存取儲存裝置的方法及相關控制電路的製作方法
2023-06-17 19:26:41 1
專利名稱：：存取儲存裝置的方法及相關控制電路的製作方法
技術領域：
：本發明是關於缺陷區塊管理的方法及相關控制電路，尤指一種用於包含有多個快閃記憶體的儲存裝置例如一多通道固態硬碟機的缺陷區塊管理的方法及相關電路。
背景技術：
：由快閃記憶體所組成的各種儲存裝置，已逐漸普及於嵌入式系統與攜帶式裝置。當人們對儲存裝置所提供的容量與效能要求越高時，也間接帶動快閃記憶體裝置的發展，最終，快閃記憶體裝置漸漸地在各個領域取代現有儲存裝置(例如傳統硬碟)的運用。一個如火如茶且轉向明朗的發展趨勢即是固態硬碟機(SolidStateDrive,SSD)，其是一種由快閃記憶體所組成的大容量儲存裝置，並且定位於取代傳統硬碟。相較於發展已成熟的傳統硬碟，快閃記憶體先天的物理特性導致其仍有許多亟待改良之處，其一便是數據寫入與讀取速度不佳。為了能有效提升快閃記憶體裝置的讀取與寫入效能，因此設計者引入了冗餘(redundancy)技術於固態硬碟機，主要是通過冗餘技術中一種用以提升儲存裝置的存取速度的數據分割(datastripping)技術，在固態硬碟機中設置多個快閃記憶體，且分別形成多個存取通道(channel)。當外部系統存取固態硬碟機時，多個快閃記憶體可同時進行存取操作，從而提高固態硬碟機的數據存取速度。然而，由於快閃記憶體不論在製造或使用的過程中，可能因為某些原因而造成內部儲存單位的故障，又因為快閃記憶體的數據抹除是以區塊(block)為單位，因此故障的儲存單位會進一步造成其所屬的整個區塊不能再度進行抹除與儲存操作，進而形成缺陷區塊(badblock)。傳統上，快閃記憶體的控制電路都有處理與管理缺陷區塊的機制(badblockmanagement)。在眾多現有作法中，最簡單的一種就是區塊忽略法(Skipblockmethod)，當一儲存數據的目標地址對應於一缺陷區塊的地址時，則該筆儲存數據會被儲存至該缺陷區塊之後的下一個良好區塊(goodblock)，亦即跳過該缺陷區塊。但此種方法若運用於多通道固態硬碟機(multi-channelSSD)中，則會因為不同存取通道的快閃記憶體間存在著區塊關聯性，若跳過某個快閃記憶體的一缺陷區塊，則其它快閃記憶體中對應於該缺陷區塊的關聯區塊，不論其是否為缺陷區塊都會被跳過，因而導致無謂的儲存空間浪費。此外，在現有技術中除了區塊忽略法外，亦有通過搜集缺陷區塊的信息(如缺陷區塊的地址)，而避免於這些已知的缺陷區塊上執行寫入或讀取操作；並且通過良好區塊(goodblock)來置換這些缺陷區塊以進行讀取或寫入操作，其中，缺陷區塊的地址將會被重新映像(remapping)至良好區塊以進行區塊置換操作，這些重新映像結果(remappingresult)會被記錄於固態硬碟機中的控制電路。當控制電路欲對缺陷區塊進行寫入或讀取操作時，此時會依據重新映像結果轉而向缺陷區塊所對應的置換區塊進行寫入或讀取操作。一般而言，置換區塊的來源通常有兩種方式，第一種方式即是從同一快閃記憶體中，通過特定的算法來找一個良好區塊以作為置換區塊，因此每個快閃記憶體擁有個別的重新映像結果，控制電路會依據每個快閃記憶體的重映像結果來分別存取快閃記憶體，然而，此種方法將導致控制電路的負擔過大，此外控制電路必須依據重新映像結果，依序將每個缺陷區塊替換為置換區塊，故造成較多的電路延遲；第二種方式即是在快閃記憶體中配置保留區塊(reservedblock)以作為置換區塊之用，然而，此種作法的主要問題在於會增加快閃記憶體的製造成本，亦即由於相同快閃記憶體中必須保留一部分空間作為保留區塊，使得真正可規劃為儲存之用的區塊較少。綜上所述，對於提升固態硬碟機的數據存取效能而言，現有技術仍存有許多改進的空間。
發明內容有鑑於此，本發明的目的是為了解決現有缺陷區塊管理技術於多通道固態硬碟的應用上往往效能過低的問題，提出一種創新的缺陷區塊管理方法以及相關控制電路，以提高固態硬碟機的效能。依據本發明一方面提供一種用以存取一儲存裝置的方法。該儲存裝置包含有多個儲存單元分別對應多個存取通道，每一儲存單元分別包含有多個區塊，該多個存取通道是於該儲存裝置進行一數據存取操作時同時動作，以及該多個儲存單元包含有一第一儲存單元與至少一第二儲存單元。該方法包含有依據該多個儲存單元中無法正常操作的缺陷區塊(badblock)來產生分別對應至該多個儲存單元的多個缺陷區塊列表；依據該第一儲存單元所對應的一缺陷區塊列表所指出的至少一缺陷區塊，將每一第二儲存單元中對應於該缺陷區塊且可正常操作的一良好區塊(goodblock)設定為一置換區塊；依據每一第二儲存單元的一缺陷區塊列表與每一置換區塊來產生相對應的一映像結果；以及依據該第一儲存單元所對應的該缺陷區塊列表與每一第二儲存單元所對應的該映像結果來存取該儲存裝置。依據本發明另一方面提供一種用於存取一儲存裝置的控制電路。該儲存裝置包含有多個儲存單元分別對應多個存取通道，每一儲存單元分別包含有多個區塊，該多個存取通道是於該儲存裝置進行一數據存取操作時同時動作，以及該多個儲存單元包含有一第一儲存單元與至少一第二儲存單元。該控制電路包含有一處理單元、一儲存單元以及多個映像單元。該處理單元會依據該多個儲存單元中無法正常操作的缺陷區塊(badblock)來產生分別對應至該多個儲存單元的多個缺陷區塊列表、依據該第一儲存單元所對應的一缺陷區塊列表所指出的至少一缺陷區塊而將每一第二儲存單元中對應於該缺陷區塊且可正常操作的一良好區塊(goodblock)設定為一置換區塊以及依據每一第二儲存單元的一缺陷區塊列表與每一置換區塊來產生相對應的一映像結果。該儲存單元耦接於該處理單元，用以儲存該第一儲存單元所對應的該缺陷區塊列表。該多個映像單元分別耦接於該處理單元以及該多個儲存單元，並且用以依據該多個映像結果進行以相對應的設定，其中該控制電路是利用該多個映像單元與儲存於該儲存元件的該第一儲存單元所對應的該缺陷區塊列表來存取該多個儲存單元。圖1是本發明方法的應用示意圖。圖2是本發明映像單元的實施例的示意圖。圖3是本發明方法的範例流程圖。圖4是應用本發明控制電路的固態硬碟機與本發明控制電路的實施例的示意圖。具體實施例方式在說明書及後續的權利要求書當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及後續的權利要求書並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的權利要求當中所提及的「包含」是一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。此外，「耦接」一詞在此是包含任何直接及間接的電氣連接手段，因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接於該第二裝置，或者通過其它裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。請參考圖1，其是本發明方法的一實施例的示意圖。如圖所示，固態硬碟機100為一個具有四個存取通道(4-charmel)的儲存裝置，分別包含有快閃記憶體A、B、C以及D。快閃記憶體A、B、C以及D分別包含有7個區塊，而區塊的編號(即代表對應於不同地址的區塊)如圖標的標記所示，且圖標中以」X」來代表缺陷區塊。本發明的一技術特徵在於以多通道固態硬碟機其中之一存取通道所對應的快閃記憶體的缺陷區塊狀態為基準，來產生其它快閃記憶體所對應的缺陷區塊的(重新)映像結果。因此，基於解釋上的方便，本實施例中是以快閃記憶體A的缺陷區塊狀態為基準來作為說明。應當注意的是，選用其它快閃記憶體B、C或D來作為缺陷區塊的映像結果的產生基準亦屬本發明的範疇。此外，本實施例所利用的固態硬碟機的通道數目亦非本發明的限制，換言之，本發明方法適用於採用任何其它通道數目的固態硬碟機，更甚者，熟知本發明
技術領域：
的人，在詳讀本說明書的內容之後，亦可將本發明通過適當地修改或重新詮釋，將本發明方法應用於任何採用冗餘技術的儲存裝置，此亦屬本發明的涵蓋範圍。由圖可知，當選定快閃記憶體A的缺陷區塊為其它快閃記憶體的映像結果的產生基準時，區塊2與區塊5會被當作基準，並將快閃記憶體B、C以及D中的對應區塊2與對應區塊5分別視為該快閃記憶體中的置換區塊，以取代該快閃記憶體中的缺陷區塊。因此，於快閃記憶體B中，區塊2本來為良好區塊，但為配合快閃記憶體A的缺陷區塊2，因此被用來做為快閃記憶體B的缺陷區塊1的置換區塊，而良好區塊5則被用來作為對應缺陷區塊6的置換區塊。同樣的，在快閃記憶體C中，良好區塊2被用來作為缺陷區塊3的置換區塊，而良好區塊5則被用來作為對應缺陷區塊4的置換區塊，而在快閃記憶體D中，區塊2本來就是缺陷區塊，因此不被用來作為置換區塊，而良好區塊5則被用來作為缺陷區塊7的置換區塊。藉助以上的替換關係，缺陷區塊地址便映像至置換區塊地址以產生每一快閃記憶體的缺陷區塊映像結果，如此一來，便避免於區塊忽略法中，由於這些置換區塊因為對應至快閃記憶體A的缺陷區塊而被忽略，進而導致儲存空間浪費的情形。應當特別注意的是，於每一快閃記憶體中，置換區塊被選來替換哪一缺陷區塊的方法並非本發明所欲強調的重點，亦即，上述實施例中所描述的選擇方法僅做為範例說明之用，實非是對本發明的限制。總結來說，在應用本發明方法之後，對於上述實施例中的固態硬碟機100來說，所有快閃記憶體中僅有區塊2以及區塊5是無法使用的，其餘皆可正常進行數據儲存。然而，為解決現有技術中，每一通道的快閃記憶體擁有各自的映像結果而導致控制電路必須依序依據這些映像結果來執行地址映像的動作而耗費過多的效能與功率的問題，因此本發明另外於控制電路中為每個快閃記憶體設計一映像單元以執行地址映像的動作。請參考圖2，映像單元200是一硬體映像單元，設計來執行一接線式(hardwired)映像。於初始化時，映像單元200會依據一映像結果來進行設定，接著，當指向於一缺陷區塊的一輸入地址被輸入映像單元200後，映像單元200即會依據該映像結果來將該輸入地址轉換為該缺陷區塊所對應的一置換區塊的地址，再將該置換區塊的地址輸入至快閃記憶體的地址輸入埠，因而完成地址映像。應當注意的是，若該輸入地址指向一良好區塊，則該輸入地址會被旁通(bypass)至快閃記憶體的地址輸入埠。通過這樣的映像單元，因此可以減少控制電路的工作負擔。另外，儘管上述內容將映像單元描述為設置於控制電路內，但若將任何源自本發明精神所設計的映像單元設置於控制電路外亦屬本發明的範疇。基於上述實施例所建立的基礎，本發明所提供的方法可進一步歸納為以下步驟，並繪示於圖3所示的流程中的步驟310340。本發明方法所執行的流程依序可描述為依據一儲存裝置的多個儲存單元中無法正常操作的缺陷區塊來產生分別對應至該多個儲存單元的多個缺陷區塊列表；依據該多個儲存單元中一第一儲存單元所對應的一缺陷區塊列表所指出的至少一缺陷區塊，將該多個儲存單元中每一第二儲存單元中對應於該缺陷區塊且可正常操作的一良好區塊設定為一置換區塊；依據每一第二儲存單元的一缺陷區塊列表與每一置換區塊來產生相對應的一映像結果；以及依據該第一儲存單元所對應的該缺陷區塊列表與每一第二儲存單元所對應的該映像結果來存取該儲存裝置。依據上述方法所揭露的精神與概念，本發明從而提供一種設置於快閃記憶體的控制電路，電路，該控制電路按上述的缺陷區塊管理機制來進行快閃記憶體裝置(例如多通道固態硬碟機)的缺陷區塊管理。請參考圖4，其是應用本發明控制電路的多通道固態硬碟機的實施示意圖。如圖所示，控制電路410設置於一多通道固態硬碟機400中，用以同時利用多個存取通道491494以對快閃記憶體401a、401b、401c以及401d進行數據存取操作。由於利用多個存取通道來對儲存裝置進行數據寫入與讀取是熟知本發明所屬
技術領域：
的人所明了的數據分割技術的應用且亦非屬本發明的技術特徵所在，因此其詳細操作及原理在此便不多作贅述。再者，控制電路410包含有一處理單元420、一儲存單元430以及多個錯誤校正碼處理單元442、444、446以及448，此外，多個映像單元452、454、456以及458分別設置於多個錯誤校正碼處理單元442、444,446以及448中。基本上，任何寫入至快閃記憶體或讀取自快閃記憶體的數據都必須先經過錯誤校正碼處理單元的處理，因此圖4所示的實施例便將映像單元整合於錯誤校正碼處理單元，然而依據本發明其它實施例，映像單元452、454、456以及458亦可設置於控制電路410內部的其它電路模塊中或是設置於控制電路410之外。再者，映像單元452、454、456以及458的詳細操作與功能已於圖2所代表的實施例中闡述過，在此便不贅述。於多通道固態硬碟機400初始化時，處理單元420會分別檢查快閃記憶體401a、401b、401c以及401d的所有區塊是否能正常運作，以分別產生對應於快閃記憶體401a、401b、401c以及401d的缺陷區塊列表TE、TF、TG以及TH。通常來說，快閃記憶體401a、401b、401c以及401d於製造之初(亦即出廠時)就可能已帶有缺陷區塊，因此在每一區塊中的特定位置會被填入非Oxff的值，用以指出該區塊為缺陷區塊。再者，多通道固態硬碟機400在實際使用的過程中，也會因為各種操作不當或快閃記憶體本身儲存單元先天上的有限存取次數而產生新的缺陷區塊，處理單元420會在特定位置標上非Oxff的值。因此，處理單元420會檢查每一個區塊是否為缺陷區塊來產生缺陷區塊列表TE、TF、TG以及TH或者自快閃記憶體401a、401b、401c以及401d加載已產生的缺陷區塊列表TE、TF、TG以及TH，並且將缺陷區塊列表TE、TF、TG以及TH儲存於儲存單元430中。接著，處理單元420會依據缺陷區塊列表TE、TF、TG以及TH的信息，選擇其中一缺陷區塊列表TE、TF、TG以及TH所對應的快閃記憶體的缺陷區塊狀態來作為上述
發明內容中的映像結果產生基準。此處假設處理單元所選定的基準為快閃記憶體401b。於此，處理單元420找出缺陷區塊列表TF所有的缺陷區塊，並依據這(些)缺陷區塊，將快閃記憶體401a、401c以及401d的對應於該(些)缺陷區塊且為可正常運作的良好區塊分別作為快閃記憶體401a、401c以及401d的置換區塊。請注意，此處所謂的區塊對應是源自於快閃記憶體401a、401b、401c以及401d間的冗餘關係。此外，若快閃記憶體401a、401c以及401d中對應於快閃記憶體401b的缺陷區塊的關聯區塊亦為缺陷區塊時，則其不會被使用來作為快閃記憶體401a、401c以及401d的置換區塊。當處理單元420依據缺陷區塊列表TF來分別決定出快閃記憶體401a、401c以及401d的置換區塊後，接著，處理單元420會再依據缺陷區塊列表TE、TG以及TH與每一置換區塊來分別產生相對應的映像結果ME、MG以及MH，其中，映像結果是指快閃記憶體中的缺陷區塊的地址與置換區塊的地址的映像關係，其可能以映像表(mappingtable)的形式寫入儲存單元430中，因此，在不違背本發明方法的精神下，由處理單元420直接至儲存單元430讀取這些快閃記憶體的映像表以執行地址轉換亦是可行的。此外，於本實施例中，映像單元452、454,456以及458是通過接線式(hardwired)映像來進行置換區塊的實體地址與缺陷區塊的實體地址間的映像，然而，此非本發明的唯一限制，任何通過硬體手段來完成映像的技術皆應屬本發明的範疇。簡言之，一快閃記憶體中的所有置換區塊，將會分別被對應到該快閃記憶體已存在的缺陷區塊，以產生該快閃記憶體的映像結果。最後，處理單元420將會依據映像結果ME、MG以及MH來分別設定映像單元452、456、458，使得之後的存取操作中不會存取到那些已存在的缺陷區塊，而是通過映像單元的幫助將數據儲存於相對應的置換區塊中。於本實施例中，由於映像單元的存在，使得處理單元420不用另外進行置換區塊與缺陷區塊間的地址轉換，因而得以減少處理單元420的工作負擔。當映像結果順利產生後，往後，多通道固態硬碟機400的數據存取便會由控制電路410參考儲存單元中的缺陷區塊列表F來執行。舉例來說，當數據寫入時，控制電路410接收到該數據的邏輯區塊地址(LogicBlockAddress,LBA)後，首先將其轉換為實體區塊地址，接著會參考缺陷區塊列表F來決定該實體區塊地址是否為可用的實體區塊地址(舉例來說，於圖1代表的實施例中，區塊2與區塊5所對應的實體區塊地址就是不可用的)，若為可用，則將該實體區塊地址指定給該邏輯區塊地址；否則的話，則另指定一實體區塊地址給該數據的邏輯區塊地址。接著，依據數據分割的原理，該數據的段落會被分別寫入至快閃記憶體401a、401b、401c以及401d中的良好區塊或是置換區塊，因此，處理單元420僅需依據快閃記憶體的缺陷區塊地址來發出一指定的實體區塊地址，映像單元接收該實體區塊地址會視情況進行地址映像以避免數據可能寫入到該實體區塊地址所指向的缺陷區塊。於數據讀取的時候，便通過實體區塊地址與邏輯區塊地址的關係來將數據分別自快閃記憶體401a、401b、401c以及401d取出。由於映像單元已經將快閃記憶體401a、401c以及401d的缺陷區塊利用置換區塊來取代，因此控制電路410在進行數據存取的時候，完全不需考慮快閃記憶體401a、401c以及401d的缺陷區塊，而僅需考慮快閃記憶體401b的缺陷區塊，並且避免將邏輯區塊地址指定至快閃記憶體401b的缺陷區塊的實體地址即可。相較於先前技術的作法，本發明大幅減輕了處理單元的工作負擔，另一方面又避免快閃記憶體中無謂的儲存空間浪費，故對於採用數據分割技術的儲存裝置(例如多通道固態硬碟機)而言，本發明提供一個絕佳的缺陷區塊管理方法與相關控制電路。以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明權利要求範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。權利要求一種用以存取一儲存裝置的方法，該儲存裝置包含有多個儲存單元分別對應多個存取通道，每一儲存單元分別包含有多個區塊，該多個存取通道是於該儲存裝置進行一數據存取操作時同時動作，該多個儲存單元包含有一第一儲存單元與至少一第二儲存單元，該方法包含有依據該多個儲存單元中無法正常操作的缺陷區塊來產生分別對應至該多個儲存單元的多個缺陷區塊列表；依據該第一儲存單元所對應的一缺陷區塊列表所指出的至少一缺陷區塊，將每一第二儲存單元中對應於該缺陷區塊且可正常操作的一良好區塊設定為一置換區塊；依據每一第二儲存單元的一缺陷區塊列表與每一置換區塊來產生相對應的一映像結果；以及依據該第一儲存單元所對應的該缺陷區塊列表與每一第二儲存單元所對應的該映像結果來存取該儲存裝置。2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於該儲存裝置是以數據分割方式將數據儲存於該多個儲存單元。3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於依據每一第二儲存單元的該缺陷區塊列表與每一置換區塊來產生相對應的該映像結果的步驟包含有將每一第二儲存單元中至少一缺陷區塊的地址映像至同一儲存單元中一置換區塊的地址以產生該映像結果。4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於每一第二儲存單元中的該缺陷區塊的地址是通過一接線式映像方式而映像至同一儲存單元中的該置換區塊的地址。5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於每一儲存單元是一非揮發性存儲器。6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於該非揮發性存儲器是一快閃記憶體。7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於該儲存裝置是一多通道固態硬碟機。8.一種用於存取一儲存裝置的控制電路，該儲存裝置包含有多個儲存單元分別對應多個存取通道，每一儲存單元分別包含有多個區塊，該多個存取通道是於該儲存裝置進行一數據存取操作時同時動作，該多個儲存單元包含有一第一儲存單元與至少一第二儲存單元，該控制電路包含有一處理單元，依據該多個儲存單元中無法正常操作的缺陷區塊來產生分別對應至該多個儲存單元的多個缺陷區塊列表；依據該第一儲存單元所對應的一缺陷區塊列表所指出的至少一缺陷區塊，將每一第二儲存單元中對應於該缺陷區塊且可正常操作的一良好區塊設定為一置換區塊；依據每一第二儲存單元的一缺陷區塊列表與每一置換區塊來產生相對應的一映像結果；一儲存單元，耦接於該處理單元，用以儲存該第一儲存單元的該缺陷區塊列表；以及多個映像單元，分別耦接於該處理單元以及該多個儲存單元，用以依據該多個映像結果進行以相對應的設定，其中該控制電路是利用該多個映像單元與儲存於該儲存單元的該第一儲存單元所對應的該缺陷區塊列表來存取該多個儲存單元。9.根據權利要求8所述的控制電路，其特徵在於該控制電路是以數據分割方式將數據儲存於該多個儲存單元。10.根據權利要求8所述的控制電路，其特徵在於該控制電路將每一第二儲存單元中2至少一缺陷區塊的地址映像至同一儲存單元中一置換區塊的地址以產生該映像結果。11.根據權利要求10所述的控制電路，其特徵在於該多個映像單元通過一接線式映像方式將每一第二儲存單元中的該缺陷區塊的地址而映像至同一儲存單元中的該置換區塊的地址。12.根據權利要求8所述的控制電路，其特徵在於該控制電路所控制的儲存單元是非揮發性存儲器。13.根據權利要求12所述的控制電路，其特徵在於該控制電路所控制的非揮發性存儲器是快閃記憶體。14.根據權利要求8所述的控制電路，其特徵在於該控制電路所控制的該儲存裝置是一多通道固態硬碟機。全文摘要本發明提供一種存取一儲存裝置的方法及相關控制電路。該儲存裝置包含有一第一儲存單元與至少一第二儲存單元。該方法產生多個儲存單元的多個缺陷區塊列表，並依據該第一儲存單元所對應的一缺陷區塊列表所指出的至少一缺陷區塊，將每一第二儲存單元中對應於該缺陷區塊且可正常操作的一良好區塊設定為一置換區塊，接著，該方法依據每一第二儲存單元的一缺陷區塊列表與每一置換區塊來產生相對應的一映像結果，並依據該第一儲存單元所對應的該缺陷區塊列表與每一第二儲存單元所對應的該映像結果來存取該儲存裝置。文檔編號G11C29/48GK101866319SQ200910132829公開日2010年10月20日申請日期2009年4月17日優先權日2009年4月17日發明者劉昭蔭,王勝鉉申請人:智微科技股份有限公司