[發明專利]回收快閃存儲器系統中的數據存儲容量

無效

• 申請號: 200680028318.4
• 申請日: 2006-08-01
• 公開（公告）號: CN101233499A
• 公開（公告）日: 2008-07-30
• 發明（設計）人: 艾倫·韋爾什·辛克萊;巴里·賴特
• 申請（專利權）人: 桑迪士克股份有限公司
• 主分類號: G06F12/02
• 分類號: G06F12/02
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 劉國偉

技術領域

本申請案涉及例如半導體快閃存儲器的可重新編程的非易失性存儲器系統的操作，且更具體地說，涉及主機裝置與存儲器之間的接口的管理。

背景技術

對通過主機系統、存儲器系統和其它電子系統的外部接口通信的數據進行尋址主要有兩種技術。在其中的一種技術中，將系統產生或接收到的數據文件的地址映射到針對所述系統建立的連續邏輯地址空間的不同范圍中。地址空間的廣度通常足以覆蓋系統能夠處置的整個地址范圍。在一個實例中，磁盤存儲驅動器通過此邏輯地址空間與計算機或其它主機系統通信。此地址空間具有足以尋址磁盤驅動器的整個數據存儲容量的廣度。在所述兩種技術中的第二種技術中，唯一地識別電子系統產生或接收到的數據文件，且通過所述文件內的偏移量來邏輯地尋址其數據。一種形式的這種尋址方法在計算機或其它主機系統與被稱為“智能卡”的可移除存儲卡之間使用。智能卡通常由消費者用來進行識別、銀行業務、銷售點購買、ATM接入和類似活動。

在早一代的商用快閃存儲器系統中，將矩形存儲器單元陣列分成大量單元群組，每個單元群組存儲標準磁盤驅動器扇區的數據量，即512字節。額外量的數據(例如16個字節)通常也包含在每個群組中，以存儲誤差校正碼(ECC)以及可能其它與用戶數據且/或與里面存儲有相關聯的用戶數據的存儲器單元群組有關的額外開銷數據。每個此群組中的存儲器單元是可一起擦除的最小數目的存儲器單元。即，擦除單位實際上是存儲一個數據扇區和所包含的任何額外開銷數據的若干存儲器單元。這種類型的存儲器系統的實例在第5,602,987號和第6,426,893號美國專利中描述。在使存儲器單元重新編程有數據之前對其進行擦除是快閃存儲器的特征。

快閃存儲器系統最常見的是以可移除地與多種主機(例如個人計算機、相機或類似物)連接的存儲卡或快閃驅動器的形式提供，但也可嵌入在此類主機系統內。當將數據寫入到存儲器時，主機通常將唯一邏輯地址指派給扇區、群集或存儲器系統的連續虛擬地址空間內的其它數據單位。與磁盤操作系統(DOS)類似，主機將數據寫入到存儲器系統的邏輯地址空間內的地址并從所述地址讀取數據。存儲器系統內的控制器將從主機接收到的邏輯地址轉換成實際存儲數據的存儲器陣列內的物理地址，且所述控制器接著記住這些地址轉換。存儲器系統的數據存儲容量至少與可在針對存儲器系統界定的整個邏輯地址空間上尋址的數據的量一樣大。

在后面幾代快閃存儲器系統中，擦除單位的大小增加到足以存儲多個數據扇區的存儲器單元的區塊。即使與存儲器系統連接的主機系統可以最小單位(例如扇區)編程和讀取數據，但大量扇區存儲在快閃存儲器的單個擦除單位內。以下情況是常見的：當主機更新或替換邏輯數據扇區時，區塊內的一些數據扇區變成廢棄的。由于在區塊中所存儲的任何數據可被重寫之前，必須擦除整個區塊，所以新的或經更新的數據通常存儲在已經被擦除且具有用于所述數據的剩余容量的另一區塊中。這個過程留下具有廢棄數據的原先區塊，所述廢棄數據占用存儲器內的寶貴空間。但如果所述區塊中還有任何有效數據留在里面，那么就不能擦除所述區塊。

因此，為了更好地利用存儲器的存儲容量，常見的是通過將有效部分區塊量的數據復制到經擦除的區塊中來對其進行合并或收集，使得從中復制這些數據的區塊接著可被擦除，且其整個存儲容量可再用。還希望復制所述數據，以便以其邏輯地址的次序對區塊內的數據扇區進行分組，因為這會提高讀取所述數據和將所讀取的數據傳遞到主機的速度。

如果此數據復制發生得太頻繁，那么存儲器系統的操作性能可能降級。這尤其會影響存儲器系統的操作，其中存儲器的存儲容量幾乎與可由主機通過系統的邏輯地址空間尋址的數據的量沒有差別(典型情況)。在這種情況下，在可執行主機編程命令之前，可能需要數據合并或收集。于是編程時間因而增加。

在相繼幾代存儲器系統中，區塊的大小已經逐漸增加，以便增加可以存儲在給定半導體區域中的數據位的數目。存儲256個數據扇區和更多扇區的區塊正變得越來越常見。另外，不同陣列或子陣列的兩個、四個或更多區塊通常邏輯上一起連接成元區塊，以便提高數據編程和讀取中的并行度。伴隨此類大容量操作單位而來的是對其進行高效操作的難題。

用于此類存儲器系統的常見主機接口是與通常與磁盤驅動器一起使用的接口類似的邏輯地址接口。存儲器連接到的主機所產生的文件被指派有所述接口的邏輯地址空間內的唯一地址。存儲器系統接著通常在邏輯地址空間與存儲器的物理區塊或元區塊之間映射數據。存儲器系統記住邏輯地址空間如何映射到物理存儲器中，但主機不知道這個。主機記住其數據文件在邏輯地址空間內的地址，但存儲器系統在不知道此映射的情況下操作。