適用於快閃記憶體的數據寫入方法及錯誤修正編解碼方法
2023-08-04 06:40:01
專利名稱：適用於快閃記憶體的數據寫入方法及錯誤修正編解碼方法
技術領域：
本發明有關於一種適用於快閃記憶體的數據寫入方法及其錯誤修正編解碼方 法，特別是關於可兼顧提高數據安全性及減少冗餘碼的存儲空間的數據寫入 方法及其錯誤修正編解碼方法。
背景技術：
目前，快閃記憶體(Flash memory)已是十分普遍的隨身數據存儲裝置。然而， 由於偶發性的電子噪聲(occasional electrical noise)或在工作周期間，此 快閃記憶體的材料本身特性無法高速地被存取信息，使得邏輯存儲器細胞存儲的0 或1信息位出現隨機(random)、非重複性(non-repet i t ive)的信息位排列， 而導致錯誤位發生。為了保護在邏輯存儲器細胞所存儲的0或1信息位的正 確性，通常會加入一些位作為檢查碼，以從多個位中找出其中錯誤，並且將 錯誤的位並予以更正，此種位保護才幾制稱之為錯誤修正碼(error correcting code, ECC)檢查。
請參閱圖1A及圖1B其顯示現有技藝的快閃記憶體的數據結構的示意圖。圖1A 中，快閃記憶體1包含多個區塊(block) 11,且每一區塊11包含多個分頁(Page) 12, 而每一分頁至少包含一區段(sector,亦稱之為mini Page) 13,區段13至 少一數據存儲區(data area) 131及一備用存儲區(space area) 132。因標 準的整合電子式驅動接口 (Integrated Device Electronic, IDE-ATA)接口的 傳輸最小單位為512位元組(byte),因此數據存儲區的存儲空間一般為512字 節，而備用存儲區的存儲空間為16位元組。
請續參閱圖1B，其顯示現有技藝的備用存儲區132的信息存儲結構的示 意圖。*圖中，備用存儲區132包含一存儲器損壞信息141、 一錯誤修正碼檢 查信息142、 一邏輯區塊地址信息(logic block address, LBA) 143、 一分 離區塊邏輯區段地址信息(split block logic sector address, SBLSA) 144 及一4晉i吳^f'f正碼(error correct code, ECC)的冗餘碼信息(redundant) 145。上述提及的錯誤修正碼大致可分為兩類 一是區塊碼(Block Code)及另 一是迴旋碼(Convolution Code)。所謂的區塊碼是將數據分成一個固定大小 的區塊來傳送，其編碼方法是對原始數據增加上冗餘碼信息，然後解碼端在 根據冗餘碼信息來作校正錯誤的動作。其中，區塊碼最常使用循環碼分別為 裡德所羅門碼(Reed—Solomon Code , RS)以及BCH(Bose Chaudhuri Hocq畫ghara)碼。裡德所羅門碼的編解碼均在有限場(Fini te Field) GF (2m) 中，m是正整數，有限場亦稱為加洛瓦場(Galois Field, GF)。在此，裡德 所羅門碼的編解碼技術為此技術領域的工作者所熟知，在此不再贅述。
當快閃記憶體以4位錯誤修正碼進行編碼，且所採用的裡德所羅門碼在GF (21") 上時，產生的冗餘碼信息需要的存儲空間為80位(10位元組)，即80=2 4 10。因此，在圖1B所示的備用存儲區132中，IO字節保留為冗餘碼信息145 的存儲空間，其餘6位元組用以存儲其它信息，存儲器損壞信息141的存儲空 間為l字節，可包含一損壞區塊信息(bad block, BS)及一損壞分頁信息(bad page, PS)，損壞區塊信息用以標示此區塊是否為一損壞區塊，而損壞分頁信 息用以標示此分頁是否為一損壞分頁。錯誤修正碼檢查信息142的存儲空間 為1位元組，用以標示是否須進行錯誤修正碼確認。邏輯區塊地址信息143的 存儲空間為2位元組。分離區塊邏輯區段地址信息144的存儲空間為2位元組。
隨著數據保護機制越來越受重視，用更高位錯誤修正碼來進行編碼是閃 存的設計趨勢，然而，若使用更高位錯誤修正碼進行編碼，例如6位錯誤修 正碼，且所採用的裡德所羅門碼在GF(2'。)上時，則產生的冗餘碼信息需要120 位(15位元組)的存儲空間，120=2 6 10，而無法儲入圖IB所示的信息存 儲結構中。目前製造商根據現有的快閃記憶體結構通常都會為每一快閃記憶體配置有一定 數量的額外存儲空間，但由於這些額外的存儲空間有限，無法擴增存儲空間。 因此，如何使快閃記憶體存儲系統使用有限的存儲空間來獲取較佳的正確信息位亦 是迫切需要的。
在現有技藝中，在信息存儲結構裡存儲錯誤修正碼檢查信息142來標示 此區段已寫入數據或此區段為抹除後的區段。然而，存儲錯誤修正碼檢查信 息142需要一額外的空間，且位錯誤現象亦有可能發生在存儲錯誤修正碼檢 查信息的位，而造成解碼過程的誤判。因此，如何避免在快閃記憶體的區段進行解 碼時產生誤判亦是迫切需要的。
發明內容
因此本發明的目的為提供一適用於快閃記憶體的數據寫入方法及其錯誤修正 編解碼方法，以在有限的存儲器空間裡提供安全性較好的數據保護機制。
根據上述目的，本發明提供一種數據寫入方法，用以將一數據寫入一閃 存的一區塊的一區段，該區塊由多個區段所組成，該數據包括多個字節數據
(bytes),每一字節數據包含8個位，該方法包含取得該區塊的邏輯區塊 地址信息及一存儲器損壞信息；調整該數據為多個編碼組，每一編碼組由9 個位所組成；使用一6位錯誤修正碼對該些編碼組進行編碼，以產生一冗餘 碼信息，其中，該6位錯誤修正碼採用由加洛瓦場GF(2"所產生的裡德所羅 門碼(Reed-Solomon code);將該數據、該邏輯區塊地址信息、該存儲器損 壞信息及該冗餘碼信息存儲於該區段。
藉由降低RS碼的編解碼複雜度以減少冗餘碼的存儲空間，而提高錯誤 修正碼的位數以提高數據安全性。
此外，本發明更提供一適用於快閃記憶體的錯誤修正編碼方法，用以對該快閃記憶體 的一區塊的一區段內所存儲的數據進行編碼，該區段包括一數據存儲區、一 參數信息存儲區及一冗餘碼信息存儲區，該編碼方法包含提供一抹除判斷 值，其與該數據存儲區及該參數信息存儲區的多個位皆為「Oxff」的狀態相 關；取得欲存儲於該數據存儲區的一數據，使用該錯誤修正碼對該數據進行 編碼，以產生一第二冗餘碼信息；將該第二冗餘碼信息與該抹除判斷值進行 一異或(XOR)邏輯運算，以產生一第三冗餘碼信息；將該數據及該第三冗餘 碼信息分別存儲於該數據存儲區及該冗餘碼信息存儲區。
再者，本發明再提供一適用於快閃記憶體的錯誤修正編碼方法，用以對該快閃記憶體 的一區塊的一區段內所存儲的數據進行解碼，該區段包括一數據存儲區、一 參數信息存儲區及一冗餘碼信息存儲區，該數據存儲區存儲一數據，該冗餘 碼信息存儲區存儲一第一冗餘碼信息，該錯誤修正解碼方法包含提供一抹 除判斷數值，其與該數據存儲區及該參數信息存儲區的多個位皆為「OxffJ 的狀態相關；對將該第一冗餘碼信息與該抹除判斷數值進行一異或(X0R)邏 輯運算，以產生一第三冗餘碼信息；將該數據及該第三冗餘碼信息分別存儲 在該數據存儲區及該冗餘碼信息存儲區。
為讓本發明的上述和其它目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，附
圖的詳細"i兌明如下
圖1A及圖IB其顯示現有技藝的快閃記憶體的數據結構的示意圖2示出了本發明一實施例的數據寫入方法的步驟流程圖3示出了本發明一實施例的快閃記憶體的區段的數據存儲結構的示意圖4A示出了本發明一實施例的錯誤修正編碼方法的步驟流程圖4B示出了本發明的抹除判斷值的計算方法的步驟流程圖；以及
圖5示出了本發明一實施例的錯誤修正解碼方法的步驟流程圖。
附圖符號說明
1:快閃記憶體；
11:區塊；
12:分頁；
13:區段；
131:數據存儲區；
132:備用存儲區；
14:快閃記憶體；
141:存儲器損壞信息；
142:錯誤修正碼檢查信息；
143:邏輯區塊地址信息；
144:分離區塊邏輯區段地址信息；
145:冗餘碼信息；
21-24:步驟流程；
30: 區段；
301:數據存儲區；
302:前504個字節數據；
303:其餘的8個字節數據；
304:備用存儲區；
305:參數信息存儲區；
306:冗餘碼信息存儲區；
312, 313:調整後的數據；
318:高位的位；319:編碼組； 41-44:步驟流程； 451-453:步驟流程；以及 51-53:步驟流程。
具體實施例方式
以下詳細地討論目前較佳的實施例。然而應被理解的是，本發明提供許 多可適用的發明觀念，而這些觀念能被體現在很寬廣多樣的特定具體背景中。
本發明的範圍。
請參閱圖2及圖3,圖2示出了本發明一實施例的數據寫入方法的步驟 流程圖，而圖3示出了本發明一實施例的快閃記憶體的區段的數據存儲結構的示意 圖。此方法用以將一數據寫入一快閃記憶體的一區塊的一區段，如圖3所示，區段 30包括一數據存儲區301及一備用存儲區304，數據存儲區301的存儲空間 為512位元組，而備用存區304的存儲空間為16位元組，每一字節數據309包含 8個位，此方法包含下列步驟
步驟21:取得包含此區段的區塊的邏輯區塊地址信息及一存儲器損壞信
息；
步驟22:將數據存儲區301所存儲的數據調整為多個編碼組319,每一 編碼組319由9個位所組成；其中，前504個字節的數據302調整為448個 編碼組，如圖3所示的數據312,而數據存儲區301中其餘的8個字節數據 303則分別在高位318加入一位值為1的位，以形成8個編碼組，如圖3所 示的數據313;
步驟23:使用一 6位錯誤修正碼對數據312及數據313所包含的編碼組 進行編碼，以產生一冗餘碼信息，其中此6位錯誤修正碼採用由加洛瓦場GF (2') 所產生的裡德所羅門碼(Reed-Solomon code);其中，此冗餘碼信息所需的存 儲空間為108位，亦即，108=2x6x9;
步驟24:將數據存儲在數據存儲區301中，而將邏輯區塊地址信息、存 儲器損壞信息及冗餘碼信息存儲在備用存區303中。
在此實施例中，備用存區303包含參數信息存儲區305及冗餘碼信息存 儲區306,參數信息存儲區305包括2位元組而冗餘碼信息存儲區306包括14位元組，冗餘碼信息存儲區306用以存儲冗餘碼信息，而參數信息存儲區305 中的10位用以存儲邏輯區塊地址信息，5位用以存儲存儲器損壞信息，而1位 可用以存儲分離區塊邏輯區段地址信息或存儲其它信息。
此外，如為了加強數據安全性，在進行步驟32的調整動作時，亦可將存 儲在區域305的數據一起調整，並在進行步驟33的編碼動作時，與數據312 及數據313—起編碼。
對快閃記憶體的區段進行解碼時，存儲數據的區段包含下列三種狀態
(1) 此區段已寫入數據，且數據可完成解碼，可讀出正確數據。
(2) 此區段已寫入數據，然數據無法完成解碼，無法順利讀出數據。
(3) 此區段為抹除(erase)後的區段，未寫入數據。 由於經過抹除後的存儲器存儲器儲的數據全為「Oxff」，若是以錯誤修正
碼對全為「 Oxff」的數據進行解碼，則會發生解碼錯誤，而容易造成狀態(2) 及狀態(3)的誤判。當區段被判斷為狀態(2)時，系統會將其視為壞軌，之後 不再使用此區段來。在沒有多餘的空間可存儲一用以標示狀態(2)或狀態(3) 的數據的情況下，本發明提出一種錯誤修正編碼方法，可不需存儲多餘的標 示數據並避免狀態(2)或狀態(3)的誤判。
請參閱圖4A,其顯示本發明一實施例的錯誤修正編碼方法的步驟流程圖。 此方法用以對快閃記憶體的一區塊的一區段內所存儲的數據進行編碼，如圖3所示， 此區段包括一數據存儲區301、 一參數信息存儲區305及一冗餘碼信息存儲 區306,此方法包含下列步驟
步驟41:提供一抹除判斷值，其與該數據存儲區及該參數信息存儲區的 多個位皆為「Oxff」的狀態相關；
步驟42:取得欲存儲在數據存儲區301的一數據，使用上述的錯誤修正 碼對此數據進行編碼，以產生一第二冗餘碼信息；
步驟43:將第二冗餘碼信息與此抹除判斷值進行一異或(XOR)邏輯運算， 以產生一第三冗餘碼信息；以及
步驟44:將數據及第三冗餘碼信息分別存儲在數據存儲區301及冗餘碼 信息存儲區306。
請續參閱圖4B,其繪示本發明的抹除判斷值的計算方法的實施例。圖中， 此計算方法對應於圖3，此計算方法包含下列步驟
步驟451:提供一與數據存儲區301及參數信息存儲區305的存儲空間
10大小相同的多個字節，並將此些字節設定為「Oxff J;
步驟452:使用一錯誤修正碼(ECC)對此些字節進行編碼，以產生一第一 冗餘碼信息；
步驟453:計算此第一冗餘碼信息的一補碼(complement),以此補碼作 為此抹除判斷值。
在此計算方法中，抹除判斷值僅與錯誤修正碼、數據存儲區及參數信息 存儲區的存儲空間相關，因此，若上述條件不變的話，抹除判斷值可先預先 計算好，而執行錯誤修正編碼方法時便使用此預先算好的抹除判斷值來編碼。 若上述條件會變動的話，則每次進行錯誤修正編碼方法時便執行步驟451到 步驟453，以計算抹除判斷值。
如果要從快閃記憶體的一區塊讀取數據，必須先對區塊內的數據進行錯誤修正 碼解碼程序，方能確定數據的正確性。如果此區塊為一抹除區塊，則區塊內 的數據皆為「 Oxff」，若以此數據進行錯誤修正碼解碼程序，會造成解碼失敗， 造成上述狀態(2)或狀態(3)的誤判。以下便是本發明所提出可避免此種情況 的方法。
請參閱圖5，其顯示本發明一實施例的錯誤修正解碼方法的步驟流程圖。 此方法用以對快閃記憶體的一區塊的一區段內所存儲的數據進行解碼，如圖3所示， 區段3包括一數據存儲區301、 一參數信息存儲區305及一冗餘碼信息存儲 區306,數據存儲區301存儲一數據，而冗餘碼信息存儲區306存儲一第四 冗餘碼信息。此方法包含下列步驟
步驟51:提供一抹除判斷數值，其與數據存儲區301及參數信息存儲區 305的多個位皆為「Oxff」的狀態相關；
步驟對將第四冗餘碼信息與抹除判斷數值進行一異或(XOR)邏輯運 算，以產生一第五冗餘碼信息；以及
步驟53:根據第五冗餘碼信息對存儲在數據存儲區301的數據進行一錯 誤修正碼解碼程序。
其中，抹除判斷數值可使用圖化所示的計算方法來計算出。在此計算方 法中，抹除判斷值僅與錯誤修正碼、數據存儲區及參數信息存儲區的存儲空 間相關，因此，若上述條件不變的話，抹除判斷值可先預先計算好，而執行 錯誤修正解碼方法時便使用此預先算好的抹除判斷值來編碼。若上述條件會 變動的話，則每次進行錯誤修正解碼方法時便執行步驟451到步驟453,以計算抹除判斷值。
在上述解碼過程中，若數據存儲區301及參數信息存儲區305裡存儲的
是真正經過編碼的數據以其編碼所產生的冗餘碼信息，由於編碼時這些數據
已經與抹除判斷數值進行過一次X0R運算，因此在步驟52時再經過一次X0R 運算會得到原始的已編碼的數據以其編碼所產生的冗餘碼信息，其可完成步 驟5 3所執行的一錯誤修正碼解碼程序。
若在解碼時，數據存儲區301及參數信息存儲區305裡存儲的全是 「Oxff」，經過步驟52處理後，經處理的數據存儲區301及參數信息存儲區 305裡的數據便可完成錯誤修正碼解碼程序，且解碼出來的數據全為「 0xff J, 固可以判斷此區段為抹除後的區段。藉由上述錯誤修正編解碼方法，參數信 息存儲區305中便不需再存儲一錯誤修正碼檢查信息，可減少所需的存儲空 間。
上述快閃記憶體可為多級單元(Multi Level Cell, MLC)及單級單元(Single Level Cell, SLC)兩種其中之一。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何 熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾， 因此本發明的保護範圍當視本發明申請專利範圍所界定者為準。
權利要求
1.一種數據寫入方法，用以將一數據寫入一快閃記憶體的一區塊的一區段，該數據包括多個字節數據，每一字節數據包含8個位，該數據寫入方法包含取得該區塊的邏輯區塊地址信息及一存儲器損壞信息；調整該數據為多個編碼組，每一編碼組由9個位所組成；使用一6位錯誤修正碼對該些編碼組進行編碼，以產生一冗餘碼信息，其中，該6位錯誤修正碼採用由加洛瓦場GF(29)所產生的裡德所羅門碼；將該數據、該邏輯區塊地址信息、該存儲器損壞信息及該冗餘碼信息存儲於該區段。
2. 如權利要求1所述的數據寫入方法，其中，該快閃記憶體是多級單元及單級單 元兩種其中之一。
3. 如權利要求1所述的數據寫入方法，其中，該數據包括512位元組數據。
4. 如權利要求3所述的數據寫入方法，其中，該調整的步驟是將該數據 的前504個字節數據分為448個編碼組，而其餘8個字節數據分別在高位加 入一位^直為1的位，以形成8個編碼組。
5. 如權利要求3所述的數據寫入方法，其中，該調整的步驟更包含將該 邏輯區塊地址信息及該存儲器損壞信息與該數據 一起調整。
6. 如權利要求1所述的數據寫入方法，其中，該冗餘碼信息所需的存儲 空間為108位。
7. —種適用於快閃記憶體的錯誤修正編碼方法，用以對該快閃記憶體的一區塊的一區 段內所存儲的數據進行編碼，該區段包括一數據存儲區、 一參數信息存儲區 及一冗餘碼信息存儲區，該錯誤修正編碼方法包含提供一抹除判斷值，該抹除判斷值與該數據存儲區及該參數信息存儲區 的多個位皆為「Oxff」的狀態相關；取得欲存儲於該數據存儲區的 一數據，使用該錯誤修正碼對該數據進行 編碼，以產生一第二冗餘碼信息；將該第二冗餘碼信息與該抹除判斷值進行一異或邏輯運算，以產生一 第 三冗餘碼信息；以及將該數據及該第三冗餘碼信息分別存儲於該數據存儲區及該冗餘碼信 息存儲區。
8. 如權利要求6所述的錯誤修正編碼方法，其中，提供該抹除判斷值的 步驟更包含取得一與該數據存儲區及該參數信息存儲區的存儲空間相同的編碼運算 數據，且該編碼運算數據所包括的多個字節皆為「Oxff J;使用 一錯誤修正碼對該編碼運算數據進行編碼，以產生一第一冗餘碼信 息；以及計算該第 一冗餘碼信息的一補碼，以該補碼作為該抹除判斷值。
9. 如權利要求6所述的錯誤修正編碼方法，其中，該快閃記憶體是多級單元及 單級單元兩種其中之一。
10. 如權利要求6所述的錯誤修正編碼方法，其中，該數據存儲區的存 儲容量為512位元組。
11. 如權利要求6所述的錯誤修正編碼方法，其中，該錯誤修正碼是一4 位錯誤修正碼或一 6位錯誤修正碼。
12. 如權利要求IO所述的錯誤修正編碼方法，其中，該位錯誤修正碼採 用由加洛瓦場GF (29)所產生的裡德所羅門碼。
13. —種適用於快閃記憶體的錯誤修正解碼方法，用以對該快閃記憶體的一 區塊的一 區段內所存儲的數據進行解碼，該區段包括一數據存儲區、 一參數信息存儲 區及一冗餘碼信息存儲區，該數據存儲區存儲一數據，該冗餘碼信息存儲區 存儲一第一冗餘碼信息，該錯誤修正解碼方法包含提供一抹除判斷數值，該抹除判斷值與該數據存儲區及該參數信息存儲 區的多個位皆為rOxff J的狀態相關；對該第一冗餘碼信息與該抹除判斷數值進行一異或(XOR)邏輯運算，以產 生一第三冗餘碼信息；以及根據該第三冗餘碼信息對該數據進行一錯誤修正碼解碼程序。
14. 如權利要求12所述的錯誤修正解碼方法，其中，提供該抹除判斷數 值的步驟更包含取得與該數據存儲區及該參數信息存儲區的存儲空間相同的 一解碼運算 數據，且該解碼運算數據所包括的多個字節皆為「Oxff J;使用該錯誤修正碼對該解碼運算數據進行編碼，以產生一第二冗餘碼信 息；以及計算該第二冗餘碼信息的 一補碼，以該補碼作為該抹除判斷數值。
15. 如權利要求12所述的錯誤修正解碼方法，其中，該快閃記憶體是多級單元 及單級單元兩種其中之一。
16. 如權利要求12所述的錯誤修正解碼方法，其中，該數據存儲區的存 儲容量為512位元組，該參數信息存儲區的存儲容量為2位元組。
17. 如權利要求12所述的錯誤修正解碼方法，其中，該錯誤修正碼是一 4位錯誤修正碼或6位錯誤修正碼。
18. 如權利要求16所述的錯誤修正編碼方法，其中該錯誤修正碼採用由 加洛瓦場GF (29)所產生的裡德所羅門碼。
全文摘要
本發明披露一種適用於快閃記憶體的數據寫入方法及其錯誤修正編解碼方法。在此數據寫入方法的一實施例中，使用一6位錯誤修正碼對一數據進行編碼，其中該6位錯誤修正碼採用由加洛瓦場GF(29)所產生的裡德所羅門碼(Reed-Solomon code)，藉此以產生一存儲空間較小的冗餘碼信息。而在錯誤修正編解碼方法的一實施例中，是以一與數據存儲區及參數信息存儲區的多個位皆為「0xff」的狀態相關的抹除判斷值來提高數據存儲的安全性。
文檔編號G11C29/04GK101308706SQ20071010347
公開日2008年11月19日 申請日期2007年5月18日 優先權日2007年5月18日
發明者何東宇, 倪劍強, 廖峻廷 申請人:瑞昱半導體股份有限公司