JP2014137721A - 記憶制御装置、データ記憶装置及び記憶制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】効率的なバッファ制御を実現できる記憶制御装置を提供する。
【解決手段】複数のバンクを有する不揮発性メモリ13と、バッファメモリ11とを有するデータ記憶装置の制御装置であって、第1のバッファコントローラ10と、第2のバッファコントローラ12とを備える。バッファメモリはバンク毎に割り当てられた複数の領域を有する。第1のバッファコントローラは、ホストから転送されて不揮発性メモリに書き込み又は不揮発性メモリから読み出されてホストに転送する第1の単位のデータをデータバッファ領域毎に格納する。第2のバッファコントローラは、不揮発性メモリにデータを書き込む場合に転送準備が完了したバンクに対応するデータバッファ領域から第2の単位のデータを独立して転送し、ホストにデータを転送する場合に読み出し対象のバンクから当該読み出し対象のバンクに対応するデータバッファ領域に第2の単位のデータを独立して転送する。
【選択図】図1
【解決手段】複数のバンクを有する不揮発性メモリ13と、バッファメモリ11とを有するデータ記憶装置の制御装置であって、第1のバッファコントローラ10と、第2のバッファコントローラ12とを備える。バッファメモリはバンク毎に割り当てられた複数の領域を有する。第1のバッファコントローラは、ホストから転送されて不揮発性メモリに書き込み又は不揮発性メモリから読み出されてホストに転送する第1の単位のデータをデータバッファ領域毎に格納する。第2のバッファコントローラは、不揮発性メモリにデータを書き込む場合に転送準備が完了したバンクに対応するデータバッファ領域から第2の単位のデータを独立して転送し、ホストにデータを転送する場合に読み出し対象のバンクから当該読み出し対象のバンクに対応するデータバッファ領域に第2の単位のデータを独立して転送する。
【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、記憶制御装置、データ記憶装置及び記憶制御方法に関する。
近年、ハードディスクドライブ(HDD)を代表とするデータ記憶装置では、記憶媒体として、ディスクと共にNAND型フラッシュメモリ(以下、単にフラッシュメモリと表記する)のような不揮発性メモリが使用されている。
データ記憶装置は、ホストから例えばセクタ単位のデータを連続的に受信し、DRAMなどのバッファメモリに格納した後に、フラッシュメモリに転送するバッファ制御を行なう。通常では、データ記憶装置は、バッファメモリに対してシーケンシャルにデータをライトし、かつシーケンシャルにデータをリードする。
シーケンシャルにデータをライト及びリードするバッファ制御では、複数の独立したバンク構成であるにも関わらず、フラッシュメモリにはシーケンシャルにデータが転送されて書き込まれるだけである。このため、バッファメモリから、一部のバンクに対するデータ転送処理が遅れた場合に、準備完了のバンクに対してもデータ転送処理が遅れる事態となる。複数の独立したバンク構成のフラッシュメモリは、準備完了したバンクの順にバッファメモリからデータを転送できる効率的なバッファ制御が望ましい。
そこで、本発明の目的は、効率的なバッファ制御を実現できる記憶制御装置、データ記憶装置及び記憶制御方法を提供することにある。
本実施形態の記憶制御装置は、複数のバンク毎の記憶領域を有する不揮発性メモリと、バッファメモリとを有するデータ記憶装置の制御装置であって、第1のバッファ制御手段と、第2のバッファ制御手段とを備えた構成である。前記バッファメモリはバンク毎に割り当てられた複数のデータバッファ領域を有する。前記第1のバッファ制御手段は、ホストから転送されて前記不揮発性メモリに書き込み又は前記不揮発性メモリから読み出されて前記ホストに転送する第1の単位のデータを前記データバッファ領域毎に格納する。前記第2のバッファ制御手段は、前記不揮発性メモリにデータを書き込む場合に転送準備が完了したバンクに対応する前記データバッファ領域から第2の単位のデータを独立して転送し、前記ホストにデータを転送する場合に読み出し対象のバンクから当該読み出し対象のバンクに対応する前記データバッファ領域に前記第2の単位のデータを独立して転送する。
以下図面を参照して、実施形態を説明する。
[ディスクドライブの構成]
図1は、本実施形態に関するデータ記憶装置として、ハイブリッド型のハードディスクドライブ(以下、単にディスクドライブと表記する)の要部を示すブロック図である。
図1は、本実施形態に関するデータ記憶装置として、ハイブリッド型のハードディスクドライブ(以下、単にディスクドライブと表記する)の要部を示すブロック図である。
図1に示すように、ディスクドライブ1は大別して、メインコントローラ10と、バッファメモリ11と、メモリコントローラ12とを有する。メインコントローラ10は、後述するように、ディスクドライブ1の動作全体を制御するコントローラである。バッファメモリ11は、例えばDRAM(dynamic random access memory)からなる。バッファメモリ11は、ホスト2と記憶媒体との間のデータ転送を制御するために、リードデータまたはライトデータを一時的に格納する。
ディスクドライブ1は、記憶媒体としてフラッシュメモリ13及びディスク15を有する。メインコントローラ10は、メモリコントローラ12を介してフラッシュメモリ13に対してデータを書き込み又はデータを読み出す。また、メインコントローラ10は、ヘッドアンプ集積回路(以下、ヘッドIC)14及びヘッド16を制御し、ディスク15に対してデータを書き込み又はデータを読み出す。
ヘッドIC14は、リードアンプ及びライトドライバを有する。リードアンプは、ヘッド16により読み出されたリード信号を増幅して、メインコントローラ10に伝送する。ライトドライバは、メインコントローラ10から出力されるライトデータに応じたライト電流をヘッド16に伝送する。ヘッド16は、ライトヘッド及びリードヘッドを有する。ライトヘッドはディスク15上にデータを書き込む。リードヘッドは、ディスク15上からデータを読み出す。
図2に示すように、メインコントローラ10は、ハードディスクコントローラ(HDC)20と、マイクロプロセッサ(MPU)23と、R/Wチャネル24とを含む。R/Wチャネル24は、リードデータの信号処理を実行するリードチャネルと、ライトデータの信号処理を実行するライトチャネルとを含む。R/Wチャネル24は、ヘッドIC14との間でリードデータまたはライトデータを伝送する。
HDC20は、ホスト2と、フラッシュメモリ13またはディスク15のそれぞれの間とのデータ転送を制御する。HDC20は、後述するように、カウンタ21及びポインタ22を有し、バッファメモリ11を制御して、リードデータ及びライトデータをバッファメモリ11に一時的に格納することでデータ転送制御を実行する。
MPU23はHDC20と連携し、データの記録再生を制御する。即ち、MPU23はR/Wチャネル24を制御して、ディスク15に対するデータの書き込み動作及びデータの読み出し動作を制御する。また、MPU23はメモリコントローラ12を制御して、フラッシュメモリ13に対するデータの書き込み動作及びデータの読み出し動作を制御する。
[バッファ制御動作]
次に、本実施形態のディスクドライブ1のバッファ制御(データ転送制御)の動作を説明する。本実施形態は、フラッシュメモリ13に対するデータの書き込みと読み出しの動作におけるバッファ制御(データ転送制御)に関する。従って、ディスク15に対するデータの書き込みと読み出しの動作については省略する。
次に、本実施形態のディスクドライブ1のバッファ制御(データ転送制御)の動作を説明する。本実施形態は、フラッシュメモリ13に対するデータの書き込みと読み出しの動作におけるバッファ制御(データ転送制御)に関する。従って、ディスク15に対するデータの書き込みと読み出しの動作については省略する。
即ち、本実施形態は、ホスト2からライトデータをバッファメモリ11を経由してフラッシュメモリ13に転送するためのライトデータ転送制御に関する。なお、本実施形態は、フラッシュメモリ13からのリードデータをバッファメモリ11を経由してホスト2に転送するためのリードデータ転送制御にも適用できる。
図3に示すように、フラッシュメモリ13は、複数の独立したバンク(bank)により構成されて、例えば4バンク30-0〜30-3を有する。各バンク30-0〜30-3はそれぞれ、複数のメモリチップの集合体である。メモリコントローラ12は、バンク毎に独立にデータを書き込み、読み出すことが可能である。
一方、図4に示すように、バッファメモリ11は、各バンク毎にセグメント(格納領域の単位)が割り当てられて管理される。HDC20は、ポインタ22により下位ポインタ(BP-L:lower)から上位ポインタ(BP-U:upper)までのバッファ領域220を管理する。即ち、HDC20はポインタ22を、データの書き込み時にはライトポインタとして制御し、データの読み出し時にはリードポインタとして制御する。
さらに、HDC20は、各セグメントを独立に管理し、後述するセクタ単位のデータのセクタ数をカウントするカウンタ21を有する。本実施形態では、図5に示すように、HDC20は、カウンタ21として、セグメント1〜4に対応するカウンタ211〜214を含む。即ち、HDC20は、バンク30-0〜30-3に対応するセグメント1〜4を独立に管理するために、カウンタ211〜214をそれぞれ制御する(カウントアップまたはカウントダウン)。
ここで、本実施形態では、ホスト2からは、例えば、セクタ単位のデータが256セクタ分だけ連続的(シーケンシャル)に転送される。なお、1セクタは512B(Bはバイト)である。ホスト2からのデータは、フラッシュメモリ13の各バンク30-0〜30-3に対して、例えば16KBずつ書き込みされる。また、図4に示すように、各セグメント1〜4には、例えば16KB単位(BOXと表記する)のデータが2単位分ずつ格納される。
以下、図5及び図7を参照して、ホスト2からシーケンシャルに転送されたデータを、フラッシュメモリ13に書き込む場合のバッファ制御(データ転送制御)を説明する。
図5に示すように、HDC20は、ホスト2からシーケンシャルに転送されたデータを受信すると、バッファメモリ11の各セグメント1〜4に格納する。ここで、本実施形態では、図6に示すように、HDC20は、セグメントチェーン情報に従ってバッファ制御を実行する。なお、セグメントチェーンの条件は、1BOX(例えば16KB単位)転送毎とする。
即ち、図5に示すように、HDC20は、ポインタ22をライトポインタ51〜58として制御し、バッファメモリ11の各セグメント1〜4にBOX単位のデータを格納する。即ち、HDC20は、セグメント1のBOX0、セグメント2のBOX2、セグメント3のBOX4、セグメント4のBOX6の順にバッファ制御を実行する。さらに、HDC20は、セグメント1のBOX1、セグメント2のBOX3、セグメント3のBOX5、セグメント4のBOX7の順にバッファ制御を実行する。
ここで、HDC20は、セグメント1〜4毎のカウンタ211〜214を制御し、ホスト2からバッファメモリ11に格納されたセクタ数分をカウントアップしている。即ち、例えばBOX0、BOX2,BOX4,BOX6、BOX1までのデータ転送が終了した時点では、カウンタ211は、セグメント1において2BOX分のセクタ数をカウントアップしている。また、カウンタ212〜214はそれぞれ、セグメント2〜4において1BOX分のセクタ数をカウントアップしている。
次に、図7に示すフローチャートに従って、HDC20は、バッファメモリ11に格納されたデータを、フラッシュメモリ13の各バンク30-0〜30-3に書き込むためのデータ転送を制御する。まず、HDC20は、例えばMPU23から、フラッシュメモリ13においてデータを記憶するために使用する各バンク30-0〜30-3に対応するセグメントの番号(アクティブセグメント)を受け取る(ブロック700)。即ち、HDC20は、指定されたセグメント(ここではセグメント番号1〜4)のデータをバッファメモリ11から読み出し、フラッシュメモリ13に転送する。
図5に示すように、HDC20は、ポインタ22をリードポインタ60〜67として制御し、バッファメモリ11の各セグメント1〜4からBOX単位のデータを読み出して転送する。具体的には、HDC20は、セグメント毎にBOX単位(16KB)のデータ転送を実行する(ブロック701)。ここで、HDC20は、セグメント毎に前半のBOX単位のデータを転送し、次に後半のBOX単位のデータの順で転送する。
HDC20はBOX単位のデータをバッファメモリ11からメモリコントローラ12に転送する。メモリコントローラ12はフラッシュメモリ13に当該データを書き込む。これにより、例えば500us程度のライトプログラム(書き込み動作)が完了となる(ブロック702のYES)。具体例では、図5に示すように、セグメント1の前半のBOX0のデータがフラッシュメモリ13に転送されて、書き込み完了された時点でライトプログラムは完了となる。この処理は、BOX単位のデータ(ここではBOX0)の全てがバッファメモリ11からメモリコントローラ12に転送されて、書き込み完了となるまで繰り返される(ブロック702のNO)。
HDC20は、BOX単位データのライトプログラムが完了した時点で、カウンタ211〜214を制御し、フラッシュメモリ13に転送されたBOX単位データのセクタ数分をカウントダウンする。即ち、HDC20は、セグメント1のカウンタ211をカウントダウンする。
HDC20は、BOX単位データのライトプログラムが完了した時点で、アクティブセグメントを自由に変更できる。即ち、HDC20は、書き込み準備が完了しているフラッシュメモリ13のバンクに対応するセグメント(アクティブセグメント)を検索する(ブロック703)。HDC20は、当該アクティブセグメントを設定し、前述と同様に、バッファメモリ11からフラッシュメモリ13(実際にはメモリコントローラ12)へのデータ転送を開始する(ブロック704)。
ここで、HDC20は、例えばセグメント1の前半のBOX0のデータを転送してライトプログラムの完了後に、順番にBOX1〜BOX7のデータを転送するとは限らない。即ち、HDC20は、各セグメント1〜4の前半のBOX0、BOX2,BOX4,BOX6のデータを転送し、ライトプログラムが完了した順に後半のBOX3、BOX7,BOX5,BOX1の順でデータ転送を実行することもあり得る。但し、各セグメント1〜4において、前半のBOX単位データの転送が完了する前に、後半のBOX単位データの転送を開始する事はない。
HDC20は、各セグメント1〜4からBOX単位データを転送し、ライトプログラムが完了した時点でデータ転送を終了する(ブロック705のYES)。HDC20は、セグメント1〜4毎のカウンタ211〜214を制御し、フラッシュメモリ13に転送されたBOX単位データのセクタ数分をカウントダウンする。このような処理は、各セグメント1〜4からBOX単位データの全てが転送されて、ライトプログラムが完了するまで繰り返される(ブロック705のNO)。
以上のように本実施形態によれば、ホストから連続的(シーケンシャル)にセクタ単位のデータが転送されると、このデータがバッファメモリに格納される。この場合、バッファメモリのセグメント毎のカウンタを制御し、バッファメモリに格納されたセクタ数分をカウントアップする。
また、バッファメモリからフラッシュメモリにデータ転送を行なう場合に、フラッシュメモリのバンクに対応するセグメント(アクティブセグメント)毎に独立してバッファメモリからデータを取り出すことが可能である。ここで、本実施形態は、セグメント毎のカウンタを独立に制御できるため、各セグメント(各バンク)に転送可能な有効データ数を管理できる。従って、フラッシュメモリのバンク毎に独立してバッファメモリからデータを転送できる。これにより、フラッシュメモリのバンク毎の書き込み処理時間に差がある場合でも、書き込み準備が完了しているバンクから順にデータの転送を開始できる。
なお、本実施形態は、ホスト(データの送出元)2からシーケンシャルに転送されるライトデータをバッファメモリ11を経由してフラッシュメモリ(データの送出先)13に転送するライトデータ転送制御について説明しているが、リードデータ転送制御についても適用できる。
但し、リードデータ転送制御では、フラッシュメモリ(データの送出元となる)13からは非シーケンシャルにデータが読み出されて、バッファメモリ11に格納される。HDC20は、フラッシュメモリ(データの送出元となる)13から読み出し要求のバンクから読み出されたデータを、バッファメモリ11の対応するセグメントにBOX単位で格納する。次に、前述したように、HDC20は、セグメント毎のカウンタを制御し、読み出し要求のバンクに対応するセグメントのBOXから読み出し要求のデータをセクタ単位で読み出し、ホスト(データの送出先となる)2に転送するバッファ制御を実行する。
要するに本実施形態によれば、第1に、フラッシュメモリの各バンクに対してデータの書き込み処理を行なう場合に、各バンクの処理を独立して管理できる。従って、処理待ち時間を抑制して処理効率を向上できる。第2に、一部のバンクに対する書き込み処理が遅れた場合でも、書き込み準備が完了しているバンクに対する書き込み処理に移行できる。従って、書き込み処理が停滞することなく、フラッシュメモリ全体の書き込み処理の進行を継続することができる。特に、本実施形態は、各バンクに同時にデータを書き込む場合で、バンク毎にデータの書き込み処理時間が大きく異なる場合には有効である。
また、一部のバンクからの読み出し処理が遅れた場合でも、ホストに対する転送準備が完了しているバンクに対応するセグメントからの転送処理に移行できる。従って、読み出し処理が停滞することなく、フラッシュメモリ全体の読み出し処理の進行を継続することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1…ハイブリッド型HDD(ディスクドライブ)、2…ホスト、
10…メインコントローラ、11…バッファメモリ、12…メモリコントローラ、
13…フラッシュメモリ、14…ヘッドアンプ集積回路(ヘッドアンプIC)
15…ディスク、16…ヘッド、
20…ハードディスクコントローラ(HDC)、
21,211〜214…カウンタ、22…ポインタ、
23…マイクロプロセッサ(MPU)、24…R/Wチャネル、
30-0〜30-3…バンク。
10…メインコントローラ、11…バッファメモリ、12…メモリコントローラ、
13…フラッシュメモリ、14…ヘッドアンプ集積回路(ヘッドアンプIC)
15…ディスク、16…ヘッド、
20…ハードディスクコントローラ(HDC)、
21,211〜214…カウンタ、22…ポインタ、
23…マイクロプロセッサ(MPU)、24…R/Wチャネル、
30-0〜30-3…バンク。
Claims (10)
- 複数のバンク毎の記憶領域を有する不揮発性メモリと、
前記バンク毎に割り当てられた複数のデータバッファ領域を有するバッファメモリとを有するデータ記憶装置の制御装置であって、
ホストから転送されて前記不揮発性メモリに書き込み又は前記不揮発性メモリから読み出されて前記ホストに転送する第1の単位のデータを、前記データバッファ領域毎に格納する第1のバッファ制御手段と、
前記不揮発性メモリにデータを書き込む場合に転送準備が完了したバンクに対応する前記データバッファ領域から第2の単位のデータを独立して転送し、前記ホストにデータを転送する場合に読み出し対象のバンクから当該読み出し対象のバンクに対応する前記データバッファ領域に前記第2の単位のデータを独立して転送する第2のバッファ制御手段と
を具備する制御装置。 - 前記データバッファ領域毎にカウントアップまたはカウントダウンするカウンタ手段を有し、
前記第1のバッファ制御手段は、前記カウンタ手段により前記データバッファ領域毎に格納される前記第1の単位毎のデータ数を前記カウンタ手段によりカウントアップし、
前記第2のバッファ制御手段は、前記データバッファ領域から前記第2の単位毎のデータを読み出す場合に、前記第1の単位毎のデータ数を前記カウンタ手段によりカウントダウンする請求項1に記載の制御装置。 - 前記カウンタ手段は、
前記ホストから連続的に転送されて、前記各データバッファ領域に格納されるセクタ単位毎のデータのデータ数をカウントアップまたはカウントダウンする請求項2に記載の制御装置。 - 前記第2のバッファ制御手段は、
前記各データバッファ領域に格納された前記第1の単位毎のデータを、前記第1の単位の複数分からなる前記第2の単位毎のデータとして管理する請求項3に記載の制御装置。 - 前記第2のバッファ制御手段は、
前記不揮発性メモリにデータを書き込む場合に、転送準備が完了した第1のバンクに対応するデータバッファ領域のデータを前記不揮発性メモリに転送完了後に、次に転送する第2のバンクを転送準備が完了した各バンクから設定し、当該設定した第2のバンクに対応するデータバッファ領域のデータを前記不揮発性メモリに転送する請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の制御装置。 - 前記不揮発性メモリにデータを書き込む場合に、
前記第1のバッファ制御手段は、ライトポインタを制御して前記データバッファ領域毎にデータを格納するバッファ制御を実行し、
前記第2のバッファ制御手段は、リードポインタを制御して前記データバッファ領域からデータを読み出すバッファ制御を実行する請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の制御装置。 - 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の制御装置と、
複数のバンク毎の記憶領域を有する不揮発性メモリと、
前記バンク毎に割り当てられた複数のデータバッファ領域を有するバッファメモリと、
ホストから連続的に転送される第1の単位のデータを順次受信し、前記データバッファ領域から読み出されたデータを前記ホストに転送するインターフェース手段と
を具備するデータ記憶装置。 - 前記不揮発性メモリとは別に設けられた不揮発性記憶媒体と、
前記バッファメモリに格納された前記第1の単位毎のデータを前記不揮発性記憶媒体に対して書き込み、読み出すリード・ライト制御手段と
を有する請求項7に記載のデータ記憶装置。 - 複数のバンク毎の記憶領域を有する不揮発性メモリと、前記バンク毎に割り当てられた複数のデータバッファ領域を有するバッファメモリとを有するデータ記憶装置に適用する制御方法であって、
ホストから転送されて前記不揮発性メモリに書き込み又は前記不揮発性メモリから読み出されて前記ホストに転送する第1の単位のデータを、前記データバッファ領域毎に格納し、
前記不揮発性メモリにデータを書き込む場合に転送準備が完了したバンクに対応する前記データバッファ領域から第2の単位のデータを独立して転送し、
前記ホストにデータを転送する場合に読み出し対象のバンクから当該読み出し対象のバンクに対応する前記データバッファ領域に前記第2の単位のデータを独立して転送する制御方法。 - 前記データ記憶装置はさらに、前記データバッファ領域毎にカウントアップまたはカウントダウンするカウンタ手段を有し、
前記データバッファ領域毎に格納する場合に、前記第1の単位毎のデータ数を前記カウンタ手段によりカウントアップし、
前記データバッファ領域から前記第2の単位のデータを読み出して転送する場合に、前記第1の単位毎のデータ数を前記カウンタ手段によりカウントダウンする請求項9に記載の制御方法。
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JP2013006134A JP2014137721A (ja) | 2013-01-17 | 2013-01-17 | 記憶制御装置、データ記憶装置及び記憶制御方法 |
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