在非易失性存储系统中执行自动磨损平衡的方法技术方案

一种在一存储系统中进行操作的方法，所述存储系统包括复数个可擦除并可重新编程非易失性存储单元，所述可擦除并可再编程非易失性存储单元具有组织成多个其之间具有地址边界的区的多个邻接物理地址单元，且其中一特定范围的逻辑地址被映射到所述区的每一个区中，所述方法包括：重新指派所述边界地址，以从所述区的每个区中删除至少一个单元并将所述至少一个单元添加到一相邻的区中，而无需改变所述个别区中单元的数量；其后，根据数据的逻辑地址访问所述区，以将所述数据编程到所述经重新指派的存储单 元中或从所述经重新指派的存储单元中读取所述数据；和反复地重新指派所述边界地址并访问所述区，至少直到已将所述存储单元从其自身的区全部移动到相邻的区，进而将经由所述逻辑地址访问的所述单元的使用分散开。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上涉及大容量数字数据存储系统，且更明确而言，本专利技术涉及一种用于自动允许将与非易失性存储系统中的存储区域相关的磨损分布遍及其存储区域的系统及方法。
技术介绍
归因于如闪存存储系统的非易失性存储系统的紧凑物理大小和非易失性存储器的可被反复再编程的能力，所述存储系统的应用日益增加。闪存存储系统的紧凑物理大小促进了所述存储系统在变得逐渐流行的装置中使用。使用闪存存储系统的装置包括(但不限于)数码相机、数码摄像机、数码音乐播放器、手提个人计算机和全球定位装置。对包括在闪存存储系统中的非易失性存储器进行反复再编程的能力能够使得闪存存储系统被使用且再使用。尽管闪存系统内的非易失性存储器或更具体而言为非易失性存储器存储单元可经反复地编程并擦除，但是在每一单元或物理位置被磨坏之前，只能对其进行一定次数的擦除。在某些系统中，在单元被认定为不可用之前，可对其进行约一万次的擦除。在其它系统中，在认为单元被磨坏之前，可对单元进行约十万次或甚至高达一百万次的擦除。当单元被磨坏时，进而导致闪存系统整个存储容量的一部分无法使用或其性能的重大降级，由于(例如)丢失已存储数据或无法存储数据，因而闪存系统的用户会受到不利影响。闪存系统内的单元或物理位置上的磨损依据每个单元被编程的频率而变化。如果对一个单元或一般而言为一个存储元件进行一次编程且然后实际上永不对其进行再编程，那么与所述单元相关的磨损一般相对较低。然而，如果对一单元反复地进行写入及擦除，那么与所述单元相关的磨损一般相对较高。如所属领域技术人员所了解，由于逻辑块地址(LBA)被主机(例如，访问或使用一闪存系统的系统)用来访问存储于闪存系统中的数据，因而如果主机反复地使用相同的LBA来写入并重写数据，那么便对闪存系统内相同的物理位置或单元进行反复地写入及擦除。当某些单元实际上被磨坏而其它单元相对未被磨损时，磨坏单元的存在通常使闪存系统的总性能受损。除了与磨坏单元本身相关的性能降级之外，当不足数量的未被磨坏单元可用来存储所要的数据时，闪存系统的总体性能可受到不利影响。通常，当闪存系统中存在相当多的磨坏单元时，即使闪存系统中的许多其它单元相对未磨损，仍可认为所述闪存系统为不可用。为了增大闪存系统内的单元相当均匀地经磨损的可能性，通常执行磨损平衡操作。通常对磨损平衡操作进行配置以允许改变与特定LBA相关的单元，从而使得相同的LBA并非总是与相同的单元相关。通过改变与LBA相关的单元，从而一个特定单元在其它单元被磨坏之前很久便被磨坏的可能性很小。一常规磨损平衡处理涉及交换物理位置，其中客户机或主机LBA的两个相对大的部分映射到所述物理位置。即，交换与存储单元相对大的部分相关的LBA。所述交换是通过来自客户机的手动命令(例如)通过使用一主机来启动，且结果所述交换对客户机而言是不透明的。另外，涉及在存储单元的两个相对大的部分之间移动数据的交换操作耗费时间且因此效率低。此外，由于相对长的持续期的交换操作消耗与整个闪存系统相关的重要资源，如(例如)时间和处理功率，因而使得整个闪存存储系统的性能受到不利影响。从一第一位置移动数据通常涉及将数据复制到另一位置中且将所述数据从第一位置擦除。通过简单的允许单元磨损可免于进行磨损平衡。一旦单元实际上被磨坏，那么指派给所述单元的扇区可通过将与所述扇区相关的地址映射到备用区来重新分配。由于备用区或单元的数量有限且十分重要，因而无法总是存在用于与不可用单元相关的扇区形成映射的备用区。另外，实际上仅在单元已变得不可用之后进行重新映射的扇区通常使得整个闪存系统的性能降级。因此，需要一种用于在闪存存储系统内有效地且透明地执行磨损平衡的方法和装置。即，需要一种自动磨损平衡处理，其在促进与闪存存储系统相关的物理位置中的更均匀磨损的同时，不会不利地影响闪存存储系统的性能。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用于在非易失性存储系统中执行自动磨损平衡的系统和方法。根据本专利技术的一方面，用于在一非易失性存储系统中执行自动磨损平衡的方法，其中所述非易失性存储系统包括一具有包含内容的一第一存储元件的第一区和一第二区，所述方法包括识别所述第一存储元件；并将所述第一存储元件的内容与所述第二区相关联；同时使所述第一存储元件的所述内容与所述第一区不相关联。在一实施例中，将所述第一存储元件的内容与所述第二存储元件相关联的步骤涉及将一第二存储元件的内容复制到一第三存储元件中，然后将所述第一存储元件的所述内容移动到所述第二存储元件中。在一实施例中，由于与时常被写入并擦除的逻辑块地址相关联的存储元件可以在与时常被写入并擦除的逻辑块地址相关联之前，被并非时常经写入并擦除的存储元件所代替，因而在磨损平衡处理期间，通过使用渐进的自动磨损平衡处理将相对少量的数据移动到不同的存储元件(例如，物理块)中，可实现存储装置内存储元件的更均匀磨损。同样，可由与时常被写入并擦除的逻辑块地址相关联的存储元件代替与很少被写入并擦除的逻辑块地址相关联的存储元件，进而也使得存储元件的磨损变得更均匀。当将相对少量数据移动到不同存储元件时，可显著减少与执行磨损平衡相关的性能损失。根据本专利技术的另一方面，用于在一存储系统中执行自动磨损平衡的方法涉及一直接寻址方案，所述直接寻址方案包括一第一存储元件和一第二存储元件，所述直接寻址方案包括将所述第一存储元件中所含有的一第一组信息提供至所述第二存储元件，且将所述第二存储元件中所含有的一第二组信息提供至所述第一存储元件。当需要(例如)从访问所述存储系统的主机系统访问所述第一组信息时，可访问所述第二存储元件，且当需要访问所述第二组信息时，可访问所述第一存储元件。在一实施例中，将与存储系统相关的映射信息更新以指示第一组信息包含于第二存储元件中，且指示第二组信息包含于第一存储元件中。根据本专利技术的又一方面，在一区迁移方案(zone migration scheme)中，一存储信息的存储系统包括一具有一第一存储元件的第一区和一具有一第二存储元件的第二区。将所述第一存储元件配置为包括如数据信息的内容。将所述存储系统的磨损平衡处理器配置为用于识别所述第一存储元件并将所述第一存储元件的内容与所述第二存储元件相关联。在一实施例中，所述第二区包括一第三存储元件，且所述磨损平衡处理器将第二存储元件的内容复制到第三存储元件中，擦除第二存储元件且将第一存储元件的内容复制到第二存储元件中。在所述实施例中，所述存储系统可包括由所述磨损平衡处理器更新的映射信息以指示第二存储元件与第一区相关联且指示第一存储元件与第一区相关联。根据本专利技术的另一方面，用于在一存储系统中执行自动磨损平衡的方法涉及一区交换方案(zone swapping scheme)，其包括识别一与所述存储系统相关的第一区并识别一同样与所述存储系统相关的第二区。所述第一区包括一含有第一内容的第一存储元件，且所述第二区包括一包括第二内容的第二存储元件。所述方法同样包括将所述第一内容存储到所述第二存储元件中且将所述第二内容存储到所述第一存储元件中。一旦将所述内容加以存储，当访问第一内容时，便在第二存储元件中访问第一内容，且当访问第二内容时，便在第一存储元件中访问第二内容。在一实施例中，第一区中的存储元件的大体所有原始内容均被存储到第二区中的存储元件中，且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在一存储系统中进行操作的方法，所述存储系统包括复数个可擦除并可重新编程非易失性存储单元，所述可擦除并可再编程非易失性存储单元具有组织成多个其之间具有地址边界的区的多个邻接物理地址单元，且其中一特定范围的逻辑地址被映射到所述区的每一个区中，所述方法包括重新指派所述边界地址，以从所述区的每个区中删除至少一个单元并将所述至少一个单元添加到一相邻的区中，而无需改变所述个别区中单元的数量；其后，根据数据的逻辑地址访问所述区，以将所述数据编程到所述经重新指派的存储单元中或从所述经重新指派的存储单元中读取所述数据；和反复地重新指派所述边界地址并访问所述区，至少直到已将所述存储单元从其自身的区全部移动到相邻的区，进而将经由所述逻辑地址访问的所述单元的使用分散开。2.根据权利要求1所述的方法，其中重新指派所述边界地址包括从所述区的每个区中删除数量少于所述区内所述单元的10％的数个单元，并将所述数量的单元添加到一相邻的区中。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述区是由个别复数个存储平面中其存储单元的数个部分所形成，且其中重新指派所述边界地址包括从所述存储平面的每个存储平面中的所述区的每个部分中删除至少一个单元，并将所述至少一个单元添加到所述相同平面内的另一区的一相邻部分中。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述存储单元各自包括复数个同时可擦除的存储单元。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述存储单元各自包括复数个可个别地以数据编程的页面。6.根据权利要求1所述的方法，其中重新指派所述边界地址包括将存储于来自所述区的每个区的所述至少一个单元中的任何数据复制到所述相邻区的所述经添加的单元中。7.一种操作一可擦除并可重新编程的非易失性存储单元系统的方法，所述非易失性存储单元在物理上被组织成数个由可同时擦除的最小数量的存储单元组成的单元，所述方法包括将在三个或三个以上非重叠范围的逻辑存储地址的一个逻辑存储地址范围内编程或读取数据的主机访问请求指引到一相应数量的存储单元擦除单元逻辑组的一独特逻辑组中；将访问请求从所述逻辑组映射到复数个擦除单元的多个特定物理组中；和在由主机访问请求所引起的数据编程或读取操作之间，以在所述个别物理组中维持一均一数量的擦除单元的方式，一次移除包括至少一个擦除单元的所述个别物理组的一部分，并将所述经移除的擦除单元添加到所述物理组的相邻物理组中，通过此方式反复地将所述逻辑组重新映射到所述物理组中，进而使所述系统上的所述擦除单元的使用逐渐平衡。8.一种操作一闪存单元阵列的方法，所述闪存单元被组织成复数个平面内最小数量的可同时擦除的存储单元的复数个块，所述方法包括界定复数个区以使其各自包括来自复数个平面中每个平面的所述复数个块的一部分；将一范围内的逻辑地址的一不同部分映射到所述区中的每个区；和以在所述复数个平面的每个平面中维持具有规定复数个块的复数个区的方式，从每个平面中移除至少一个块并将所述经移除的块添加到其相同平面中所述区的其它区中，通过此方式反复重新界定所述个别区，进而将各范围的逻辑地址处所述块的使用及时地分散于所述阵列上。9.一种操作一包括复数个区的存储系统的方法，所述复数个区各自包括可一起擦除的可重新编程的非易失性存储单元的复数个单元，其中由所述存储系统所接收的一特定范围的逻辑地址被映射到所述个别区中，所述方法包括接收所述区的一个区的所述特定逻辑地址范围内的一逻辑地址；和将所述接收到的逻辑地址转换成所述一个区内所述复数个存储单元擦除单元的至少一个的一物理地址，此有助于使所述一个区内擦除和重新编程所述擦除单元的使用周期的数量均匀。10.根据权利要求9所述的方法，其中将所述逻辑地址转换成所述物理地址包括参照对应的逻辑地址和物理地址的一个表，且其额外地包含改变逻辑与物理擦除单元地址之间的对应关系，从而有助于使所述一个区内的所述擦除单元的使用频率均匀。11.根据权利要求10所述的方法，其中改变逻辑与物理擦除单元地址之间的所述对应关系包括将所述一个区内具有最高积累数量的使用周期的所述擦除单元的物理地址与具有最低积累数量的使用周期的所述擦除单元的物理地址相交换。12.根据权利要求10所述的方法，其中所述存储单元具有所述存储单元将要经历的最大数量使用周期的一目标持续时间限制，且其中，改变逻辑与物理擦除单元地址之间的所述对应关系发生在一其对应地址被改变的一擦除单元的使用周期的数量达到所述目标最大数量之前。13.一种操作一包括复数个区的存储系统的方法，所述复数个区各自包括可一起擦除的可重新编程非易失性存储单元的复数个单元，其中由所述存储系统所接收到的一特定范围的逻辑地址被映射到所述个别区中，所述方法包括将存储于所述复数个区的一第一区中的数据与存储于所述复数个区的一第二区中的数据相调换；和其后，将访问所述第一与第二区中的一个区内的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡洛斯·J·冈萨雷斯，凯文·M·康利，
申请(专利权)人：桑迪士克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：