CN106527962A - 内部数据搬移方法以及使用该方法的装置 - Google Patents

内部数据搬移方法以及使用该方法的装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种内部数据搬移方法以及使用该方法的装置，由处理单元执行，包含下列步骤。透过一存取介面发送多个部分复制回读命令给储存子单元，每一个部分复制回读命令指示储存子单元中的逻辑电路将储存子单元中的页面的部分数据储存至储存子单元中的数据缓存器的指定位置。接着，透过存取介面发送复制回写命令给储存子单元，用以将储存子单元中的数据缓存器的数据写入储存子单元中的新页面。

Description

内部数据搬移方法以及使用该方法的装置
技术领域
本发明有关于一种快闪存储器存储器装置，特别是一种内部数据搬移方法以及使用该方法的装置。
背景技术
快闪存储器装置通常分为NOR快闪装置与NAND快闪装置。NOR快闪装置为随机存取装置，而可于地址脚位上提供任何的地址，用以存取NOR快闪装置的主装置(host)，并及时地由NOR快闪装置的数据脚位上获得储存于该地址上的数据。相反地，NAND快闪装置并非随机存取，而是序列存取。NAND快闪装置无法像NOR快闪装置一样，可以存取任何随机地址，主装置反而需要写入序列的位元组(bytes)的值到NAND快闪装置中，用以定义请求命令(command)的类型(如，读取、写入、抹除等)，以及用在此命令上的地址。地址可指向一个页面(在快闪存储器中的一个写入作业的最小数据块)或一个区块(在快闪存储器中的一个抹除作业的最小数据块)。实际上，NAND快闪装置通常从存储器单元(memory cells)上读取或写入完整的数页数据。当一整页的数据从阵列读取到装置中的缓存器(buffer)后，藉由使用提取信号(strobe signal)顺序地敲出(clock out)内容，让主单元可逐位元组或字元组(words)存取数据。
如果区块中的部分页面的数据已经无效(又称为过期页面)，读取区块中具有效数据的页面并重新写入其他之前被抹除的空区块。接着，这些被释放的页面加上过期数据，可被写入新的数据。如上所述的程序称为垃圾搜集(garbage collection)。垃圾搜集的程序牵涉到从快闪存储器读取数据以及重新写入数据至快闪存储器。这代表当快闪控制器首些需要读出整个区块，接着将区块中拥有有效数据的部分页面写入。这会大量消耗于快闪控制器以及储存单元之间的存取介面频宽，降低整个***的效能。传统上，快闪控制器发送复制回读命令(copy back read command)驱使储存单元中的逻辑电路取得有效页面的数据并移动至其中的数据缓存器(data buffer)，并且发送复制回写命令(copy back write command)驱使其中的逻辑电路从数据暂存器取得有效数据并写入另一空区块，而不需要经由存取介面从储存单元搬出/入有效数据。然而，如果页面中同时存在有效及无效数据。快闪控制器依然需要透过存取介面将整个页面读出储存单元，从读取页面中搜集有效数据，接着，透过存取介面将有效数据逐页写入储存单元中的另一空区块。因此，本发明提出一种内部数据搬移方法以及使用该方法的装置，用以克服上述的缺陷。
发明内容
本发明的实施例提出一种内部数据搬移方法，由处理单元执行，包含下列步骤。透过一存取介面发送多个部分复制回读命令给储存子单元，每一个部分复制回读命令指示储存子单元中的逻辑电路将储存子单元中的页面的部分数据储存至储存子单元中的数据缓存器的指定位置。接着，透过存取介面发送复制回写命令给储存子单元，用以将储存子单元中的数据缓存器的数据写入储存子单元中的新页面。
本发明的实施例提出一种内部数据搬移装置，由处理单元执行，包含耦接于储存子单元的存取介面以及处理单元。处理单元透过存取介面发送部分复制回读命令给储存子单元，用以指示储存子单元中的逻辑电路将储存子单元中的页面的部分数据储存至储存子单元中的数据缓存器的指定位置。
附图说明
图1是依据本发明实施例的快闪存储器的***架构示意图。
图2是依据本发明实施例的存取介面与储存单元的方块图。
图3是依据本发明实施例的一个存取子介面与多个储存子单元的连接示意图。
图4是依据本发明实施例的储存子单元的方块示意图。
图5是依据本发明实施例的复制回读命令以及复制回写命令的示意图。
图6至9是依据本发明实施例的部分复制回读命令(00-xx-35h)的示意图。
图10-13是依据本发明实施例的部分复制回读命令(00-35-xx-yyh)的示意图。
图14是依据本发明实施例的垃圾搜集示意图。
符号说明
10 ***； 110 处理单元；
150 存取介面； 160 主装置；
170 存取介面； 170_0～170_j 存取子介面；
180 储存单元； 180_0_0～180_j_i 储存子单元；
320_0_0～320_0_i 芯片致能控制信号；
410 数据缓存器； 420 逻辑电路；
430_0～430_3 数据区块；
510 复制回读命令； 520 复制回写命令；
tR 读取数据时间； tPROG 写入数据时间；
610 来源地址； 630 部分复制回写指令码；
650 起始行； 670 结束行；
690 目的地址； 710 长度；
810 来源地址； 830 部分复制回写指令码；
850 结束行； 870 目的地址；
910 长度； 1010 部分复制回写指令码；
1030 起始行； 1050 结束行；
1070 目的地址；
1090 部分复制回写命令的确认；
1110 长度； 1210 来源地址；
1230 部分复制回写指令码；
1250 结束行； 1270 目的地址；
1290 部分复制回写命令的确认；
1310 长度； P1～P4 页面；
1410、1430、1450、1470 区段数据。
具体实施方式
以下说明为完成发明的较佳实现方式，其目的在于描述本发明的基本精神，但并不用以限定本发明。实际的发明内容必须参考之后的权利要求范围。
必须了解的是，使用于本说明书中的“包含”、“包括”等词，用以表示存在特定的技术特征、数值、方法步骤、作业处理、元件以及/或组件，但并不排除可加上更多的技术特征、数值、方法步骤、作业处理、元件、组件，或以上的任意组合。
在申请文本中使用如”第一”、"第二"、"第三"等词用来修饰权利要求中的元件，并非用来表示之间具有优先权顺序，先行关系，或者是一个元件先于另一个元件，或者是执行方法步骤时的时间先后顺序，仅用来区别具有相同名字的元件。
图1是依据本发明实施例的快闪存储器的***架构示意图。快闪存储器的***架构10中包含处理单元110，用以写入数据到储存单元180中的指定地址，以及从储存单元180中的指定地址读取数据。详细来说，处理单元110透过存取介面170写入数据到储存单元180中的指定地址，以及从储存单元180中的指定地址读取数据。***架构10使用数个电子信号来协调处理单元110与储存单元180间的数据与命令传递，包含数据线(data line)、时脉信号(clock signal)与控制信号(controlsignal)。数据线可用以传递命令、地址、读出及写入的数据；控制信号线可用以传递芯片致能(chip enable,CE)、地址提取致能(address latch enable,ALE)、命令提取致能(command latch enable,CLE)、写入致能(write enable,WE)等控制信号。存取介面170可采用双倍数据率(double data rate,DDR)通讯协定与储存单元180沟通，例如，开放NAND快闪(open NAND flash interface,ONFI)、双倍数据率开关(DDRtoggle)或其他介面。处理单元110另可使用存取介面150透过指定通讯协定与主装置160进行沟通，例如，通用串行总线(universal serial bus,USB)、先进技术附着(advanced technology attachment,ATA)、串行先进技术附着(serial advancedtechnology attachment,SATA)、快速周边元件互联(peripheral component interconnectexpress,PCI-E)或其他介面。
储存单元180可包含多个储存子单元，每一个储存子单元实施于一个晶粒(die)上，各自使用关联的存取子介面与处理单元110进行沟通。图2是依据本发明实施例的存取介面与储存单元的方块图。快闪存储器10可包含j+1个存取子介面170_0至170_j，存取子介面又可称为通道(channel)，每一个存取子介面连接i+1个储存子单元。换句话说，i+1个储存子单元共享一个存取子介面。例如，当快闪存储器10包含4个通道(j＝3)且每一个通道连接4个储存单元(i＝3)时，快闪存储器10一共拥有16个储存单元180_0_0至180_j_i。处理单元110可驱动存取子介面170_0至170_j中之一，从指定的储存子单元读取数据。每个储存子单元拥有独立的芯片致能(CE)控制信号。换句话说，当欲对指定的储存子单元进行数据读取时，需要驱动关联的存取子介面致能此储存子单元的芯片致能控制信号。图3是依据本发明实施例的一个存取子介面与个储存子单元的连接示意图。处理单元110可透过存取子介面170_0使用独立的芯片致能控制信号320_0_0至320_0_i来从连接的储存子单元180_0_0至180_0_i中选择出其中一者，接着，透过共享的数据线310_0从选择出的储存子单元的指定位置读取数据。
图4是依据本发明实施例的储存子单元的方块示意图。以储存子单元180_0_0为例，包含四个区块430_0至430_3，每个区块可储存多个页面的数据，并且每个页面可储存多个区段(section)的数据。一个区段的长度为主装置160管理数据的最小单元，例如2K、4K、8K位元组。图5是依据本发明实施例的复制回读命令以及复制回写命令的示意图。为进行逐页搬移的垃圾搜集程序，一个复制回读命令(00h-35h)510搭配使用一个复制回写命令(85h-10h)530。首先，将”00h”透过数据线310_0写入逻辑电路420中的命令暂存器(command register)，接着，使用五个时脉周期写入来源地址。于输入来源地址后，将”35h”写入其中的命令暂存器，致使逻辑电路420将一个区块中的特定页面传送至数据缓存器410。于已发送复制回读命令(00h-35h)510后并信号R/B#提升至高电位，复制回写命令(85h-10h)530可以写入至其中的命令暂存器。复制回写命令(85h-10h)530用以从数据缓存器410传送至逻辑电路420的数据暂存器以及开始写入新目的页面。”85h”、目的地址(五个时脉周期)及”10h”透过数据线410_0依序地写入储存子单元180_0_0。写入”10h”后，当逻辑电路420写入新页面时，信号R/B#降低至低电位。
经过多次的存取后，一个页面可能包含有效及无效的数据。为解决如上所述的缺陷，本发明实施例提出一种部分复制回读命令(partial copy back read command)，用以驱使储存单元180_0_0中的逻辑电路420取得特定页面的特定区段的数据并移动至其中的数据暂存器410中的指定位置。以下举出数个部分复制回读命令的范例。图6至9是依据本发明实施例的部分复制回读命令(00-xx-35h)的示意图。参考图6，处理单元110将”00h”透过存取子介面170_0使用数据线310_0写入逻辑电路420中的命令暂存器，接着，使用五个时脉周期写入来源地址610。”00h”为读取指令码。来源地址610包含区块编号(二时脉周期)及页面标号(二时脉周期)。于输入来源地址610后，将”xxh”630写入其中的命令暂存器，其中”xx”可为任意的二个十六进位数字，为部分复制回读指令码。于输入”xxh”后，处理单元110将”00h”透过存取子介面170_0使用数据线310_0依序写入起始行(二时脉周期)650、结束行(二时脉周期)670以及目的地址(二时脉周期)690。起始行650及结束行670可分别包含行编号(column numbers)，用以指出来源页面中欲读取的行区间。目的地址690包含一个行编号，用以指出欲储存至数据缓存器410的起始行。最后，将”35h”写入其中的命令暂存器，致使逻辑电路420将一个区块中特定页面的行区间数据传送至数据缓存器410中的特定位置。”35h”代表复制回读命令的确认(confirm)。部分复制回读命令相同于如图5复制回读命令，始于”00h”且结束于”35h”，使得部分复制回读命令具有向后相容能力(backward compatibility)。图7所示的部分复制回读命令是由图6变化而来。于写入”xxh”后，处理单元110可透过存取子介面170_0使用数据线310_0依序写入起始行(二时脉周期)650以及长度(二时脉周期)710，用以指出来源页面中欲读取的行区间。
参考图8，处理单元110将”00h”透过存取子介面170_0使用数据线310_0写入逻辑电路420中的命令暂存器，接着，使用六个时脉周期写入来源地址810。来源地址810包含区块编号(二时脉周期)、页面标号(二时脉周期)以及起始行编号(二时脉周期)。于输入来源地址810后，将”xxh”830写入其中的命令暂存器，其中”xx”可为任意的两个十六进位数字，用以指示此为部分复制回读指令码。于输入”xxh”830后，处理单元110将”00h”透过存取子介面170_0使用数据线310_0依序写入结束行(二时脉周期)850以及目的地址(二时脉周期)870。结束行850可包含行编号，搭配来源地址810中的起始行编号，用以指出来源页面中欲读取的行区间。目的地址870包含一个行编号，用以指出欲储存至数据缓存器410的起始行。最后，将”35h”写入其中的命令暂存器，致使逻辑电路420将一个区块中的特定页面的行区间数据传送至数据缓存器410中的特定位置。图9所示的部分复制回读命令是由图8变化而来。于写入”xxh”830后，处理单元110可透过存取子介面170_0使用数据线310_0写入长度(二时脉周期)910，搭配来源地址810中的起始行编号，用以指出来源页面中欲读取的行区间。
图10至13是依据本发明实施例的部分复制回读命令(00-35-xx-yyh)的示意图。参考图10的范例，部分复制回读命令包含如5图所示的复制回读命令以及一个自订的命令。于自订的命令中，处理单元110将”xxh”1010透过存取子介面170_0使用数据线310_0写入逻辑电路420中的命令暂存器，其中”xx”可为任意的二个十六进位数字，用以指示此为部分复制回读指令码。接着，依序写入起始行(二时脉周期)1030、结束行(二时脉周期)1050以及目的地址(二时脉周期)1070。起始行1030及结束行1050可分别包含行编号，用以指出来源页面中欲读取的行区间。目的地址1070包含一个行编号，用以指出欲储存至数据缓存器410的起始行。最后，将”yyh”1090写入其中的命令暂存器，致使逻辑电路420将一个区块中特定页面的行区间数据传送至数据缓存器410中的特定位置，其中”yy”可为任意的二个十六进位数字。”yyh”1090代表部分复制回读命令的确认。图11所示的部分复制回读命令是由图10变化而来。于写入”xxh”1010后，处理单元110可透过存取子介面170_0使用数据线310_0依序写入起始行(二时脉周期)1030以及长度(二时脉周期)1110，用以指出来源页面中欲读取的行区间。
参考图12的范例，部分复制回读命令包含如5图所示的复制回读命令，但是来源地址1210包含区块编号(二时脉周期)及页面标号(二时脉周期)以及起始行编号(二时脉周期)。于自订的命令中，处理单元110将”xxh”1230透过存取子介面170_0使用数据线310_0写入逻辑电路420中的命令暂存器，其中”xx”可为任意的二个十六进位数字，用以指示此为部分复制回读指令码。接着，依序写入结束行(二时脉周期)1250以及目的地址(二时脉周期)1270。结束行1250可包含行编号，搭配来源地址1210中的起始行编号，用以指出来源页面中欲读取的行区间。目的地址1270包含一个行编号，用以指出欲储存至数据缓存器410的起始行。最后，将”yyh”1290写入其中的命令暂存器，致使逻辑电路420将一个区块中的特定页面的行区间数据传送至数据缓存器410中的特定位置，其中”yy”可为任意的二个十六进位数字。”yyh”1290代表部分复制回读命令的确认。图13所示的部分复制回读命令是由图12变化而来。于写入”xxh”1230后，处理单元110可透过存取子介面170_0使用数据线310_0写入长度(二时脉周期)1310，搭配来源地址1210中的起始行编号，用以指出来源页面中欲读取的行区间。
图14是依据本发明实施例的垃圾搜集示意图。假设一个页面可储存四个区段的数据：经过多次存取后，区块430_0中的页面P1的第0个区段为有效数据，其余为无效数据。区块430_1中的页面P2的第1个区段为有效数据，其余为无效数据。区块430_2中的页面P3的第2个及第3个区段为有效数据，其余为无效数据。为了将页面P1至P3中的有效数据搜集成一个页面以储存至区块430_3中的新页面P4，可使用如图6至13所述的部分复制回读命令以及如5图所示的复制回写命令来完成。详细来说，处理单元110可透过存取子介面170_0使用数据线310_0传送部分复制回读命令，用以指示逻辑电路420将区块430_0中的页面P1的第0个区段的数据储存至数据缓存器410的第0个区段。接着，使用二个部分复制回读命令，用以分别指示逻辑电路420将区块430_1中的页面P2的第1个区段的数据储存至数据缓存器410的第1个区段，以及将区块430_2中的页面P3的第3至4个区段的数据储存至数据缓存器410的第3至4个区段。最后，处理单元110可透过存取子介面170_0使用数据线310_0传送复制回写命令，用以指示逻辑电路420将数据缓存器410的数据写入区块430_3中的页面P4。
虽然图1至4中包含了以上描述的元件，但不排除在不违反发明的精神下，使用更多其他的附加元件，已达成更佳的技术效果。虽然本发明使用以上实施例进行说明，但需要注意的是，这些描述并非用以限缩本发明。相反地，此发明涵盖了熟悉本技术领域者显而易见的修改与相似设置。所以，申请权利要求范围须以最宽广的方式解释来包含所有显而易见的修改与相似设置。

Claims (20)

1.一种内部数据搬移方法，由一处理单元执行，包含：
透过一存取介面发送多个部分复制回读命令给一储存子单元，每一上述部分复制回读命令指示上述储存子单元中的一逻辑电路将上述储存子单元中的一页面的部分数据储存至上述储存子单元中的一数据缓存器的指定位置；以及
透过上述存取介面发送一复制回写命令给上述储存子单元，用以将上述储存子单元中的上述数据缓存器的数据写入上述储存子单元中的一新页面。
2.如权利要求1所述的内部数据搬移方法，其特征在于，上述部分复制回读命令包含一部分复制回读命令指令码、上述页面中的一行区间的资讯以及上述数据缓存器中的一起始位置。
3.如权利要求2所述的内部数据搬移方法，其特征在于，上述页面中的上述行区间的资讯以一起始行编号以及一结束行编号表示。
4.如权利要求3所述的内部数据搬移方法，其特征在于，上述部分复制回读命令还包含一来源地址，上述来源地址包含一区块编号、一页面编号以及上述起始行编号。
5.如权利要求2所述的内部数据搬移方法，其特征在于，上述页面中的上述行区间的资讯以一起始行编号以及一长度表示。
6.如权利要求5所述的内部数据搬移方法，其特征在于，上述部分复制回读命令还包含一来源地址，上述来源地址包含一区块编号、一页面编号以及上述起始行编号。
7.如权利要求2所述的内部数据搬移方法，其特征在于，上述部分复制回读命令起始于一读取指令码，以及终止于一复制回读命令的确认。
8.如权利要求7所述的内部数据搬移方法，其特征在于，上述读取指令码为”00h”，以及上述复制回读命令的确认为”35h”。
9.如权利要求2所述的内部数据搬移方法，其特征在于，上述部分复制回读命令包含一复制回读命令以及一部分复制回读命令的确认，以及上述部分复制回读命令指令码接于上述复制回读命令之后。
10.如权利要求9所述的内部数据搬移方法，其特征在于，上述复制回读命令起始于一读取指令码，以及终止于一复制回读命令的确认。
11.一种内部数据搬移装置，包含：
一存取介面，耦接于一储存子单元；
一处理单元，透过上述存取介面发送一部分复制回读命令给上述储存子单元，用以指示上述储存子单元中的一逻辑电路将上述储存子单元中的一页面的部分数据储存至上述储存子单元中的一数据缓存器的指定位置。
12.如权利要求10所述的内部数据搬移装置，其特征在于，上述部分复制回读命令包含一部分复制回读命令指令码、上述页面中的一行区间的资讯以及上述数据缓存器中的一起始位置。
13.如权利要求12所述的内部数据搬移装置，其特征在于，上述页面中的上述行区间的资讯以一起始行编号以及一结束行编号表示。
14.如权利要求13所述的内部数据搬移装置，其特征在于，上述部分复制回读命令还包含一来源地址，上述来源地址包含一区块编号、一页面编号以及上述起始行编号。
15.如权利要求12所述的内部数据搬移装置，其特征在于，上述页面中的上述行区间的资讯以一起始行编号以及一长度表示。
16.如权利要求15所述的内部数据搬移装置，其特征在于，上述部分复制回读命令还包含一来源地址，上述来源地址包含一区块编号、一页面编号以及上述起始行编号。
17.如权利要求12所述的内部数据搬移装置，其特征在于，上述部分复制回读命令起始于一读取指令码，以及终止于一复制回读命令的确认。
18.如权利要求17所述的内部数据搬移装置，其特征在于，上述读取指令码为”00h”，以及上述复制回读命令的确认为”35h”。
19.如权利要求12所述的内部数据搬移装置，其特征在于，上述部分复制回读命令包含一复制回读命令以及一部分复制回读命令的确认，以及上述部分复制回读命令指令码接于上述复制回读命令之后。
20.如权利要求19所述的内部数据搬移装置，其特征在于，上述复制回读命令起始于一读取指令码，以及终止于一复制回读命令的确认。
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