操作方式的修改，模擬成單層單元分頁301，因此下資料分頁121可以用以讀取資料及寫入資料。

根據本發明的一個實施例，上述的上資料分頁122可以對應至雙層單元分頁302。此處指的雙層單元分頁302，即是上述將雙層單元構成的分頁模擬成單層單元分頁301之後，其配對的分頁。

上述舉例的單層單元分頁301及雙層單元分頁302，是用由雙層單元組成的快閃記憶體120作為實施例。同理，也可以用由三層單元(Triple-Level Cell,TLC)組成的快閃記憶體120作為實施例，快閃記憶體120將三層單元構成的分頁模擬成單層單元分頁301，但是容量將因此變成原來的三分之一，利用本發明的實施例的固態硬碟資料備份方法及固態硬碟100，同樣的可以將浪費掉的快閃記憶體120空間作為資料備份與資料還原用，其詳細過程在此不贅述。

參閱第2圖，其為根據本發明之實施例的固態硬碟資料備份方法流程圖。如圖所示，其固態硬碟備份方法，適用於上述基於分頁模式備份資料的固態硬碟100，其至少包含以下步驟(S0至S2)：

步驟S0：藉由主控晶片111控制韌體112執行初始化指令，將上資料分頁122從禁止存取狀態轉變成允許備份狀態。

步驟S1：藉由主控晶片111控制韌體112執行觸發指令，將下資料分頁121從正常操作狀態轉變成資料備份狀態，且將下資料分頁121儲存之資料在對應之上資料分頁122中形成備份資料。

步驟S2：當觸發指令執行完畢之後，主控晶片111控制下資料分頁121從資料備份狀態回復至正常操作狀態。

根據本發明的一個實施例，固態硬碟資料備份方法進一步包含以下步驟：

步驟S3：藉由主控晶片111控制韌體112執行還原指令，將下資料分頁121從正常操作狀態轉變成資料還原狀態，且將上資料分頁122之備份資料在對應之下資料分頁121中形成還原資料。

步驟S4：當還原指令執行完畢之後，主控晶片111控制下資料分頁121從資料備份狀態回復至正常操作狀態。

綜合上述步驟S0至S4的步驟可以理解，本發明的實施例所提供的基於分頁模式的固態硬碟資料備份方法，可以讓使用者把一般固態硬碟中，因為考量存取速度而浪費掉的固態硬碟空間(例如本發明的實施例所對應的上資料分頁122)重新被利用。

舉例來說，一般筆記型電腦中的固態硬碟中，會有部分空間預留給維持系統正常運作所需的資料做備份使用，因此使用者無法對這部分的空間作存取動作，藉由本發明的實施例提供的固態硬碟資料備份方法，可以省略掉這部分的預留空間，讓使用者可以存取的空間變大。

上述步驟S0的有無，可以理解成進階的固態硬碟使用者與一般固態硬碟使用者的差異，亦即對進階使用者而言，可以自行決定是否把快閃記 憶體中的上資料分頁作為備份空間使用，當執行步驟S0時，即是代表進階使用者藉由韌體發出一個初始化指令，將快閃記憶體中原本無法進行資料讀取及資料寫入的上資料分頁，轉變成作為資料備份及資料還原使用。對於一般使用者而言，步驟S0的動作已經由開發者執行完畢，一般使用者不必再藉由韌體發出初始化指令，即可對快閃記憶體的上資料分頁進行資料備份或資料還原的動作。

根據本發明的一個實施例，上述觸發指令及還原指令包含在下資料分頁121及上資料分頁122之間的邏輯區塊位址映射。這代表在做資料還原時，要先將下資料分頁121的資料的位址告知上資料分頁122，如此一來才能把上資料分頁122中備份的資料，還原到下資料分頁121中的正確對應位置。

根據本發明的一個實施例，上述觸發指令及還原指令包含在邏輯區塊位址映射後，執行差異化資料移轉動作，也就是說，在上述形成備份資料或形成還原資料之步驟中，執行差異化資料移轉動作。上述差異化資料移轉動作，指的是在將下資料分頁121的資料的邏輯區塊位址映射至上資料分頁122之後，不必把上資料分頁122的每一筆資料都還原到下資料分頁121，而是比對下資料分頁121中的資料，與上資料分頁122中對應的邏輯區塊位址的資料是否相同，只有當兩者有差異時，才將上資料分頁122中對應的資料還原至下資料分頁121。

為了更詳細理解本發明的固態硬碟100的資料備份及資料還原流程，可以依序參閱第3圖的(3a)部份至(3d)部份。首先參閱(3a)部份，在韌體112執行初始化指令之前，資料讀取及資料寫入只在區塊300中的單層單元分頁301、303及305中進行，雙層單元分頁302、304及306的空間將無法使用。在快 韌體112執行初始化指令之後，雙層單元分頁302、304及306的空間將可以作為資料備份及資料還原時使用。

上述的初始化指令，可以在固態硬碟100販售給使用者之前，就先由製造商先執行完畢，或者可以讓進階使用者自行執行。快閃記憶體120在韌體112執行初始化指令之前，或者在韌體112執行初始化指令之後且執行觸發指令之前，都維持在正常操作狀態，只能對下資料分頁121(對應第3圖的單層單元分頁301、303及305)進行資料讀取及資料寫入。

接著參閱(3b)部份，使用者欲進行資料備份時，即可利用韌體112執行觸發指令，此時快閃記憶體120中的單層單元分頁301、303及305中的資料(例如，分別對應資料A、資料B及資料C)，將備份到對應的雙層單元分頁302、304及306中(例如，分別對應資料A、資料B及資料C)。當資料備份完成之後，快閃記憶體120回復到正常操作狀態。

接著參閱(3c)部份，快閃記憶體120中的單層單元分頁301、303及305中的資料經過存取之後，資料狀態發生改變(例如，分別對應資料A"、資料B及資料C")，而此時使用者決定進行資料還原動作，因此藉由韌體112執行還原指令。

接著參閱(3d)部份，韌體112執行還原指令之後，將雙層單元分頁302、304及306中的資料(例如，分別對應資料A、資料B及資料C)還原至單層單元分頁301、303及305中，至此完成資料備份及資料還原的一個循環。之後，可以等待韌體112下一次執行觸發指令，再依序進行步驟S1到步驟S4的資料備份及資料還原的動作。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

100:固態硬碟

110:控制器

111:主控晶片

112:韌體

120:快閃記憶體

121:下資料分頁

122:上資料分頁

123:儲存資料

124:備份資料

125:還原資料

300:區塊

301、303、305:單層單元分頁

302、304、306:雙層單元分頁

Claims (8)

1. 一種基於分頁模式備份資料的固態硬碟，其包含：一控制器，其包含：一主控晶片；以及一韌體，與該主控晶片相連接，其中該主控晶片控制該韌體執行一觸發指令；以及一快閃記憶體，與該控制器相連接，其中該主控晶片控制該快閃記憶體之資料存取，該快閃記憶體包含：一下資料分頁(lower page)，該下資料分頁用以儲存該固態硬碟之資料；以及一上資料分頁(upper page)，該韌體藉由執行該觸發指令，將該下資料分頁中儲存的該固態硬碟之資料，在該上資料分頁中形成對應之一備份資料，其中複數個該上資料分頁及複數個該下資料分頁組成一區塊(block)，且儲存該備份資料之該上資料分頁，以及對應該固態硬碟之資料存取之該下資料分頁位於相同之該區塊。
2. 如請求項1所述之基於分頁模式備份資料的固態硬碟，其中該控制器進一步包含藉由該主控晶片控制該韌體執行一還原指令，將該備份資料還原至對應的該下資料分頁。
3. 如請求項1所述之基於分頁模式備份資料的固態硬碟，其中該下資料分頁對應至一單層單元分頁(Single-Level Cell Page,SLC Page)。
4. 如請求項1所述之基於分頁模式備份資料的固態硬碟，其中該上資料分頁對應至一雙層單元分頁(Multi-Level Cell Page,MLC Page)。
5. 一種基於分頁模式的固態硬碟資料備份方法，其適用於包含一控制器及一快閃記憶體之一固態硬碟，該控制器包括一主控晶片及一韌體，該快閃記憶體與該控制器相連接，該基於分頁模式的固態硬碟資料備份方法至少包含以下步驟：藉由該主控晶片控制該韌體執行一初始化指令，該初始化指令將該快閃記憶體之一上資料分頁從一禁止存取狀態轉變成一允許備份狀態；藉由該主控晶片控制該韌體執行一觸發指令，該觸發指令將該快閃記憶體之一下資料分頁從一正常操作狀態轉變成一資料備份狀態，且將該下資料分頁儲存之資料在對應之該上資料分頁中形成一備份資料；以及當該觸發指令執行完畢之後，該主控晶片控制該下資料分頁從該資料備份狀態回復至該正常操作狀態。
6. 如請求項5所述之基於分頁模式的固態硬碟資料備份方法，其進一步包含以下步驟：藉由該主控晶片控制該韌體執行一還原指令，該還原指令將該下資料分頁從該正常操作狀態轉變成一資料還原狀態，且將該上資料分頁之該備份資料在對應之該下資料分頁中形成一還原資料；以及當該還原指令執行完畢之後，該主控晶片控制該下資料分頁從該資料備份狀態回復至該正常操作狀態。
7. 如請求項6所述之基於分頁模式的固態硬碟資料備份方法，其中該觸發指令及該還原指令包含在該下資料分頁及該上資料分頁之間的邏輯區塊位址映射。
8. 如請求項7所述之基於分頁模式的固態硬碟資料備份方法，其中於形成該備份資料或形成該還原資料之步驟中，執行一差異化資料移轉動作。

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