具多样闪存单元坏块管理的电子数据闪存卡制造技术

一种具多样闪存单元坏块管理的电子数据闪存卡，包括可通过主机存取的电子数据闪存卡，电子数据闪存卡由连接至闪存设备的闪存控制器和输入－输出接口电路构成。在一个实施方案中，闪存卡采用ＵＳＢ接口电路和主机通讯。闪存控制器包括仲裁器，用于建立逻辑地址和实体地址之间的映像和执行块管理操作，块管理操作包括：在可用块中存储重新分配的数据、把过期块中的有效数据重新放置到上述可用块中并把逻辑块地址重新分配给上述可用块实体块地址、搜索闪存设备的坏块并用保留块替换、有效数据被重新放置到可用块中后擦除过期块进行回收以及块的擦除计数损耗平衡等。此外，各闪存设备都设有内部缓冲区用于加速块管理操作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子数据闪存卡，更具体地说，是关于电子数据闪存卡中闪存设备的闪存块控制的系统和方法。
技术介绍
机密数据文件通常存储在软盘中，或者通过需要口令或者安全加密的网络传送。机密文档则通过安全封印发送。然而，口令、加密、安全封印都有可能遭到破坏(被解密)，从而给机密数据文件和机密文档带来危险，导致机密信息被未授权存取。 随着闪存技术变得越来越先进，闪存正逐步取代在移动系统中作为存储介质的传统磁盘的地位。和软盘或磁性介质硬盘相比，闪存具有以下一些显著优点高阻抗和低功率耗散。由于闪存的实体尺寸小，更加有利于移动系统的发展。相应地，闪存的发展也得益于其与移动系统的兼容性和低功耗。 然而，闪存也有其固有限制。首先，已编程的闪存单元必须经过擦除才能进行再次编程。同时，闪存单元只有有限的使用寿命；即，闪存单元在失效前只能进行有限次数的擦除操作。例如，NAND闪存单元典型的最大擦除次数为一百万次。相应地，由于“写入前擦除”的特点，闪存存取速度较慢，而且反复的擦除操作将会损坏闪存单元。 闪存设备的存储单元阵列由典型的基本结构构成，即分为“扇区”或“页面”，并由“扇区”或“页面”构成“块”。一个扇区包括有X个字节的数据段加上Y个字节的备用段，通常，一个扇区由512个字节(小块格式)或2048个字节(大块格式)构成一个数据段，由16个字节或64个字节构成一个备用段。部份多层单元(Multi-Level-Cell，MLC)闪存包括有2048字节和多于64字节的备用段，一扇区也可能有4096字节(或更多)数据字节。一个块由一组扇区构成，例如16、32、64或更多扇区，扇区数量根据具体情况确定。如果其中某个扇区包含一个或多个无效存储单元(即，编程或擦除操作过程中，一个或多个存储单元无法实现既定的最小操作状态)，则认为这是一个“坏”块。在部份高可靠度的应用上，一个“坏”块定义能够被延伸到部份不规则表征的任何的块，例如，检测到大量数据错误的位。如果一个块的全部存储单元都功能完好和有足够的可靠度，则认为这是一个“好”块。一般，储存区与一组实体块相关联的储存区共享一程序/读取页面缓冲内部快取。在大部份的例子中，拷贝回存(Copyback)指令可应用在移动相同储存区中两个块之间的数据。拷贝回存指令无法有效移动两个不同储存区之间的数据。 闪存设备可能一开始就有大量坏块(例如，10％)。此外，闪存设备原来的好块也可能在制造商规定的使用寿命之内变成坏块。这些坏块将在闪存设备的写入或擦除操作中表现出来。不幸的是，不断增加的坏块发生率极大地降低了闪存系统的性能。 大部分闪存系统(例如，电子数据闪存卡)同时使用多个闪存设备，并通过在多个闪存设备阵列中搜索可用好块的方法来解决坏块问题。存储在坏块中的有效数据(或分配给坏块的数据)需要重新分配或重新放置在一个或多个可用好块中。传统方法在系统全部闪存设备中搜索具有可用好扇区的可用好块，在搜索过程中，典型的重新分配/重新放置过程包括一个把数据传输外部缓冲区的过程(即，存储到闪存外)。如果找到了足够数量的可用好扇区，再把该数据写回这些块中。 上述传统重新分配/重新放置过程可能会出现的一个问题，即如果一个或多个闪存设备达到容量极限(即，没有剩余可用好块)，则闪存系统必须继续搜索其它闪存设备，直到搜索到具有足够数量的可用好扇区的可用好块。这可能导致外部缓冲区拥塞，从而导致闪存系统的总体性能的降低。 闪存设备中可用好块的数量随着闪存设备存储量越来越接近容量和过期(无效)块数量的增加而减少。过期块是指包含过期扇区的好块，过期扇区是指存储过有数据而该数据又被更新过的扇区。数据被更新后，过期数据仍保留在过期扇区中，被更新数据则被写入新扇区，该新扇区即成为包含有效数据的有效扇区。有效数据包括被更新数据和未被更新数据。相应地，过期块数量将随着文件修改或删除而增加。 过期块通常通过“垃圾回收”操作循环使用。在“垃圾回收”操作过程中，过期块将被擦除以便再次执行写入操作。过期块可能同时包含过期数据和有效数据。有效数据必须在过期块被擦除前复制到可用好块中。在垃圾回收操作中，过期块中的有效数据将复制到外部缓冲区，然后执行可用好块搜索程序，在全部闪存设备中搜索和定位可用好块。一旦可用好块搜索成功，外部缓冲区中的有效数据将被复制回可用好块中。和重新分配/重新放置过程相同，传统的垃圾回收操作也可能发生外部缓冲区拥塞问题，导致闪存系统总体性能的降低。 另一个坏块解决方案为包括块替换过程的“损耗平衡”操作。在该操作中，有效数据将从一个块向另一个块转移，从而使数据分布更加均匀。然而，该操作同样包括外部缓冲区操作和多个设备中可用好块的搜索操作过程。如上所述，该操作也可能导致外部缓冲区拥塞，导致闪存系统总体性能的降低。 通常，传统方法没有解决在多个闪存设备中搜索可用好块所需的附加处理时间的问题，并且这些问题目前还没有一个很好的解决方案。已知的解决方案同样没有解决搜索过程中外部缓冲区潜在的拥塞问题。然而，这些限制都将影响坏块管理、垃圾回收和损耗平衡的效率。 因此，我们需要一套改进的闪存控制系统和方法。该系统和方法必须能解决处理坏块、垃圾回收和损耗平衡过程中可用好块搜索所需处理时间的问题。同时，该系统和方法必须简单可行、成本合理并且可以通过当前技术方便地实现。本专利技术的目的就是要解决该问题。
技术实现思路
本专利技术主要针对包含闪存设备的电子数据闪存卡、指纹传感器、输入/输出接口电路和处理单元。电子数据闪存卡可通过主机(外部计算机)存取，例如个人计算机，笔记本计算机或其它电子主机设备。由于电子数据闪存卡的便携性和耐用性，个人数据可以用加密形式存储在闪存设备中，这样只有通过诸如卡身上的指纹传感器的类的安全措施才能存取，确保不被未授权人员误用。 本专利技术中，闪存控制器作为处理单元的一部分控制闪存设备的操作。处理单元与闪存设备和输入/输出接口电路相连接。闪存控制器逻辑包括闪存类型算法，用于检测该闪存设备是否为闪存逻辑所支持的闪存类型。通过将闪存检测算法代码动态部分连同机密数据存储在至少一个闪存设备中，不但电子数据闪存卡只读存储器(ROM)的大小可以降低，而且新的闪存类型无需硬件调整而仅需调整存储于闪存中闪存类型检测算法代码的动态部分即可被支持。这样既降低了总体成本又和消除了不必要的开发时间。 根据本专利技术另一个实施方案，电子数据闪存卡的处理单元可以通过选择工作在以下三个工作状态下可编程模式、数据读取模式、复位状态。当处理单元处于可编程模式时，处理单元启动输入/输出接口电路接收来自主机的机密数据文件，并把数据文件储存在闪存设备中。当处理单元处于数据读取模式时，处理单元启动输入/输出接口电路把数据文件传输到主机中。当处理单元处于数据复位状态时，数据文件(以及参考用指纹数据)将从该闪存设备中被擦除。 在本专利技术实施方案中，处理单元为一个微处理器，该微处理器可以是8051、8052、80286、RISC、ARM、MIPS或数字信号处理器(DSP)。 在本专利技术实施方案中，输入/输出(I/O)接口电路采用USB接口电路。 另一个在本专利技术实施方案中，USB闪存设备和主机之间采用批量传输(BOT)协议高速传输数据。由于BOT传输的命令、数据、状态不但依赖于默认本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子数据闪存卡，可通过建立通讯连接被主机存取，其特征在于，该电子数据闪存卡包括：　一卡身；　一个或多个安装于该卡身的闪存设备，一个或多个闪存设备包含数个多层单元存储器单元用于存储数据文件；　一安装于卡身的输入／输出接口电路，用于建立和主机之间的通讯；　一安装于卡身的闪存控制器，与所述的闪存设备和所述的输入／输出接口电路之间的电气连接，其中该闪存控制器可在一数据检索模式下操作，从多层单元存储器单元的一块读取数据以决定是否在该数据读取中有任何错误以及如果在该读取数据有错误并决定在该读取数据中是否错位的数量超过预定临限和错误位的数量超过预定临限，即拷贝多层单元存储器单元的块的数据至该多层单元存储器单元的一闲置目标块和在逻辑到实体块位置表中更新相对应的逻辑到实体块位置映像。

【技术特征摘要】
US 2007-9-28 11/864,6841.一种电子数据闪存卡，可通过建立通讯连接被主机存取，其特征在于，该电子数据闪存卡包括一卡身；一个或多个安装于该卡身的闪存设备，一个或多个闪存设备包含数个多层单元存储器单元用于存储数据文件；一安装于卡身的输入/输出接口电路，用于建立和主机之间的通讯；一安装于卡身的闪存控制器，与所述的闪存设备和所述的输入/输出接口电路之间的电气连接，其中该闪存控制器可在一数据检索模式下操作，从多层单元存储器单元的一块读取数据以决定是否在该数据读取中有任何错误以及如果在该读取数据有错误并决定在该读取数据中是否错位的数量超过预定临限和错误位的数量超过预定临限，即拷贝多层单元存储器单元的块的数据至该多层单元存储器单元的一闲置目标块和在逻辑到实体块位置表中更新相对应的逻辑到实体块位置映像。2.如权利要求1所述的电子数据闪存卡，其特征在于，其中前述闪存控制器在拷贝多层单元存储器单元的块的数据至该闲置目标块后，还可在数据检索模式操作以擦除多层单元存储器单元的块。3.如权利要求1所述的电子数据闪存卡，其特征在于，其中前述闪存控制器在拷贝多层单元存储器单元的块的数据至该闲置目标块后，还可在数据检索模式操作以记录多层单元存储器单元的块为一坏块。4.如权利要求1所述的电子数据闪存卡，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：马治刚，周圭璋，李中和，俞一康，李威若，沈明祥，
申请(专利权)人：智多星电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]