專利名稱：在快閃存儲(chǔ)器中將邏輯塊地址轉(zhuǎn)換成實(shí)際塊地址的方法
在快閃存儲(chǔ)器中將邏輯塊地址 轉(zhuǎn)換成實(shí)際塊地址的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明說明了一種用于在非易失性存儲(chǔ)系統(tǒng)中管理存儲(chǔ)塊的方 法，該存儲(chǔ)系統(tǒng)具有能單獨(dú)被清除的、能用實(shí)際存儲(chǔ)塊號(hào)進(jìn)行尋址的
存儲(chǔ)塊，通過借助分配器表(Zuordnertabelle)的地址轉(zhuǎn)換，能將這 些存儲(chǔ)塊從邏輯塊號(hào)分別尋址到實(shí)際的存儲(chǔ)塊號(hào)之一。
在許多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，尤其是也在數(shù)字照相機(jī)和便攜式計(jì)算機(jī)的 可更換的存儲(chǔ)卡中，采用快閃存儲(chǔ)器?？扉W存儲(chǔ)器被組織成分別具有 多個(gè)扇區(qū)的存儲(chǔ)塊。這些存儲(chǔ)器的基本特性是，只能有有限數(shù)目的寫 操作和清除操作，并且只能在含有多個(gè)扇區(qū)的存儲(chǔ)塊中進(jìn)行清除。在 此，寫過程和清除過程比讀取要求更多的時(shí)間(直至50倍)。
例如由針對(duì)實(shí)際存儲(chǔ)塊的均勻磨損的DE 102 27 256或者由DE 103 41 616可知，在快閃存儲(chǔ)系統(tǒng)中公知邏輯存儲(chǔ)器地址到實(shí)際存儲(chǔ)器地 址的轉(zhuǎn)換，以便管理有缺陷的實(shí)際存儲(chǔ)塊。
存儲(chǔ)系統(tǒng)獲得越來越多的存儲(chǔ)容量，因此存儲(chǔ)塊地址變得更長(zhǎng)， 而從邏輯存儲(chǔ)塊地址到實(shí)際存儲(chǔ)塊地址的轉(zhuǎn)換表變得越來越大。
例如為4千字節(jié)的小的存儲(chǔ)塊大小是有利的，以便在具有多個(gè)小 文件的文件系統(tǒng)中能使損耗由于存儲(chǔ)塊中的未使用位置而不太大?，F(xiàn) 在多次構(gòu)成了 32千字節(jié)至256千字節(jié)的更大的存儲(chǔ)塊，以便將轉(zhuǎn)換 表保持得相應(yīng)更小。在此重要的是，將表中的地址指示符限制到16位， 以便能快速和有效地執(zhí)行地址轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明的任務(wù)是，在不同的實(shí)際存儲(chǔ)塊大小中，有效管理具有統(tǒng) 一的表結(jié)構(gòu)的不同大小的存儲(chǔ)系統(tǒng)。
由此來解決該任務(wù)，即邏輯塊號(hào)通過第一表被分配給物理存儲(chǔ)塊 號(hào)，并且物理存儲(chǔ)塊號(hào)通過笫二表被分配給實(shí)際存儲(chǔ)塊號(hào)，其中，利 用 一個(gè)物理存儲(chǔ)塊號(hào)來尋址一個(gè)或多個(gè)實(shí)際存儲(chǔ)塊。
在從屬權(quán)利要求中說明了本發(fā)明的有利的改進(jìn)方案。
第二表將一個(gè)或多個(gè)實(shí)際存儲(chǔ)塊分配給一個(gè)物理存儲(chǔ)塊號(hào)，其
中，通過結(jié)構(gòu)化所采用的存儲(chǔ)器芯片來設(shè)置實(shí)際存儲(chǔ)塊的大小。因此 采用了塊大小為4千字節(jié)的芯片，或者采用塊大小為32千字節(jié)、64千 字節(jié)、128千字節(jié)的芯片，或者采用具有還更大的實(shí)際塊的芯片。
本方法的優(yōu)點(diǎn)是，與實(shí)際存儲(chǔ)塊的大小無關(guān)地，執(zhí)行邏輯存儲(chǔ)塊 號(hào)到物理存儲(chǔ)塊號(hào)的第一地址轉(zhuǎn)換。因此，本方法能被用在多個(gè)不同 大小的存儲(chǔ)系統(tǒng)中。通過在第二表中由能運(yùn)行的存儲(chǔ)塊的號(hào)來代替有 故障的存儲(chǔ)塊的號(hào)，僅借助第二地址轉(zhuǎn)換表來執(zhí)行對(duì)有故障的實(shí)際存 儲(chǔ)塊的管理。于是將有故障的存儲(chǔ)塊的號(hào)引入第二表的未使用的區(qū)域 中。
物理存儲(chǔ)塊在第一地址轉(zhuǎn)換表中的構(gòu)成具有以下優(yōu)點(diǎn)，即由多個(gè) 實(shí)際存儲(chǔ)塊構(gòu)成大的存儲(chǔ)塊，與實(shí)際存儲(chǔ)塊在存儲(chǔ)器芯片中被定位在 何處無關(guān)地，將存儲(chǔ)器操作共同用到這些實(shí)際存儲(chǔ)塊上。這提高了在 執(zhí)行存儲(chǔ)操作時(shí)的速度。
如果實(shí)際存儲(chǔ)塊位于不同的存儲(chǔ)器芯片中，則進(jìn)一步提高了執(zhí)行 存儲(chǔ)操作的速度。于是在存儲(chǔ)器芯片中并行地執(zhí)行(交叉)像"寫，， 或"清除"那樣的存儲(chǔ)操作。在若干類型的存儲(chǔ)器芯片中，大量的存 儲(chǔ)塊被聚合成能并行執(zhí)行存儲(chǔ)操作的所謂的存儲(chǔ)體(bank)。如果物 理存儲(chǔ)塊現(xiàn)在分別僅由位于不同存儲(chǔ)體中和位于不同存儲(chǔ)器芯片中的 實(shí)際存儲(chǔ)塊組成，則在所有的實(shí)際存儲(chǔ)塊上執(zhí)行存儲(chǔ)操作的并行執(zhí)行， 并且達(dá)到最大的處理速度。
在對(duì)于管理所預(yù)留的非易失性實(shí)際存儲(chǔ)塊中保持了用于進(jìn)行地址 轉(zhuǎn)換的表。因此，這些表在斷電之后也可供使用。為了快速處理存儲(chǔ) 操作，附加地在內(nèi)部的快速RAM存儲(chǔ)器中，保持了地址轉(zhuǎn)換表的當(dāng)前 所必需部分的拷貝(超高速緩存)。
不將為了管理存儲(chǔ)系統(tǒng)所預(yù)留的存儲(chǔ)塊的號(hào)一起列入用于進(jìn)行地 址轉(zhuǎn)換的第一表中。因此，這些號(hào)從外部不能通過邏輯扇區(qū)號(hào)來尋址。 為了代替已變成有故障的存儲(chǔ)塊，預(yù)留了例如3%的小百分?jǐn)?shù)的存儲(chǔ) 塊。也不將這些實(shí)際存儲(chǔ)塊的號(hào)一起列入用于進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換的第一表 中。因此，這些號(hào)從外部不能通過邏輯扇區(qū)號(hào)來尋址。 在附圖中示范性地說明了本發(fā)明的有利的實(shí)施方案。

圖1示出了具有12個(gè)存儲(chǔ)器芯片的存儲(chǔ)系統(tǒng)的方框圖。 圖2示出了兩個(gè)地址轉(zhuǎn)換表的結(jié)構(gòu)。 圖3示出了將邏輯地址翻譯成實(shí)際地址的兩個(gè)實(shí)例。 在圖1中示出了存儲(chǔ)系統(tǒng)的方框圖，該存儲(chǔ)系統(tǒng)由十二個(gè)各具有128兆字節(jié)的存儲(chǔ)容量的存儲(chǔ)器芯片CO至Cll所組成。存儲(chǔ)系統(tǒng)因此 擁有1. 5千兆字節(jié)的大小?？梢杂梅謩e為512字節(jié)大小的邏輯扇區(qū)來 執(zhí)行像"讀"和"寫"那樣的存儲(chǔ)操作。八個(gè)512字節(jié)大小的實(shí)際存 儲(chǔ)扇區(qū)被聚合成能被共同清除的、4千字節(jié)的實(shí)際塊。十二個(gè)存儲(chǔ)器 芯片CO至Cll分別擁有262144個(gè)實(shí)際扇區(qū)，在這些實(shí)際扇區(qū)中每四 個(gè)扇區(qū)構(gòu)成一個(gè)頁(yè)。兩個(gè)頁(yè)分別構(gòu)成了一個(gè)實(shí)際存儲(chǔ)塊，這些實(shí)際存 儲(chǔ)塊分別被布置在四個(gè)存儲(chǔ)體BAO至BA3中。每四個(gè)存儲(chǔ)器芯片在邏 輯上被聚合成一個(gè)超級(jí)芯片SC0至SC3。 一個(gè)物理存儲(chǔ)塊PB現(xiàn)在包括 十六個(gè)實(shí)際存儲(chǔ)塊，實(shí)際存儲(chǔ)塊由 一個(gè)超級(jí)芯片的四個(gè)芯片所組成， 該芯片分別由總共64千字節(jié)的、四個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)體組成。在這里示出 的情況下，在具有芯片C0至C3的超級(jí)芯片SCO中構(gòu)成了物理塊PB， 這些芯片CO至C3在四乘四個(gè)存儲(chǔ)體BAO至BA3中的每一個(gè)中分別具 有一個(gè)實(shí)際存儲(chǔ)塊。物理塊PB的所有實(shí)際存儲(chǔ)塊因此可以并行地執(zhí)行 存儲(chǔ)操作。
在圖2A和2B中說明了地址轉(zhuǎn)換的兩個(gè)實(shí)例。在圖2A中，應(yīng)執(zhí)行 到號(hào)為127的邏輯扇區(qū)LSN上的存儲(chǔ)操作。為此將邏輯扇區(qū)號(hào)劃分成 以下組成部分頁(yè)中的扇區(qū)號(hào)PN，元組索引(Tupel index ) TI和邏輯 塊號(hào)LBN。由于將十六個(gè)各具有八個(gè)扇區(qū)的塊聚合成一個(gè)物理扇區(qū)，所 以得到了在0至127之間的物理扇區(qū)號(hào)。 一個(gè)頁(yè)中的實(shí)際扇區(qū)號(hào)不是 絕對(duì)連續(xù)的，而是按照頁(yè)的大小具有間隙。在這里假設(shè)了， 一個(gè)頁(yè)擁 有四個(gè)實(shí)際扇區(qū)，并且分別將兩個(gè)頁(yè)聚合成一個(gè)實(shí)際塊。由于相繼的 頁(yè)被布置在相繼的存儲(chǔ)體中，所以在一個(gè)實(shí)際塊中按照存儲(chǔ)體和芯片 的數(shù)目形成了實(shí)際扇區(qū)編號(hào)中的間隙。在該實(shí)例中，因此為了構(gòu)成實(shí) 際扇區(qū)號(hào)，而將位6 B6看作為實(shí)際扇區(qū)號(hào)的最高位。在這種情況下， 邏輯塊號(hào)LBN等于O，元組索引TI= 15，而頁(yè)號(hào)PN- 3。物理扇區(qū)號(hào) PSN變成127。位B6被用作實(shí)際扇區(qū)號(hào)PSN的第五位。因此，實(shí)際扇 區(qū)號(hào)RSN等于31。邏輯塊號(hào)LBN給圖3的第一表LTP加索引 (indizieren)，并且提供了超級(jí)芯片號(hào)SC= 0和物理塊號(hào)PBN = 0。
以相同的方式在圖2B中分解邏輯扇區(qū)號(hào)1011769。在這里，頁(yè)號(hào) PN=1，元組索引TI = 10，而邏輯塊號(hào)LBN = 7904。物理扇區(qū)號(hào)具有 值125。位B6被用作實(shí)際扇區(qū)號(hào)RSN的第五位。因此，實(shí)際扇區(qū)號(hào)RSN 等于25。邏輯塊號(hào)LBN給圖3的第一表LTP加索引，并且提供了超級(jí)芯片號(hào)SC = 1和物理塊號(hào)PBN = 0。
在圖3中示出了兩個(gè)表LTP和PTR的結(jié)構(gòu)。在用于進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換 的第一表LTP中，邏輯塊號(hào)LBN被轉(zhuǎn)換成物理塊的地址，該地址由組 成部分超級(jí)芯片號(hào)SCN和物理塊號(hào)PBN組成。在這里示出的實(shí)例中， 存在三個(gè)具有號(hào)0至2的超級(jí)芯片。超級(jí)芯片號(hào)因此是兩位寬。 一個(gè) 物理塊號(hào)由十三位組成，并且因此可采用0至8191的值。為了留出32 個(gè)管理塊和各256個(gè)預(yù)留塊的位置，這些值僅到7903或7935。如在 圖2中所示的那樣，在該實(shí)例中，邏輯塊號(hào)LBN是16位寬，并且按照 三個(gè)超級(jí)芯片SCO至SC2的物理塊的總和，可以采用0至24319之間 的值。
來自第一表LTP的指示符用作第二表PTR中的索引。這些指示符 分別指向十六個(gè)實(shí)際塊構(gòu)成的元組，這些實(shí)際塊被布置在四乘四個(gè)存
儲(chǔ)體BA0至BA3中。元組被布置在超級(jí)芯片的四個(gè)芯片中。因此得到 了具有16列的表，在該表中分別說明了一個(gè)存儲(chǔ)體的實(shí)際塊號(hào)。只要 不曾錄入替換塊，就說明0至7903或7935之間的值。因此，例如在 第二行中在最后的位置上錄入于是擁有較大塊號(hào)的替換塊EB。塊號(hào)只 能擁有以存儲(chǔ)體號(hào)為模(modulo)的值。但是，通過管理操作可以在 存儲(chǔ)體之內(nèi)任意交換塊號(hào)。未使用表PTR中的不能通過物理塊號(hào)來尋 址的行，這里分別通過U來表征。
在該表中通過陰影可以表征通過圖2的兩個(gè)實(shí)例進(jìn)行尋址的實(shí)際 存儲(chǔ)塊。在這里，邏輯扇區(qū)號(hào)LSN = 127通過SCN-0和PBN^來尋址 表PTR的第一行中的元組索引TI=15的塊3，并且邏輯扇區(qū)號(hào)LSN = 127 屬于芯片0*4+3=3。在這里，邏輯扇區(qū)號(hào)LSN- 1011769通過SCN4和 PBN-0來尋址元組索引TI-10的塊2，并且邏輯扇區(qū)號(hào)LSN- 1011769 屬于芯片1*4+2=6。
參考符號(hào)列表
BAn 存儲(chǔ)體號(hào)
Cn 芯片號(hào)
EB 替換塊
LBN 邏輯塊號(hào)
LSN 邏輯扇區(qū)號(hào)
LTP 第一表(邏輯到物理(logtophys))
PBn 物理塊號(hào)
PTR 第二表(物理到實(shí)際(phystoreal))
RBN 實(shí)際塊號(hào)
RSN 實(shí)際扇區(qū)號(hào)
PN 頁(yè)號(hào)
PSN 物理扇區(qū)號(hào)
SCn 超級(jí)芯片號(hào)
SN 扇區(qū)號(hào)
TI 元組索引
U 未使用的物理塊
權(quán)利要求
1.用于在非易失性存儲(chǔ)系統(tǒng)中管理存儲(chǔ)塊的方法，該存儲(chǔ)系統(tǒng)具有能單獨(dú)被清除的、能利用實(shí)際存儲(chǔ)塊號(hào)(RBN)進(jìn)行尋址的存儲(chǔ)塊，所述存儲(chǔ)塊通過借助分配器表(LTP，PTR)的地址轉(zhuǎn)換能從邏輯塊號(hào)(LBN)分別尋址到所述實(shí)際存儲(chǔ)塊號(hào)之一，其特征在于，-所述邏輯塊號(hào)(LBN)通過第一表(LTP)被分配給物理存儲(chǔ)塊號(hào)(PBN)，和-通過第二表(PTR)將所述物理存儲(chǔ)塊號(hào)(PBN)分配給實(shí)際存儲(chǔ)塊號(hào)(RBN)，其中，利用一個(gè)物理存儲(chǔ)塊號(hào)(PBN)尋址一個(gè)或多個(gè)實(shí)際存儲(chǔ)塊。
2. 按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在物理存儲(chǔ)塊號(hào)(PBN) 的所有實(shí)際存儲(chǔ)塊上共同執(zhí)行存儲(chǔ)操作。
3. 按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，利用物理存儲(chǔ)塊號(hào) (PBN)所尋址的實(shí)際存儲(chǔ)塊位于不同的存儲(chǔ)器芯片(SCn)和/或存儲(chǔ)器存儲(chǔ)體(BAn)中，并且并行地處理所述實(shí)際存儲(chǔ)塊。
4. 按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過能運(yùn)行的實(shí)際存 儲(chǔ)塊的號(hào)來代替所述第二表(PTR)中的有故障的實(shí)際存儲(chǔ)塊的號(hào)。
5. 存儲(chǔ)系統(tǒng)，其具有能單獨(dú)被清除的、能利用實(shí)際存儲(chǔ)塊號(hào)(RBN) 進(jìn)行尋址的存儲(chǔ)塊，所述存儲(chǔ)塊能通過借助分配器表(LTP， PTR)的 地址轉(zhuǎn)換從邏輯塊號(hào)(LBN)分別被尋址到所述實(shí)際存儲(chǔ)塊號(hào)(RBN) 之一，其特征在于，根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的地址轉(zhuǎn)換表被存儲(chǔ) 在為了管理該存儲(chǔ)系統(tǒng)所預(yù)留的存儲(chǔ)塊中。
6. 按權(quán)利要求5所述的存儲(chǔ)系統(tǒng)，其特征在于，附加地在RAM存 儲(chǔ)器中保持了所述兩個(gè)地址轉(zhuǎn)換表(LTP， PTR)中的當(dāng)前必需的部分。
7. 按權(quán)利要求5所述的存儲(chǔ)系統(tǒng)，其特征在于，為了管理所預(yù)留 的存儲(chǔ)塊的號(hào)沒有被列入用于進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換的第一表(LTP)中。
8. 按權(quán)利要求5所述的存儲(chǔ)系統(tǒng)，其特征在于，被設(shè)置用于代替有 故障的存儲(chǔ)塊的能運(yùn)行的存儲(chǔ)塊的號(hào)沒有被列入用于進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換的 第一表(LTP)中。
全文摘要
本發(fā)明說明一種用于在非易失性存儲(chǔ)系統(tǒng)中管理存儲(chǔ)塊的方法，該存儲(chǔ)系統(tǒng)具有能單獨(dú)被清除的、能利用實(shí)際存儲(chǔ)塊號(hào)(RBN)來尋址的存儲(chǔ)塊，這些存儲(chǔ)塊通過借助分配器表(LTP，PTR)的地址轉(zhuǎn)換能從邏輯塊號(hào)(LBN)分別被尋址到實(shí)際存儲(chǔ)塊號(hào)之一中，其中，-邏輯塊號(hào)(LBN)通過第一表(LTP)被分配給物理存儲(chǔ)塊號(hào)(PBN)，和-通過第二表(PTR)將物理存儲(chǔ)塊號(hào)(PBN)分配給實(shí)際存儲(chǔ)塊號(hào)(RBN)，其中，利用一個(gè)物理存儲(chǔ)塊號(hào)(PBN)來尋址一個(gè)或多個(gè)實(shí)際存儲(chǔ)塊。
文檔編號(hào)G06F12/02GK101099136SQ200580046138
公開日2008年1月2日 申請(qǐng)日期2005年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月7日
發(fā)明者R·庫(kù)恩 申請(qǐng)人:海珀斯通股份公司