资料储存系统及其管理方法技术方案

本发明专利技术有关于一种资料储存系统及其管理方法，尤指以页面为基础管理非挥发性随机存取记忆体阵列装置的快闪储存系统、方法及电路，记忆体管理系统包括有一管理处理器、一页面缓冲器及一逻辑实体转译表，其中，管理处理器与快闪储存系统中一非挥发性记忆体阵列装置进行通信，管理处理器提供控制信号，非挥发性记忆体阵列装置根据控制信号以对于所选择的页面进行程序化、抹除及读取动作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关于一种资料储存系统及其管理方法，尤指一种用以管理非挥发性记忆体装置的记忆体管理电路及方法、以及以页面为基础进行记忆管理的非挥发性记忆体装置(例如：快闪随机存取记忆体)。
技术介绍
固态硬碟(SSD)为一种资料储存装置，其使用半导体元件来储存长驻资料。固态硬碟主要用以仿效一磁性硬碟或一光电硬碟，且普遍采用一SATA标准作为传输界面，以在大多数的应用领域中可轻易取代一般硬碟机。再者，固态硬碟也能采用其他界面规格，例如：PATA、USB、PCI express或光纤通道的实体及信号界面(ANSI X3.230-1994)，而固态硬碟系统可使用于一挥发性记忆体，例如：SRAM、DRAM，或一非挥发性记忆体，例如：快闪记忆体。请参阅图1a，为现有电脑系统的区块示意图，该电脑系统系采用一固态硬碟来取代一般硬碟进行长驻资料的储存。如图所示，一中央处理器105执行一连串的储存程序指令，这些指令保存在暂存记忆体(RAM)110或长驻记忆体(SSD)100中。中央处理器105可执行四个基本功能：(1).从暂存记忆体110或长驻记忆体100中提取一指令或一资料、(2).解码指令资料、(3).执行指令、(4).执行结果写回暂存记忆体110或长驻记忆体100中。提取或写回的结果资料可同时与一输入/输出装置105进行通信，例如：印表机、一显示器或一网路装置。中央处理器105、暂存记忆体110、长驻记忆体100及输入/输出装置115连接一系统汇流排120。系统汇流排120用以提供在中央处理器105、暂存记忆体110、长驻记忆体100及输入/输出装置115间所通信的必要资料，且进行资料规格化及资料变换。在长驻记忆体100的例子中，系统汇流排120所提供的通信规格可为SATA规格或其他上述所列出的其他规格。长驻记忆体100配置有数个逻辑位址及设置有SATA规格界面， SATA规格界面进行提取及储存的资料信息及控制信息也可通过中央处理器105处理资料及程序指令而获得。由固态硬碟所构建的长驻记忆体100其具有一控制器125，该控制器是将该逻辑位址解码成一实体位址及一控制信息，以判断是否从反及闸快闪阵列130中提取资料，或者，将资料储存于反及闸快闪阵列130中。反及闸快闪阵列130包括数个非挥发性快闪随机存取记忆体芯片，该记忆体芯片切分成数个区块，例如：16G bit记忆体芯片切分成8192区块。再者，每一区块进一步细分为数个页面，例如：单阶层记忆核心芯片中每个区块包括有64个页面或多阶层记忆核心芯片中包括有128个页面。一反及闸快闪记忆体芯片结构不允许以位元组为基础进行一位元组的读写，只能读写一页面 (通常为4KB)。此外，一个已经写入的页面是不能覆写，其只能对于已抹除的页面进行写入的动作，并且每次抹除的最小单位为1个区块、64个页面或128个页面。再者，不同单位尺寸的读取(例如：1个页面)及抹除(例如：64/128个页面)会使得快闪随机存取记忆体芯片不易管理，而且在写入资料的前必须将旧区块的资料进行复制及抹除，这意味着随意写入小量区块资料其写入速度将相当缓慢。一逻辑实体转译表位在快闪记忆体中，每当资料写入时，逻辑实体转译表将进行转变。请参阅图1b，为现有快闪储存系统中长驻记忆体(SSD)100的逻辑位址的结构示意图。如图所示，一非挥发性快闪随机存取记忆体装置150，其切分成8192个区块(Block)155，各区块155切分成64个页面(Page)160，各页面160切分成8个区段(Sector)165，各区段165切分成512个位元组(bytes)。区段165通常定义为最小的单位，且在区段165上额外增加一ECC错误更正位元167。每一页面160将相等于4K Bytes(512 Bytes×8区段)。以消费者为导向的快闪储存卡对于价格非常敏感，因此，快闪储存卡的控制器中通常只有一个最小数量的外部单芯片元件，并不会额外增设外部随机存取记忆体，且快闪储存卡的控制器内部所预设的随机存取记忆体其容量非常有限。为了节省随机存取记忆体的储存空间，现今的控制器技术是采用区块为导向进行记忆体管理，这意味着逻辑实体转译表的每一项目为一区块号码。一区块位址包括有大量资料，例如：256kb或512kb，当资料连续地写入于随机存取记忆体时，其逻辑实体转译表会改变缓慢的。请参阅图1c，为现有快闪储存系统中长驻记忆体(SSD)100读取及写入的操作示意图。如图所示，一位址信号200输入于一实体位址解码电路205，以解码出一实体位址250。实体位址使用23个位元来表示，较低位阶的3个位元(0..2)用以指向页面中的区段201，较高阶级的6个位元(3..8)用以指向区块中的页面202，下一较高阶级的13个位元(9..21)用以指向区块203，而最高阶级的位元(22)用以指向芯片位置204。在这例子中，非挥发性快闪随机存取记忆体阵列装置235包括有至少两个非挥发性快闪随机存取记忆体芯片240/245。实体位址解码电路205产生一实体位址250，该实体位址250用以辨别在记忆体芯片240/245中的区块242/247是进行读取资料220或写入资料220。一控制信号210 用以提供编码的控制指示，其传送至控制逻辑器215以产生一阵列控制信号270，非挥发性快闪随机存取记忆体阵列装置235在根据阵列控制信号270读取资料或写入资料至记忆体芯片240/245。资料220用以提供最新区段资料222，其从非挥发性快闪随机存取记忆体阵列装置235读取或写入至非挥发性快闪随机存取记忆体阵列装置235。资料220保存在一页面缓冲器225中，直到资料220被一外部主机电路所读取或写入至非挥发性快闪随机存取记忆体阵列装置235为止。资料220通过一资料汇流排260传输于页面缓冲器225与非挥发性快闪随机存取记忆体阵列装置235间。就先前技术而言，SATA界面可对于一磁性硬碟或一光电硬碟进行区段读取或写入，为了相容于磁性硬碟或光电硬碟，固态硬碟操作于区段层级时也必须能够与SATA界面进行通信。承上图1c所示，一更新的的信号区段具有一逻辑区块位址(LBA)51200。区段201及页面202所对应的较低阶级位元(0..8)其相同于逻辑及实体位址，并代表一区块203内部的区段位置。高阶级位元(9..22)的逻辑位址203/204为进入逻辑实体转译表230的索引值。逻辑实体转译表230中有许多的项目232为区块。在每一项目232中，最高阶级位元用以指示记忆体芯片240/245进行资料读取、写入或抹除，而项目232的低阶级位元用以指示其中一个记忆体芯片240/245的实体区块号码。记忆体芯片240中区块(100) 242用以取代记忆体芯片245中该抹除资料的区块(200) 247，并且区块(200) 247从外部电路接收新的区段资料222。再者，区块(100) 242中全部其他的区段也可复制旧的区块(100)242资料，该复制操作的动作也可称为区块的重组。为了达成资料更新的目的，位址信号200被实体位址解码电路205所解码，其最高阶级位元(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种资料储存系统的管理方法，用于快闪储存系统，该快闪储存系统为一非挥发性记忆体阵列装置所组成，其特征在于，该方法的步骤包括有：对于该快闪储存系统中一非挥发性记忆体阵列装置进行一次区块的读取或写入，其步骤包括：(a)解码该次区块的一逻辑位址；(b)从一逻辑实体转译表中存取该逻辑位址，以判定该次区块是否存在于一次区块缓冲器快取中；(c)若该次区块存在于该次区块缓冲器快取中，对于该次区块缓冲器快取进行该次区块的读取或写入；(d)若该次区块不存在于该次区块缓冲器快取中，判定该次区块缓冲器快取是否具有一空闲次区块；(e)若该次区块缓冲器快取具有该空闲次区块，分配该逻辑位址，以对于该次区块缓冲器快取的该空闲次区块进行读取或写入，该次区块从该非挥发性记忆体阵列装置读取至分配的该空闲次区块并且读取分配的该空闲次区块，或者该次区块写入至分配的该空闲次区块中；(f)若该次区块缓冲器快取没有该空闲次区块，从该次区块缓冲器快取中收回一最近最少使用次区块，以制作出一空闲次区块；及(g)执行步骤(e)，对于分配的该空闲次区块进行该次区块的读取或写入。

【技术特征摘要】
2009.09.03 US 12/584,2991.一种资料储存系统的管理方法，用于快闪储存系统，该快闪储存系统为一非挥发性记忆体阵列装置所组成，其特征在于，该方法的步骤包括有：
对于该快闪储存系统中一非挥发性记忆体阵列装置进行一次区块的读取或写入，其步骤包括：
(a)解码该次区块的一逻辑位址；
(b)从一逻辑实体转译表中存取该逻辑位址，以判定该次区块是否存在于一次区块缓冲器快取中；
(c)若该次区块存在于该次区块缓冲器快取中，对于该次区块缓冲器快取进行该次区块的读取或写入；
(d)若该次区块不存在于该次区块缓冲器快取中，判定该次区块缓冲器快取是否具有一空闲次区块；
(e)若该次区块缓冲器快取具有该空闲次区块，分配该逻辑位址，以对于该次区块缓冲器快取的该空闲次区块进行读取或写入，该次区块从该非挥发性记忆体阵列装置读取至分配的该空闲次区块并且读取分配的该空闲次区块，或者该次区块写入至分配的该空闲次区块中；
(f)若该次区块缓冲器快取没有该空闲次区块，从该次区块缓冲器快取中收回一最近最少使用次区块，以制作出一空闲次区块；及
(g)执行步骤(e)，对于分配的该空闲次区块进行该次区块的读取或写入。
2.如权利要求1所述的管理方法，其特征在于，该次区块为一页面、一在非挥发性记忆体阵列装置中单一区块所组成的超级页面或一经由多个页面与一区块所组成的超级页面。
3.如权利要求1所述的管理方法，其特征在于，尚包括下列步骤：
接收该逻辑位址，一控制信号及一被通信规格所编码的区段资料；及
转换该逻辑位址、该控制信号及该被通信规格所编码的区段资料成该非挥发性记忆体阵列装置可接受的规格。
4.如权利要求3所述的管理方法，其特征在于，尚包括有记录一次区块缓冲器快取表的步骤，该次区块缓冲器快取表包括有一实体次区块号码，其用以确认在该非挥发性记忆体阵列装置中的一实体位置，该实体位置与在该次区块缓冲器中的一次区块位置相关联，一快取类型项目用以标示一快取类型，而一状态项目根据一有效状态分类该次区块的区段资料，且该快取类型项目及该状态项目占用于该实体位置中。
5.如权利要求4所述的管理方法，其特征在于，该快取类型包括有一读取快取、一串流快取、一写入快取及一空闲列表。
6.如权利要求4所述的管理方法，其特征在于，从该次区块缓冲器快取中收回该最近最少使用次区块，以制作出一空闲次区块，尚包括下列步骤：
查询一最近最少使用表，该最近最少使用表包括有数个连接指标；及
根据该连接指标以判定在该次区块缓冲器中一最近最少使用的次区块。
7.如权利要求6所述的管理方法，其特征在于，从该次区块缓冲器快取中收回该最近最少使用次区块，以制作出一空闲次区块，尚包括下列步骤：
该最近最少使用次区块资料写入于所指定的该非挥发性记忆体阵列装置的该次区块中，而该次区块缓冲器中的该次区块位置并附加至该次区块缓冲器快取表的该空闲列表内。
8.如权利要求7所述的管理方法，其特征在于，该次区块写入至该次区块缓冲器快取的分配的该空闲次区块，尚包括有下列步骤：
设定一次区块位元，该次区块位元写入于一无效的次区块表中，其用以指示该非挥发性记忆体阵列装置中所选择的该次区块及其区块为有效的或无效的。
9.如权利要求6所述的管理方法，其特征在于，从该次区块缓冲器快取中收回该最近最少使用的次区块之后，尚包括下列步骤：
执行一垃圾收集程序，以产生至少一空闲次区块。
10.如权利要求6所述的管理方法，执行一垃圾收集程序，以产生至少一空闲次区块之后，其特征在于，尚包括下列步骤：
决定该非挥发性记忆体阵列装置中一可抹除次区块号码是否低于一抹除次区块门槛；
搜索一包括有一连接列表的实体区块连接表，该连接列表包括有数个指标，其中一指标为一锚定指标，其用以在该区块中定义出该无效次区块的号码，借以找到一具有最大无效号码次区块；
判断具有该最大无效号码次区块的该区块中是否全部的该次区块皆为无效；
若非全部该次区块均为无效的，将该有效的次区块复制至该非挥发性记忆体阵列装置中其他区块，以及在该无效次区块表中设定无效的该次区块；及
当全部该次区块都为无效，具有最大无效号码次区块的该区块将进行抹除。
11.如权利要求10所述的管理方法，其特征在于，该垃圾收回程序制作出该空闲次区块后，尚包括下列步骤：
设定一不合法的次区块号码以指示该抹除区块的该实体位置在该实体逻辑表中已被抹除，并且该实体逻辑表用以映射该非挥发性记忆体阵列装置的该实体位置至该逻辑位置。
12.如权利要求6所述的管理方法，其特征在于，其特征在于，从该次区块缓冲器快取中收回该最近最少使用的次区块之后，尚包括下列步骤：
对于该抹除区块进行一损耗平衡程序。
13.如权利要求12所述的管理方法，其特征在于，对于该抹除区块进行一损耗平衡程序之后，尚包括下列步骤：
决定一抹除视窗的抹除总数，该抹除视窗的抹除总数为一区块最低抹除总数的函数；
判断该抹除区块的一区块抹除总数是否超过该抹除视窗的抹除总数；
若该抹除区块的该区块抹除总数超过该抹除视窗的抹除总数，搜寻一抹除总数表，以在各抹除区块中判断出一具有最低区块抹除总数的区块；
选择该具有最低区块抹除总数的区块；
复制该具有最低区块抹除总数的区块中全部有效次区块至该抹除区块的低阶级次区块中；
抹除该具有最低抹除总数的区块，以成为一最新的抹除区块；
在该抹除总数表中对于该最新的抹除区块增加其该抹除总数；及
分配该最新的抹除区块为一新的可写入区块。
14.如权利要求13所述的管理方法，其特征在于，决定该抹除视窗的抹除总数的步骤后，尚包括下列步骤：
加入一抹除计数门槛值至该最低区块抹除总数。
15.一种资料储存系统，指一种用以保留电脑程序码的电脑可读取媒体，其包括有一控制处理器，当该控制处理器进行运作时，执行一电脑程序以对于一快闪储存系统进行管理，其特征在于，该电脑程序包括下列步骤：
对于该快闪储存系统中一非挥发性记忆体阵列装置进行一次区块的读取或写入，其步骤包括：
(a)解码该次区块的一逻辑位址；
(b)从一逻辑实体转译表中存取该逻辑位址，以判定该次区块是否存在于一次区块缓冲器快取中；
(c)若该次区块存在于该次区块缓冲器快取中，对于该次区块缓冲器快取进行该次区块的读取或写入；
(d)若该次区块不存在于该次区块缓冲器快取中，判定该次区块缓冲器快取是否具有一空闲次区块；
(e)若该次区块缓冲器快取具有该空闲次区块，分配该逻辑位址，以对于该次区块缓冲器快取的该空闲次区块进行读取或写入，该次区块从该非挥发性记忆体阵列装置读取至分配的该空闲次区块并且读取分配的该空闲次区块，或者该次区块写入至分配的该空闲次区块中；
(f)若该次区块缓冲器快取没有该空闲次区块，从该次区块缓冲器快取中收回一最近最少使用次区块，以制作出一空闲次区块；及
(g)执行步骤(e)，对于分配的该空闲次区块进行该次区块的读取或写入。
16.如权利要求15所述的资料储存系统，其特征在于，该次区块为一页面、一在非挥发性记忆体阵列装置中单一区块所组成的超级页面或一经由多个页面与一区块所组成的超级页面...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷恩哈德·库纳，
申请(专利权)人：晶先锋科技有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71