專利名稱：用于編程與非閃存和存儲系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例一般涉及存儲系統(tǒng)以及包括閃存設(shè)備的存儲系統(tǒng)。更具體地來說，本發(fā)明的實施例涉及用于編程包括閃存設(shè)備的存儲系統(tǒng)中的存儲單元的方法。
根據(jù)35U.S.C§119，本專利申請要求于2006年2月28提交的韓國專利申請2006-19482的優(yōu)先權(quán)，其主題并入于此作為參考。
背景技術(shù)：
許多不同類型的消費電子產(chǎn)品使用半導(dǎo)體存儲設(shè)備來存儲數(shù)據(jù)?？梢詫雽?dǎo)體存儲設(shè)備粗略地劃分為隨機存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。通常使用在切斷電源時丟失存儲數(shù)據(jù)的易失性存儲設(shè)備形成RAM。相反，通常使用即使在沒有輸入電源時也能保持存儲的數(shù)據(jù)的非易失性存儲設(shè)備形成ROM。RAM包括動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)、靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)等。ROM包括可編程ROM、可擦除PROM、電ERPOM、閃存等。通常的閃存類型包括與非(NAND)閃存和或非(NOR)閃存。
一般而言，NAND閃存包括劃分成多個存儲塊的存儲單元陣列。每個存儲塊被進一步劃分成多個頁面。傳統(tǒng)地，以塊單元為基礎(chǔ)在NAND閃存設(shè)備中執(zhí)行擦除操作。然而以頁面單元為基礎(chǔ)來執(zhí)行編程和讀取操作。因此，在傳統(tǒng)NAND閃存設(shè)備中，編程和讀取操作在其單元大小應(yīng)用上不同于擦除操作。因此，在包含NAND閃存的存儲系統(tǒng)中需要獨立于擦除操作地管理編程/讀取操作的執(zhí)行。特別是在主機設(shè)備中打算用NAND閃存來替代傳統(tǒng)使用的硬盤的情形中。為了控制這三(3)種基本操作的獨立執(zhí)行，已經(jīng)開發(fā)了一種專業(yè)系統(tǒng)軟件，通常稱為“閃存轉(zhuǎn)換層(flash translation layer)”或“FTL”。
FTL將邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址，管理所謂的“壞塊”，管理諸如關(guān)于不期望的功率損耗的數(shù)據(jù)安全功能，管理物理存儲介質(zhì)的磨損等。以下，多種多樣用于將邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址的不同技術(shù)將被共同地和獨立地稱為“地址映射操作”。
包括傳統(tǒng)NAND閃存的存儲系統(tǒng)被配置成順序執(zhí)行由FTL控制的地址映射功能、以及NAND閃存的實際數(shù)據(jù)編程操作。為了在NAND閃存內(nèi)以頁面單元為基礎(chǔ)完成編程，通過地址映射操作將邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址。然后，將轉(zhuǎn)換后的物理地址提供給NAND閃存，并且將頁面數(shù)據(jù)載入到NAND閃存內(nèi)的頁面緩沖器中。然后，將載入到頁面緩沖器中的數(shù)據(jù)編程到存儲單元陣列的選擇的頁面。
因此，在包括NAND閃存的傳統(tǒng)存儲系統(tǒng)中，在執(zhí)行編程操作之前執(zhí)行地址映射操作。在在NAND閃存中編程頁面數(shù)據(jù)的情況下，地址映射操作需要執(zhí)行編程操作所需要的總時間的大約百分之二十至三十之間的時間。這種附加延遲會降低包括NAND閃存的存儲系統(tǒng)內(nèi)的總體編程效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例致力于一種用于編程非易失性閃存的方法，所述方法包括將數(shù)據(jù)載入到頁面緩沖器，接收指定頁面的地址，并且編程來自頁面緩沖器的載入數(shù)據(jù)。
在一個實施例中，本發(fā)明提供一種用于編程包括閃存的存儲系統(tǒng)的方法，所述方法包括響應(yīng)于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入命令，順序執(zhí)行地址映射操作、地址輸入操作、載入數(shù)據(jù)操作、和程序執(zhí)行操作；或者響應(yīng)于新的數(shù)據(jù)輸入命令，順序執(zhí)行載入數(shù)據(jù)操作、地址輸入操作、和程序執(zhí)行操作，并且進一步在載入數(shù)據(jù)操作的同時執(zhí)行地址映射操作。
在另一實施例中，本發(fā)明提供一種用于編程存儲系統(tǒng)的方法，所述存儲系統(tǒng)包括NAND閃存，包括存儲單元陣列和頁面緩沖器；閃存控制器，適用于控制NAND閃存的編程操作；緩沖存儲器，適用于存儲將要編程到NAND閃存的數(shù)據(jù)；和工作存儲器，適用于在中央處理單元的控制下執(zhí)行地址映射操作。所述編程方法包括將數(shù)據(jù)輸入命令從閃存控制器提供給NAND閃存，并且確定接收到的數(shù)據(jù)輸入命令是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入命令還是新的數(shù)據(jù)輸入命令；以及響應(yīng)于確定接收到的數(shù)據(jù)輸入命令是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入命令還是新的數(shù)據(jù)輸入命令，不同地確定數(shù)據(jù)載入操作和響應(yīng)于存儲在工作存儲器中的映射地址信息的地址輸入操作的執(zhí)行順序。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的存儲系統(tǒng)的方框圖。
圖2是示出了適于與圖1中所示的存儲系統(tǒng)一起使用的編程方法的流程圖。
圖3是關(guān)于NAND閃存的示例性編程操作的時序圖。
圖4是關(guān)于NAND閃存的示例性編程操作的時序圖。
圖5是涉及與傳統(tǒng)編程操作相比較的示例性編程操作中的子程序的時序圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參考附圖中所示的幾個實施例格外詳細地描述本發(fā)明。但是，可以以不同的方式實施本發(fā)明，并且本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)被解釋為僅限于此處所闡述的實施例。相反，將這些實施例作為教導(dǎo)示例來示出。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的元件。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的存儲系統(tǒng)的方框圖。參見圖1，存儲系統(tǒng)200被連接到主機100，并且包括接口設(shè)備300和NAND閃存400。將存儲系統(tǒng)200配置成在主機100請求訪問NAND閃存400時控制NAND閃存400。例如，將存儲系統(tǒng)200配置成控制與NAND閃存400相關(guān)的讀取、編程和擦除操作。
接口設(shè)備300包括主機接口310、中央處理單元320、工作存儲器340、和閃存控制器350。主機接口310連接主機100，并且中央處理單元320控制存儲系統(tǒng)200的全部操作。
工作存儲器330用于存儲實現(xiàn)多個功能中的FTL的軟件，并且由中央處理單元320來控制?？梢詫⒐ぷ鞔鎯ζ?30進一步用于存儲NAND閃存400的地址映射信息?？梢詫⒌刂酚成湫畔⒋鎯υ贜AND閃存400的任一區(qū)(例如，元區(qū)(meta region))中，并且在存儲系統(tǒng)200加電時，可以將地址映射信息自動載入到工作存儲器。
工作存儲器330接收來自主機100的邏輯地址，并且使用地址映射信息將邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址。物理地址有時也稱為“映射地址”。將物理地址或映射地址提供給NAND閃存400。
也可以將實現(xiàn)FTL的軟件存儲在NAND閃存400的任一區(qū)中(例如，引導(dǎo)代碼區(qū))，并且在存儲系統(tǒng)200加電時，可以將該軟件自動載入到工作存儲器330。
緩沖存儲器340用于暫時存儲將要編程到NAND閃存400中的數(shù)據(jù)、或正從NAND閃存400讀取的數(shù)據(jù)。在編程操作期間，可以將緩沖存儲器340配置成將數(shù)據(jù)提供給NAND閃存400內(nèi)的頁面緩沖器420，并且同時從主機100接收數(shù)據(jù)。
工作存儲器330和緩沖存儲器340中的每一個都可以通過一個或多個諸如SRAM或DRAM等的易失性存儲設(shè)備來實現(xiàn)。在圖1中，工作存儲器330和緩沖存儲器340分別包含在不同的存儲設(shè)備中，但是也能夠很容易地在單個存儲設(shè)備中實現(xiàn)。
將閃存控制器350配置成在中央處理單元320的控制下控制對NAND閃存400的存取操作(例如，讀取、編程或擦除操作)。在編程操作的情況下，閃存控制器350將數(shù)據(jù)輸入命令、程序命令、地址、和程序數(shù)據(jù)提供給NAND閃存400。在所闡述的例子中，假設(shè)“程序數(shù)據(jù)”為在緩沖存儲器340中存儲的數(shù)據(jù)。
NAND閃存400包括存儲單元陣列410和頁面緩沖器420。將存儲單元陣列410劃分成多個存儲塊(未示出)。將每個存儲塊進一步劃分成多個頁面。在所闡述的例子中，并且依照傳統(tǒng)慣例，假設(shè)NAND閃存400以塊單元為基礎(chǔ)執(zhí)行擦除操作，并且以頁面單元為基礎(chǔ)執(zhí)行編程或讀取操作?？梢苑峙浯鎯卧嚵?10中的每個存儲塊用作數(shù)據(jù)區(qū)、日志區(qū)、和元區(qū)。此外，可以將存儲單元陣列410中的一個或多個存儲塊用于存儲引導(dǎo)代碼和/或?qū)崿F(xiàn)TFL的軟件。頁面緩沖器420適用于在編程操作期間存儲將要被編程到存儲單元陣列410的數(shù)據(jù)，以及在讀取操作期間存儲正從存儲單元陣列410讀取的數(shù)據(jù)。
圖2是示出用于諸如圖1中所示的存儲系統(tǒng)的示例性編程方法的流程圖。將參照圖1和2來描述這種編程方法。
在步驟S100中，將數(shù)據(jù)輸入命令提供給NAND閃存400。閃存控制器350在編程操作的開始將數(shù)據(jù)輸入命令發(fā)送給NAND閃存400。NAND閃存400通過輸入/輸出端接收數(shù)據(jù)輸入命令，并且根據(jù)諸如nCE、CLE、ALE、nWE等傳統(tǒng)所理解的控制信號的結(jié)合來區(qū)別數(shù)據(jù)輸入命令。
在步驟S200中，確定數(shù)據(jù)輸入命令是傳統(tǒng)輸入命令OLD_CMD(例如，80h)還是新的命令NEW_CMD(例如，xxh)(其中，“x”是十六進制數(shù))。如果數(shù)據(jù)輸入命令是傳統(tǒng)命令，則所述方法分支轉(zhuǎn)到步驟S300。但是，如果數(shù)據(jù)輸入命令是新的命令，則所述方法分支轉(zhuǎn)到步驟S400。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入命令80h可以與通?？蓮娜请娮又晔綍绔@得的名為《NAND FLASH MEMORY》的數(shù)據(jù)手冊所記載的命令相一致。但是，這樣的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入命令并不僅限于在這本數(shù)據(jù)手冊中所陳述的那些命令，還可以不同地構(gòu)造(例如，10h程序命令)。
在步驟S300中，順序執(zhí)行地址輸入操作S310、數(shù)據(jù)載入操作S320、程序命令執(zhí)行操作S330、和程序執(zhí)行操作S340。在地址輸入操作期間，將物理地址從工作存儲器330發(fā)送到NAND閃存400。在數(shù)據(jù)載入操作S320期間，將數(shù)據(jù)從緩沖存儲器340載入到NAND閃存400的頁面緩沖器430。在步驟S300中，在執(zhí)行了地址輸入操作之后，進行數(shù)據(jù)載入操作。將參照圖3來描述步驟S300的一個更具體的方案。
在步驟S400中，順序執(zhí)行數(shù)據(jù)載入操作S410、地址輸入操作S420、程序命令輸入操作S430、和程序執(zhí)行操作S440。在步驟S400中，在執(zhí)行了數(shù)據(jù)載入操作S410之后進行地址輸入操作。將參照圖4來描述步驟S400的一個更具體的方案。
根據(jù)適用于存儲系統(tǒng)200的程序方法，在將數(shù)據(jù)輸入命令從閃存控制器340傳送到NAND閃存400之后，根據(jù)數(shù)據(jù)輸入命令類型來不同地確定數(shù)據(jù)載入操作和地址輸入操作的順序。例如，在數(shù)據(jù)輸入命令為傳統(tǒng)命令80h的情況下，在執(zhí)行了地址輸入操作S310之后進行數(shù)據(jù)載入操作(S320)。另一方面，在數(shù)據(jù)輸入命令為新的命令xxh的情況下，在執(zhí)行了數(shù)據(jù)載入操作(S410)之后進行地址輸入操作(S420)。一旦輸入新的命令xxh，在進行數(shù)據(jù)載入操作(S410)的同時，可以同時執(zhí)行地址映射操作。因此，如將參照圖5進一步說明的那樣，可以減少總編程時間。
圖3是示出圖2的流程圖中的步驟S300的示例性環(huán)境內(nèi)用于NAND閃存400的編程操作的時序圖。圖4是示出在圖2的流程圖中的步驟S400的示例性環(huán)境內(nèi)用于NAND閃存400的編程操作的時序圖。
參照圖3和4。NAND閃存400根據(jù)諸如nWE、CLE、ALE等通常所理解的控制信號的結(jié)合，經(jīng)由輸入/輸出端接收命令、地址、和數(shù)據(jù)。例如，控制信號nWE是寫使能信號，控制信號CLE是命令鎖存使能信號，而控制信號ALE是地址鎖存使能信號。在NAND閃存400內(nèi)，隨后在R/nB信號的低電平周期期間將載入到頁面緩沖器420的數(shù)據(jù)編程到存儲單元陣列410的選擇的頁面。
參見圖3，NAND閃存400響應(yīng)命令鎖存使能信號CLE接收數(shù)據(jù)輸入命令80h，并且響應(yīng)地址鎖存使能信號ALE接收地址。NAND閃存400與寫使能信號nWE的轉(zhuǎn)變同步地接收緩沖存儲器340中存儲的數(shù)據(jù)。將接收到的數(shù)據(jù)存儲在頁面緩沖器420中。NAND閃存400響應(yīng)命令鎖存使能信號CLE接收程序命令10h。程序命令10h也稱為“確認(rèn)命令”。然后，在編程執(zhí)行周期tPGM期間，可以將頁面緩沖器420中的被載入的數(shù)據(jù)編程到存儲單元陣列410的選擇的頁面。
圖5是示出圖1中所示的存儲系統(tǒng)的程序時間的時序圖。圖5a示出了在程序操作時接收到傳統(tǒng)命令80h的情況，而圖5b示出了在程序操作時接收到新的命令xxh的情況。存儲系統(tǒng)200執(zhí)行地址映射操作，然后將映射地址發(fā)送到NAND閃存400。
參見圖5a，將地址提供給NAND閃存400，然后載入數(shù)據(jù)。在完成地址映射操作之后，NAND閃存400執(zhí)行編程操作。另一方面，如圖5b所示，由于是在將數(shù)據(jù)載入到NAND閃存400之后接收地址，所以可以在數(shù)據(jù)載入操作期間執(zhí)行地址映射操作。
因此，根據(jù)適用于符合本發(fā)明的實施例的存儲系統(tǒng)的編程方法，可以通過同時執(zhí)行編程操作和地址映射操作來減少總編程時間。
此外，由于在添加新的命令的同時也允許使用傳統(tǒng)命令方案，所以可以將本發(fā)明的編程方法應(yīng)用于已被配置用于傳統(tǒng)NAND閃存的系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，也可以將用于NAND閃存的編程方法和/或用于包括NAND閃存的存儲系統(tǒng)的編程方法應(yīng)用于諸如多媒體卡(MMC)的存儲卡。
盡管已結(jié)合所述實施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明并不局限于此。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不背離隨后的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍的情況下可以對其進行各種替換、修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種用于編程包括閃存的存儲系統(tǒng)的方法，包括響應(yīng)于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入命令，順序執(zhí)行地址映射操作、地址輸入操作、載入數(shù)據(jù)操作、和程序執(zhí)行操作；或響應(yīng)于新的數(shù)據(jù)輸入命令，順序執(zhí)行載入數(shù)據(jù)操作、地址輸入操作、和程序執(zhí)行操作，并且在載入數(shù)據(jù)操作的同時進一步執(zhí)行地址映射操作。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括接收數(shù)據(jù)輸入命令，并且確定接收到的數(shù)據(jù)輸入命令是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入命令還是新的數(shù)據(jù)輸入命令。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述程序執(zhí)行操作包括執(zhí)行傳統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入命令和新的數(shù)據(jù)輸入命令中的任一個。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述地址映射操作將邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中在閃存轉(zhuǎn)換層(FTL)程序的控制下執(zhí)行所述地址映射操作。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述載入數(shù)據(jù)操作包括將數(shù)據(jù)載入到與閃存相關(guān)的頁面緩沖器，并且在執(zhí)行所述載入數(shù)據(jù)操作之后，將載入到頁面緩沖器的數(shù)據(jù)編程到指定的存儲頁面。
7.一種用于編程存儲系統(tǒng)的方法，所述存儲系統(tǒng)包括NAND閃存，包括存儲單元陣列和頁面緩沖器，閃存控制器，適用于控制NAND閃存的編程操作，緩沖存儲器，適用于存儲將要被編程到NAND閃存的數(shù)據(jù)，和工作存儲器，適用于在中央處理單元的控制下執(zhí)行地址映射操作，所述方法包括步驟將數(shù)據(jù)輸入命令從閃存控制器提供給NAND閃存，并且確定接收到的數(shù)據(jù)輸入命令是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入命令還是新的數(shù)據(jù)輸入命令；以及響應(yīng)于確定接收到的數(shù)據(jù)輸入命令是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入命令還是新的數(shù)據(jù)輸入命令，不同地確定數(shù)據(jù)載入操作和響應(yīng)于存儲在工作存儲器中的映射地址信息的地址輸入操作的執(zhí)行順序。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中響應(yīng)于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入命令，順序執(zhí)行地址映射操作、地址輸入操作、載入數(shù)據(jù)操作、和程序執(zhí)行操作。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中響應(yīng)于新的數(shù)據(jù)輸入命令，順序執(zhí)行載入數(shù)據(jù)操作、地址輸入操作、和程序執(zhí)行操作，并且在載入數(shù)據(jù)操作的同時進一步執(zhí)行地址映射操作。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中在數(shù)據(jù)載入操作期間，將存儲在緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)載入到頁面緩沖器。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中在執(zhí)行所述地址輸入操作之后將程序命令從閃存控制器提供給NAND閃存，以及響應(yīng)于程序命令，將載入到頁面緩沖器的數(shù)據(jù)編程到存儲單元陣列。
12.如權(quán)利要求9的方法，其中在執(zhí)行所述地址輸入操作之后將程序命令從閃存控制器提供給NAND閃存，以及響應(yīng)于程序命令，將載入到頁面緩沖器的數(shù)據(jù)編程到存儲單元陣列。
全文摘要
一種用于編程包括閃存的存儲系統(tǒng)的方法，包括響應(yīng)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入命令，順序執(zhí)行地址映射操作、地址輸入操作、載入數(shù)據(jù)操作、和程序執(zhí)行操作；或者響應(yīng)新的數(shù)據(jù)輸入命令，順序執(zhí)行載入數(shù)據(jù)操作、地址輸入操作、和程序執(zhí)行操作，并且在載入數(shù)據(jù)操作的同時進一步執(zhí)行地址映射操作。
文檔編號G06F12/08GK101030172SQ200710084340
公開日2007年9月5日 申請日期2007年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月28日
發(fā)明者金善擇, 樸贊益 申請人:三星電子株式會社