CN101174473A - 在包括闪存的半导体存储装置中提供块状态信息的方法 - Google Patents

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Abstract

一种提供包括闪存的半导体存储装置中的块状态信息的方法，包括：存储与闪存的至少一个坏块以及代替所述至少一个坏块的多个预留块有关的块状态信息；以及响应于用户提出的命令向用户提供所存储的块状态信息。

Description

在包括闪存的半导体存储装置中提供块状态信息的方法
技术领域
本公开涉及半导体存储装置，更具体地涉及用于在具有闪存的半导体存储装置中提供块状态信息的方法。
本申请要求2006年11月2日递交的韩国专利申请10-2006-0107556的优先权，将其内容一并在此作为参考。
背景技术
通常可以将存储装置分类为两个主要类别。这些类别是易失性存储装置和非易失性存储装置。易失性存储装置在掉电时不保持其所存储的数据。然而，非易失性存储装置即使在掉电时也保持其数据。
常用的非易失性存储装置是闪存装置。在闪存装置中，数据存储在存储单元中。另外，晶体管通常作为闪存装置中的存储单元。可以使用不同的编程和数据删除技术，对闪存装置编程数据或者可以删除闪存中存储的数据。例如，可以通过使用隧道效应来对闪存装置编程。在隧道效应中，在晶体管的控制栅极和衬底之间建立相对较大的正电势差。该电势差使衬底表面上的电子被推到并且俘获到浮置栅极上。这些电子作为衬底上的控制栅极和沟道之间的阻挡，因此增加了单元晶体管的阈值电压。替换地，可以使用热载流子效来对存储单元编程数据和/或从存储单元中删除数据。
在任一种情况下，当编程和删除操作的数目增加时，存储单元(以及因此存储装置)的可靠性减小。即，在不损害装置可靠性的情况下，在闪存装置上可以执行编程和删除操作的数目存在限制。在达到这种限制之后，可能会大大增加装置上的编程错误。
为了应对具有缺陷存储块的效果，闪存装置使用以已知为可靠的预留存储块即好存储块来代替坏存储块的技术。许多这些技术包括在读取或写入操作期间检查存储块的地址。如果在读取或写入操作中存在错误，将该块确定为是坏块，并且然后用分配了与所述坏块相同物理地址的预留块来代替。然后通过预留块来执行数据的写入或读取操作。
图1和图2示出了普通闪存的结构。如图1和图2所示，闪存包括元块(meta block)、用户块和预留块。
元块是通常用于存储与坏块相关联的信息、与预留块相关联的信息、以及映射信息的块。用户块通常用于存储数据。如上所述，预留块用于代替坏块。
参考图1，如果块32和34变坏，将他们各自用预留块35和36来代替。在这种情况下，不是向块32和34写入数据或从块32和34读取数据。而是将数据写入到块35和36或者从块35和36读取数据。现在，如果诸如块38的另一个块变坏，那么将块38用预留块40来代替。
然而，当在操作期间代替了全部坏块(包括初始的坏块)时，即当全部预留块耗尽时，不再能确保半导体存储装置的稳定性。此时，为了维持已经存储在装置中的数据的完整性，半导体存储装置自动进入禁止写入状态或只读状态。此时，用户认识到存储装置的寿命到了，因此执行诸如数据备份之类的存储保留程序。
在如上所述维持已存储数据的完整性的同时，不存在向存储装置的用户预先警告全部预留存储块将要耗尽的程序。如果向用户预先警告，则用户可能能够采取其他预防措施，而并非仅仅备份数据。因此，需要一种在从用户接收到请求时提供存储块状态信息的***和方法。
发明内容
本公开的一个方面包括一种提供包括闪存的半导体存储装置中的块状态信息的方法。所述方法包括：存储与闪存的至少一个坏块以及代替所述至少一个坏块的多个预留块有关的块状态信息；以及响应于用户提出的命令向用户提供所存储的块状态信息。
附图说明
根据下面给出的详细描述和附图将更加全面地理解本公开，所述附图仅是为了说明而给出的，并且因此不是本公开的限制，其中：
图1和图2示出了普通闪存的配置；
图3是根据示范性公开实施例的包括闪存的半导体存储装置的方框图；
图4示出了根据示范性公开实施例的SMART命令的命令格式；
图5示出了根据示范性公开实施例的“SMART READ DATA”命令的结果值的数据结构；
图6示出了根据示范性公开实施例提供块状态信息的数据区域；
图7示出了根据示范性公开实施例用于控制报警时间点的命令的格式；以及
图8示出了根据示范性公开实施例向用户提供报警的命令的输出。
具体实施方式
现在参考示出了本发明实施例的图3至图8更加全面地描述本公开的示范性实施例。然而，该公开可以具体实现为许多不同的形式，并且不应该将其解释为局限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得该公开是彻底和完整的，并且向本领域技术人员全面地传达本发明的范围。
除非另有定义，这里使用的全部术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属技术领域的普通技术人员一般理解的相同意思。还应该理解的是应该将这里使用的术语解释为具有与它们在该说明书的上下文和相关技术中的意思相一致的意思，并且除非在这里明白地限定，不应该将其解释为理想的或过于正式的意思。
图3是根据示范性公开实施例的包括闪存的半导体存储装置的方框图。参考图3，半导体存储装置包括闪存30和用于加载用户程序10的控制器20。
经由控制器20从闪存30读取数据或向闪存30写入数据。具体地，控制器20执行控制功能，使得在闪存30中实现给定的数据操作。典型地，基于加载到控制器20中的用户程序10的内容，来执行数据操作。
控制器20包括加载用户程序10的文件***22以及闪存翻译层(在下文中称为“FTL”)24。在示范性实施例中，FLT 24执行将在文件***中产生的逻辑地址与闪存30的物理地址进行映射的操作。
与RAM、非易失性存储器和磁性存储器类似，闪存可以随机地进行存取。然而，与RAM、非易失性存储器和磁性存储器不同，对闪存以块的形式进行删除。另外，在闪存的情况下，在写入之前，以块执行删除。另外，通常其中执行删除操作的数据单元可能比其中执行写入操作的数据单元多。
大量数据的这种删除可能是个问题，不只因为可能难以使用闪存作为主存储器，而且因为当使用闪存作为辅助存储装置时，可能难以保持文件***为普通硬盘时的原样。因此，为了隐藏闪存的删除操作，使用文件***22和闪存30之间的FTL 24。
通过FTL 24的地址映射功能，主机可以将闪存30识别为硬盘驱动器，并且可以通过与主机访问硬盘驱动器相同的方法来访问闪存。可以将FTL 24实现为与主机***无关的硬件类型，或者可以将其实现为主机***内的设备驱动器类型。
在使用上述半导体存储装置作为SSD(固态盘)或硬盘，以向用户提供针对闪存的坏块以及代替坏块之后剩余的预留块的块状态信息时，本公开的示范性实施例采用ATA(先进技术附件)接口的S.M.A.R.T相关命令。
SMART是“自我监测、分析和报告技术”的缩写。通过SMART功能可以预测与盘驱动器相关的不远将来可能引起的击穿这样的问题。
通过不同供货商(vendor)使用的SMART功能观察到的值基于供货商而不同。例如，在供货商之间在用于报告诸如头飞行高度、数据吞吐量性能、旋转时间、再分配扇区计数、搜索时间误差、搜索时间性能、旋转时间性能、旋转尝试再计数以及驱动校准重试计数之类值的格式种类方面可能存在差别。
图4示出了其中根据“特征寄存器”的值对SMART命令进行分类的命令格式。图4中所示的SMART命令对于本领域技术人员是众所周知的，因此将省略其详细描述。
在这些SMART命令中，对“SMART READ DATA(DOh)”、“SMARTENABLE/DISABLE ATTRIBUTE AUTOSAVE(D2h)”、“SMART ASVE ATTRIBUTEVALUES(D3h)”、“SMART EXECUTE OFF-LINE IMMEDIATE(D4h)”、“SMART READLOG(D5h)”、“SMART WRITE LOG(D6h)”、“SMART ENABLE OPERATOIN(D8h)”、“SMART DISABLE OPERATION(D9h)”和“SMART RETURN STATUS”九个命令进行标准化。
为了提供块状态信息，可以使用具有“DOh”的“特征寄存器”值的“SMART READ DATA”命令。另外，作为提供块状态信息的命令，可以使用与EOh～FFh范围(可由供货商使用的“特征寄存器”值的区域)内的一个“特征寄存器”值相对应的命令，例如“FFH”。此外，可以使用这九个标准命令中的任一个。
“F”表示相应字节的内容固定并且不可改变，而“V”表示将相应字节的内容是变量且可变。“R”表示相应字节的内容是预留的并且应该变为“0”。“X”指明相应字节的内容是可由供货商使用的，并且可以是固定的或变量。
针对“’SMART READ DATA”命令的结果值的数据结构在图5中示出。如图5所示，“SMART READ DATA”命令的数据结构可以由512字节构成。具体地，可以将与闪存使用期间产生的预留块、原始坏块、额外坏块有关的信息等存储在“SMART READ DATA”命令的供货商专用数据区域(第0至第361字节和第386至第510字节)中。这在图6中示出。
例如，如图6所示，可以将与SMART数据的版本有关的信息存储在第0至第1字节中，可以将与有用信息量有关的信息存储在第2至第3字节中，可以将与预留块的数目有关的信息存储在第4至第7字节中，可以将与额外坏块的数目有关的信息存储在第8至第11字节中，以及可以将与原始坏块的数目有关的信息存储在第12至第15字节中。此外，在供货商专用数据区域的剩余部分中，可以存储其他必要的信息。
可能已经将针对预留块或坏块的块状态信息存储在对块执行映射的“FTL”中或闪存的元块中。另外，用户可以从“SMART READ DATA”命令中获得与预留块或坏块的数目有关的信息。
此外，为了提供执行诸如用户执行的数据备份之类的操作的时间点，当可用预留块的数目达到基准值时可以向用户提供报警。用于可以设置所述基准值，从而能够控制报警时间点。在示范性实施例中，在提供报警或控制报警时间点时，可以使用SMART命令中的特定命令。
如图4所示，例如当可用预留块的数目达到基准值时，可以在SMART命令中使用具有“DAh”的“特征寄存器”值的“SMART RETURN STATUS”命令，以向用户提供报警。
此外，为了向用户提供报警，可以使用具有供货商可用的EOh～FFh的范围中的另一“特征寄存器”值(例如“FFh”)的另一命令。本领域的技术人员应该理解，只是为了示范性的目的而讨论上述命令。在不脱离本公开范围的情况下，可以使用来自其他区域的命令。另外，可以使用这九个标准命令中的任一个。
如上所述，用户还可以设置基准值以在适当的时间提供报警。在这种情况下，可以将基准值设置在具有EOh～FFh的“特征寄存器”值之一的命令(例如，具有“FFh”的“特征寄存器”值的命令)的供货商专用区域中。例如，可以通过具有“EOh”的“特征寄存器”值的命令来确定报警时间点。这在图7中示出。
图7示出了根据示范性公开实施例用于控制报警时间点的命令的格式。如图7所示，可以将ATA命令定义为命令代码及其伴随变量。可以通过不同的寄存器来传递这些变量。例如，这些变量可以包括“特征寄存器”、“扇区计数寄存器”、“扇区号寄存器”、“柱面低寄存器”、“柱面高寄存器”、“装置/头寄存器”等。另外，“装置/头寄存器”的“DEV”可以表示半导体存储装置被用作为主HDD还是从HDD。
控制报警时间点的命令是命令代码为“BOh”的SMART命令的子命令。另外，子命令的代码是“EOh”。用户可以将基准值设置在“扇区计数寄存器”中。当可用预留块的数目达到基准值时，发出报警。
图8示出了当使用向用户提供报警的命令(例如“DAh”)时提供的输出。当半导体存储装置没有到达报警时间点时，如图8所示，“柱面低寄存器”保持“4Fh”的设置，并且“柱面高寄存器”保持“C2h”的设置。然而，如图8所示，当半导体存储装置达到报警时间点时，将“柱面低寄存器”设置为“F4h”，并且将“柱面高寄存器”设置为“2Ch”。此时，用户可以执行用于备份已存储数据的操作，以便维持已存储数据的完整性。
当可用预留块的数目达到基准值时，本公开的***向用户提供报警。该报警允许用户执行诸如数据备份之类的操作，以便维持已存储数据的完整性。此外，本公开***允许用户设置提供报警的时间点。即，用户可以设置基准值以与可用预留块的数目比较，从而能够控制报警时间点。
本领域技术人员应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行修改和变化。因此，本公开意在覆盖落在所附权利要求及其等价物的范围之内的本发明的任何这种修改和变化。因此，可以明白这些和其他变化和修改在所附权利要求所限定的本发明的真实精神和范围之内。

Claims (16)

1.一种提供包括闪存的半导体存储装置中的块状态信息的方法，所述方法包括：
存储与闪存的至少一个坏块以及代替所述至少一个坏块的多个预留块有关的块状态信息，以及响应于用户提出的命令向用户提供所存储的块状态信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述块状态信息包括在闪存中存在的坏块的数目和预留块的数目。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述块状态信息还包括与闪存中可用的预留块有关的信息。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括：当可用预留块的数目达到基准值时向用户提供报警。
5.根据权利要求4所述的方法，其中提供报警的时间点是用户可控的。
6.根据权利要求4所述的方法，还包括：将块状态信息存储在闪存的元块中。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述命令是“SMART READ DATA”命令，所述“SMART READ DATA”命令是先进技术附件命令的一部分。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述命令是从先进技术附件命令中选择的供货商专用命令。
9.根据权利要求5所述的方法，还包括：通过使用从先进技术附件命令中选择的供货商专用命令来确定报警时间点。
10.根据权利要求9所述的方法，其中通过使用先进技术附件命令中的“SMART RETURN STATUS”命令来产生报警。
11.根据权利要求9所述的方法，其中通过使用从先进技术附件命令中选择的供货商专用命令来产生报警。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述半导体存储装置是包括与非闪存的固态盘。
13.一种提供包括闪存的半导体存储装置中的块状态信息的方法，所述方法包括：
存储闪存的坏块以及代替所述坏块的预留块的块状态信息；以及
通过使用“SMART READ DATA”命令来向用户提供所存储的块状态信息，所述“SMART READ DATA”命令是先进技术附件命令的一部分。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：当预留块的容量或数目达到预定水平时，通过使用先进技术附件命令中的“SMART RETURNSTATUS”命令向用户提供报警。
15.根据权利要求14所述的方法，其中提供报警的时间点是用户可控的。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：通过使用从先进技术附件命令中选择的供货商专用命令来确定报警时间点。
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