CN106201900A - 中断闪存清除程序的方法、控制器以及存储设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种中断闪存清除程序的方法、控制器以及存储设备。闪存包含多个数据区块和多个空闲区块。控制器包括存储单元和计算单元。计算单元配置用于执行闪存的清除程序，其中一旦计算单元在清除程序期间已完成将多个数据区块中的源区块的有效页面复制到多个空闲区块中的目标区块的空闲页面上时，计算单元确定请求是否来自于主机，如果是，计算单元暂停清除程序并且响应来自于主机的请求，否则，计算单元继续清除程序。本发明通过以上方案，可以有效地进行闪存清除。

Description

中断闪存清除程序的方法、控制器以及存储设备

交叉引用相关申请

本申请要求于2014年12月26日提交的申请号为62/096917的美国临时申请的优先权，通过引用而包含该申请的全部内容。

技术领域

本发明涉及一种闪存控制器，具体地，涉及中断闪存清除程序的方法、控制器以及存储设备。

背景技术

闪存是常规的非易失性数据的存储设备，能够对其进行电擦除和电编程。例如，NAND闪存通常适合应用于内存卡、USB闪存设备、固态硬盘(SSD)、嵌入式多媒体卡等中。

闪存的存储阵列可以包括多个区块，并且每个区块包括多个页面。当所使用的区块要作为空闲区块被释放时，在操作中必须擦除所使用区块的所有页面。闪存的清除程序的技术(即，通常被称为“垃圾回收”)用于将位于不同区块中的有效数据移动至空闲空间，从而能够擦除仅包含无效数据的区块或使其作为空闲区块被释放。

发明内容

参考附图，在下面的实施例中给出详细的描述。

在典型的实施例中，提供了一种用于在主机和闪存间进行接口连接的控制器。闪存包含多个数据区块和多个空闲区块。控制器包括存储单元和计算单元。计算单元配置用来执行闪存的清除程序。在清除程序期间，一旦计算单元完成了将多个数据区块中的源区块的有效页面复制到多个空闲区块中的目标区块的空闲页面上时，计算单元确定请求是否来自于主机，如果从主机接收到请求，计算单元暂停清除程序并且响应来自于主机的请求，如果没有接收到来自于主机的请求，计算单元继续清除程序。

在另一个典型的实施例中，提供了一种适合于中断闪存的清除程序的方法。闪存包含多个数据区块和多个空闲区块。该方法包括多个步骤：在清除程序期间一旦多个数据区块中的源区块的有效页面已经被复制到多个空闲区块中的目标区块的空闲页面上时，确定请求是否来自于主机；如果从主机接收到请求，则暂停清除程序并且响应来自于主机的请求，如果没有接收到来自于主机的请求，则继续清除程序。

在另一个典型的实施例中，提供了一种数据存储设备。数据存储设备包括闪存和控制器。闪存包含多个数据区块和多个空闲区块。控制器用于在主机和闪存间进行接口连接，并且控制器包括存储单元和计算单元。计算单元配置用来执行闪存的清除程序。在清除程序期间，一旦计算单元完成将多个数据区块中的源区块的有效页面复制到多个空闲区块中的目标区块的空闲页面上时，计算单元确定请求是否来自于主机，如果从主机接收到请求，计算单元暂停清除程序并且响应来自于主机的请求，如果没有接收到来自于主机的请求，计算单元继续清除程序。

本发明通过以上方案，可以有效地进行闪存清除。

附图说明

通过阅读下面的详细描述和根据附图所示出的例子，能够更好地理解本发明，其中：

图1是依据本发明实施例的电子设备的框图；

图2是依据本发明实施例的描述将源区块的有效页面复制到目标区块的空闲区块的示意图；

图3A是清除期间响应来自于主机的请求的常规方法的流程图；

图3B是清除期间响应来自于主机的请求的另一个常规方法的流程图；以及

图4是根据本发明实施例的适合于中断闪存清除程序的方法的流程图。

具体实施方式

以下的描述为实施本发明的最佳的预期模式。该描述最适合于本发明的通用原则的描述且不受其限制。本发明的范围参考所附的权利要求。

图1是根据本发明的一实施例的电子设备的框图。电子设备100可以包括主机110和数据存储设备120。数据存储设备120可以包括闪存130和控制器140，其中所述控制器140在主机110和闪存130间进行接口连接，并且其根据来自于主机110的指令来控制对闪存130的访问。控制器140可以包括计算单元142和存储单元144(例如，只读存储器(ROM))。存储在存储单元144中的程序代码和数据可以是由计算单元142执行的固件，所以控制器140可以基于固件控制闪存130。闪存130可以包括多个区块，并且每个区块包括多个页面。

在实施例中，闪存130可以包括空闲区块池150，和数据区块池160。空闲区块池150包括多个存储无效数据的空闲区块151～15n。数据区块池160包括多个存储数据的数据区块161～16m。在一实施例中，控制器140可以根据来自于主机110的指令来管理闪存130的区块。基于物理地址分配闪存130中的区块，并且主机110可以基于逻辑地址分配区块。因此，控制器140必须将来自于主机110的逻辑地址转换为物理地址。在一实施例中，控制器140可以将逻辑地址和物理地址之间的关系记录到一地址链表中。

在一实施例中，每个数据块161～16m可以包括多个页面。当数据被存储在数据区块的页面中，所述页面可以被视为数据页面。当所述页面具有相应的逻辑地址，则该页面可以被视为有效页面。在一实施例中，控制器140可以计算每个数据区块161～16m中有效页面的总数，以获得有效页面的数量，并且将数据区块161～16m的有效页面的数量记录到有效数量的表中。此外，每个区块的擦除计数可以代表该区块上所执行的擦除操作的数字。在一实施例中，控制器140可以将闪存130中各区块的擦除计数记录到一擦除计数表中。在一实施例中，闪存130可以进一步包括有效数量表和擦除计数表(未在图1中示出)。

在一实施例中，当主机110连续地将数据写入到数据存储设备120中，闪存130的空闲区块池150中有效空闲区块的数量可能很小。当空闲区块的数量低于阈值时，控制器140在闪存130上可以开始执行一清除程序(即，通常被称为垃圾回收)。

具体地，在开始执行清除程序之前，控制器140必须确定来自数据区块的清除源区块，并且确定来自空闲区块的清除目标区块。然而，如果所选择的清除源区块具有太多的有效页面，在清除程序中所获得的空闲区块可能数量较少。最坏的情况是，控制器140必须在清除程序中执行许多操作来获得完整的空闲区块，而导致数据存储设备120的性能低下。

此外，当一常规的闪存控制器执行清除程序时，源区块(即，数据区块)中有效页面的数据可以被复制到目标区块(即，空闲区块)的空闲页面上。例如，在一些常规的闪存控制器中，有效页面的数据可能会被完整地复制到另一连续的空闲区块中，并且常规的闪存控制器无法在清除程序期间响应其他的请求。在一些其他的常规闪存控制器中，有效页面的复制操作可能会由计时器以预定的时间周期中断，所以常规的闪存控制器可以在从计时器接收到其达到预定时间周期的中断信号后响应其他请求。然而，上述的常规技术导致处理因主机110的中断的响应速度慢。

图2是依据本发明一实施例描述将源区块的有效页面复制到目标区块的空闲区块的示意图。在实施例中，一旦控制器140已经将源区块的有效页面复制到目标区块的空闲页面上时，控制器140会检查请求是否来自于主机110。由于闪存操作中的最小单元是“页面”，由本发明的控制器140能够保证处理请求的最快响应时间。

例如，如图2所示，控制器140将源区块210的有效页面212复制到目标区块230的空闲页面232上，这里空白区块表示有效页面，而标有斜线的区块表示源区块210中的无效页面。对于目标区块230，所有的空白区块是空闲页面。当控制器140已经完成复制有效页面212，控制器140会检查是否有来自于主机110的请求。如果有，控制器140会暂停清除程序并且响应来自于主机110的请求，因此响应来自于主机110的请求的等待时间能够最小化到复制有效页面的持续时间。否则，控制器140继续清除程序。应当注意的是，一旦控制器140已经完成复制有效页面，例如有效页面212、214、218和220，控制器140会检查来自于主机110的请求。对于本领域的技术人员，应了解页面和区块的尺寸会根据闪存130的设计而变化，并且控制器140响应来自于主机110的请求的等待时间也会基于页面的尺寸和数据传送速度而变化。然而，与现有技术相比，响应来自于主机110的请求的等待时间被显著减少。

图3A是清除期间响应来自于主机的请求的常规方法的流程图。如图3A所示，在步骤S310中，常规的闪存控制器在清除程序期间将源区块的有效页面复制到目标区块的空闲页面。在步骤S320中，常规的闪存控制器确定该有效页面是否是源区块的最后一个页面。如果是，常规的闪存控制器停止清除程序。否则，执行步骤S310。应该注意的是，在图3A的例子中，清除程序在有效页面已经被复制到目标区块之前不会被停止，导致响应来自于主机的请求的长的等待时间。

图3B是清除期间响应来自于主机的请求的另一个常规方法的流程图。如图3B所示，在步骤S330中，常规的闪存控制器在清除程序期间将源区块的有效页面复制到目标区块的空闲页面。在步骤S340中，常规的闪存控制器确定该有效页面是否是源区块的最后一个页面。如果有效页面是源区块的最后一个页面，常规的闪存控制器停止清除程序。如果有效页面不是源区块的最后一个页面，则执行步骤S350。在步骤S350中，常规的闪存控制器确定在清除程序期间是否已经达到预定的时间周期。如果是，无论清除程序是否已经完成，常规的闪存控制器都停止清除程序。否则，执行步骤S330。应当注意的是，在预定的时间周期内，常规的闪存控制器会继续将源区块的有效页面复制到目标区块。然而，预定的时间周期可以很长(例如，数百毫秒)，导致响应来自于主机的请求的长的等待时间。

图4是根据本发明的实施例的适合于中断闪存清除程序的方法的流程图。如图4所示，在步骤S410中，控制器140执行清除程序并且将源区块的有效页面复制到目标区块的空闲页面。在步骤S420中，控制器140确定所复制的源页面是否是源区块的最后一个有效页面。如果是，控制器140暂停清除程序。否则，执行步骤S430。在步骤S430中，控制器140确定请求是否来自于主机110。如果是，控制器140暂停清除程序。否则，执行步骤S410。应当注意的是，控制器在执行由主机110请求的操作后会继续清除程序，从而能够有效地利用闪存的存储空间。

在一个实施例中，提供了一种数据存储设备。该数据存储设备包括闪存和控制器。闪存包含多个数据区块和多个空闲区块。控制器的详细特性已经在之前的段落中公开，将不再进行描述。

综上所述，提供了一种适合于中断闪存清除程序的控制器及其方法。在清除程序期间，当控制器已经完成将源区块的有效页面复制到目标区块的空闲页面上时，该控制器和方法能够确定请求是否来自于主机。如果有来自于主机的请求，则控制器会中断清除程序。

通过举例以及根据优选实施例对本发明进行描述的同时，其应被理解为本发明不受限于所公开的实施例。相反，其目的在于覆盖多种变型和相似的布置(因为对本领域的技术人员来说是显而易见的)。因此，附加的权利要求的范围应当符合最宽泛的解释以包括所有的这些变型和相似的布置。

Claims (15)

1.一种用于在主机和闪存间进行接口连接的控制器，其中所述闪存包含多个数据区块和多个空闲区块，控制器包括：

存储单元；以及

计算单元，用于在所述闪存上执行清除程序，

其中，一旦计算单元在清除程序期间完成了将多个数据区块中的源区块的有效页面复制到多个空闲区块中的目标区块的空闲页面上时，则所述计算单元确定请求是否来自于所述主机，

如果是，所述计算单元暂停所述清除程序并且响应来自于所述主机的所述请求，

否则，所述计算单元继续所述清除程序。

2.如权利要求1所述用于在主机和闪存间进行接口连接的控制器，其特征在于，所述计算单元在确定所述请求是否是来自于所述主机之前，进一步确定所述有效页面是否是所述源区块的最后一个页面。

3.如权利要求2所述用于在主机和闪存间进行接口连接的控制器，其特征在于，当所述有效页面是所述源区块的最后一个页面时，所述控制器进一步停止所述清除程序。

4.如权利要求1所述用于在主机和闪存间进行接口连接的控制器，其特征在于，来自于所述主机的所述请求是对所述闪存的写入指令或读取指令。

5.如权利要求1所述用于在主机和闪存间进行接口连接的控制器，其特征在于，所述控制器在执行来自于所述主机的请求的操作后，进一步继续所述清除程序。

6.一种用于中断闪存清除程序的方法，其中所述闪存包含多个数据区块和多个空闲区块，所述方法包括：

在清除程序期间，一旦所述多个数据区块中的源区块的有效页面已经被复制到所述多个空闲区块中的目标区块的空闲页面上时，确定请求是否来自于主机；

如果是，暂停所述清除程序并且响应来自于所述主机的请求，

否则，继续所述清除程序。

7.如权利要求6所述用于中断闪存清除程序的方法，其特征在于，进一步包括：

在确定所述请求是否是来自于所述主机之前，确定所述有效页面是否是所述源区块的最后一个页面。

8.如权利要求7所述用于中断闪存清除程序的方法，其特征在于，进一步包括：

当所述有效页面是所述源区块的最后一个页面时，停止所述清除程序。

9.如权利要求6所述用于中断闪存清除程序的方法，其特征在于，来自于所述主机的所述请求是对所述闪存的写入指令或读取指令。

10.如权利要求6所述用于中断闪存清除程序的方法，其特征在于，进一步包括：

在执行来自于所述主机的请求的操作后，继续所述清除程序。

11.一种数据存储设备，其包括：

闪存，其包含多个数据区块和多个空闲区块；以及

控制器，其用于在主机和所述闪存间进行接口连接，

其中，所述控制器包括：存储单元和计算单元，所述计算单元用于在所述闪存上执行清除程序，

其中，一旦所述计算单元在所述清除程序期间完成了将多个数据区块中的源区块的有效页面复制到多个空闲区块中的目标区块的空闲页面上时，所述计算单元确定请求是否来自于所述主机，

如果是，所述计算单元暂停所述清除程序并且响应来自于所述主机的请求，

否则，所述计算单元继续所述清除程序。

12.如权利要求11所述的数据存储设备，其特征在于，所述计算单元在确定所述请求是否来自于所述主机之前，进一步确定所述有效页面是否是所述源区块的最后一个页面。

13.如权利要求12所述的数据存储设备，其特征在于，当所述有效页面是所述源区块的最后一个页面时，控制器进一步停止所述清除程序。

14.如权利要求11所述的数据存储设备，其特征在于，来自于所述主机的请求是对所述闪存的写入指令或者读取指令。

15.如权利要求11所述的数据存储设备，其特征在于，控制器在执行来自于所述主机的请求的操作后进一步继续所述清除程序。