[發明專利]閃速存儲器中驅動再映射的方法及其閃速存儲器體系結構

有效

• 申請號: 01117722.5
• 申請日: 2001-04-29
• 公開（公告）號: CN1348191A
• 公開（公告）日: 2002-05-08
• 發明（設計）人: 金范洙;李貴榮
• 申請（專利權）人: 三星電子株式會社
• 主分類號: G11C16/10
• 分類號: G11C16/10;G11C7/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 馬瑩

本發明涉及以塊為單位向閃速存儲器寫入數據和從閃速存儲器讀取數據的方法，尤其涉及一種當向對部分寫循環次數具有限制的閃速存儲器寫入數據和從該閃速存儲器讀取數據時驅動邏輯地址至物理地址再映射的方法及適用于此方法的閃速存儲器體系結構。

與諸如傳統隨機存取存儲器(RAM)、非易失性存儲設備和磁盤等其他存儲設備一樣，閃速存儲器能夠任意存取存儲在特定位置上的數據。主要差別在于如何對數據進行重寫和擦除。亦即，如果要在將數據寫入其被分割成預定尺寸的塊以便按塊存取的閃速存儲器的一個塊中之后對該數據進行重寫或擦除，則必須重寫或擦除包含該塊的單元。閃速存儲器中的塊由具有連續物理地址的字節構成。該塊是對閃速存儲器進行操作的基本單元。一個單元由多個塊構成，并且它是能夠物理地一次擦除和重寫數據的基本單元。

由于閃速存儲器的重寫或擦除特性，當擦除循環次數增大時，數據的寫入和更新效率下降。此外，當對閃速存儲器進行重寫/擦除操作時，數據可能由于故障而被破壞。為了防止對數據的破壞，已采用了塊(或扇區)再映射技術。

這種再映射技術用于管理被寫入閃速存儲器的數據的物理塊號(縮寫為“PBN”)與邏輯塊號(縮寫為“LBN”)之間的映射信息，從而，當對相應數據進行重寫或擦除時，即使數據的PBN發生變化，也可采用相同的LBN對數據進行存取。

根據傳統的再映射技術，如果要重寫數據，則首先搜索閃速存儲器上包含數據的PBN的單元，以找出其上未寫入數據的物理塊，然后將數據寫入該物理塊。更新數據的LBN和PBN之間的映射信息。因此，即使當數據的PBN發生變化時，用戶也能夠采用相同的LBN來存取相應的數據。在這種情況下，擦除是由有關數據的先前物理塊的狀態信息表示的。

例如，當將數據寫入閃速存儲器上具有物理單元號(PUN)1和PUN?2的單元上時，如圖1所示，如果用戶希望重寫被寫入其LBN為‘3’的塊的數據，則PUN?1如圖2所示地改變。亦即，參照LBN至邏輯單元號(LUN)映射表，LBN‘3’對應于LUN‘2’。然后，參照LUN至PUN映射表，LUN‘2’對應于PUN‘1’。因此，對其PUN為“1”的單元PUN?1進行搜索，以尋找空的物理塊。如從圖1看出的，找出物理塊#4(PBN?4)為空物理塊。相對于LBN‘3’的數據被寫入PBN?4，然后更新PUN?1的塊分配映象(BAM)的映射信息。然后，由有關PUN?1的BAM中PBN?1的狀態信息表示擦除。但是，在這種情況下，隨著物理單元中未使用物理塊數目的增大，閃速存儲器的使用效率下降。

為了解決該問題，根據傳統的再映射技術，如圖3所示，首先，僅將PUN1中使用過的塊傳送到另一單元PUN?2。然后，將相應的PUN變換成另一單元的PUN，即，從PUN?1至PUN?2。結果，即使數據被傳送到另一單元，也可采用相同的LUN來存取該數據。

只要在一單元或閃速存儲器中分別存在空塊或空單元，該傳統的再映射技術便不允許實際擦除操作。但是，由于擦除的塊的數目的增大使閃速存儲器中未使用區域增大，因此，可能需要重新使用存在擦除的塊的部分的方法。

此外，在寫入操作或單元重新使用操作期間的系統故障如電源切斷的情況下，由于該故障可能破壞用戶數據或用于再映射的數據。因此，為了保護數據以免受到這種故障引起的破壞，傳統的方法將狀態信息寫入相應的塊或單元，并且在操作期間適當地修改寫入的狀態信息，從而執行恢復操作。

如上所述，傳統的再映射技術多次執行部分寫入操作，以便存儲和管理映射信息以及數據。因此，難以將傳統的再映射技術原樣應用于諸如NAND型閃速存儲器這樣的閃速存儲器。這是因為，在NAND型閃速存儲器情況下，同一頁中的部分寫循環次數或程序循環次數被限制在5次或3次。因此，寫入一個塊或單元中的信息不能多次修改。例如，在系統故障情況下，由于如上所述地限制了寫入對應塊或單元中的狀態信息修改量，因此，不能正常地執行恢復操作。

另外，為了表示出預定塊處于諸如空閑(FF)→分配(8F)→正被寫入(4F)→已寫入(2F)→正被擦除(0F)→已擦除(00F)的處理狀態，或為了表示出預定單元處于諸如空閑(FF)→正被復制(8F)→有效(4F)→正被傳送(2F)的處理狀態，對相同的物理位置至少執行3次或5次寫入操作。此外，考慮到用戶數據或糾錯碼(ECC)被寫入一單元或塊的路徑，難以將傳統的再映射應用于其中的部分寫循環次數被限制在3次或5次的閃速存儲器。