讀取非易失性計算機存儲器的系統和方法

2023-05-30 10:41:31 1

專利名稱：讀取非易失性計算機存儲器的系統和方法
技術領域：
本公開一i^涉及用於讀取非易失性計算機存儲器的系統和方法。
背景技術：
用戶對像個人數字助理(PDA)、 MP3播放器、可攜式存儲系統、增強型 手機(cell phone)系統、以及照相機這樣一類的可攜式設備的需求日益增加。 傳統的非易失性儲存器存儲系統(例如軟磁碟、硬碟驅動器、以及光碟機動)一 般不適合在可攜式設備中使用，原因在於它們遭受機械故障、超重、大尺寸以 及高能量消耗。結果，可攜式設備的製造致力於固態存儲系統，例如快閃記憶體以及 電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)。
在固態存儲設備(例如快閃記憶體)上對數據的存取以及存儲利用虛擬化的地址。 固態存儲設備易於隨著使用而耗損，並且同樣，固態存儲設備內部的扇區可能 失去存儲無誤差數據的能力。為了減少固態存儲設備耗損的問題，微控制器通 常會平衡存儲器扇區之間的f好目。例如，當 被提供給快閃記憶體設備時，該數據 可以被存儲在第一扇區，並且當數據被更新時，微控制器可以將數據存儲在第 二扇區，從而M^、了第一扇區的耗損。因此，數據塊的物理位置可能變化。為 了促進這種平衡且為了尋址變化的物理地址，微控制器通常生成一種列表，該 列表被用來把由計算系統使用的基於位置的地址轉換為快閃記憶體設備內部所使用的 虛擬地址。通31i^種方式，系統可以利用基於相同位置的地址來尋址一組 ， 同時微控制器可以根據平衡助、議將該信息存儲在快閃記憶體的變化扇區內或者快閃記憶體內 部的不同地址上。當扇區在快閃記憶體設備內部是壞的時，微控制器可以生成壞數據 扇區的日劃寸以阻止 存儲在這種壞數據扇區內。
典型地通過讀取婁娥扇區和校驗系統數據內特定的代石別直 行壞扇區的 編目以及扇區日則t的生成。 一般，與數據扇區的所有數據有關的ECC被包含 在用於糾正和校驗數據中的噪聲的數據扇區內。例如，當存儲數據時基於數據 來計算ECC並隨 —起存儲。當存取類娜時，從數據中計算新的ECC並與 隨數據一起被存儲的ECC進行比較。如果新的ECC和所存儲的ECC之間存
5在差別，則數撤艮可能被破壞並且扇區可能是壞的。在許多例子中，ECC可以 ICT來在傳輸給隨後的存儲系統或處理器之前糾正數據。
這種檢錯、糾錯、以及壞 塊的編目對於多級單元快閃記憶體變得愈發重要。
多級單元(MLC)快閃記憶體比傳統的單級單元快閃記憶體具有更大的存儲密度。但是，多 級單元快閃記憶體典型地具有更高的差錯率且可能耗損更決。同樣，糾錯以及扇區編 目對刊頃失性固態存儲設備而言鵬越有用。
但是，讀取數據、計算ECC以及糾正受破壞的數據的過程是漫長的過程。 同樣，執行任務(例如日劃寸數據扇區)消耗系統資源。在一個例子中，日劃寸任 務可能降低戶，接的存儲器總線的性能。同樣，需要用於讀取非易失性存儲器 的改進的系統和方法。


圖1是示出示例性存儲系統的框圖。 圖2是示出示例性存儲器的框圖。
圖3、 4和5是示出象在圖1中戶^的存儲系統這樣一類存儲系統使用的 示例性方法的流程圖。
具體實施例方式
在特定的實施例中，本公開涉及具有處理器和非易失性存儲設備的存儲系 統。非易失性存儲設備被配置用於存儲具有數據扇區或頁面的數據塊。數據的 每個扇區或頁面都包括用戶數據區和冗餘存儲區。每個冗餘存儲區都包括具有 循環冗餘校驗碼(CRC)的第一部分以及具有糾錯碼(ECC)的第二部分。當 生成快閃記憶體日劃寸時，系統可以讀取每個冗餘存儲區的第一部分並利用有關的循環 冗餘校驗碼(CRC)來校驗差錯。如果發現冗餘部分的數據出錯，系統可以利 用在冗餘存儲區或*數據扇區上所存儲的ECC碼來執行數據糾正。
例如，冗餘存儲區的第一部分可以包括系統數據和對數據塊編目有用的數 據，例如一個或多個重寫標記、邏輯地址數據、格式預定數據、安全碼、數據 管理標記、以及識別扇區內數據類別的標記。在一個示範性實施例中，系統掃 描所有塊內的所有數據扇區或特定扇區的第一部^*校驗±央偏區狀態以建立好 的或壞的扇區或塊的列表。在另一例子中，系統掃描一組用於邏輯地址信息的 扇區來建立邏輯到物理的地址映射。在另一的例子中，系統掃描扇區來搜索特 定的標記。在另一例子中，系統在允許扇區被復帝倒另一個存儲器(即，畐體保護)之前校驗安全碼。例如，CRC代碼可以與第一部分一起被包括以有助於 測試第一部分來確定*新己，據中是否具有差錯或噪聲。
在一示範性實施例中，本公開涉及一種讀取非易失性計算機存儲器的一部 分的方法，其包J舌讀取與非易失性計算機存儲器的數據扇區相關聯的冗餘存儲 區的第一部分。冗餘存儲區的第一部分包括與數據扇區相關聯的數據。冗餘存 儲區的第一部分包括循環冗餘校驗碼。
在另一示範性實施例中，本公開涉及一種讀取非易失性計^m存儲器的方 法。該方^^皿取非易失性計算機存儲器的第一數據扇區的第一冗餘存儲區 的第一部分，以及讀取第二冗餘存儲區的第一部分。該第一冗餘存儲區包括與 第一數據扇區相關聯的數據。該第一冗餘存儲區的第一部分包括與第一冗餘存 儲區的第一部分相關聯的第一循環冗餘校驗碼。該方法也包括讀取非易失性計 算機存儲器的第二數據扇區的第二冗餘存儲區的第一部分。該第二冗餘存儲區 包括與第二數據扇區相關聯的數據。該第二冗餘存儲區的第一部分包括第二循 環冗餘校驗碼。
在另一示範性實施例中，本公開涉及一種非易失性計算機存儲設備，其包 括具有第一用戶數據和第一冗餘存儲器的第一存儲元件。該第一冗餘存儲器包 括第一部分和第二部分。該第一冗餘存儲器的第一部分包括第一循環冗餘校驗 碼，且該第一冗餘存儲器的第二部分包括第一糾錯碼。該非易失性計算機存儲 設備也包括具有第二用戶數據和第二冗餘存儲器的第二存儲元件。該第二冗餘 存儲器包括第一部分和第二部分。該第二冗餘存儲器的第一部分包括第二循環 冗餘校驗碼，且該第二冗餘存儲器的第二部分包括第二糾錯碼。
在另一示範性實施例中，本公開涉及一種具有處理器、可存取處理器的動 態存儲器和可存取處理器的非易失性存儲器的系統。該非易失性存儲器包括具 有第一用戶數據和第一冗餘存儲器的第一存儲元件。該第一冗餘存儲器包括第 一部分和第二部分。該第一冗餘存儲器的第一部分包括第一循環冗餘校驗碼， 且該第一冗餘存儲器的第二部分包括第一糾錯碼。該非易失性存儲器也包括具 有第二用戶數據和第二冗餘存儲器的第二存儲元件。該第二冗餘存儲器包括第 一部分和第二部分。該第二冗餘存儲器的第一部分包括第二循環冗餘校驗碼， 且該第二冗餘存儲器的第二部分包括第二糾錯碼。
圖i示出了示範性的存儲系統ioo。該示範性的存儲系統100包括處理器102和非易失性存儲設備106 (例如快閃記憶體)。快閃記憶體的示範性實施例包括單級單元 快閃記憶體以及多級單元快閃記憶體。處理器102可以被連接到動態存儲器，例如隨機存取 存儲器(RAM) 104，其可以存儲快閃記憶體日則寸140、壞i央數據150、 CRC估計程 序160、以及可選地存儲ECC程序。快閃記憶體日劃寸140、壞塊數據150、和CRC 估計禾旨160可以被存儲在RAM 104中或可以合併到處理器102中。
存儲設備106被配置用於存儲數據塊，所述 ±央包括頁面或扇區，例如 示出的扇區108、 110和112。數據的4^扇區(例如108、 110和112)都具 有用戶 區(120、 124和128)以及冗餘存儲區(122、 126和130)。在一 個示範性實施例中，用戶數據區(120、 124和128)包括用戶數據並且冗餘存 儲區(122、 126和130)包括系統 。當處理器102正生成快閃記憶體日鄉140時， 處理器可以存取冗餘存儲器的第一部分並且禾傭CRC估計禾號160來確定冗 餘存儲器的第一部分內部是否存在差錯。如果不存在差錯，處理器可以繼續估 計存儲器隨後的塊。如果存在差錯，處理器可以存取冗餘存儲器的包括ECC 代碼的第二部分，皿行ECC校驗，或者在冗餘存儲器或旨 扇區上執 行糾錯。
在一個示範性實施例中，動態存儲器包括指令和邏輯來執行CRC和ECC 操作，並且執行用於日鄉以艦存儲塊進行編目的日劃寸和編目操作。例如，動 態存儲器可以包 腿輯以及可由處理器操作附旨姊執行CRC操作，比較ECC 代碼，或利用ECC碼執行糾錯。在另一個例子中，系統可以存儲識別所使用 的塊的數據，例如地址換算表。在另一個例子中，動態存儲器包括可由處理器 執行的映射f，邏輯來產生表示非易失性存儲器的區域的日劃寸的數據。響應於 讀取第一冗餘存儲區的第一部分而不是讀取數據扇區來產生該映射。
圖2描述了一種示範性存儲設備，其包含非易失性存儲器的數據的兩種代 表性的扇區或頁面。數據的第一扇區包括第一用戶數據區120和冗餘存儲區 122。冗餘存儲區122被進一步分，一部分202和第二部分204。第一部分202 包括第一 CRC代碼220和其他的冗餘數據222。第二部分204包括第一糾錯碼 (ECC) 224。類似地，第二扇區包括第二用戶數據區124和第二冗餘存儲區 126。第二冗餘存儲區126被進一步分成第一部分212和第二部分214。第^ 分212包括第二 CRC代碼230和其他的冗餘數據232。第二部分214可以包括 糾錯碼(ECC) 206和其他的冗餘數據234。通常，其他的冗餘數據區(222，232，和234)可以包括系統數據和對編目i^:t^W用的數據，例如重寫，射己、 邏輯地址數據、格式預定數據、安全碼、數據管理標記、以及識別扇區中數據 類別的標己。在一個示範性實施例中，重寫fei己包括指示塊狀態、頁面狀態、 和更新狀態的^i己。在一個特定的實施例中，CRC代碼220和230與重寫^i己 並且尤其與土央狀態、頁面狀態、以及更新狀態l斜己有關。例如，CRC代碼(220 和230)可以被用來校驗重寫fei己、諸如塊狀態、頁面狀態、以及更新狀態標 記中的噪聲或差錯。
當估計扇區差錯時，系統可以讀取冗餘存儲器的第一部分，例如第一部分 202。系統可以估計與第一部分202有關的第一 CRC代碼220來確定是否存在 差錯。 一檢測至嗟錯，系統就可以存取第一冗餘存儲器122的第二部分204來 獲得第一糾錯碼(ECC) 224並在包括第一用戶數據區120的齡數據i央上執 行ECC操作，例如ECC校驗或糾錯。
為了生;^儲設備的映射，系統可以讀取非易失性存儲器的被選部分。在 一個示範性實施例中，存儲設備是快閃記憶體設備，例如多級單元快閃記憶體設備。圖3是 說明用於讀取非易失性存儲器的被選部分的示範性方法的流程圖。方法300包 括讀取非易失性計算機存儲器的頁面或扇區的冗餘存儲區的第一部分，如步驟 302所示。第一部分可以包括與非易失性計算機存儲器內部的數據扇區相關聯
的數據，例如系統數據。冗餘存儲區的第一部分可以包括循環冗餘校驗碼 (CRC)代碼。在特定的實施例中，冗餘區為16位元組且冗餘存儲區的第一部 分為7位元組。在另一個示範性實施例中，用戶數據區為2048位元組，冗餘區為64 字節，以及冗餘區的第一部分為28位元組。冗餘區也可以包括具有糾錯碼(ECC) 的第二部分。如步驟304所示，例如通過估計與第一部分的數據有關的循環冗 餘校驗(CRC)代碼，系統確定是否檢測到存儲器差錯。
在另一示範性實施例中，系統可以響應於檢測存儲器差錯來執行糾錯例行 程序。例如，如步驟306所示，存儲設備可以讀取旨數據扇區，如步驟308 所示，產生糾錯碼用於和所存儲的與冗餘數據的部分有關的糾錯碼進行比較或 者在,數據扇區上執行ECC糾正。可選地，ECC操作可以在冗餘存儲區上 被執行。通常，用來讀取冗餘區的第一部分和校驗CRC的時間比讀取和執行 旨數據扇區的ECC操作的時間要少的多。
作為這，作的結果，系統可以產生存儲器扇區布局表，如步驟310所示。存儲器扇區布局表可以被存儲在微處理器中或隨機存取存儲器(RAM)設備
中。可選地，這些操作可以被用來校驗安全碼的值，識別具有特定標籤(例如 識別在扇區中所存儲的數據類型的標籤)的扇區，或者產生壞的或好的數據扇 區或塊的映射。
在一個示範性實施例中，非易失性存儲器包括多個頁面。在一個例子中， 每個頁面都包括用戶數據區和冗餘存儲區。例如，多個頁面中的第一個包括第 一用戶數據區和第一冗餘存儲區，並且多個頁面中的第二個包括第二用戶數據 區和第二冗餘存儲區。在一個t寺定的實施例中，第一冗餘存儲區和第二冗餘存 儲區包括系統數據，並且第一用戶數據區和第二用戶數據區包括用戶數據。
如圖4所示的方fe^括i賣取非易失性計算l幾存儲器的第一數據扇區的第一
冗餘存儲區的第一部分，以及讀取非易失性計算機存儲器的第二數據扇區的第 二冗餘存儲區的第一部分。第一冗餘存儲區包括與非易失性存儲器內部的第一 數據扇區相關聯的系統數據並且第二冗餘存儲區包括與非易失性存儲器內部的 第二數據扇區相關聯的系統數據。第一冗餘存儲區的第一部分包括與第一冗餘
存儲區的第一部分相關聯的第一循環冗餘校驗(CRC)碼。第二冗餘存儲區的 第一部分包括與第二冗餘存儲區的第一部分相關聯的第二循環冗餘校驗碼。在 一個示範性實施例中，第一冗餘存儲區的第一部分以及第二冗餘存儲區的第二 部分可以進一步包S^輯地址數據、格式預定數據、和數據管理l射己。
系統可以讀取第一冗餘存儲區的第一部分，如圖4的步驟402所示，並確 定存儲器是否有差錯，如步驟404所示。例如，系統可以估計第一 CRC代碼 來確定第一冗餘存儲區的第一部分是否有差錯。另外，系統可以讀取第二冗餘 存儲區的第一部分，如步驟406所示，確定在第二冗餘存儲區中是否檢測到存 儲器差錯，如步驟408所示。
圖5描述了示出用於讀取非易失性存儲器的附加方法的流程圖。方法500 包括讀取非易失性計算機存儲器的扇區或頁面的冗餘存儲區的第一部分，如步 驟502所示。該冗餘存儲區與非易失性計^m存儲器內部的扇區相關聯。冗餘 存儲區的第一部分包括與冗餘存儲區第一部分相關聯的第一糾錯碼(ECC)， 且第二部分包括與數據扇區相關聯的第二糾錯碼(ECC)。在一個特定的實施 例中，冗餘存儲區的第一部分包括重寫標記，例如塊狀態、頁面狀態和更新狀 態標記。該第一 ECC可被用來檢測差錯和噪聲以及糾正重寫*斜己中的差錯和
10噪聲。在另一個示範性實施例中，冗餘存儲區的第一部分包括一個或多個重寫 標記、管理標記、邏輯地址信息、安全碼和識別扇區內數據類別的標籤。第一
ECC可IOT來檢測和糾正第一部分中的差錯。
該方法進一步包擬,第一糾錯碼來執行檢差或糾錯，如步驟504所示。 例如檢錯可以利用第一 ECC在冗餘存儲區或其部分區域(例如在第一部分) 上執行。當檢測到差錯狀況，該第一 ECC可以被用來糾正冗餘存儲區，或者 在冗餘存儲區的第二部分中所存儲的第二 ECC被用於在數據扇區上執行檢錯 和/或糾錯，如步驟506所示。
上述主題應被認為是示範性的，而非限制性的，並且所附的權利要求旨在 覆蓋所有落入本發明的真實範圍的這種修改、改進、及其他實施例。因此，在 化法律所允許的最大程度上，本發明的範圍應當由接下來的權利要求書及其等 同物所允許的最寬解釋來確定，並不受到前述詳細說明的約束或限制。
權利要求
1、讀取非易失性計算機存儲器的一部分的方法，該方法包括讀取非易失性計算機存儲器的數據扇區的冗餘存儲區的第一部分，所述冗餘存儲區的第一部分包括與數據扇區相關聯的數據；其中，冗餘存儲區的第一部分包括循環冗餘校驗碼。
2、 權利要求1的方法，其中冗餘存儲區包括冗餘存儲區的第二部分中所存儲的糾錯碼。
3、 權利要求2的方法，進一步包括估計循環冗餘校驗碼，以關於冗餘存 儲區的第一部分來確定是否檢測到存儲器差錯。
4、 權利要求3的方法，進一步包括在檢測存儲器差錯之後讀取數據扇區並且響應於檢測到存儲器差錯來執行糾錯例衍聘。
5、 權利要求4的方法，進一步包括在執行糾錯例行，歸之前從冗餘存儲區的第二部分讀取糾錯碼。
6、 權利要求3的方法，進一步包括基於冗餘存儲區的第一部分內部所包含的所述數據來產生存儲器扇區布局表。
7、 權利要求3的方法，進一步包括基於冗餘存儲區的第一部分內部所包含的戶;M數據來建立壞扇區日，。
8、 權利要求3的方法，進一步包括基於冗餘存儲區的第一部分內部所包含的戶，類媚來識別在扇區中所存儲的數據類型。
9、 權利要求3的方法，進一步包括基於冗餘存儲區的第一部分內部所包含的所述數據來校驗安全碼的值。
10、 權利要求1的方法，其中冗餘存儲區的第一部分包括從由重寫*斜己、 邏輯地址數據、格式預定數據、安全碼、數據管理標記以及識別扇區內數據類 別的標籤組成的組中所選擇的 。
11、 權利要求6的方法，其中存儲器扇區布局表被存儲在隨機存取存儲設 備中。
12、 權利要求1的方法，其中非易失性計算機存儲器為快閃記憶體設備。
13、 權利要求12的方法，其中快閃記憶體設備為多級單元快閃記憶體設備。
14、 權利要求1的方法，其中冗餘區為16位元組，並且其中冗餘存儲區的第一部分為7位元組。
15、 權利要求1的方法，其中冗餘區為64位元組，並且其中冗餘存儲區的 第一部分為28位元組。
16、 權利要求1的方法，其中用來讀取冗餘區的第一部分和估計循環冗餘 校驗的時間小於讀取數據扇區和禾傭糾錯5辣執行糾錯碼操作的時間。
17、 讀取非易失性計穀幾存儲器的方法，該方 跑括 讀取非易失性計算機存儲器的第一數據扇區的第一冗餘存儲區的第一部分，第一冗餘存儲區包括與第一數據扇區相關聯的數據，第一冗餘存儲區的第 一部分包括與第一冗餘存儲區的第一部分相關聯的第一循環冗餘校驗碼；以及 讀取非易失性計算機存儲器的第二數據扇區的第二冗餘存儲區的第一部 分，第二冗餘存儲區包括與第二數據扇區相關聯的數據，第二冗餘存儲區的第 一部分包括第二循環冗餘校驗碼。
18、 權利要求17的方法，其中第一冗餘存儲區包括第一冗餘存儲區的第二部分中所存儲的第一糾錯碼，並且其中第二冗餘存儲區包括第二冗餘存儲區 的第二部分中所存儲的第二糾錯碼。
19、 權利要求18的方法，進一步包括估計第一循環冗餘校驗碼來關於第一冗餘存儲區的第一部分確定是否檢測到存儲器差錯，以及估計第二循環冗餘 校驗碼來關於第二冗餘存儲區的第一部分確定是否檢觀倒存儲器差錯。
20、 權利要求17的方法，其中與第一數據扇區相關聯的數據以及與第二 數據扇區相關聯的數據包括從由邏輯地址數據、格式預定數據、和數據管理標 記組成的組中所選擇的數據。
21、 權利要求17的方法，其中非易失性存儲器包括多個塊，多個塊中的 第一個包括第一數據扇區並且多個塊中第二個包括第二數據扇區。
22、 權利要求17的方法，其中第一冗餘存儲區和第二冗餘區包括系統數 據，並且其中第一數據扇區和第二麵扇區進一步包括用戶數據。
23、 一種非易失性計算機存儲設備包括具有第一用戶數據和第一冗餘存儲器的第一存儲元件，第一冗餘存儲器包 括第一部分和第二部分，第一冗餘存儲器的第一部分包括第一循環冗餘校驗碼 且第一冗餘存儲器的第二部分包括第一糾錯碼；具有第二用戶數據和第二冗餘存儲器的第二存儲元件，第二冗餘存儲器包括第一部分和第二部分，第二冗餘存儲器的第一部分包括第二循環冗餘校驗碼 且第二冗餘存儲器的第二部分包括第二糾錯碼。
24、 權利要求23的非易失性計算機存儲設備，其中第一循環冗餘碼與第一冗餘存儲器的第一部分內所存儲的數據的檢錯相關聯。
25、 權利要求24的非易失性計算機存儲設備，其中第二循環冗餘碼與第 二冗餘存儲器的第一部分內所存儲的數據的檢錯相關聯。
26、 權利要求23的非易失性計^a存儲設備，其中第一糾錯碼與在第一 用戶數據內以及第一冗餘存儲器內所存儲的數據的糾錯相關聯。
27、 一種系統包括；處理器；可存取處理器的動態存儲器；以及可存取處理器的非易失性存儲器，戶服非易失性存儲器包括 具有第一用戶數據和第一冗餘存儲器的第一存儲元件，第一冗餘存儲器包括第一部分和第二部分，第一冗餘存儲器的第一部分包括第一循環冗餘校驗碼且第一冗餘存儲器的第二部分包括第一糾錯碼；以及具有第二用戶數據和第二冗餘存儲器的第二存儲元件，第二冗餘存儲器包括第一部分和第二部分，第二冗餘存儲器的第一部分包括第二循環冗餘校驗碼且第二冗餘存儲器的第二部分包括第二糾錯碼。
28、 權利要求27的系統，其中動態存儲器包括表示非易失性存儲器的區 土或的映射的數據，非易失性存儲器的區±或包括第一存儲元件和第二存儲元件。
29、 權利要求27的系統，其中動態存儲器包括可由處理器執行來估計第一循環冗餘校驗碼以檢測第一存儲元件內部的差錯的程序邏輯，並且其中動態 存儲器進一步包括可由處理器執行來利用第一糾錯碼糾正第一存儲元件內部的 差錯的程序邏輯。
30、 權利要求28的系統，其中動態存儲器包括可由處理器執行的日劃訴呈 序邏輯來產生表示非易失性存儲器的區域的映射的數據，並且其中響應於讀取 第一冗餘存儲器的第一部分以及響應於讀取第二冗餘存儲器的第一部分、而不 讀取第一用戶數據以及不讀取第二用戶數據來產生日劃寸。
全文摘要
本公開涉及一種讀取非易失性計算機存儲器的一部分的方法，該方法包括讀取非易失性計算機存儲器的數據扇區的冗餘存儲區的第一部分。冗餘存儲區的第一部分包括與數據扇區相關聯的數據。冗餘存儲區的第一部分包括循環冗餘校驗碼。
文檔編號G06F11/10GK101427323SQ200580017567
公開日2009年5月6日 申請日期2005年9月20日 優先權日2004年11月4日
發明者D·C·貝克, G·D·阿博特, J·澤維 申請人:西格馬特爾公司