TWI754396B

TWI754396B - 快閃記憶體的資料儲存方法及裝置以及電腦程式產品

Info

Publication number: TWI754396B
Application number: TW109133806A
Authority: TW
Inventors: 柯冠宇
Original assignee: 慧榮科技股份有限公司
Priority date: 2020-09-29
Filing date: 2020-09-29
Publication date: 2022-02-01
Also published as: TW202213085A

Abstract

本發明涉及一種快閃記憶體的資料儲存方法、裝置以及電腦程式產品，該方法由處理單元載入並執行快閃記憶體翻譯層的程式碼時實施，包含：將閃存模組的儲存空間劃分為第一區和第二區；將從主機端接收的屬於第一分區類型的資料只寫入第一區中的第一實體塊；以及將從主機端接收的屬於第二分區類型的資料寫入第一區中的第一實體塊和第二區中的第二實體塊。通過以上所述閃存模組的區域劃分和採用依據不同分區類型的資料特性來寫入資料的政策，可更有效地使用閃存模組的儲存空間。

Description

快閃記憶體的資料儲存方法及裝置以及電腦程式產品

本發明涉及儲存裝置，尤指一種快閃記憶體的資料儲存方法、裝置以及電腦程式產品。

閃存通常分為NOR閃存與NAND閃存。NOR閃存為隨機存取裝置，中央處理器(Host)可於位址腳位上提供任何存取NOR閃存的位址，並及時地從NOR閃存的資料腳位上獲得儲存於該位址上的資料。相反地，NAND閃存並非隨機存取，而是序列存取。NAND閃存無法像NOR閃存一樣，可以存取任何隨機位址，中央處理器反而需要寫入序列的位元組(Bytes)的值到NAND閃存中，用於定義請求命令(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(閃存中寫入作業的最小資料塊)或一個區塊(閃存中抹除作業的最小資料塊)。

有效地使用NAND閃存空間來儲存不同類型的主機資料，一直在閃存控制器中是個重要的議題。因此，本發明提出一種快閃記憶體的資料儲存方法及裝置以及電腦程式產品，適應於不同類型的主機資料。

有鑑於此，如何減輕或消除上述相關領域的缺失，實為有待解決的問題。

本說明書涉及一種快閃記憶體的資料儲存方法，由處理單元載入並執行快閃記憶體翻譯層的程式碼時實施，包含：將閃存模組的儲存空間劃分為第一區和第二區；將從主機端接收的屬於第一分區類型的資料只寫入第一區中的第一實體塊；以及將從主機端接收的屬於第二分區類型的資料寫入第一區中的第一實體塊和第二區中的第二實體塊。

本說明書另涉及一種電腦程式產品，用於快閃記憶體的資料儲存，包含由處理單元載入並執行快閃記憶體翻譯層的程式碼。

本說明書更另涉及一種快閃記憶體的資料儲存裝置，包含閃存介面、主機介面和處理單元。處理單元將閃存模組的儲存空間劃分為第一區和第二區；驅動閃存介面將通過主機介面從主機端接收的屬於第一分區類型的資料只寫入第一區中的第一實體塊；以及驅動閃存介面將通過主機介面從主機端接收的屬於第二分區類型的資料寫入第一區中的第一實體塊和第二區中的第二實體塊。

第一區包含多個第一實體塊，第二區包含多個第二實體塊，每個第一實體塊只能使用單層式單元模式來寫入資料，每個第二實體塊能夠使用單層式單元模式或非單層式單元模式來寫入資料。單層式單元模式編程記憶單元以儲存二個狀態中的一個，非單層式單元模式編程記憶單元以儲存四個或更多狀態中的一個。

上述實施例的優點之一，通過以上所述閃存模組的區域劃分和採用依據不同分區類型的資料特性來寫入資料的政策，可更有效地使用閃存模組的儲存空間。

本發明的其他優點將搭配以下的說明和圖式進行更詳細的解說。

10:電子裝置

110:主機端

130:閃存控制器

131:主機介面

132:匯流排

134:處理單元

136:隨機存取記憶體

138:直接記憶體存取控制器

139:閃存介面

150:閃存模組

151:介面

153#0~153#15:NAND閃存單元

CH#0~CH#3:通道

CE#0~CE#3:致能訊號

300:檔案系統

310#1~310#8:分區

350,450:快閃記憶體翻譯層

155#1:單層式單元區

155#3:非單層式單元區

S510~S560:方法步驟

S610~S640:方法步驟

S710~S760:方法步驟

S810~S840:方法步驟

S910~S930:方法步驟

圖1為依據本發明實施例的電子裝置的系統架構圖。

圖2為依據本發明實施例的閃存模組的示意圖。

圖3為一些實施方式的主機分區和儲存區域間的對照示意圖。

圖4為依據本發明實施例的主機分區和儲存區域間的對照示意圖。

圖5為依據本發明實施例的資料寫入的方法流程圖。

圖6為依據本發明實施例的儲存空間整理的方法流程圖。

圖7為依據本發明實施例的跨區磨耗平均的方法流程圖。

圖8為依據本發明實施例的跨區讀取刷新的方法流程圖。

圖9為依據本發明實施例的跨區讀取再生的方法流程圖。

以下說明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，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」等詞是用來修飾權利要求中的元件，並非用來表示之間具有優先順序，前置關係，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。

必須了解的是，當元件描述為「連接」或「耦接」至另一元件時，可以是直接連結、或耦接至其他元件，可能出現中間元件。相反地，當元件描述為「直接連接」或「直接耦接」至另一元件時，其中不存在任何中間元件。使用來描述元件之間關係的其他語詞也可類似方式解讀，例如「介於」相對於「直接介於」，或者是「鄰接」相對於「直接鄰接」等等。

參考圖1。電子裝置10包含主機端(Host Side)110、閃存控制器130及閃存模組150，並且閃存控制器130及閃存模組150可合稱為裝置端(Device Side)。電子裝置10可實施於個人電腦、筆記型電腦(Laptop PC)、平板電腦、手機、數位相機、數位攝影機等電子產品之中。主機端110與閃存控制器130的主機介面(Host Interface) 131可以通用序列匯流排(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)、通用快閃記憶儲存(Universal Flash Storage UFS)、嵌入式多媒體卡(Embedded Multi-Media Card eMMC)等通訊協定彼此溝通。閃存控制器130的閃存介面(Flash Interface)139與閃存模組150可以雙倍資料率(Double DataRate DDR)通訊協定彼此溝通，例如，開放NAND快閃(Open NAND Flash Interface ONFI)、雙倍資料率開關(DDR Toggle)或其他通訊協定。閃存控制器130包含處理單元134，可使用多種方式實施，如使用通用硬體(例如，單一處理器、具平行處理能力的多處理器、圖形處理器或其他具運算能力的處理器)，並且在執行軟體以及/或韌體指令時，提供之後描述的功能。處理單元134通過主機介面131接收主機命令，例如讀取命令(Read Command)、寫入命令(Write Command)、抹除命令(Erase Command)等，排程並執行這些命令。閃存控制器130另包含隨機存取記憶體(Random Access Memory，RAM)136，可實施為動態隨機存取記憶體(Dynamic Random Access Memory，DRAM)、靜態隨機存取記憶體(Static Random Access Memory，SRAM)或上述兩者的結合，用於配置空間作為資料緩衝區，儲存從主機端110讀取並即將寫入閃存模組150的主機資料，以及從閃存模組150讀取並即將輸出給主機端110的主機資料。隨機存取記憶體136另可儲存執行過程中需要的資料，例如，變數、資料表、主機-閃存對照表(Host-to-Flash H2F Table)、閃存-主機對照表(Flash-to-Host F2H Table)等。閃存介面139包含NAND閃存控制器(NAND Flash Controller NFC)，提供存取閃存模組150時需要的功能，例如命令序列器(Command Sequencer)、低密度奇偶校驗(Low Density Parity Check LDPC)等。

閃存控制器130中可配置匯流排架構(Bus Architecture)132，用於讓元件之間彼此耦接以傳遞資料、位址、控制訊號等，這些元件包含主機介面131、處理單元134、RAM 136、直接記憶體存取(Direct Memory Access，DMA)控制器138、閃存介面139等。DMA控制器138可依據處理單元134的指令，通過匯流排架構132在元件間遷移資料，例如，將主機介面131或閃存介面139中特定資料緩存器(Data Buffer)的資料搬到RAM 136中的特定位址，將RAM 136中特定位址的資料搬到將主機介面131或閃存介面139中的特定資料緩存器等。

閃存模組150提供大量的儲存空間，通常是數百個千兆位元組(Gigabytes，GB)，甚至是數個兆兆位元組(Terabytes，TB)，用於儲存大量的主機資料，例如高解析度圖片、影片等。閃存模組150中包含控制電路以及記憶體陣列，記憶體陣列中的記憶單元可在抹除後組態為單層式單元(Single Level Cells，SLCs)、多層式單元(Multiple Level Cells，MLCs)三層式單元(Triple Level Cells，TLCs)、四層式單元(Quad-Level Cells，QLCs)或上述的任意組合。處理單元134通過閃存介面139寫入主機資料到閃存模組150中的指定位址(目的位址)，以及從閃存模組150中的指定位址(來源位址)讀取主機資料。閃存介面139使用數個電子訊號來協調閃存控制器130與閃存模組150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)。資料線可用於傳遞命令、位址、讀出及寫入的資料；控制訊號線可用於傳遞晶片致能(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。

參考圖2，閃存模組150中的介面151可包含四個輸出入通道(I/O channels，以下簡稱通道)CH#0至CH#3，每個通道連接四個NAND閃存單元，例如，通道CH#0連接NAND閃存單元153#0、153#4、153#8及153#12。每個NAND閃存單元可封裝為獨立的芯片(die)。閃存介面139可通過介面151發出致能訊號CE#0至CE#3中的一個來致能NAND閃存單元153#0至153#3、153#4至153#7、153#8至153#11、或153#12至153#15，接著以並行的方式從致能的NAND閃存單元讀取主機資料，或者寫入主機資料至致能的NAND閃存單元。

為了儲存不同類型的主機資料，NAND閃存單元153#0至153#15中的每一個可包含多個實體塊，並且每個實體塊可設置為SLC塊或非SLC塊(non-SLC Block)。NAND閃存單元153#0至153#15中的所有SLC塊可搜集起來稱為SLC區(SLC Region)，而其中的所有非SLC塊可搜集起來稱為non-SLC區(non-SLC Region)。SLC塊中的每個記憶單元在抹除後只能以SLC模式編程，而non-SLC塊中的每個記憶單元在抹除後可以SLC、MLC、TLC或QLC等模式編程。MLC、TLC和QLC模式可統稱為非SLC模式。每個MLC、TLC或QLC能夠比一個SLC儲存更多位元的資料，但是，SLC的資料耐用性(Data Retention)和存取速度卻優於MLC、TLC或QLC。SLC塊、MLC塊、TLC塊及QLC塊中的每個記憶體單元可分別儲存兩個、四個、八個及十六個狀態中的一個。SLC塊中的每個字元線(Word Line)可儲存一個頁面的資料。MLC塊中的每個字元線可儲存兩個頁面的資料，包含最高有效位頁面(Most Significant Bit，MSB Page)及最低有效位頁面(Least Significant Bit，LSB Page)。TLC塊中的每個字元線可儲存三個頁面的資料，包含最高有效位頁面、中間有效位頁面(Center Significant Bit，CSB Page)及最低有效位頁面。QLC塊中的每個字元線可儲存四個頁面的資料，包含頂部有效位頁面(Top Significant Bit，TSB Page)、最高有效位頁面、中間有效位頁面及最低有效位頁面。

參考圖3，主機端110會執行檔案系統(File System)300，實現資料的儲存、分級組織和存取等操作。例如，檔案系統300可對裝置端提供的儲存空間邏輯性分為第一和第二開機分區(Boot Partitions)310#1和310#2、重現保護記憶塊分區(Replay Protected Memory Block，RPMB Partition)310#3、第一至第四通用分區(General Purpose Partitions)310#4至310#7和使用者資料分區(User Data Partition)310#8。檔案系統300將邏輯性分區資訊傳送給閃存控制器130中執行的快閃記憶體翻譯層(Flash Translation Layer，FTL)350，這些資訊包含每個分區的編號和長度，而分區的長度通常以邏輯區塊位址(Logical Block Address，LBA)的數量表示。一個LBA編號可對應到固定長度的資料，例如512位元組的資料。通過檔案系統300，主機端110可儲存系統組態、開機程式在第一開機分區310#1，以及儲存驅動程式、作業系統在第二開機分區310#2。主機端110另可儲存各式各樣的應用程式到第一至第四通用分區(General Purpose Partitions)310#4至310#7，以及各式各樣的資料檔案到使用者資料分區310#8。舉例來說，當主機端110欲寫入開機程式到裝置端時，可發出主機寫命令給閃存控制器130，其中包含第一開機分區(Boot Partitions)310#1的編號、開始LBA編號、長度等資訊。當主機端110欲寫入視訊串流檔案到裝置端時，也可發出主機寫命令給閃存控制器130，其中包含使用者資料分區310#8的編號、開始LBA編號、長度等資訊。為了方便管理，在一些實施方式中，FTL 350依據主機資料的特性讓一部份分區的資料儲存在SLC區155#1，並且讓其他分區的資料儲存在non-SLC區155#3。FTL 350可依據主機寫命令中的分區編號將從主機端110接收的資料寫入到閃存模組150中的SLC區155#1或non-SLC區155#3中的一個或多個實體塊。詳細舉例來說，FTL 350將相應於第一和第二開機分區310#1和310#2和RPMB分區310#3的資料寫入SLC區155#1，並且將相應於第一至第四通用分區310#4至310#7和使用者資料分區310#8的資料寫入non-SLC區155#3。因此，SLC塊可用來儲存重要而不能出錯，且頻繁存取的系統資料，例如，作業系統、驅動程式、鍵值等等。 non-SLC塊可用來儲存大容量的系統資料和使用者資料，例如各式各樣的應用程式、文字處理、試算表、簡報、影像、音訊、視訊等檔案。

通常在初始時，FTL 350可配置超過第一和第二開機分區310#1和310#2和RPMB分區310#3的長度的空間給SLC區155#1。例如，雖然邏輯性分區資訊指出第一和第二開機分區310#1和310#2和RPMB分區310#3的總長度為8百萬位元組(Megabyte，MB)，但是FTL 350配置了10MB的儲存空間給SLC區155#1。然而，因為第一和第二開機分區310#1和310#2和RPMB分區310#3的資料通常很少變動，造成SLC區155#1擁有許多餘裕的空間都不會使用到。就算第一至第四通用分區(General Purpose Partitions)310#4至310#7和使用者資料分區(User Data Partition)310#8的資料即將寫滿non-SLC區155#3，SLC區155#1的餘裕空間也不能被使用。

為了解決如上所述實施方式的問題，本發明實施例提出一種新的配置方式，用於更有效地使用閃存模組150的儲存空間。參考圖4，FTL 450依據主機資料的特性讓一部份分區的資料只能儲存在SLC區155#1，並且讓其他分區的資料可儲存在SLC區155#1或non-SLC區155#3。舉例來說，FTL 450讓相應於第一和第二開機分區310#1和310#2和RPMB分區310#3的資料只能寫入SLC區155#1，並且將相應於第一至第四通用分區310#4至310#7和使用者資料分區310#8的資料能夠寫入SLC區155#1和non-SLC區155#3。詳細來說，當處理單元134載入並執行FTL 450的程式碼時實施快閃記憶體的資料儲存方法，包含：將閃存模組150的儲存空間劃分為SLC區155#1和non-SLC區155#3；驅動閃存介面139將通過主機介面131從主機端110接收的屬於第一、第二開機分區310#1和310#2和RPMB分區310#3的資料只寫入SLC區155#1中的實體塊；以及驅動閃存介面139將通過主機介面131從主機端110接收的屬於第一至第四通用分區310#4至310#7和使用者資料分區10#8的資料寫入SLC區155#1中的實體塊和non-SLC區155#3中的第二實體塊。

在一些實施例中，FTL 450可讓相應於第一至第四通用分區310#4至310#7和使用者資料分區310#8的隨機資料(Random Data)寫入SLC區155#1，並且讓相應於第一至第四通用分區310#4至310#7和使用者資料分區310#8的連續資料(Continuous Data)寫入non-SLC區155#3。參考圖5所示的資料寫入方法的流程圖，此方法由處理單元134載入及執行FTL 450的程式碼時實施，詳細說明如下：

步驟S510：通過主機介面131從主機端110接收主機寫入命令。

步驟S520：判斷待寫入資料是否屬於特定分區類型(Partition-type)。如果是，流程繼續進行步驟S530的處理；否則，流程繼續進行步驟S540的處理。舉例來說，FTL 450將所有分區分成兩種類型：第一分區類型包含第一和第二開機分區310#1和310#2和RPMB分區310#3；第二分區類型包含第一至第四通用分區310#4至310#7和使用者資料分區310#8。以上所述的特定分區類型指第一分區類型。處理單元134可通過檢查主機寫入命令中攜帶的分區號碼來完成判斷。

步驟S530：寫入資料到SLC區155#1中當前塊(Current Block)的一個或多個實體頁面。SLC區155#1中的每個實體塊可標記為三種狀態中的一個：閒置塊(Spare Blocks)、當前塊(Current Blocks)和資料塊(Data Blocks)。任何實體塊在不包含有效資料之後就可成為閒置塊。針對每個NAND閃存單元，閃存控制器130可從其中的每個資料平面的閒置塊中挑選出一個來作為當前塊，用來寫入主機寫入命令所請求儲存的資料。當資料寫滿當前塊後，閃存控制器130 關閉此實體塊不再寫入而只能讀取資料，此時，此實體塊稱為資料塊。接著，閃存控制器130從閒置塊中挑選出一個來作為新的當前塊，繼續新的資料寫入。FTL 450可在RAM 136中為每個當前塊維護實體-邏輯對照表(Physical-To-Logical，P2L Mapping Table)，用於依實體頁面的順序儲存每個實體頁面的資料屬於哪個LBA編號的資訊。一旦當前塊關閉而成為資料塊時，FTL 450可驅動閃存介面139來寫入P2L對照表到閃存模組150的指定位置。此外，FTL 450另需要更新邏輯-實體對照表(Logical-To-Physical，L2P Mapping Table)中的相應內容。L2P對照表依LBA編號的順序儲存每個LBA編號的資料儲存在哪個實體位址的資訊，實體位址可包含實體塊編號、實體頁面編號等資訊。FTL 450更新L2P對照表中被更新LBA編號的實體位址，用於指到SLC區155#1中相應的實體位址。

在這裡需要注意的是，L2P對照表中的每個LBA編號會對應到一個分區編號，用於指出此LBA編號資料屬於哪個分區。此外，依據初始的組態，L2P對照表中的每個實體位址屬於SLC區155#1或non-SLC區155#3。在一些實施例中，FTL 450可掃描L2P對照表中屬於第一至第四通用分區310#4至310#7和使用者資料分區310#8的LBA編號的實體位址來知道第一至第四通用分區310#4至310#7和使用者資料分區310#8中的每一個LBA編號的資料儲存在SLC區155#1或non-SLC區155#3中。

在一些實施例中，FTL 450為了區分SLC區155#1中每個實體塊或資料塊的每個實體頁面的資料屬於哪種分區類型，FTL 450可另在RAM 136中為SLC區155#1中每個實體塊或資料塊維護一個分區類型位元表(Partition-type Bit Table)，至少包含一個實體塊的全部頁面數目的位元，依實體位址的順序紀錄每個實體頁面屬於哪種分區類型的資訊。例如，當一個位元紀錄“1”時，代表相應實體頁面的資料屬於第二分區類型；當一個位元紀錄“0”時，代表相應實體頁面的資料屬於第一分區類型。當資料寫入完成，FTL 450更新分區類型位元表中相應於寫入實體頁面的位元值為“0”。

步驟S540：判斷主機寫入命令是否為隨機寫入命令。如果是，流程繼續步驟S550的處理；否則，流程進行步驟S560的處理。FTL 450可依據主機寫入命令欲寫入資料的長度來判斷是否為隨機寫入命令。假設主機端110管理資料的最小單位為4千位元組(Kilobyte，KB)，且每個實體頁面能夠儲存資料的長度為16KB時：當主機寫命令指示寫入短於16KB的資料時，FTL 450可判斷此主機寫入命令為隨機寫入命令。反之，表示此主機寫入命令為連續寫入命令，可能結合之前和/或之後的主機寫入命令，指示寫入一段長的連續資料。

步驟S550：寫入資料到SLC區155#1中當前塊的一個實體頁面。關於寫入資料後更新P2L對照表和L2P對照表的技術細節，所屬技術領域人員可根據步驟S530的說明推測而得，為求簡明不再贅述。在一些實施例中，FTL 450可更新分區類型位元表中相應於寫入實體頁面的位元值為“1”，代表此實體頁面的資料屬於第二分區類型。

步驟S560：寫入資料到non-SLC區155#3中當前塊的一個實體頁面。類似地，non-SLC區155#3中的每個實體塊可標記為三種狀態中的一個：閒置塊、當前塊和資料塊。關於non-SLC區155#3中改變每個實體塊的狀態的技術細節，所屬技術領域人員可根據步驟S530的說明推測而得，為求簡明不再贅述。此外，關於寫入資料到non-SLC區的當前塊後更新P2L對照表和L2P對照表的技術細節，所屬技術領域人員可根據步驟S530的說明推測而得，為求簡明不再贅述。

在這裡需要注意的是，步驟S530、S550和S560所指的資料寫入操作並不一定驅動閃存介面139馬上寫入資料到閃存模組150中，而是先將適當的寫入指令儲存到閃存介面139的佇列中，然後讓閃存介面139決定這些寫入指令的執行時機，本發明並不因此侷限。

當存取閃存模組150經過一段時間的存取後，SLC區155#1中的閒置塊數目會變動，FTL 450可維護一個閒置計數器，用來指出SLC區155#1中目前擁有的閒置塊的總數。每當SLC區155#1中的一個閒置塊變成當前塊時，閒置計數器減一。每當SLC區155#1中的一個資料塊變成閒置塊時，閒置計數器加一。此外，當存取閃存模組150經過一段時間的存取後，SLC區155#1中的許多實體頁面可能包含有效區段及無效區段(又稱為過期區段)，其中，有效區段儲存有效資料，無效區段儲存無效(舊的)資料。當FTL 450偵測到計數器低於一個閥值時，可讀取並蒐集一個資料塊中屬於第二分區類型的有效區段中的資料，接著，驅動閃存介面139重新以MLC、TLC或QLC模式寫入蒐集起來的有效資料至non-SLC區155#3中當前塊的空實體頁面。此外，FTL 450可讀取並蒐集此資料塊中屬於第一分區類型的有效區段中的資料，接著，驅動閃存介面139重新以SLC模式寫入蒐集起來的有效資料至SLC區155#1中當前塊的空實體頁面，使得SLC區155#1中這些包含無效的使用者資料的資料塊可在抹除後變成為閒置區塊讓其他資料使用。如上所述的程序稱為跨區垃圾回收程序(Cross-region Garbage Collection，GC Process)。值得注意的是，跨區垃圾回收程序以MLC、TLC或QLC模式寫入有效資料到non-SLC區155#3中的實體頁面時，可釋放SLC區155#1中二個或以上的實體頁面(又可稱為SLC頁面)的儲存空間。在跨區垃圾回收程序中，FTL 450會根據寫入操作的執行結果更新P2L對照表和L2P對照表的內容。

參考圖6所示的儲存空間整理方法的流程圖，此方法由處理單元134載入及執行FTL 450的程式碼時實施，詳細說明如下：

步驟S610：偵測到觸發訊號。此觸發訊號可代表裝置端即將進入休眠模式，到達預先設定的時間點，或接收到主機寫入命令，或者是代表已經滿足其他預先設定的啟動偵測的觸發條件。

步驟S620：讀取閒置計數器的值以獲得SLC區155#1中目前閒置塊的數目。

步驟S630：判斷目前閒置塊的數目是否低於閥值。如果是，則流程繼續進行步驟S640的處理；否則，流程繼續進行步驟S610的處理。

步驟S640：執行如上所述的跨區垃圾回收程序。

在跨區垃圾回收程序中，為了判斷SLC區155#1中一個資料塊的每個實體頁面儲存的資料屬於第一分區類型或第二分區類型，在一些實施例中，FTL 450可搜索此資料塊的分區類型位元表來獲得此資料塊中哪些實體頁面的資料屬於第二分區類型。舉例來說，當此資料塊的分區類型位元表中一個位元為“1”時，代表相應實體頁面的資料屬於第二分區類型，FTL 450可搜集相應實體頁面中的有效資料。

在另一些實施例中，FTL 450可搜索L2P對照表中屬於第二分區類型的LBA編號的實體位址來知道哪些LBA編號的資料儲存在SLC區155#1中，並且搜集SLC區155#1中符合條件的實體位址的有效資料。

為了讓SLC區155#1中的實體塊擁有接近的磨耗程度來延長使用壽命，FTL 450可適時地執行資料遷移程序。FTL 450可為每個實體塊紀錄一個抹除計數器，初始為0。在每次抹除一個實體塊後，將相應的抹除計數器加一。參考圖7所示的跨區磨耗平均(Cross-region Wear Leveling)方法的流程圖，此方法由處理單元134載入及執行FTL 450的程式碼時實施，詳細說明如下：

步驟S710：偵測到觸發訊號。此觸發訊號可代表裝置端即將進入休眠模式，或到達預先設定的時間點，或者是代表已經滿足其他預先設定的啟動偵測的觸發條件。

步驟S720：讀取SLC區155#1中第一個或下一個資料塊的抹除計數器的值，代表此資料塊已經抹除的次數。

步驟S730：判斷抹除計數器的值是否高於閥值。如果是，代表此資料塊的使用過熱，流程繼續進行步驟S740的處理；否則，代表此資料塊的使用正常，流程繼續進行步驟S750的處理。

步驟S740：標記此資料塊為遷移來源塊。FTL 450可在RAM 136中紀錄此資料塊的標記資訊。

步驟S750：判斷是否偵測完SLC區中的所有資料塊。如果是，流程繼續進行步驟S760的處理；否則，流程繼續進行步驟S720的處理。

步驟S760：執行資料遷移程序。

在如步驟S760所述的資料遷移程序的一些實施例中，FTL 450可驅動閃存介面139將SLC區155#1中遷移來源塊中屬於第二分區類型的多個實體頁面的資料原封不動地以MLC、TLC或QLC模式寫入到non-SLC區155#3中一個當前塊的一個實體頁面，此當前塊的抹除次數為non-SLC區155#3中相對較低的。此外，FTL 450可驅動閃存介面139將SLC區155#1中遷移來源塊中屬於第一分區類型的每個實體頁面的資料原封不動地以SLC模式寫入到SLC區155#1中一個當前塊的一個實體頁面，此當前塊的抹除次數為SLC區155#1中相對較低的。值得注意的是，當資料遷移程序分別以MLC、TLC或QLC模式寫入SLC區155#1中遷移來源塊的二個、三個或四個實體頁面的資料到non-SLC區155#3中的non-SLC頁面時，可釋放SLC區155#1中二個或以上的實體頁面的儲存空間。

在如步驟S760所述的資料遷移程序的另一些實施例中，FTL 450可驅動閃存介面139將SLC區155#1中遷移來源塊中屬於第二分區類型的多個實體頁面的有效資料搜集起來以MLC、TLC或QLC模式寫入到non-SLC區155#3中一個當前塊的一個實體頁面，此當前塊的抹除次數為non-SLC區155#3中相對較低的。此外，FTL 450可驅動閃存介面139將SLC區155#1中遷移來源塊中屬於第一分區類型的多個實體頁面的有效資料搜集起來以SLC模式寫入到SLC區155#1中一個當前塊的一個實體頁面，此當前塊的抹除次數為SLC區155#1中相對較低的。這樣，不但可達成磨耗平均的目的，還能夠進行垃圾回收，更有效地使用閃存模組150的儲存空間。

在如步驟S760所述的資料遷移程序中，當遷移來源塊的資料寫入到non-SLC區155#3後，FTL 450可標記遷移來源塊為暫時不使用的實體塊，避免在短時間內被抹除後成為閒置塊。

為了避免SLC區155#1中的實體塊因為讀取次數過多而造成其中儲存的資料毀損，FTL 450可適時地執行資料遷移程序。FTL 450可為每個資料塊紀錄一個讀取計數器，每次被抹除而成為閒置塊後設為0。在每次讀取一個資料塊中儲存的資料後，將相應的讀取計數器加一。參考圖8所示的跨區讀取刷新(Cross-region Read Refresh)方法的流程圖，此方法由處理單元134載入及執行FTL 450的程式碼時實施，詳細說明如下：

步驟S810：讀取SLC區155#1的一個資料塊的實體頁面中的資料。

步驟S820：將此資料塊的讀取計數器加一。

步驟S830：判斷讀取計數器的值是否高於閥值。如果是，代表此資料塊的讀取過多，流程繼續進行步驟S840的處理；否則，代表此資料塊的使用正常，流程繼續進行步驟S810的處理。

步驟S840：執行資料遷移程序。

在如步驟S840所述的資料遷移程序的一些實施例中，FTL 450可驅動閃存介面139將此資料塊中屬於第二分區類型的多個實體頁面的資料原封不動地以MLC、TLC或QLC模式寫入到non-SLC區155#3中一個當前塊的一個實體頁面。此外，FTL 450可驅動閃存介面139將此資料塊中屬於第一分區類型的每個實體頁面的資料原封不動地以SLC模式寫入到SLC區155#1中一個當前塊的一個實體頁面。值得注意的是，當資料遷移程序分別以MLC、TLC或QLC模式寫入SLC區155#1中遷移此資料塊的二個、三個或四個實體頁面的資料到non-SLC區155#3中的non-SLC頁面時，可釋放SLC區155#1中二個或以上的實體頁面的儲存空間。

在如步驟S840所述的資料遷移程序的另一些實施例中，FTL 450可驅動閃存介面139將此資料塊中屬於第二分區類型的多個實體頁面的有效資料搜集起來以MLC、TLC或QLC模式寫入到non-SLC區155#3中一個當前塊的一個實體頁面。此外，FTL 450可驅動閃存介面139將此資料塊中屬於第一分區類型的多個實體頁面的有效資料搜集起來以SLC模式寫入到SLC區155#1中一個當前塊的一個實體頁面。這樣，不但可達成讀取刷新的目的，還能夠進行垃圾回收，更有效地使用閃存模組150的儲存空間。

此外，當資料塊因若干原因發生讀取干擾(Read Disturbance)時，可能造成其中儲存的資料包含過多的錯誤位元。一但偵測到資料塊中的一個或多個實體面頁包含了過多的錯誤位元，FTL 450可適時地為此資料塊執行資料遷移程序。參考圖9所示的跨區讀取再生(Cross-region Read Reclaim)方法的流程圖，此方法由處理單元134載入及執行FTL 450的程式碼時實施，詳細說明如下：

步驟S910：讀取SLC區155#1的一個資料塊的實體頁面中的資料。

步驟S920：判斷錯誤修正率是否高於閥值。如果是，代表此資料塊可能發生讀取干擾，流程繼續進行步驟S930的處理；否則，代表此資料塊的使用正常，流程繼續進行步驟S910的處理。在資料讀取時，閃存介面139可使用相應的糾錯碼(Error-Correcting Code，ECC)來修正此實體頁面中的資料所包含的錯誤位元。糾錯碼可為低密度奇偶較驗碼(Low-Density Parity Check Code，LDPC)、BCH碼(Bose-Chaudhuri-Hocquenghem Code)等。以每1KB的資料為例，BCH碼可提供最多72個錯誤位元的修正能力，而LDPC可提供最多128個錯誤位元的修正能力。閥值可設定為使用糾錯碼的最大修正能力的50%到80%之間。

步驟S930：執行資料遷移程序。步驟S930的資料遷移程序的詳細內容可參考步驟S840的說明，為求簡明不再贅述。

在如步驟S760、S840和S930所述的資料遷移程序中，為了判斷SLC 區155#1中一個遷移來源塊的每個實體頁面儲存的資料屬於第一分區類型或第二分區類型，FTL 450可搜索此遷移來源塊的分區類型位元表來獲得其中每個實體頁面的資料屬於第一分區類型或第二分區類型。

本發明所述的方法中的全部或部分步驟可以計算機指令實現，例如儲存裝置中的韌體轉換層(Firmware Translation Layer，FTL)、特定硬體的驅動程式等。此外，也可實現於其他類型程式。所屬技術領域具有通常知識者可將本發明實施例的方法撰寫成計算機指令，為求簡潔不再加以描述。依據本發明實施例方法實施的計算機指令可儲存於適當的電腦可讀取媒體，例如DVD、CD-ROM、USB碟、硬碟，亦可置於可通過網路(例如，網際網路，或其他適當載具)存取的網路伺服器。

雖然圖1、圖2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。此外，雖然圖5至圖9的流程圖採用指定的順序來執行，但是在不違反發明精神的情況下，熟習此技藝人士可以在達到相同效果的前提下，修改這些步驟間的順序，所以，本發明並不侷限於僅使用如上所述的順序。此外，熟習此技藝人士亦可以將若干步驟整合為一個步驟，或者是除了這些步驟外，循序或平行地執行更多步驟，本發明亦不因此而侷限。

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。

S510~S560:方法步驟

Claims

一種快閃記憶體的資料儲存方法，由一處理單元載入並執行一快閃記憶體翻譯層的程式碼時實施，上述方法包含：將一閃存模組的儲存空間劃分為一第一區和一第二區，其中，上述第一區包含多個第一實體塊，上述第二區包含多個第二實體塊，每個上述第一實體塊只能使用一單層式單元模式來寫入資料，每個上述第二實體塊能夠使用上述單層式單元模式或一非單層式單元模式來寫入資料，上述單層式單元模式用於編程一記憶單元以儲存二個狀態中的一個，上述非單層式單元模式用於編程一記憶單元以儲存四個或更多狀態中的一個；將從一主機端接收的屬於一第一分區類型的資料只寫入上述第一區中的上述第一實體塊；以及將從上述主機端接收的屬於一第二分區類型的資料寫入上述第一區中的上述第一實體塊和上述第二區中的上述第二實體塊。
如請求項1所述的快閃記憶體的資料儲存方法，包含：從上述主機端接收一主機寫入命令；當上述主機寫入命令指示寫入屬於上述第一分區類型的一第一資料時，寫入上述第一資料到上述第一區中的一當前塊；當上述主機寫入命令指示寫入屬於上述第二分區類型的一第二資料且上述主機寫入命令為一隨機寫入命令時，寫入上述第二資料到上述第一區中的一當前塊；以及當上述主機寫入命令指示寫入屬於上述第二分區類型的一第三資料且上述主機寫入命令為一連續寫入命令時，寫入上述第三資料到上述第二區中的一當前塊。
如請求項2所述的快閃記憶體的資料儲存方法，其中，上述第二資料的長度短於一個實體頁面儲存資料的長度，以及上述第三資料的長度等於或長於一個實體頁面儲存資料的長度。
如請求項2所述的快閃記憶體的資料儲存方法，包含：檢查上述主機寫入命令攜帶的一分區號碼來判斷上述主機寫入命令指示寫入屬於上述第一分區類型或上述第二分區類型的資料。
如請求項1所述的快閃記憶體的資料儲存方法，包含：當上述第一區的閒置塊的數目低於一閥值時，讀取並搜集一資料塊中屬於上述第一分區類型的多個第一有效區段中的資料，並使用上述單層式單元模式寫入上述第一有效區段中的資料到上述第一區中的一當前塊；以及當上述第一區的閒置塊的數目低於上述閥值時，讀取並搜集上述資料塊中屬於上述第二分區類型的第二有效區段中的資料，並使用上述非單層式單元模式寫入上述第二有效區段中的資料到上述第二區中的一當前塊。
如請求項1所述的快閃記憶體的資料儲存方法，包含：當上述第一區的一資料塊的一抹除次數或一讀取次數高於一閥值時，讀取上述資料塊中屬於上述第一分區類型的多個第一實體頁面中的所有資料或有效資料，並使用上述單層式單元模式寫入上述第一實體頁面的所有資料或有效資料到上述第一區中的一當前塊；以及當上述第一區的上述資料塊的上述抹除次數或上述讀取次數高於上述閥值時，讀取上述資料塊中屬於上述第二分區類型的多個第二實體頁面的所有資料或有效資料，並使用上述非單層式單元模式寫入上述第二實體頁面的所有資料或有效資料到上述第二區中的一當前塊。
如請求項1所述的快閃記憶體的資料儲存方法，包含：讀取上述第一區的一資料塊中的一實體頁面的資料；當上述實體頁面的一錯誤修正率高於一閥值時，讀取上述資料塊中屬於上述第一分區類型的多個第一實體頁面中的所有資料或有效資料，並使用上述單層式單元模式寫入上述第一實體頁面的所有資料或有效資料到上述第一區中的一當前塊；以及當上述實體頁面的上述錯誤修正率高於上述閥值時，讀取上述資料塊中屬於上述第二分區類型的多個第二實體頁面的所有資料或有效資料，並使用上述非單層式單元模式寫入上述第二實體頁面的所有資料或有效資料到上述第二區中的一當前塊。
如請求項6至7中任一項所述的快閃記憶體的資料儲存方法，包含：搜索上述資料塊的一分區類型位元表來獲得上述資料塊中屬於上述第一分區類型的上述第一實體頁面和屬於上述第二分區類型的上述第二實體頁面的資訊，其中，上述分區類型位元表包含多個位元，每個上述位元紀錄相應實體頁面屬於上述第一分區類型或上述第二分區類型的資訊。
一種電腦程式產品，用於快閃記憶體的資料儲存，包含由一處理單元載入並執行一快閃記憶體翻譯層的程式碼，用於：將一閃存模組的儲存空間劃分為一第一區和一第二區，其中，上述第一區包含多個第一實體塊，上述第二區包含多個第二實體塊，每個上述第一實體塊只能使用一單層式單元模式來寫入資料，每個上述第二實體塊能夠使用上述單層式單元模式或一非單層式單元模式來寫入資料，上述單層式單元模式用於編程一記憶單元以儲存二個狀態中的一個，上述非單層式單元模式用於編程一記憶單元以儲存四個或更多狀態中的一個；將從一主機端接收的屬於一第一分區類型的資料只寫入上述第一區中的上述第一實體塊；以及將從上述主機端接收的屬於一第二分區類型的資料寫入上述第一區中的上述第一實體塊和上述第二區中的上述第二實體塊。
一種快閃記憶體的資料儲存裝置，包含：一閃存介面，耦接一閃存模組；一主機介面，耦接一主機端；以及一處理單元，耦接上述閃存介面和上述主機介面，將上述閃存模組的儲存空間劃分為一第一區和一第二區，其中，上述第一區包含多個第一實體塊，上述第二區包含多個第二實體塊，每個上述第一實體塊只能使用一單層式單元模式來寫入資料，每個上述第二實體塊能夠使用上述單層式單元模式或一非單層式單元模式來寫入資料，上述單層式單元模式用於編程一記憶單元以儲存二個狀態中的一個，上述非單層式單元模式用於編程一記憶單元以儲存四個或更多狀態中的一個；驅動上述閃存介面將通過上述主機介面從上述主機端接收的屬於一第一分區類型的資料只寫入上述第一區中的上述第一實體塊；以及驅動上述閃存介面將通過上述主機介面從上述主機端接收的屬於一第二分區類型的資料寫入上述第一區中的上述第一實體塊和上述第二區中的上述第二實體塊。
如請求項10所述的快閃記憶體的資料儲存裝置，其中，上述處理單元通過上述主機介面從上述主機端接收一主機寫入命令；當上述主機寫入命令指示寫入屬於上述第一分區類型的一第一資料時，驅動上述閃存介面寫入上述第一資料到上述第一區中的一當前塊；當上述主機寫入命令指示寫入屬於上述第二分區類型的一第二資料且上述主機寫入命令為一隨機寫入命令時，驅動上述閃存介面寫入上述第二資料到上述第一區中的一當前塊；以及當上述主機寫入命令指示寫入屬於上述第二分區類型的一第三資料且上述主機寫入命令為一連續寫入命令時，驅動上述閃存介面寫入上述第三資料到上述第二區中的一當前塊。
如請求項11所述的快閃記憶體的資料儲存裝置，其中，上述第二資料的長度短於一個實體頁面儲存資料的長度，以及上述第三資料的長度等於或長於一個實體頁面儲存資料的長度。
如請求項11所述的快閃記憶體的資料儲存裝置，其中，上述處理單元檢查上述主機寫入命令攜帶的一分區號碼來判斷上述主機寫入命令指示寫入屬於上述第一分區類型或上述第二分區類型的資料。
如請求項10所述的快閃記憶體的資料儲存裝置，其中，當上述第一區的閒置塊的數目低於一閥值時，上述處理單元驅動上述閃存介面讀取並搜集一資料塊中屬於上述第一分區類型的多個第一有效區段中的資料，並使用上述單層式單元模式寫入上述第一有效區段中的資料到上述第一區中的一當前塊；以及當上述第一區的閒置塊的數目低於上述閥值時，上述處理單元驅動上述閃存介面讀取並搜集上述資料塊中屬於上述第二分區類型的第二有效區段中的資料，並使用上述非單層式單元模式寫入上述第二有效區段中的資料到上述第二區中的一當前塊。
如請求項10所述的快閃記憶體的資料儲存裝置，其中，當上述第一區的一資料塊的一抹除次數或一讀取次數高於一閥值時，上述處理單元驅動上述閃存介面讀取上述資料塊中屬於上述第一分區類型的多個第一實體頁面中的所有資料或有效資料，並使用上述單層式單元模式寫入上述第一實體頁面的所有資料或有效資料到上述第一區中的一當前塊；以及當上述第一區的上述資料塊的上述抹除次數或上述讀取次數高於上述閥值時，上述處理單元驅動上述閃存介面讀取上述資料塊中屬於上述第二分區類型的多個第二實體頁面的所有資料或有效資料，並使用上述非單層式單元模式寫入上述第二實體頁面的所有資料或有效資料到上述第二區中的一當前塊。
如請求項10所述的快閃記憶體的資料儲存裝置，其中，上述處理單元驅動上述閃存介面讀取上述第一區的一資料塊中的一實體頁面的資料；當上述實體頁面的一錯誤修正率高於一閥值時，上述處理單元驅動上述閃存介面讀取上述資料塊中屬於上述第一分區類型的多個第一實體頁面中的所有資料或有效資料，並使用上述單層式單元模式寫入上述第一實體頁面的所有資料或有效資料到上述第一區中的一當前塊；以及當上述實體頁面的上述錯誤修正率高於上述閥值時，上述處理單元驅動上述閃存介面讀取上述資料塊中屬於上述第二分區類型的多個第二實體頁面的所有資料或有效資料，並使用上述非單層式單元模式寫入上述第二實體頁面的所有資料或有效資料到上述第二區中的一當前塊。