TWI756854B - Method and apparatus and computer program product for managing data storage - Google Patents
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Abstract
Description
本發明涉及儲存裝置,尤指一種管理資料儲存的方法及裝置以及電腦程式產品。 The present invention relates to a storage device, in particular to a method and device for managing data storage and a computer program product.
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)。 Flash memory is usually divided into NOR flash memory and NAND flash memory. NOR flash memory is a random access device. The central processing unit (Host) can provide any address for accessing the NOR flash memory on the address pin, and obtain the data stored at the address from the data pin of the NOR flash memory in time. material. In contrast, NAND flash memory is not random access, but sequential access. NAND flash memory cannot access any random address like NOR flash memory. Instead, the central processor needs to write the value of the sequence of bytes (Bytes) into the NAND flash memory to define the type of request command (Command) (such as , read, write, erase, etc.), and the address used on this command. The address can point to a page (the smallest block of data in flash for write operations) or a block (the smallest block of data in flash for erase operations).
為了提昇閃存裝置的資料寫入及讀取效能,裝置端會以多個通道並行地執行資料寫入及讀取。為了達成並行處理的目的,一段連續性的資料會分散地儲存到多個通道所連接的閃存單元,並使用邏輯實體對照表(Logical-to-physical,L2P Mapping Table)紀錄使用者資料的邏輯位址(由主機端管理)與實體位址(由閃存控制器管理)間的對應關係。更進一步地,在新的規範中,閃存控制器能夠將邏輯位址與實體位址間的對應關係整理成主機性能增強項目(Host Performance Booster,HPB Entries)的格式並提供給主機端。之後,主機端可從HPB項目中取出需要的實體位址,並且將實體位址攜帶 在發送給裝置端的HPB讀取命令中,使得閃存控制器可直接從閃存裝置的實體位址讀取使用者資料並回覆給主機端,而不需要像以前一樣得花費時間和運算資源從閃存裝置讀取邏輯實體對照表並進行邏輯實體位址轉換。 In order to improve the data writing and reading performance of the flash memory device, the device side performs data writing and reading through multiple channels in parallel. In order to achieve the purpose of parallel processing, a continuous piece of data will be distributed to the flash memory cells connected to multiple channels, and a logical-to-physical (L2P Mapping Table) will be used to record the logical bits of user data. The correspondence between addresses (managed by the host side) and physical addresses (managed by the flash controller). Furthermore, in the new specification, the flash memory controller can organize the corresponding relationship between the logical address and the physical address into the format of the Host Performance Booster (HPB Entries) and provide it to the host side. After that, the host can take out the required physical address from the HPB project, and carry the physical address In the HPB read command sent to the device, the flash controller can directly read the user data from the physical address of the flash device and reply to the host, without the need to spend time and computing resources from the flash device as before. Read the logical entity comparison table and perform logical entity address conversion.
此外,在新的規範中,主機端可發送一個HPB讀取命令給閃存控制器,用於讀取兩個或以上連續邏輯位址的使用者資料,但其中只允許攜帶一個HPB項目,其關聯起始邏輯位址。然而,當這些連續邏輯位址的使用者資料實際上並不是儲存在連續的實體位址時,閃存控制器依然需要從閃存裝置讀取L2P對照表才能知道之後邏輯位址的使用者資料實際儲存的實體位址,造成HPB讀取命令的執行無法獲得預期的效率。因此,本發明提出一種管理資料儲存的方法及裝置以及電腦程式產品,用於解決如上所述的問題。 In addition, in the new specification, the host side can send an HPB read command to the flash controller to read the user data of two or more consecutive logical addresses, but only one HPB item is allowed, and its associated Starting logical address. However, when the user data of these consecutive logical addresses are not actually stored in consecutive physical addresses, the flash controller still needs to read the L2P comparison table from the flash device to know that the user data of the subsequent logical addresses is actually stored The physical address of the HPB will cause the execution of the HPB read command to fail to obtain the expected efficiency. Therefore, the present invention provides a method and device for managing data storage and a computer program product for solving the above-mentioned problems.
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。 In view of this, how to alleviate or eliminate the above-mentioned deficiencies in related fields is a problem to be solved.
本說明書涉及一種管理資料儲存的方法,由閃存控制器執行,包含:獲取即將啟動的子區的資訊,上述子區關聯於一段邏輯區塊位址區間;觸發垃圾收集程序的背景操作,用於將上述子區關聯的全部或一部分邏輯區塊位址區間的使用者資料遷移到閃存裝置中的連續實體位址;以及依據遷移結果更新相應於上述子區的多個項目的內容。 This specification relates to a method for managing data storage, executed by a flash memory controller, including: acquiring information about a sub-area to be activated, the sub-area being associated with a logical block address range; triggering a background operation of a garbage collection program for Migrating all or part of the user data in the logical block address range associated with the sub-area to consecutive physical addresses in the flash memory device; and updating the contents of the items corresponding to the sub-area according to the migration result.
本說明書另涉及一種電腦程式產品,包含程式碼,其中,當程式碼被閃存控制器的處理單元載入並執行時實現如上所述管理資料儲存的方法。 The present specification further relates to a computer program product comprising program code, wherein the method of managing data storage as described above is implemented when the program code is loaded and executed by a processing unit of a flash memory controller.
本說明書另涉及一種管理資料儲存的裝置,包含:閃存介面和處理單元。處理單元用於獲取即將啟動的子區的資訊,其中上述子區關聯於一段邏輯區塊位址區間;觸發垃圾收集程序的背景操作,用於驅動上述閃存介面將上述子區關聯的全部或一部分上述邏輯區塊位 址區間的使用者資料遷移到閃存裝置中的連續實體位址;以及依據遷移結果更新相應於上述子區的多個項目的內容。 The present specification also relates to a device for managing data storage, comprising: a flash memory interface and a processing unit. The processing unit is used to obtain the information of the sub-area to be activated, wherein the sub-area is associated with a logical block address range; the background operation of triggering the garbage collection program is used to drive the flash memory interface to associate all or a part of the sub-area The above logical block bit The user data in the address interval is migrated to consecutive physical addresses in the flash memory device; and the contents of the plurality of items corresponding to the sub-areas are updated according to the migration result.
每個上述項目包含邏輯區塊位址的使用者資料實際儲存於閃存裝置中的實體位址的資訊。 Each of the above-mentioned entries contains information about the physical address at which the user data of the logical block address is actually stored in the flash memory device.
上述實施例的優點之一,通過如上所述垃圾收集程序的觸發,讓後續讀取命令的執行可直接依據更新後項目的內容讀取資料,而不需要多花費時間和運算資源從閃存裝置中讀取T1表和執行邏輯實體位址轉換。 One of the advantages of the above embodiment is that, through the triggering of the garbage collection program as described above, the execution of subsequent read commands can directly read data according to the content of the updated item, without spending more time and computing resources from the flash memory device. Read T1 table and perform logical entity address translation.
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。 Other advantages of the present invention will be explained in more detail in conjunction with the following description and drawings.
10:電子裝置 10: Electronics
110:主機裝置 110: Host device
130:閃存控制器 130: Flash Controller
131:主機介面 131:Host Interface
132:匯流排 132: Busbar
134:處理單元 134: Processing unit
135:唯讀記憶體 135: read-only memory
136:隨機存取記憶體 136: Random Access Memory
139:閃存介面 139: Flash interface
150:閃存裝置 150: Flash device
151:介面 151: Interface
153#0~153#15:NAND閃存單元 153#0~153#15: NAND flash memory unit
CH#0~CH#3:通道
CE#0~CE#3:致能訊號
310:T2表 310:T2 table
330#0~330#15:T1表 330#0~330#15: T1 table
400#1:實體塊 400#1: Solid Block
410:實體頁面 410: Entity page
430:實體位址資訊 430: Physical address information
430-0:實體塊編號 430-0: Entity block number
430-1:實體頁面編號 430-1: Entity page number
500:HPB快取 500:HPB cache
610~650,711~775,1011~1037:操作 610~650, 711~775, 1011~1037: Operation
S810~S830,S910~S970:方法步驟 S810~S830, S910~S970: method steps
圖1為依據本發明實施例的電子裝置的系統架構圖。 FIG. 1 is a system architecture diagram of an electronic device according to an embodiment of the present invention.
圖2為依據本發明實施例的閃存裝置的示意圖。 FIG. 2 is a schematic diagram of a flash memory device according to an embodiment of the present invention.
圖3為依據本發明實施例的T1表和T2表之間的關聯示意圖。 FIG. 3 is a schematic diagram of the association between the T1 table and the T2 table according to an embodiment of the present invention.
圖4為依據本發明實施例的T1表和實體頁面之間的關聯示意圖。 FIG. 4 is a schematic diagram of an association between a T1 table and an entity page according to an embodiment of the present invention.
圖5為依據本發明實施例的主機性能增強器(Host Performance Booster,HPB)快取的建立與運用示意圖。 FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the establishment and application of a Host Performance Booster (HPB) cache according to an embodiment of the present invention.
圖6為依據本發明實施例的HPB資料讀取的操作順序圖。 FIG. 6 is an operation sequence diagram of reading HPB data according to an embodiment of the present invention.
圖7為依據本發明實施例的應用在主機控制模式的操作順序圖。 FIG. 7 is an operation sequence diagram of an application in a host control mode according to an embodiment of the present invention.
圖8為依據本發明實施例的產生和更新HPB項目的方法流程圖。 FIG. 8 is a flowchart of a method for generating and updating HPB items according to an embodiment of the present invention.
圖9為依據本發明實施例的讀取使用者資料的方法流程圖。 FIG. 9 is a flowchart of a method for reading user data according to an embodiment of the present invention.
圖10為依據本發明實施例的應用在裝置控制模式的操作順序圖。 FIG. 10 is an operation sequence diagram of an application in a device control mode according to an embodiment of the present invention.
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。 The following description is a preferred implementation manner to complete the invention, and its purpose is to describe the basic spirit of the invention, but it is not intended to limit the invention. Reference must be made to the scope of the following claims for the actual inventive content.
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。 It must be understood that the words "comprising", "comprising" and the like used in this specification are used to indicate the existence of specific technical features, values, method steps, work processes, elements and/or components, but does not exclude the addition of further technical features, values, method steps, job processes, elements, components, or any combination of the above.
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。 The use of words such as "first", "second", "third", etc. in the claims is used to modify the elements in the claims, and is not used to indicate that there is a priority order, a prepositional relationship between them, or an element Prior to another element, or the chronological order in which method steps are performed, is only used to distinguish elements with the same name.
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。 It must be understood that when an element is described as being "connected" or "coupled" to another element, it can be directly connected or coupled to the other element, and intervening elements may be present. In contrast, when an element is described as being "directly connected" or "directly coupled" to another element, there are no intervening elements present. Other words used to describe the relationship between elements can also be read in a similar fashion, such as "between" versus "directly interposed," or "adjacent" versus "directly adjoining," and the like.
參考圖1。電子裝置10包含主機裝置(又可稱主機端)110、閃存控制器130及閃存裝置150,並且閃存控制器130及閃存裝置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。主機裝置110與閃存控制器130的主機介面(Host Interface)131可以通用快閃記憶儲存(Universal Flash Storage,UFS)等通訊協定彼此溝通。雖然以下實施例描述了UFS規範的主機性能增強器(Host Performance Booster,HPB)的功能,但所屬技術領域人員可將本發明應用到其他規範的類似功能中,本發明並不因此受限。閃存控制器130的閃存介面139與閃存裝置150可以雙倍資料率(Double Data Rate,DDR)通訊協定彼此溝通,例如,開放NAND快閃介面(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,微控制單元、中央處理器、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HPB命令,例如HPB讀取命令(HPB READ Command)、HPB讀取緩衝器命令(HPB READ BUFFER Command)、HPB寫入緩衝器命令(HPB WRITE BUFFER Command)等,並執行這些命令。閃存控制器130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。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、資料表等。閃存控制器130包含唯讀記憶體(Read Only Memory,ROM)135,用於儲存開機時需要執行的程式碼。閃存介面139包含NAND閃存控制器(NAND Flash Controller,NFC),提供存取閃存裝置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。
Refer to Figure 1. The
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、ROM 135、RAM 136、閃存介面139等。在一些實施例中,主機介面131、處理單元134、ROM 135、RAM 136與閃存介面139可通過單一匯流排彼此耦接。在另一些實施例中,閃存控制器130中可配置高速匯流排,用於讓處理單元134、ROM 135與RAM 136彼此耦接,並且配置低速匯流排,用於讓處理單元134、主機介面131與閃存介面139彼此耦接。匯流排包含並行的物理線,連接閃存控制器130中兩個以上的組件。
A
閃存裝置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),用於儲存大量的使用者資料,例如高解析度圖片、影片等。閃存裝
置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寫入使用者資料到閃存裝置150中的指定位址(目的位址),以及從閃存裝置150中的指定位址(來源位址)讀取使用者資料和L2P對照表中的指定部分。閃存介面139使用數個電子訊號來協調閃存控制器130與閃存裝置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。
The
參考圖2,閃存裝置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,每一個通道連接四個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閃存單元讀取使用者資料,或者寫入使用者資料至致能的NAND閃存單元。
Referring to FIG. 2 , the
由於一段連續性的資料(也就是一段連續邏輯位址的資料)被分散地儲存到多個通道所連接的閃存單元,閃存控制器130使用邏輯實體對照表(Logical-to-physical,L2P Mapping Table)紀錄使用者資料的邏輯位址(由主機裝置110管理)與實體位址(由閃存控制器
130管理)間的對應關係。L2P對照表也可稱為主機閃存對照表(Host-to-flash,H2F Mapping Table)。L2P對照表包含多筆紀錄,依邏輯位址的順序儲存每個邏輯位址的使用者資料實際儲存在哪個實體位址的資訊。然而,由於RAM 136無法提供足夠空間儲存整個L2P對照表以供處理單元134將來於資料讀取操作時快速查找,L2P對照表可切成多個第一表(Table 1,又可稱為T1表),並儲存在非揮發性的閃存裝置150,使得將來於資料讀取操作時只要從閃存裝置150讀取相應的T1表至RAM 136。參考圖3,整個L2P對照表可切成T1表330#0~330#15。處理單元134更維護第二表(Table 2,又可稱為T2表)310,包含多個紀錄,依邏輯位址的順序儲存每段邏輯位址區段關聯的T1表的實體位址資訊。例如,第0個至第4095個邏輯區塊位址(Logical Block Addresses,LBAs)的關聯T1表330#0儲存在特定邏輯單元號(Logical Unit Number,LUN)的特定實體塊中(字母”Z”可代表LUN和實體塊的編號)的第0個實體頁面,第4096個至第8191個LBA的關聯T1表330#1儲存在特定LUN的特定實體塊中的第1個實體頁面,依此類推。雖然圖3中只包含16個T1表,但是所屬技術領域的技術人員可因應閃存裝置150的容量,設置更多的T1表,本發明並不因此侷限。
Since a continuous piece of data (that is, a piece of data with a continuous logical address) is dispersedly stored in the flash memory cells connected to multiple channels, the
每個T1表所需的空間可以為4KB、8KB、16KB等。每個T1表依照LBA的順序儲存相應於每一個LBA的實體位址資訊,而每一個LBA對應到一個固定大小的實體儲存空間,例如4KB。參考圖4,舉例來說,T1表330#0依序儲存從LBA#0至LBA#4095的實體位址資訊。實體位址資訊430可以四個位元組表示:前二個位元組430-0紀錄實體塊編號(Physical Block Number);後二個位元組430-1紀錄實體頁面編號(Physical Page Number)。舉例來說,相應於LBA#2的實體位址資訊430可指向實體塊400#1中的實體頁面410。位元組430-0紀錄實體塊400#1的編號,位元組430-1紀錄實體頁面410的編號。
The space required for each T1 table can be 4KB, 8KB, 16KB, etc. Each T1 table stores the physical address information corresponding to each LBA according to the LBA order, and each LBA corresponds to a fixed-size physical storage space, such as 4KB. Referring to FIG. 4, for example, T1 table 330#0 stores physical address information from
參考圖5,在HPB規範中,主機端110在其系統記憶體(System Memory)中配置空間作為HPB快取500,用於暫存由裝置端維護的L2P對照表的資訊。HPB快取500儲存多個從裝置端接收的HPB項目(HPB Entries),每個HPB項目紀錄相應於一個LBA的實體位址的資訊。接著,主機端110可發出攜帶HPB項目的HPB讀取命令給裝置端,用於取得指定LBA的使用者資料。裝置端可直接根據HPB項目中的資訊來驅動閃存介面139從閃存裝置150讀取指定LBA的使用者資料,而不需要像以前一樣得花費時間和運算資源從閃存裝置150讀取T1表並進行邏輯實體位址轉換後才能從閃存裝置150讀取指定LBA的使用者資料。針對HPB快取500的建立和運用,可分為三個階段:
Referring to FIG. 5 , in the HPB specification, the
階段I(HPB初始化):主機端110向裝置端(詳細來說是閃存控制器130)請求取得其裝置能力並且組態HPB功能,包含HPB模式(Mode)等。
Phase I (HPB initialization): The
階段II(L2P快取管理):主機端110在系統記憶體中配置空間作為HPB快取500,用於儲存HPB項目。主機端110可在組態好的模式下於需要的時間點發送HPB讀取緩衝器命令(HPB READ BUFFER Command)給閃存控制器130,用於請求從裝置端載入指定的HPB項目。接著,主機端110將這些HPB項目儲存在HPB快取500中的一個或多個子區(Sub-Regions)。在HPB規範中,每個邏輯單元(例如區段,Partition)的LBAs分為多個HPB區域,而每個HPB區域可更細分為多個子區。
Phase II (L2P cache management): The
階段III(HPB讀取命令):主機端110在HPB快取500的HPB項目中搜索包含欲讀取LBA的資料的實體區塊位址(Physical Block Addresses,PBAs)的HPB項目。PBA可使用如圖4的實體位址資訊430表示。接著,主機端110發送HPB讀取命令(HPB READ Command)給閃存控制器130,其中除了LBA、傳輸長度
(TRANSFER LENGTH)等資訊外還包含HPB項目,用於從裝置端獲取指定的使用者資料。
Phase III (HPB read command): The
雖然HPB讀取命令中包含了HPB項目的資訊,然而,當HPB讀取命令的傳輸長度大於1時(也就是主機端110想要讀取超過4KB的使用者資料),HPB項目中的PBA只屬於起始LBA,使得閃存控制器130還是需要讀取關聯的T1表來知道起始LBA之後的LBA的PBA。參考如圖6所示的HPB資料讀取的操作順序圖,詳細說明如下:
Although the HPB read command contains the information of the HPB item, when the transmission length of the HPB read command is greater than 1 (that is, the
操作610:主機端110從HPB快取500獲取相應於欲讀取的起始LBA的HPB項目。
Operation 610 : the
操作620:主機端110發送HPB讀取命令給閃存控制器130,向閃存控制器130請求指定LBA的使用者資料,其中包含LBA、傳輸長度和HPB項目。需要注意的是,HPB讀取命令可代表命令UFS協議資訊單元HPB讀取(COMMAND UFS Protocol Information Unit,UPIU HPB Read)。傳輸長度可為1到8之間的任意整數。舉例來說,當傳輸長度為1時,此HPB讀取命令欲讀取一個LBA的使用者資料;當傳輸長度為2時,此HPB讀取命令欲讀取連續兩個LBA的使用者資料;依此類推。
Operation 620: The
操作630:閃存控制器130依據HPB項目的PBA從閃存裝置150讀取請求的使用者資料。如果HPB讀取命令中的傳輸長度大於1時,閃存控制器130還需要從閃存裝置150讀取相應的T1表,並且從T1表中獲取之後LBA的PBA。接著,閃存控制器130依據HPB項目的PBA(當傳輸長度等於1)或者依據讀取T1表中的PBA(當傳輸長度大於1)從閃存裝置150讀取請求的使用者資料。
Operation 630: The
操作640:閃存控制器130傳送一個或多個資料輸入UPIU給主機端110,其中包含請求的使用者資料。每個資料輸入UPIU可傳輸4KB的使用者資料。在所有請求的使用者資料都傳送給主機端110後,閃存控制器130傳送回覆UPIU給主機端110,指出HPB讀取命令已經
執行完的訊息。
Operation 640: The
操作650:主機端110依據作業系統、驅動程式、應用程式等的需要處理這些使用者資料。
Operation 650: The
從上述描述可知,當HPB讀取命令中的傳輸長度大於1時,閃存控制器130無法節省從閃存裝置150讀取T1表及執行邏輯實體位址轉換的時間,因而失去原來HPB功能的優點。
As can be seen from the above description, when the transfer length in the HPB read command is greater than 1, the
所屬技術領域技術人員理解HPB規範的每個HPB項目的長度(例如8位元組)可能大於T1表中紀錄的關聯於每個LBA的實體位址資訊的長度(例如4位元組)。為了解決如上所述的問題,除了每個LBA的實體位址資訊(也就是T1表中紀錄的此LBA的PBA資訊)外,處理單元134可在HPB項目的剩餘空間添加相應PBA的連續性資訊,用於加速將來的HPB讀取操作。每個HPB項目的連續性資訊描述此LBA之後的特定LBA區間的使用者資料儲存在閃存裝置150中的連續實體位址。
Those skilled in the art understand that the length (eg, 8 bytes) of each HPB entry of the HPB specification may be greater than the length (eg, 4 bytes) of the physical address information associated with each LBA recorded in the T1 table. In order to solve the above problem, in addition to the physical address information of each LBA (that is, the PBA information of the LBA recorded in the T1 table), the
在階段II的一些實施例中,處理單元134可在每個8位元組的HPB項目填入4位元組的相應PBA資訊和4位元組的連續長度(Continuous Length)。連續長度指出在此LBA之後有多少個LBA的資料是連續性地儲存在閃存裝置150中的實體位址。所以,一個HPB項目能夠表達T1表中多個連續PBA的資訊。HPB項目的範例如表1所示:
舉例來說,表1中的第11個HPB項目關聯於LBA#11,LBA#11的使用者資料儲存在PBA”212344”並且LBA#11~17(共7個LBA)的使用者資料連續性地儲存在閃存裝置150中的實體位址。表1中的第12個HPB項目關聯於LBA#12,LBA#12的使用者資料儲存在PBA”212345”並且LBA#12~17(共6個LBA)的使用者資料連續性地儲存在閃存裝置150中的實體位址。處理單元134將來能夠根據第11個HPB項目中攜帶的資訊讀取LBA#11~17的使用者資料。也就是說,如果HPB讀取命令指出欲讀取的開始LBA為LBA#11並且傳輸
長度小於或等於”7”時,處理單元134不需要再從閃存裝置150中讀取對應的T1表,而直接從閃存裝置150的推測PBA讀取使用者資料並回覆給主機端110。
For example, the 11th HPB item in Table 1 is associated with
在階段II的另一些實施例中,處理單元134可在每個8位元組的HPB項目填入4位元組的相應PBA資訊和4位元組的連續位元表(Continuous Bit Table)。連續位元表用來表示此LBA的多個後續LBA(例如,32個後續LBA)的PBA連續性。例如,32個位元分別相應於32個後續LBA。HPB項目的範例如表2所示:
舉例來說,表2中的第11個HPB項目關聯於LBA#11,LBA#11的使用者資料儲存在PBA”212344”並且連續位元表儲存”0x0000003F”(也就是”0b00000000000000000000000000111111”),指出LBA#11~17(共7個LBA)的使用者資料連續性地儲存在閃存裝置150中的實體位址。
For example, the 11th HPB entry in Table 2 is associated with
如果閃存裝置150中儲存的資料具有相當程度的不連續性(也可稱為隨機儲存於閃存裝置150),雖然事先提供了連續性資訊給閃存控制器130,當HPB讀取命令請求的傳輸長度大於HPB項目中攜帶的連續長度時,閃存控制器130也需要從閃存裝置150讀取相應的T1表並執行邏輯實體位址轉換。例如,搭配表1或表2的範例,當主機端110請求讀取LBA#3~10的使用者資料時,閃存控制器130依然要從閃存裝置150讀取T1表330#0。也就是說,當資料是隨機地儲存在閃存裝置150時,HPB讀取命令的執行效能相比於先前的UFS讀取命令幾乎相同。
If the data stored in the
在一些實施例中,當閃存控制器130(更明確地說,閃存控制器130中的處理單元134在執行特定韌體或軟體指令期間)在階段II中知道HPB快取500的子區中儲存的相應於多個連續LBA區間的HPB項目所對應的T1表時,閃存控制器130可分析對應T1表的內容來判斷HPB快取500的特定子區中的哪些LBA區間的使用者資料是隨機儲存在閃存裝置150中的實體位址。接著,閃存控制器130可在階段II
或階段III中,執行垃圾收集程序的背景操作,用於將指定LBA區間的使用者資料遷移(寫入)到閃存裝置150中的連續實體位址,並更新相應T1表和此子區的HPB項目。更新後的結果可先暫存於RAM 136。舉例來說,表1的範例HPB項目可更新如表3所示:
垃圾收集程序執行完成後,閃存控制器130通知主機端110更新此子區的HPB項目。當接收到更新訊息後,主機端110發出HPB讀取緩衝器命令來獲取更新的HPB項目,並據以更新HPB快取500中此子區的內容。所以,主機端110發送的HPB讀取命令中所請求讀取的一段連續LBA區間的使用者資料大多儲存在閃存裝置150中的連續實體位址,使得HPB讀取命令的執行效能可以進一步提升。
After the execution of the garbage collection procedure is completed, the
HPB規範定義了兩種取得HPB項目的模式:主機控制模式(Host Control Mode)和裝置控制模式(Device Control Mode)。主機控制模式由主機端110觸發,決定哪些HPB子區需要儲存在HPB快取500;而裝置控制模式則由快閃控制器130觸發,決定哪些HPB子區需要儲存在HPB快取500。所屬技術領域人員理解,本發明實施例涵蓋這兩種或其他類似的控制模式。
The HPB specification defines two modes for obtaining HPB items: Host Control Mode and Device Control Mode. The host control mode is triggered by the
參考如圖7所示應用在主機控制模式的操作順序圖,詳細說明如下: Referring to the operation sequence diagram applied in the host control mode as shown in Figure 7, the detailed description is as follows:
操作711:主機端110決定哪些子區即將要啟動(Activated)。
Operation 711: The
操作713:主機端110發送HPB讀取緩衝器命令給閃存控制器130,向閃存控制器130請求決定子區的HPB項目。HPB讀取緩衝器命令可包含10個位元組,其中第0個位元組紀錄操作碼(Operation Code)“F9h”、第2和第3個位元組紀錄即將啟動HPB區域的資訊以及第4和第5個位元組紀錄即將啟動子區的資訊。
Operation 713: The
操作715:閃存控制器130產生相應於啟動子區的HPB項目。關於產生操作715的技術細節可參考如圖8所示的HPB項目的產生和更新方法的流程圖,此方法由處理單元134於載入並執行相關軟體或韌體程式碼時實施,進一步說明如下:
Operation 715: The
步驟S810:驅動閃存介面139從閃存裝置150讀取特定T1表。
Step S810 : Drive the
步驟S820:依據讀取T1表的內容編排成HPB項目。為了提升讀取的效率,除了PBA以外,處理單元134還在HPB項目中添加如上所述的PBA連續性資訊。
Step S820: Arrange HPB items according to the content of the read T1 table. In order to improve the efficiency of reading, in addition to the PBA, the
步驟S830:觸發相應於啟動子區的垃圾收集程序的背景操作。在閃存控制器130接收到HPB讀取緩衝器命令之後,閃存控制器130除了把讀取的對照資訊編排HPB項目以回覆給主機端110外,還可觸發垃圾收集程序的背景操作,用於將啟動子區關聯的全部或指定部分LBA區間的使用者資料遷移(寫入)到閃存裝置150中的連續實體位址。處理單元134還可在RAM 136中維護一個變數,用於紀錄此啟動子區的垃圾收集程序的執行狀態。初始時,變數紀錄此啟動子區沒有關聯到任何垃圾收集程序的資訊。當垃圾收集程序觸發後,變數紀錄此啟動子區的垃圾收集程序正在執行的資訊。當每個批次的遷移(寫入)操作完成後,閃存控制器130更新暫存在RAM 136中的相應T1表和此子區的HPB項目,其中一個批次的遷移(寫入)操作相應於啟動子區中的一部分LBA區間的使用者資料。當垃圾收集程序執行完畢後,閃存控制器130更新變數,用於紀錄此啟動子區的垃圾收集程序已經執行完成的資訊。
Step S830: Trigger the background operation corresponding to the garbage collection program of the initiator sub-area. After the
請參考回圖7。操作717:閃存控制器130傳送資料輸入UFS協議資訊單元(DATA IN UFS Protocol Information Unit,UPIU)給主機端110。
Please refer back to Figure 7. Operation 717 : The
如果相應垃圾收集程序尚未執行完成,則閃存控制器130先回覆包含原始HPB項目(如表1所示的範例)的資料輸入UPIU。之後,當從主機端110接收到相應於此啟動子區的HPB讀取命令時,閃存控制器130可不回覆請求讀取的使用者資料,而是先回覆訊息給主機端110,請主機端110更新此啟動子區的HPB項目。
If the corresponding garbage collection procedure has not been completed, the
如果垃圾收集程序已經執行完成,則資料輸入UPIU包含更新後的HPB項目(如表3所示的範例)。在閃存控制器130將此啟動子區的
更新後的HPB項目傳送給主機端110之後,將RAM 136中的變數更新為此啟動子區沒有關聯到任何垃圾收集程序的資訊。
If the garbage collector has been executed, the data input UPIU contains the updated HPB entry (example shown in Table 3). In the
操作719:主機端110儲存接收到的HPB項目到HPB快取500中的啟動子區。
Operation 719 : the
操作731:主機端110決定哪些區域即將要關閉(Deactivated)。在這裡需要注意的是,在HPB規範中,啟動是以子區為單位,而關閉是以區域為單位,主機端110可依據其演算法的需求決定要啟動的子區以及要關閉的區域。
Operation 731: The
操作733:主機端110發送HPB寫入緩衝器命令(HPB WRITE BUFFER command)給閃存控制器130,向閃存控制器130通知關閉決定的區域。HPB讀取緩衝器命令可包含10個位元組,其中第0個位元組紀錄操作碼“FAh”並且在第2和第3個位元組紀錄即將關閉區域的資訊。
Operation 733: The
操作735:閃存控制器130關閉區域。舉例而言,閃存控制器130在將HPB項目傳送給主機端110之後,閃存控制器130可針對已啟動的子區對主機端110後續之讀取命令的讀取流程執行優化運作,而在收到主機端110關閉區域的通知後,閃存控制器130即可終止相應於關閉區域的相關優化運作。
Operation 735: The
操作751:如果必要,閃存控制器130在執行完特定啟動子區的垃圾收集程序後,驅動閃存介面139更新閃存裝置150中的相應T1表的內容。此外,閃存控制器130更新RAM 136中的特定變數,指出此啟動子區的垃圾收集程序已經執行完成的資訊。於此需注意的是,如果特定啟動子區的垃圾收集程序已經在操作715中執行完畢,則閃存控制器130不需要特別再執行更新操作751,從而之後的操作753至775也可以不需要再執行。
Operation 751 : If necessary, the
操作753:閃存控制器130傳送回覆UFS協議資訊單元(RESPONSE UPIU)給主機端110,其中包含建議主機端110更新上述子區的HPB
項目的資訊。
Operation 753 : The
操作755和757:主機端110發送HPB讀取緩衝器命令給閃存控制器130,向閃存控制器130請求關聯於建議子區的HPB項目。
操作771:閃存控制器130從RAM 136讀取上述子區的更新後HPB項目。
Operation 771 : The
操作773:閃存控制器130傳送資料輸入UPIU給主機端110,其中包含上述子區的更新後HPB項目。
Operation 773: The
操作775:主機端110將接收到的更新後HPB項目覆寫掉HPB快取500的啟動子區中的內容。
Operation 775: The
在主機控制模式下,為了因應如上所述的背景操作,圖6中的讀取操作630的技術內容需要修改。參考如圖9所示的使用者資料讀取方法的流程圖,此方法由處理單元134於載入並執行相關軟體或韌體程式碼時實施,進一步說明如下:
In the host control mode, the technical content of the read
步驟S910:處理單元134通過主機介面131從主機端110接收到HPB讀取命令,其中包含LBA、傳輸長度和HPB項目。
Step S910: The processing
步驟S920:處理單元134依據HPB讀取命令中的LBA和傳輸長度決定HPB讀取命令中HPB項目的所屬子區。
Step S920: The processing
步驟S930:處理單元134判斷所屬子區的HPB項目是否需要更新。如果是,流程繼續進行步驟S970的處理。否則,流程繼續進行步驟S950的處理。處理單元134可依據RAM 136中儲存的相應於所屬子區的變數進行判斷。如果此變數紀錄所屬子區沒有關聯到任何垃圾收集程序的資訊,則代表所屬子區的HPB項目不需要更新。如果此變數紀錄所屬子區的垃圾收集程序正在執行或者已經執行完成的資訊,則代表所屬子區的HPB項目需要更新。
Step S930: The processing
步驟S950:處理單元134依據HPB讀取命令攜帶的HPB項目的內容,驅動閃存介面130從閃存裝置150讀取請求LBA區間的使用者資料。需要注意的是,由於經過垃圾收集程序的背景操作後,相應於所屬
子區的連續LBA的使用者資料大部分儲存在閃存裝置150中的連續實體位址,所以在大部分情況下處理單元134可直接依據HPB讀取命令攜帶的HPB項目的內容從閃存裝置150讀取請求LBA區間的使用者資料。
Step S950 : The processing
步驟S960:處理單元134驅動主機介面131傳送一或多個資料輸入UPIU給主機端,其中包含讀出的使用者資料。
Step S960: The processing
步驟S970:處理單元134驅動主機介面131傳送回覆UPIU給主機端110,其中包含建議主機端110更新上述子區的HPB項目的資訊。當主機端110接收到回覆UPIU後,主機端110可執行如圖7所述的發送操作755以啟動上述子區的HPB項目的更新。
Step S970 : The processing
參考如圖10所示應用在裝置控制模式的操作順序圖,詳細說明如下: Referring to the operation sequence diagram applied in the device control mode as shown in Figure 10, the detailed description is as follows:
操作1011:閃存控制器130主動決定哪些子區即將要啟動和/或哪些區域即將關閉。
Operation 1011: The
操作1012:閃存控制器130產生相應於啟動子區的HPB項目。關於產生操作1012的技術細節可參考如上所述圖8中步驟S830的內容,為求簡明不再贅述。
Operation 1012: The
操作1013:閃存控制器130傳送回覆UPIU給主機端110,其中建議主機端110啟動上述子區和/或關閉上述區域。由於在這個模式中是由裝置端決定何時啟動子區,所以,閃存控制器130可在相應於啟動子區的垃圾收集程序的背景操作完成後再傳送回覆UPIU給主機端110。
Operation 1013: The
操作1015:如果需要,主機端110從系統記憶體中捨棄那些不再有效的HPB區域的HPB項目。
Operation 1015: If necessary, the
操作1031:如果需要,主機端110發送HPB讀取緩衝器命令給閃存控制器130,向閃存控制器130請求建議子區的HPB項目。
Operation 1031 : If necessary, the
操作1033:閃存控制器130從RAM 136讀取請求子區的HPB項目,其中每個HPB項目包含如上所述的PBA連續性資訊。
Operation 1033: The
操作1035:閃存控制器130傳送資料輸入UPIU給主機端110,其中包含相應於上述子區的HPB項目。在傳送完相應於上述子區的HPB項目後,處理單元134可更新RAM 136中相應於上述子區的變數,用於記錄此子區沒有關聯到任何垃圾收集程序的資訊。
Operation 1035: The
操作1037:主機端110儲存接收到的HPB項目到HPB快取500中的啟動子區。
Operation 1037 : the
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。 All or part of the steps in the method of the present invention can be implemented by computer instructions, such as a firmware translation layer (Firmware Translation Layer, FTL) in a storage device, a driver of a specific hardware, and the like. In addition, it can also be implemented in other types of programs. Those skilled in the art can compose the methods of the embodiments of the present invention into computer instructions, which will not be described for brevity. Computer instructions for implementing methods according to embodiments of the present invention may be stored in a suitable computer-readable medium, such as DVD, CD-ROM, USB disk, hard disk, or may be other suitable vehicles) to access the web server.
雖然圖1至圖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8、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。 Although the above-described elements are included in FIGS. 1 to 2 , it is not excluded that more other additional elements may be used to achieve better technical effects without departing from the spirit of the invention. In addition, although the flowcharts of Fig. 8 and Fig. 9 are executed in the specified order, those skilled in the art can modify the order of these steps under the premise of achieving the same effect without violating the spirit of the invention. Therefore, The present invention is not limited to using only the sequence described above. In addition, those skilled in the art can also integrate several steps into one step, or in addition to these steps, perform more steps sequentially or in parallel, and the present invention is not limited thereby.
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。 Although the present invention is described using the above embodiments, it should be noted that these descriptions are not intended to limit the present invention. On the contrary, this invention covers modifications and similar arrangements obvious to those skilled in the art. Therefore, the scope of the appended claims is to be construed in the broadest manner so as to encompass all obvious modifications and similar arrangements.
S810~S830:方法步驟 S810~S830: method steps
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