專利名稱：固態(tài)儲存裝置及其數(shù)據(jù)控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種固態(tài)儲存裝置，特別是涉及一種固態(tài)儲存裝置的數(shù)據(jù)控制方法。
背景技術：
眾所周知，固態(tài)儲存裝置(Solid State Drive, SSD)使用與非門閃速存儲器(NAND flash memory)為主要存儲元件，而此類的閃速存儲器為一種非易失性(non-volatile)的存儲器元件。也就是說，當數(shù)據(jù)寫入閃速存儲器后，一旦系統(tǒng)電源關閉，數(shù)據(jù)仍保存在閃速存儲器中。請參照圖1，其示出了現(xiàn)有固態(tài)儲存裝置的示意圖。固態(tài)儲存裝置10中包括一控制單元101與一閃速存儲器105?？刂茊卧?01與閃速存儲器105之間利用一內部總線107 進行數(shù)據(jù)的存取，而控制單元101利用一外部總線20與主機(host) 12之間進行指令與數(shù)據(jù)的傳遞。其中，外部總線20可為USB總線、IEEE 1394總線或SATA總線等等。一般來說，閃速存儲器中105包括許多區(qū)塊(block)，而每個區(qū)塊中還包括多個頁 (page)或稱為段(sector)。例如，一個區(qū)塊中有64頁，而每個頁的容量為4K bytes。再者，由于閃速存儲器105的特性，每次數(shù)據(jù)寫入是以頁為最小單位，而每次擦除(erase)時需以區(qū)塊為單位進行數(shù)據(jù)擦除。由于閃速存儲器105中每個區(qū)塊的擦除次數(shù)有限，因而發(fā)展出一種平均擦寫區(qū)塊操作(wear leveling)。平均擦寫區(qū)塊操作是平均地使用閃速存儲器105中的每個區(qū)塊，避免特定區(qū)塊使用過度(擦除次數(shù)過多)而造成壞區(qū)塊(bad block)而無法使用，并且延長閃速存儲器的壽命。為了實現(xiàn)平均擦寫區(qū)塊操作，現(xiàn)有的固態(tài)儲存裝置10是利用控制單元101檢測閃速存儲器105中每個區(qū)塊的擦除次數(shù)(erase count)，并將擦除次數(shù)較少的區(qū)塊與擦除次數(shù)較多的區(qū)塊進行數(shù)據(jù)交換。再者，閃速存儲器105中的數(shù)據(jù)經過多次的讀寫運作之后，每個區(qū)塊中會包括有效頁(valid page)以及無效頁(invalid page)。有效頁中的數(shù)據(jù)將會再次被讀取，而無效頁中的數(shù)據(jù)將不再被利用。由于閃速存儲器105是以區(qū)塊為單位進行擦除，因此控制單元101不可擦除包含有效頁的區(qū)塊。而為了要有效管理每個區(qū)塊的數(shù)據(jù)，因而發(fā)展出一種垃圾搜集操作 (garbage collection)。垃圾搜集操作是搜集舊區(qū)塊中的有效頁，并將有效頁重新寫入另一個新區(qū)塊，當有效頁被搜集完成后，舊區(qū)塊即可進行擦除操作，使得舊區(qū)塊可以再次被擦除并且重新被利用。通常，控制單元101會優(yōu)先搜集擦除次數(shù)較小的舊區(qū)塊，并且確認有效頁的數(shù)目已經低于一閾值后，再進行垃圾搜集操作。由上述的描述可知，現(xiàn)有的固態(tài)儲存裝置10中的控制單元101皆需檢測每個區(qū)塊的擦除次數(shù)，根據(jù)每個區(qū)塊的擦除次數(shù)來作為索引(index)，并利用此索引來決定此區(qū)塊是否進行平均擦寫區(qū)塊操作或者垃圾搜集操作。再者，由于半導體工藝不斷地縮小下，閃速存儲器105中每個存儲單元(memorycell)的尺寸也減小至30nm的等級。因此，現(xiàn)今的閃速存儲器105于數(shù)據(jù)寫入完成并經過一段時間周期之后，這些存儲單元中所記錄的數(shù)據(jù)很可能就會消失。而上述的一段時間周期已經短到3個月以下了。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提出一種固態(tài)儲存裝置的數(shù)據(jù)控制方法。本發(fā)明的數(shù)據(jù)控制方法是利用一時間參數(shù)為索引，進行數(shù)據(jù)遺失保護操作，將可能會遺失的數(shù)據(jù)重新移動至新的區(qū)塊，使得數(shù)據(jù)不會遺失。再者，本發(fā)明還可以利用時間參數(shù)來作為索引，并據(jù)以進行平均擦寫區(qū)塊操作以及垃圾搜集操作。因此，本發(fā)明是提出一種固態(tài)儲存裝置，包括一閃速存儲器，包括多個區(qū)塊，每一該區(qū)塊中包括多個頁；以及一控制單元連接至該閃速存儲器，當該控制單元擦除或者寫入數(shù)據(jù)至這些區(qū)塊時，該控制單元提供每一該區(qū)塊一時間參數(shù)，使得該控制單元可根據(jù)該時間參數(shù)來執(zhí)行一數(shù)據(jù)遺失保護操作、一平均擦寫區(qū)塊操作或者一垃圾搜集操作。再者，本發(fā)明提出一種閃速存儲器的數(shù)據(jù)控制方法，該閃速存儲器具有多個區(qū)塊且每一該區(qū)塊中包括多個頁，該數(shù)據(jù)控制方法包括下列步驟于擦除或者寫入數(shù)據(jù)至這些區(qū)塊時，提供每一該區(qū)塊一時間參數(shù)；以及根據(jù)該時間參數(shù)來執(zhí)行一數(shù)據(jù)遺失保護操作、一平均擦寫區(qū)塊操作或者一垃圾搜集操作。


圖1示出了現(xiàn)有固態(tài)儲存裝置的示意圖。
圖2示出了本發(fā)明固態(tài)儲存裝置的示意圖。
圖3示出了本發(fā)明利用時間參數(shù)進行區(qū)塊·〔據(jù)的遺失保護流程。
圖4示出了本發(fā)明利用時間參數(shù)進行平均撐I寫區(qū)塊操作流程。
圖5示出了本發(fā)明利用時間參數(shù)進行垃圾搜集操作流程。
附圖符號說明
本發(fā)明附圖中所包含的各元件列示如下
10固態(tài)儲存裝置12主機
20外部總線101控制單元
105閃速存儲器107內部總線
50固態(tài)儲存裝置52主機
60外部總線501控制單元
503即時時鐘元件505閃速存儲器
507內部總線
具體實施例方式
請參照圖2，其示出了本發(fā)明固態(tài)儲存裝置的示意圖。固態(tài)儲存裝置50中包括一控制單元501與一閃速存儲器505?？刂茊卧?01與閃速存儲器505之間利用一內部總線 507進行數(shù)據(jù)的存取，而控制單元501利用一外部總線60與主機(host) 52之間進行指令與數(shù)據(jù)的傳遞。再者，本發(fā)明于固態(tài)儲存裝置中加入一即時時鐘(real time clock，簡稱RTC)元件503，即時時鐘元件503可輸出一時間信號T給控制單元501。再者，外部總線60 可為USB總線、IEEE 1394總線或SATA總線等等。根據(jù)本發(fā)明的實施例，控制單元501建立一個時間參數(shù)，此時間參數(shù)就是即時時鐘元件503產生的時間信號T，其包括年、月、日、時、分、秒的時間信息。很明顯地，時間參數(shù)會不斷地遞增，且不會歸零。并且，當閃速存儲器505中任何一個區(qū)塊被擦除數(shù)據(jù)(erase) 或者寫入數(shù)據(jù)時，此控制單元501會記錄該區(qū)塊相對應的時間參數(shù)。控制單元501即根據(jù)每個區(qū)塊所記錄的時間參數(shù)以及現(xiàn)在的時間參數(shù)來進行數(shù)據(jù)遺失保護操作。由于閃速存儲器505中的數(shù)據(jù)寫入之后經過一段時間周期(例如三個月)后即會消失，因此控制單元501即根據(jù)現(xiàn)在的時間參數(shù)以及舊區(qū)塊的時間參數(shù)之間的差異來決定舊區(qū)塊的數(shù)據(jù)是否需要移動至新的區(qū)塊。請參照圖3，其示出了本發(fā)明利用時間參數(shù)進行區(qū)塊數(shù)據(jù)的遺失保護流程。由于每個區(qū)塊于擦除數(shù)據(jù)或者寫入數(shù)據(jù)時，此控制單元501會記錄該區(qū)塊相對應的時間參數(shù)。因此，控制單元501根據(jù)即時的時間參數(shù)以及第一區(qū)塊的第一時間參數(shù)計算出一第一時間周期(步驟S301)。接著，比較第一時間周期是否大于一預定時間周期(步驟 S302)，此預定時間周期可以預設為例如2. 5個月。接著，當?shù)谝粫r間周期小于預定時間周期時，則代表第一區(qū)塊內的數(shù)據(jù)還不會消失，因此不針對第一區(qū)塊進行任何操作即結束此流程(步驟S304)；反之，當?shù)谝粫r間周期大于預定時間周期時，則代表第一區(qū)塊內的數(shù)據(jù)有消失的疑慮，因此將第一區(qū)塊的數(shù)據(jù)寫入第二區(qū)塊(步驟S3(X3)后，即完成數(shù)據(jù)遺失保護操作，并且結束此流程(步驟S304)。很明顯地，第一區(qū)塊的數(shù)據(jù)已經寫入第二區(qū)塊，而第二區(qū)塊所對應的時間參數(shù)為現(xiàn)在的時間參數(shù)，所以第二區(qū)塊中的數(shù)據(jù)不會有消失的疑慮。而當?shù)诙^(qū)塊的數(shù)據(jù)已經寫入完成，第一區(qū)塊中的數(shù)據(jù)屬于無效數(shù)據(jù)，因此第一區(qū)塊可進一步地進行數(shù)據(jù)擦除操作。請參照圖4，其示出了本發(fā)明利用時間參數(shù)進行平均擦寫區(qū)塊操作流程。由于每個區(qū)塊于擦除數(shù)據(jù)或者寫入數(shù)據(jù)時，此控制單元501會記錄該區(qū)塊相對應的時間參數(shù)。此外， 在進行平均擦寫區(qū)塊操作時也可以額外參考區(qū)塊的擦除次數(shù)，根據(jù)時間參數(shù)與擦除次數(shù)來進行平均擦寫區(qū)塊操作或僅利用時間參數(shù)進行平均擦寫區(qū)塊操作。在此實施例中為了方便說明，具有最小時間參數(shù)的區(qū)塊也是擦除次數(shù)最少的區(qū)塊，也就是說，最小時間參數(shù)所對應的區(qū)塊可用來進行平均擦寫區(qū)塊操作。如圖4所示，當控制單元501決定將第三區(qū)塊進行平均擦寫區(qū)塊操作時(步驟
5401)，控制單元501可在閃速存儲器505中尋找具有最小時間參數(shù)的第四區(qū)塊(步驟
5402)。再者，如步驟S403所示，當?shù)谒膮^(qū)塊尚未寫入任何數(shù)據(jù)(亦即，第四區(qū)塊為擦除后的空白區(qū)塊)時，則直接將第三區(qū)塊中的數(shù)據(jù)寫入第四區(qū)塊即可完成平均擦寫區(qū)塊操作。 而由于第三區(qū)塊中的數(shù)據(jù)已屬于無效數(shù)據(jù)，因此第三區(qū)塊可進一步地進行數(shù)據(jù)擦除操作?；蛘撸绮襟ES403所示，當?shù)谒膮^(qū)塊中有寫入數(shù)據(jù)時，則將第三區(qū)塊中的數(shù)據(jù)與第四區(qū)塊中的數(shù)據(jù)進行交換并完成平均擦寫區(qū)塊操作。請參照圖5，其示出了本發(fā)明利用時間參數(shù)進行垃圾搜集操作流程。由于每個區(qū)塊于擦除數(shù)據(jù)或者寫入數(shù)據(jù)時，此控制單元501會記錄該區(qū)塊相對應的時間參數(shù)。此外，在進行垃圾搜集操作時也可以額外參考區(qū)塊的擦除次數(shù)，根據(jù)時間參數(shù)與擦除次數(shù)來進行垃圾搜集操作或僅利用時間參數(shù)進行垃圾搜集操作。在此實施例中為了方便說明，具有最小時間參數(shù)的區(qū)塊也是擦除次數(shù)最少的區(qū)塊，并且此區(qū)塊中的有效頁將會優(yōu)先被進行垃圾搜集操作。如圖5所示，控制單元501決定閃速存儲器505中具有最小時間參數(shù)的第五區(qū)塊 (步驟S501)。接著，判斷第五區(qū)塊中的有效頁數(shù)目是否低于一閾值(步驟S502)。當?shù)谖鍏^(qū)塊中的有效頁數(shù)目高于閾值時，代表第五區(qū)塊不需進行垃圾搜集操作，因此結束此流程 (步驟S504)。反之，當?shù)谖鍏^(qū)塊中的有效頁數(shù)目低于閾值時，代表第五區(qū)塊需進行垃圾搜集操作，因此將第五區(qū)塊的有效頁數(shù)據(jù)寫入第六區(qū)塊(步驟S5(X3)后，即完成垃圾搜集操作，并且結束此流程(步驟S504)。當?shù)谖鍏^(qū)塊完成垃圾搜集操作后，第五區(qū)塊內的數(shù)據(jù)已屬于無效數(shù)據(jù)，因此第五區(qū)塊可進一步地進行數(shù)據(jù)擦除操作，并且再次被利用。由上述說明可知，本發(fā)明利用每個區(qū)塊相對應的時間參數(shù)作為索引，并據(jù)以執(zhí)行數(shù)據(jù)遺失保護操作、平均擦寫區(qū)塊操作或者執(zhí)行垃圾搜集操作。很明顯地，本發(fā)明不需要將現(xiàn)有的擦除次數(shù)作為索引，即可執(zhí)行平均擦寫區(qū)塊操作或者執(zhí)行垃圾搜集操作。再者，本發(fā)明也可以利用其他的方式獲得時間參數(shù)，而不需要利用即時時鐘元件 503所提供的時間信號T。舉例來說，當主機52寫入一文件至固態(tài)儲存裝置50時，主機52 會將當文件的信息一并提供至控制單元501。當然，此文件信息即包括文件的寫入時間。而控制單元501即可擷取寫入時間并作為時間參數(shù)。也就是說，當主機52與固態(tài)儲存裝置50 之間利用外部總線60寫入一文件時，控制單元501即根據(jù)此文件中的寫入時間來作為時間參數(shù)，并且開始往后計時。因此，每個區(qū)塊于擦除數(shù)據(jù)或者寫入數(shù)據(jù)時，控制單元501會記錄該區(qū)塊相對應的時間參數(shù)，并可據(jù)以執(zhí)行數(shù)據(jù)遺失保護操作、平均擦寫區(qū)塊操作或者執(zhí)行垃圾搜集操作。或者，主機52與固態(tài)儲存裝置50之間可以設定一通信協(xié)定，使得主機52可以傳送時間信號至固態(tài)儲存裝置。因此，控制單元501可以根據(jù)主機52輸出的時間信號來獲得時間參數(shù)，并往后計時時間參數(shù)。同時，可據(jù)以執(zhí)行數(shù)據(jù)遺失保護操作、平均擦寫區(qū)塊操作或者執(zhí)行垃圾搜集操作?；蛘撸绻刂茊卧?01無法獲得任何時間信號，控制單元501可以計數(shù)所有的閃速存儲器505執(zhí)行擦除操作的總次數(shù)。也就是說，閃速存儲器中只要有一個區(qū)塊被擦除，則時間參數(shù)自動遞增1。因此，如果閃速存儲器505中所有的區(qū)塊總共被擦除了 1千5百次， 則時間參數(shù)即為1500。而根據(jù)經驗法則，假設與現(xiàn)在的時間參數(shù)相差200時，代表此區(qū)塊已經過2. 5個月了。因此，控制單元501即可根據(jù)現(xiàn)在的時間參數(shù)與區(qū)塊上記錄的時間參數(shù)進行比較。當差異超過200時，則該區(qū)塊進行數(shù)據(jù)遺失保護操作。同理，區(qū)塊記錄最小的時間參數(shù)也可以據(jù)以執(zhí)行平均擦寫區(qū)塊操作或者執(zhí)行垃圾搜集操作。本發(fā)明的優(yōu)點是提出一種閃速存儲器中的數(shù)據(jù)控制方法。其利用一時間參數(shù)為索引，并可據(jù)以進行數(shù)據(jù)遺失保護操作、平均擦寫區(qū)塊操作以及垃圾搜集操作。本發(fā)明雖以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，本領域的技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可做若干的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍以本發(fā)明的權利要求為準。
權利要求
1.一種固態(tài)儲存裝置，包括一閃速存儲器，包括多個區(qū)塊，每一該區(qū)塊中包括多個頁；以及一控制單元連接至該閃速存儲器，當該控制單元擦除或者寫入數(shù)據(jù)至該區(qū)塊時，該控制單元提供每一該區(qū)塊一時間參數(shù)，使得該控制單元可根據(jù)該時間參數(shù)來執(zhí)行一數(shù)據(jù)遺失保護操作、一平均擦寫區(qū)塊操作或者一垃圾搜集操作。
2.如權利要求1所述的固態(tài)儲存裝置，還包括一即時時鐘元件連接至該控制單元，用以提供一時間信號至該控制單元作為該時間參數(shù)。
3.如權利要求1所述的固態(tài)儲存裝置，其中該固態(tài)儲存裝置連接至一主機，并利用該主機寫入一文件至該固態(tài)儲存裝置時，根據(jù)一文件信息擷取一時間信號作為該時間參數(shù)。
4.如權利要求1所述的固態(tài)儲存裝置，其中該固態(tài)儲存裝置還連接至一主機，并利用該主機輸出一時間信號至該控制單元作為該時間參數(shù)。
5.如權利要求1所述的固態(tài)儲存裝置，其中該控制單元計數(shù)該閃速存儲器中該區(qū)塊被擦除的總次數(shù)作為該時間參數(shù)。
6.如權利要求1所述的固態(tài)儲存裝置，其中該數(shù)據(jù)遺失保護操作是根據(jù)一即時的時間參數(shù)以及一第一區(qū)塊的一第一時間參數(shù)計算出一第一時間周期，當該第一時間周期大于一預定時間周期時，將該第一區(qū)塊的數(shù)據(jù)寫入一第二區(qū)塊。
7.如權利要求1所述的固態(tài)儲存裝置，其中，于一第三區(qū)塊需進行該平均擦寫區(qū)塊操作時，該控制單元在該閃速存儲器中決定具有一最小時間參數(shù)的一第四區(qū)塊，并將該第三區(qū)塊的數(shù)據(jù)寫入該第四區(qū)塊中或者將該第三區(qū)塊的數(shù)據(jù)與該第四區(qū)塊的數(shù)據(jù)交換。
8.如權利要求1所述的固態(tài)儲存裝置，其中該垃圾搜集操作是利用該控制單元在該閃速存儲器中決定具有一最小時間參數(shù)的一第五區(qū)塊，并判斷該第五區(qū)塊中的多個有效頁數(shù)目是否小于一閾值，當該有效頁數(shù)目小于該閾值時，將該第五區(qū)塊中的該有效頁的數(shù)據(jù)寫入一第六區(qū)塊。
9.一種閃速存儲器的數(shù)據(jù)控制方法，該閃速存儲器具有多個區(qū)塊且每一該區(qū)塊中包括多個頁，該數(shù)據(jù)控制方法包括下列步驟于擦除或者寫入數(shù)據(jù)至該區(qū)塊時，提供每一該區(qū)塊一時間參數(shù)；以及根據(jù)該時間參數(shù)來執(zhí)行一數(shù)據(jù)遺失保護操作、一平均擦寫區(qū)塊操作或者一垃圾搜集操作。
10.如權利要求9所述的數(shù)據(jù)控制方法，其中該時間參數(shù)是根據(jù)一即時時鐘元件提供的一時間信號所產生。
11.如權利要求9所述的數(shù)據(jù)控制方法，其中該閃速存儲器連接至一主機，并利用該主機寫入一文件至該閃速存儲器時，根據(jù)一文件信息擷取一時間信號作為該時間參數(shù)。
12.如權利要求9所述的數(shù)據(jù)控制方法，其中該閃速存儲器連接至一主機，并利用該主機輸出的一時間信號作為該時間參數(shù)。
13.如權利要求9所述的數(shù)據(jù)控制方法，其中計數(shù)該閃速存儲器中該區(qū)塊被擦除的總次數(shù)作為該時間參數(shù)。
14.如權利要求9所述的數(shù)據(jù)控制方法，其中該數(shù)據(jù)遺失保護操作還包括下列步驟 根據(jù)一即時的時間參數(shù)以及一第一區(qū)塊的一第一時間參數(shù)計算出一第一時間周期；以及當該第一時間周期大于一預定時間周期時，將該第一區(qū)塊的數(shù)據(jù)寫入一第二區(qū)塊。
15.如權利要求9所述的數(shù)據(jù)控制方法，其中，于一第三區(qū)塊需進行該平均擦寫區(qū)塊操作時，還包括下列步驟在該閃速存儲器中決定具有一最小時間參數(shù)的一第四區(qū)塊；以及將該第三區(qū)塊的數(shù)據(jù)寫入該第四區(qū)塊中或者將該第三區(qū)塊的數(shù)據(jù)與該第四區(qū)塊的數(shù)據(jù)交換。
16.如權利要求9所述的數(shù)據(jù)控制方法，其中該垃圾搜集操作還包括下列步驟 在該閃速存儲器中決定具有一最小時間參數(shù)的一第五區(qū)塊；判斷該第五區(qū)塊中的多個有效頁數(shù)目是否小于一閾值；以及于該有效頁數(shù)目小于該閾值時，將該第五區(qū)塊中的該有效頁的數(shù)據(jù)寫入一第六區(qū)塊。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種固態(tài)儲存裝置及其數(shù)據(jù)控制方法。該固態(tài)儲存裝置，包括一閃速存儲器，包括多個區(qū)塊，每一該區(qū)塊中包括多個頁；以及一控制單元連接至該閃速存儲器，當該控制單元擦除或者寫入數(shù)據(jù)至這些區(qū)塊時，該控制單元提供每一該區(qū)塊一時間參數(shù)，使得該控制單元可根據(jù)該時間參數(shù)來執(zhí)行一數(shù)據(jù)遺失保護操作、一平均擦寫區(qū)塊操作或者一垃圾搜集操作。
文檔編號G06F12/06GK102385902SQ20101027133
公開日2012年3月21日 申請日期2010年9月1日 優(yōu)先權日2010年9月1日
發(fā)明者徐正煜, 蔡松峰, 陳凌風 申請人:建興電子科技股份有限公司