TWI790568B - Work status control method for memory device and data storage system - Google Patents
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Abstract
Description
本發明是有關於一種記憶體控制技術,且特別是有關於一種記憶體裝置的工作狀態控制方法與資料儲存系統。The present invention relates to a memory control technology, and in particular to a working state control method and a data storage system of a memory device.
相較於傳統硬碟,記憶體裝置具有存取速度快及體積小等優點。但是,記憶體裝置在使用上,需要時常進行資料的搬移整理,以釋放出更多的寫入空間供新資料寫入。一般來說,記憶體裝置可以在例如開機後、關機前或切換工作狀態的期間,在背景執行資料的搬移整理。但是,實務上,記憶體裝置可以在背景執行資料的搬移整理的時間往往不足。一旦記憶體裝置的快取區被寫滿,則記憶體裝置就會主動降速,從而降低記憶體裝置的工作效率。Compared with traditional hard disks, memory devices have the advantages of fast access speed and small size. However, in the use of the memory device, data needs to be moved and sorted frequently to release more writing space for writing new data. Generally speaking, the memory device can perform data migration and sorting in the background, such as after booting, before shutting down, or during switching working states. However, in practice, the time for the memory device to move and organize data in the background is often insufficient. Once the cache area of the memory device is full, the memory device will actively slow down, thereby reducing the working efficiency of the memory device.
本發明提供一種記憶體裝置的工作狀態控制方法與資料儲存系統,可藉由延長記憶體裝置在不同工作狀態之間進行切換時的緩衝時間,從而提升記憶體裝置的工作效率。The invention provides a working state control method and a data storage system of a memory device, which can increase the working efficiency of the memory device by prolonging the buffer time when the memory device switches between different working states.
本發明的實施例提供一種記憶體裝置的工作狀態控制方法,其用於主機系統。所述主機系統耦接至所述記憶體裝置。所述工作狀態控制方法包括:偵測所述主機系統的狀態;以及響應於所述主機系統的所述狀態為閒置狀態,發送第一控制指令至所述記憶體裝置。所述第一控制指令用以調整所述記憶體裝置從第一工作狀態切換至第二工作狀態的緩衝時間。An embodiment of the present invention provides a method for controlling the working state of a memory device, which is used in a host system. The host system is coupled to the memory device. The working state control method includes: detecting the state of the host system; and sending a first control command to the memory device in response to the state of the host system being an idle state. The first control instruction is used to adjust the buffer time for the memory device to switch from the first working state to the second working state.
本發明的實施例另提供一種資料儲存系統,其包括主機系統與記憶體裝置。所述記憶體裝置耦接至所述主機系統並用以儲存來自所述主機系統的資料。所述主機系統用以偵測所述主機系統的狀態。所述主機系統更用以響應於所述主機系統的所述狀態為閒置狀態,發送第一控制指令至所述記憶體裝置。所述記憶體裝置用以根據所述第一控制指令調整從第一工作狀態切換至第二工作狀態的緩衝時間。An embodiment of the present invention further provides a data storage system, which includes a host system and a memory device. The memory device is coupled to the host system and used for storing data from the host system. The host system is used to detect the status of the host system. The host system is further configured to send a first control command to the memory device in response to the state of the host system being an idle state. The memory device is used for adjusting the buffer time for switching from the first working state to the second working state according to the first control instruction.
基於上述,當主機系統的狀態為閒置狀態時,主機系統可發送第一控制指令至記憶體裝置。所述第一控制指令可用以調整記憶體裝置從第一工作狀態切換至第二工作狀態的緩衝時間。藉由延長記憶體裝置在不同工作狀態之間進行切換時的緩衝時間,可提供更充足的時間供記憶體裝置執行背景資料整理,進而提升記憶體裝置的工作效率。Based on the above, when the state of the host system is the idle state, the host system can send the first control command to the memory device. The first control instruction can be used to adjust the buffer time for the memory device to switch from the first working state to the second working state. By prolonging the buffer time when the memory device switches between different working states, more sufficient time can be provided for the memory device to perform background data sorting, thereby improving the working efficiency of the memory device.
圖1是根據本發明的一實施例所繪示的資料儲存系統的示意圖。請參照圖1,資料儲存系統包括主機系統11與記憶體裝置12。主機系統11可將資料儲存至記憶體裝置12中,或從記憶體裝置12中讀取資料。例如,主機系統11為可實質地與記憶體裝置12配合以儲存資料的任意系統,例如,電腦系統、數位相機、攝影機、通訊裝置、音訊播放器、視訊播放器或平板電腦等,而記憶體裝置12則可為隨身碟、記憶卡、固態硬碟(Solid State Drive, SSD)、安全數位(Secure Digital, SD)卡、小型快閃(Compact Flash, CF)卡或嵌入式儲存裝置等各式非揮發性記憶體裝置。FIG. 1 is a schematic diagram of a data storage system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1 , the data storage system includes a
在一實施例中,主機系統11可包括連接介面111、感測器112及處理器113。連接介面111用以耦接至記憶體裝置12並與記憶體裝置12通訊。例如,連接介面111可將資料傳輸至記憶體裝置12或從記憶體裝置12接收資料。感測器112可用以感測環境資訊。例如,感測器112可包括鏡頭等影像擷取裝置或者其他類型的感測器,本發明不加以限制。In one embodiment, the
處理器113耦接至連接介面111與感測器112。處理器113可負責主機系統11的整體或部分運作。例如,處理器113可包括中央處理單元(CPU)或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器、數位訊號處理器(Digital Signal Processor, DSP)、可程式化控制器、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuits, ASIC)、可程式化邏輯裝置(Programmable Logic Device, PLD)或其他類似裝置或這些裝置的組合。The
在一實施例中,主機系統11還可包含任何實務上所需的硬體裝置,例如儲存媒體、電池單元、網路介面卡、鍵盤(或觸控板)、螢幕及/或揚聲器等等。In one embodiment, the
在一實施例中,記憶體裝置12包括連接介面121、記憶體模組122及記憶體控制器123。連接介面121用以連接主機系統11的連接介面112並經由連接介面112與主機系統11通訊。例如,連接介面111與121可符合序列先進附件(Serial Advanced Technology Attachment, SATA)、並列先進附件(Parallel Advanced Technology Attachment, PATA)、高速周邊零件連接介面(Peripheral Component Interconnect Express, PCI Express)或通用序列匯流排(Universal Serial Bus, USB)等各式連接介面標準。在一實施例中,連接介面111與121符合NVM Express (NVMe)規範。In one embodiment, the
記憶體模組122用以儲存主機系統11所寫入之資料。例如,記憶體模組122可包括單階胞(Single Level Cell, SLC)NAND型快閃記憶體模組(即,一個記憶胞可儲存1個位元的快閃記憶體模組)、多階胞(Multi Level Cell, MLC)NAND型快閃記憶體模組(即,一個記憶胞可儲存2個位元的快閃記憶體模組)、三階胞(Triple Level Cell, TLC)NAND型快閃記憶體模組(即,一個記憶胞可儲存3個位元的快閃記憶體模組)及/或四階胞(Quad Level Cell, QLC)NAND型快閃記憶體模組(即,一個記憶胞可儲存4個位元的快閃記憶體模組)。例如,記憶體模組122中的記憶胞是以臨界電壓的改變來儲存資料。在一實施例中,記憶體模組122亦稱為快閃記憶體模組。The
記憶體模組122包括多個實體單元。每一個實體單元可包括多個記憶胞。例如,一個實體單元可包括一或多個實體頁、一或多個實體區塊或者一或多個其他的記憶胞管理單元。屬於同一個實體頁的記憶胞可以被同時程式化以儲存資料。屬於同一個實體區塊的記憶胞可被同時抹除以清除資料。The
在一實施例中,記憶體模組122包括快取區1221與儲存區1222。快取區1221中的每一個實體單元中的每一個記憶胞可用以儲存N個位元。儲存區1222中的每一個實體單元中的每一個記憶胞可用以儲存M個位元。M與N皆為整數,且M大於N。例如,N可為1,且M可為2、3或4。例如,快取區1221中的實體單元可操作於SLC(或虛擬SLC)模式,而儲存區1222中的實體單元則可操作於MLC、TLC或QLC模式。In one embodiment, the
在一實施例中,將資料寫入至快取區1221中的一個實體單元的速度及/或可靠度高於將資料寫入至儲存區1222中的一個實體單元的速度及/或可靠度。在一實施例中,儲存區1222中的一個實體單元的容量(即可儲存的資料量)大於快取區1221中的一個實體單元的容量。In one embodiment, the speed and/or reliability of writing data into a physical unit in the
記憶體控制器123耦接至連接介面121與記憶體模組122。記憶體控制器123用以執行以硬體型式或韌體型式實作的多個邏輯閘或控制指令並且根據主機系統11的指令在記憶體模組122中進行資料的寫入、讀取與抹除等運作。此外,記憶體控制器123也可控制記憶體裝置12的整體運作。在一實施例中,記憶體控制器123亦稱為快閃記憶體控制器。The
在一實施例中,快取區1221中的實體單元的最大數目少於儲存區1222中的實體單元的最大數目。當快取區1221中的實體單元尚未被用盡時,來自主機系統11的資料可先被以較快的速度及/或較高的可靠度寫入至快取區1221中的實體單元。爾後,記憶體控制器123可在記憶體裝置12的運作過程中執行背景資料整理,以將有效資料從快取區1221中的實體單元搬移至儲存區1222中的實體單元。其中,有效資料是指屬於某一邏輯區塊位址(Logical Block Address, LBA)的資料。在將快取區1221中的某一實體單元所儲存的有效資料都複製到儲存區1222後,快取區1221中的此實體單元可被抹除(亦稱為釋放)以重新接收來自主機系統11的新資料。In one embodiment, the maximum number of physical units in the
一般來說,記憶體控制器123執行所述背景資料整理的時間是相當有限的。例如,記憶體控制器123可能只能在記憶體裝置12開機後、關機前、切換工作狀態的期間或者部分記憶體裝置12的存取負載較低的狀態下短暫執行所述背景資料整理。一旦快取區1221中的實體單元被用盡(即快取區1221中沒有可用的實體單元),則來自主機系統11的資料需以較慢的速度及/或較低的可靠度直接寫入至儲存區1222中的實體單元。換言之,在記憶體裝置12的運作過程中,若有充足的時間供記憶體控制器123執行背景資料整理,以盡可能地在快取區1221中釋放出可用的實體單元,則來自主機系統11的資料可以較快的速度及/或較高的可靠度儲存至記憶體裝置12(即快取區1221)中。Generally speaking, the time for the
在一實施例中,處理器113可偵測主機系統11當下的狀態。響應於主機系統11當下的狀態為閒置狀態,處理器113可發送一控制指令(亦稱為第一控制指令)至記憶體裝置12。第一控制指令可用以調整記憶體裝置12從某一工作狀態(亦稱為第一工作狀態)切換至另一工作狀態(亦稱為第二工作狀態)的緩衝時間。In one embodiment, the
在一實施例中,記憶體裝置12在第一工作狀態下的系統效能高於記憶體裝置12在第二工作狀態下的系統效能。在一實施例中,第一工作狀態可以是指NVMe規範中的電源狀態0(Power State 0, PS0)。PS0亦稱為正常工作狀態。在一實施例中,第二工作狀態可以是指NVMe規範中的電源狀態1(PS1)。相較於PS0,在PS1狀態下,記憶體裝置12運作時的系統效能與功耗皆會降低。In one embodiment, the system performance of the
在一實施例中,第一控制指令更用以指示記憶體裝置12從第一工作狀態切換至第二工作狀態。在一實施例中,調整後的緩衝時間可大於此緩衝時間的一個預設值。也就是說,處理器113可藉由此第一控制指令來指示記憶體裝置12從第一工作狀態切換至第二工作狀態,且同時藉由此第一控制指令來指示記憶體裝置12延長從第一工作狀態切換至第二工作狀態的緩衝時間。In one embodiment, the first control command is further used to instruct the
在一實施例中,當記憶體控制器123根據此第一控制指令來切換記憶體裝置12的工作狀態時,在切換工作狀態的期間(即緩衝時間內),記憶體控制器123可執行所述背景資料整理,以將有效資料從快取區1221中的至少一實體單元(亦稱為第一實體單元)搬移至儲存區1222中的至少一實體單元(亦稱為第二實體單元)。在一實施例中,藉由延長此緩衝時間,在切換至第二工作狀態之前,記憶體控制器123可以有更充足的時間來執行所述背景資料整理,從而提高對於快取區1221中的可用實體單元的釋放效率。In one embodiment, when the
在一實施例中,響應於主機系統11的狀態非為閒置狀態,處理器113可發送另一控制指令(亦稱為第二控制指令)至記憶體裝置12。第二控制指令可用以指示記憶體裝置12從第二工作狀態回復為第一工作狀態並將所述緩衝時間回復為預設值。In one embodiment, in response to the state of the
圖2是根據本發明的一實施例所繪示的工作狀態控制的操作時序示意圖。請參照圖1與圖2,假設在時間點T(0)之前,記憶體裝置12處於第一工作狀態(例如PS0或正常工作狀態)。在時間點T(0),響應於主機系統11處於閒置狀態,記憶體裝置12可從主機系統11接收第一控制指令。響應於第一控制指令,在經過緩衝時間BF(T)後,在時間點T(1),記憶體裝置12可切換其工作狀態,即從第一工作狀態切換為第二工作狀態(例如PS1)。須注意的是,在緩衝時間BF(T)內,記憶體裝置12可持續執行所述背景資料整理,且暫時不完成所述工作狀態的切換。FIG. 2 is a schematic diagram of an operation sequence of working state control according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1 and FIG. 2 , it is assumed that the
在切換至第二工作狀態後,在時間點T(1)至T(2)之間,記憶體裝置12可持續運作於第二工作狀態。在時間點T(2)之後,響應於主機系統11離開閒置狀態(即恢復正常操作狀態),記憶體裝置12可從主機系統11接收第二控制指令並根據此第二控制指令回復至第一工作狀態。After being switched to the second working state, the
圖3是根據本發明的一實施例所繪示的調整切換工作狀態之間的緩衝時間的示意圖。請參照圖3,響應於第一控制指令,記憶體裝置12可將緩衝時間BF(T)從預設的BF(0)調整為BF(1),且BF(1)所對應的時間長度大於BF(0)所對應的時間長度。爾後,響應於第二控制指令,記憶體裝置12可將緩衝時間BF(T)回復為預設的BF(0)。FIG. 3 is a schematic diagram of adjusting buffer time between switching working states according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3 , in response to the first control command, the
回到圖1,在一實施例中,處理器113可偵測主機系統11的操作者是否已離開。若處理器113判定主機系統11的操作者已離開,處理器113可判定主機系統11當下的狀態為閒置狀態。反之,若處理器113判定主機系統11的操作者未離開(例如主機系統11的操作者持續操作主機系統11),處理器113可判定主機系統11當下的狀態非為閒置狀態。Returning to FIG. 1 , in one embodiment, the
在一實施例中,處理器113可藉由感測器112來判斷主機系統11當下的狀態是否為閒置狀態。例如,假設感測器112包括鏡頭,則當使用者持續出現在鏡頭前時,處理器113可根據感測器112所擷取的影像判定主機系統11的操作者未離開且主機系統11當下的狀態非為閒置狀態。反之,當使用者未出現在鏡頭前時,處理器113可根據感測器112所擷取的影像判定主機系統11的操作者已離開且主機系統11當下的狀態為閒置狀態。In one embodiment, the
在一實施例中,處理器113也可分析當前使用者對於主機系統11的操作狀態來判斷主機系統11的操作者是否已離開及/或主機系統11當下的狀態是否為閒置狀態。例如,處理器113可持續偵測使用者對主機系統11的滑鼠、鍵盤、處控板及/或觸控螢幕等輸入/輸出裝置的操作狀態。當使用者在某一段時間範圍內完全未操作所述輸入/輸出裝置,則處理器113可判定主機系統11的操作者已離開。反之,若使用者在所述時間範圍內持續有在使用或操作所述輸入/輸出裝置,則處理器113可判定主機系統11的操作者未離開。In one embodiment, the
在一實施例中,在主機系統11處於閒置狀態(例如主機系統11的操作者已離開的狀態)時,主機系統11可藉由所述第一控制指令指示記憶體裝置12進入較為省電的第二工作狀態並使記憶體裝置12在進入第二工作狀態前有更充足的時間執行所述背景資料整理。特別是,在主機系統11處於閒置狀態(例如主機系統11的操作者已離開的狀態)時,即便記憶體裝置12花費更多時間執行工作狀態的切換,對主機系統11的操作體驗的影響不會太大,甚至可被忽略。In one embodiment, when the
在一實施例中,在主機系統11脫離所述閒置狀態(例如主機系統11的操作者回來)後,主機系統11可藉由所述第二控制指令指示記憶體裝置12回復為工作效率較高的第一工作狀態並基於預設的緩衝時間來自主運作。特別是,記憶體裝置12內部的參數(包含所述緩衝時間)一般都是出廠前就設定好的合適的數值。因此,在主機系統11恢復正常操作狀態後,讓記憶體裝置12基於預設的緩衝時間來自主運作,可避免對記憶體裝置12的運作產生過度干涉,進而使記憶體裝置12處於較佳的工作狀態。In one embodiment, after the
圖4是根據本發明的一實施例所繪示的記憶體裝置的工作狀態控制方法的流程圖。請參照圖4,在步驟S401中,偵測主機系統的狀態。在步驟S402中,判斷所述主機系統的狀態是否為閒置狀態。響應於所述主機系統的狀態為閒置狀態,在步驟S403中,發送第一控制指令至所述記憶體裝置。所述第一控制指令用以調整所述記憶體裝置從第一工作狀態切換至第二工作狀態的緩衝時間。此外,若所述主機系統的狀態非為閒置狀態,步驟S401可重複執行。FIG. 4 is a flow chart of a method for controlling the working state of a memory device according to an embodiment of the present invention. Please refer to FIG. 4 , in step S401 , the state of the host system is detected. In step S402, it is determined whether the state of the host system is an idle state. In response to the state of the host system being an idle state, in step S403, a first control command is sent to the memory device. The first control instruction is used to adjust the buffer time for the memory device to switch from the first working state to the second working state. In addition, if the state of the host system is not idle state, step S401 may be repeatedly executed.
圖5是根據本發明的一實施例所繪示的記憶體裝置的工作狀態控制方法的流程圖。請參照圖5,在步驟S501中,偵測主機系統的狀態。在步驟S502中,判斷所述主機系統的狀態是否為閒置狀態。響應於所述主機系統的狀態為閒置狀態,在步驟S503中,發送第一控制指令至所述記憶體裝置,以調整所述記憶體裝置從第一工作狀態切換至第二工作狀態的緩衝時間。在步驟S504中,響應於第一控制指令,所述記憶體裝置從第一工作狀態切換至第二工作狀態。此外,若在步驟S502中判定所述主機系統的狀態非為閒置狀態,則步驟S501可重複執行。FIG. 5 is a flowchart of a method for controlling the working state of a memory device according to an embodiment of the present invention. Please refer to FIG. 5 , in step S501 , the state of the host system is detected. In step S502, it is judged whether the state of the host system is an idle state. In response to the state of the host system being an idle state, in step S503, sending a first control command to the memory device to adjust the buffer time for the memory device to switch from the first working state to the second working state . In step S504, in response to the first control instruction, the memory device switches from the first working state to the second working state. In addition, if it is determined in step S502 that the state of the host system is not an idle state, then step S501 may be repeatedly executed.
在所述記憶體裝置處於第二工作狀態的狀態下,在步驟S505中,判斷所述主機系統的狀態是否為閒置狀態。若所述主機系統的狀態為閒置狀態,步驟S505可重複執行。若所述主機系統的狀態非為閒置狀態,在步驟S506中,發送第二控制指令至所述記憶體裝置,以將經調整的所述緩衝時間回復為預設值。在步驟S507中,響應於第二控制指令,所述記憶體裝置從第二工作狀態回復為第一工作狀態。在步驟S507之後,步驟S501可重複執行。When the memory device is in the second working state, in step S505, it is determined whether the state of the host system is an idle state. If the state of the host system is idle, step S505 may be repeated. If the state of the host system is not the idle state, in step S506, a second control command is sent to the memory device to restore the adjusted buffer time to a preset value. In step S507, in response to the second control instruction, the memory device returns from the second working state to the first working state. After step S507, step S501 may be executed repeatedly.
然而,圖4與圖5中各步驟已詳細說明如上,在此便不再贅述。值得注意的是,圖4與圖5中各步驟可以實作為多個程式碼或是電路,本發明不加以限制。此外,圖4與圖5的方法可以搭配以上範例實施例使用,也可以單獨使用,本發明不加以限制。However, each step in FIG. 4 and FIG. 5 has been described in detail above, and will not be repeated here. It should be noted that each step in FIG. 4 and FIG. 5 can be implemented as a plurality of program codes or circuits, which is not limited by the present invention. In addition, the methods shown in FIG. 4 and FIG. 5 can be used together with the above exemplary embodiments, or can be used alone, which is not limited by the present invention.
綜上所述,本發明的實施例提出可在主機系統處於閒置狀態(例如主機系統的操作者已離開的狀態)時,適度延長記憶體裝置切換工作狀態時的緩衝時間。藉此,可在不影響主機系統的操作體驗的前提下,適度延長記憶體裝置執行背景資料整理的時間,從而提升記憶體裝置的工作效率。To sum up, the embodiments of the present invention propose that when the host system is in an idle state (for example, the operator of the host system has left), the buffer time when the memory device switches working states can be moderately extended. In this way, without affecting the operating experience of the host system, the time for the memory device to perform background data sorting can be moderately extended, thereby improving the working efficiency of the memory device.
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明的精神和範圍內,當可作些許的更動與潤飾,故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。Although the present invention has been disclosed above with the embodiments, it is not intended to limit the present invention. Anyone with ordinary knowledge in the technical field may make some changes and modifications without departing from the spirit and scope of the present invention. The scope of protection of the present invention should be defined by the scope of the appended patent application.
11:主機系統
111, 121:連接介面
112:感測器
113:處理器
12:記憶體裝置
122:記憶體模組
1221:快取區
1222:儲存區
123:記憶體控制器
T(0), T(1), T(2):時間點
BF(T), BF(0) , BF(1):緩衝時間
S401~S403, S501~S507:步驟
11:
圖1是根據本發明的一實施例所繪示的資料儲存系統的示意圖。 圖2是根據本發明的一實施例所繪示的工作狀態控制的操作時序示意圖。 圖3是根據本發明的一實施例所繪示的調整切換工作狀態之間的緩衝時間的示意圖。 圖4是根據本發明的一實施例所繪示的記憶體裝置的工作狀態控制方法的流程圖。 圖5是根據本發明的一實施例所繪示的記憶體裝置的工作狀態控制方法的流程圖。 FIG. 1 is a schematic diagram of a data storage system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram of an operation sequence of working state control according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic diagram of adjusting buffer time between switching working states according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a flow chart of a method for controlling the working state of a memory device according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a flowchart of a method for controlling the working state of a memory device according to an embodiment of the present invention.
S401~S403:步驟 S401~S403: steps
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TW110109210A TWI790568B (en) | 2021-03-15 | 2021-03-15 | Work status control method for memory device and data storage system |
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