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TWI760760B - 控制閃存裝置存取的電腦程式產品及方法及裝置 - Google Patents

控制閃存裝置存取的電腦程式產品及方法及裝置 Download PDF

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TWI760760B
TWI760760B TW109118541A TW109118541A TWI760760B TW I760760 B TWI760760 B TW I760760B TW 109118541 A TW109118541 A TW 109118541A TW 109118541 A TW109118541 A TW 109118541A TW I760760 B TWI760760 B TW I760760B
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張竣傑
黃興郎
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慧榮科技股份有限公司
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Abstract

本發明涉及一種控制閃存裝置存取的方法，由橋接積體電路的處理單元執行，包含：從主機端接收主機寫入命令；在執行主機寫入命令後，根據已經寫入閃存裝置的資料的長度和/或已經執行過的主機寫入命令的數量來判斷閃存裝置是否需要進入休眠狀態；以及當上述長度和/或數量滿足觸發條件時，指示閃存裝置進入休眠狀態。通過如上所示的控制機制，避免閃存裝置因大量的資料寫入操作而過熱所造成的裝置失效。

Description

控制閃存裝置存取的電腦程式產品及方法及裝置
本發明涉及儲存裝置，尤指一種控制閃存裝置存取的電腦程式產品及方法及裝置。
通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)記憶碟是一種資料儲存裝置，包含整合了USB介面的閃存，通常是可卸載、可重複寫入，而且很小。儲存容量可以從16千兆位元組(Gigabytes，GB)到1兆兆位元組(Terabytes，TB)不等。USB記憶碟通常用來做電腦檔案的儲存、資料備份等。然而，隨著閃存的資料存取速度提升，USB記憶碟的溫度可能高於可容許的操作範圍，造成讀取或寫入命令在執行時發生不可預期的錯誤。因此，本發明提出一種控制閃存裝置存取的電腦程式產品及方法及裝置，用於解決如上所述的問題。
有鑑於此，如何減輕或消除上述相關領域的缺失，實為有待解決的問題。
本說明書涉及一種電腦程式產品，用於控制閃存裝置存取，包含由橋接積體電路的處理單元載入並執行的程式碼，用於：從主機端接收主機寫入命令；在執行主機寫入命令後，根據多少長度的資料已經寫入閃存裝置和/或多少個主機寫入命令已經執行過的資訊來判斷閃存裝置是否需要進入休眠狀態；以及當上述長度和/或數量滿足觸發條件時，指示閃存裝置進入休眠狀態。
本說明書另涉及一種控制閃存裝置存取的方法，由橋接積體電路的處理單元執行，包含：從主機端接收主機寫入命令；在執行主機寫入命令後，根據多少長度的資料已經寫入閃存裝置和/或多少個主機寫入命令已經執行過的資訊來判斷閃存裝置是否需要進入休眠狀態；以及當上述長度和/或數量滿足觸發條件時，指示閃存裝置進入休眠狀態。
本說明書更另涉及一種控制閃存裝置存取的裝置，包含：主機介面，耦接主機端；裝置介面，耦接閃存裝置；及處理單元，耦接主機介面和裝置介面。處理單元通過主機介面從主機端接收主機寫入命令；在執行主機寫入命令後，根據多少長度的資料已經寫入閃存裝置和/或多少個主機寫入命令已經執行過的資訊來判斷閃存裝置是否需要進入休眠狀態；以及當上述長度和/或數量滿足觸發條件時，通過裝置介面指示閃存裝置進入休眠狀態。
上述實施例的優點之一，通過如上所示的控制機制，避免閃存裝置因大量的資料寫入操作而過熱所造成的裝置失效。
本發明的其他優點將搭配以下的說明和圖式進行更詳細的解說。
110:電腦主機
115:USB埠
130:USB記憶碟
210,310:USB連接器
230,330:母板
250:橋接IC
260:卡槽
270:閃存卡
280:閃存控制器
370:閃存記憶體
410:閃存模組
430:中央處理器
510:匯流排架構
530:處理單元
550:RAM
570:主機介面
580:裝置介面
S610~S690:方法步驟
圖1為依據本發明實施例的通用序列匯流排記憶碟的使用示意圖。
圖2A、2B為依據本發明實施例的通用序列匯流排記憶碟的外觀示意圖。
圖3為依據本發明實施例的通用序列匯流排記憶碟的外觀示意圖。
圖4為依據本發明實施例的主機端和通用序列匯流排記憶碟的方塊圖。
圖5為依據本發明實施例的橋接積體電路和外部元件的方塊圖。
圖6為依據本發明實施例的控制閃存裝置存取的方法流程圖。
以下說明為完成發明的較佳實現方式，其目的在於描述本發明的基 本精神，但並不用以限定本發明。實際的發明內容必須參考之後的權利要求範圍。
必須了解的是，使用於本說明書中的“包含”、“包括”等詞，用以表示存在特定的技術特徵、數值、方法步驟、作業處理、元件以及/或組件，但並不排除可加上更多的技術特徵、數值、方法步驟、作業處理、元件、組件，或以上的任意組合。
於權利要求中使用如“第一”、“第二”、“第三”等詞是用來修飾權利要求中的元件，並非用來表示之間具有優先順序，前置關係，或者是一個元件先於另一個元件，或者是執行方法步驟時的時間先後順序，僅用來區別具有相同名字的元件。
必須了解的是，當元件描述為“連接”或“耦接”至另一元件時，可以是直接連結、或耦接至其他元件，可能出現中間元件。相反地，當元件描述為“直接連接”或“直接耦接”至另一元件時，其中不存在任何中間元件。使用來描述元件之間關係的其他語詞也可類似方式解讀，例如“介於”相對於“直接介於”，或者是“鄰接”相對於“直接鄰接”等等。
參考圖1。使用者將通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)記憶碟(USB Memory Drive)130插入電腦主機110的USB埠115後，可從電腦主機110中的儲存裝置備份資料到USB記憶碟130，複製USB記憶碟130中的資料到電腦主機110中的儲存裝置，或者執行其他資料存取操作。USB記憶碟130包含大容量的NAND閃存卡，可以從16千兆位元組(Gigabytes，GB)到1兆兆位元組(Terabytes，TB)不等。隨著存取速度的提升，NAND閃存卡在資料存取時容易發熱。然而，為了攜帶方便，USB記憶碟130會被製造到盡可能小而造成散熱不易，造成NAND閃存卡會因為溫度過高而讓資料存取發生不可預期的錯誤，甚至讓NAND閃存卡失效。NAND閃存卡失效可能會讓電腦主機110在資料存取的過程中因得不到USB記憶碟130的回 應而誤以為USB記憶碟130毀損。雖然本發明實施例描述USB介面連接上電腦主機110作為示例，所屬技術領域人員也可以應用到使用其他介面連接上電腦主機110的記憶碟，例如IEEE1394等，本發明並不因此侷限。於另一些實施例中，所屬技術領域人員可將電腦主機110替代地實施為筆記型電腦(Laptop PC)、平板電腦、手機、數位相機、數位攝影機等電子產品，本發明並不因此侷限。
為了解決如上所述的問題，在一些實施方式中，USB記憶碟130中可加上溫度監控積體電路(Integrate Circuit，IC)，用於偵測USB記憶碟130在資料存取時的溫度，並且在溫度超過閥值時執行避免閃存裝置失效的操作。
然而，增加溫度監控積體電路會增加USB記憶碟的成本。因此，本發明實施例提出一種技術方案，應用在沒有設置溫度監控積體電路的USB記憶碟中。由於資料寫入操作需要大量的電力而容易讓USB記憶碟130的溫度上升，因此，本發明實施例監督過去已經執行的資料寫入操作，並且當資料寫入操作達到預設的條件時，執行避免NAND閃存卡失效的操作。
參考圖2A。在一些實施例中，USB記憶碟130包含USB連接器210和矩形的母板230，母板230的一端連接USB連接器210。母板230的一面上設置橋接積體電路(Bridge IC)250，橋接IC 250通過母板230中的電路耦接USB連接器210。參考圖2B，母板230的另一面上設置卡槽260，而閃存卡270可被放置入卡槽260中並通過母板230中的電路耦接橋接IC 250。閃存卡270包含閃存控制器280和閃存模組。通常，母板230的尺寸小於3公分乘2公分時會發生散熱不易的情形。
參考圖3。USB記憶碟130包含USB連接器310和削去同側兩角矩形的母板330，母板330的窄端連接USB連接器310。母板330的一面上設置橋接積體電路250和閃存記憶體(Flash Memory)370，橋接IC 250通過母板330中的電路耦接USB連接器310和閃存記憶體370。閃 存記憶體370使用球柵陣列(Ball Grid Array，BGA)封裝，包含閃存控制器280和閃存模組。
閃存卡270和閃存記憶體370可統稱為閃存裝置(Flash Storage)，並且USB記憶碟130中可配置其他類型的NAND閃存作為閃存裝置，本發明並不因此侷限。
參考圖4。電腦主機(以下簡稱主機端)110包含中央處理器430，而USB記憶碟(以下簡稱記憶碟)130包含橋接IC 250。閃存卡270或閃存記憶體370包含閃存控制器280及閃存模組410。從一方面來說，橋接IC 250扮演中央處理器330的裝置端角色，可通過USB通訊協定和中央處理器430溝通。從另一方面來說，橋接IC 250扮演閃存卡270或閃存記憶體370的主機端角色，可通過快速周邊元件互聯(peripheral component interconnect express，PCI-E)、通用快閃記憶儲存(Universal Flash Storage UFS)、嵌入式多媒體卡(Embedded Multi-Media Card eMMC)等介面和閃存控制器280溝通。閃存控制器280和閃存模組410可以雙倍資料率(Double Data Rate DDR)通訊協定彼此溝通，例如，開放NAND快閃(Open NAND Flash Interface ONFI)、雙倍資料率開關(DDR Toggle)或其他通訊協定。中央處理器430可使用多種方式實施，如使用通用硬體(例如，單一處理器、具有平行處理能力的多處理器、圖形處理器或其他具有運算能力的處理器)，並且在執行軟體以及/或韌體指令時，提供之後描述的功能。
參考圖5。橋接IC 250包含處理單元530、隨機存取記憶體(Random Access Memory，RAM)550、主機介面570、裝置介面580，並且這些元件530、550、570和580以匯流排架構(Bus Architecture)510彼此耦接。匯流排架構510用於讓元件530、550、570和580之間能夠傳遞資料、位址、控制訊號等。處理單元530可使用多種方式實施，如使用通用硬體(例如，單一處理器、具有平行處理能力的多處理 器、圖形處理器或其他具有運算能力的處理器)，並且在執行軟體以及/或韌體指令時，提供之後描述的功能。處理單元530通過主機介面570從主機端110接收主機命令，例如讀取命令(Read Command)、寫入命令(Write Command)、抹除命令(Erase Command)等，排程並執行這些命令。RAM 550可實施為動態隨機存取記憶體(Dynamic Random Access Memory，DRAM)、靜態隨機存取記憶體(Static Random Access Memory，SRAM)或上述兩者的結合，用於配置空間作為資料緩衝區，儲存從主機端110讀取並即將寫入閃存卡270或閃存記憶體370的使用者資料(也可稱為主機資料)，以及從閃存卡270或閃存記憶體370讀取並即將輸出給主機端110的使用者資料。RAM 550另可儲存執行過程中需要的資料，例如，變數、資料表等。
閃存模組410提供大量的儲存空間，通常是數百個GB，甚至是數個TB，用於儲存大量的使用者資料，例如高解析度圖片、影片等。閃存模組410中包含控制電路以及記憶體陣列，記憶體陣列中的記憶單元可包含單層式單元(Single Level Cells，SLCs)、多層式單元(Multiple Level Cells，MLCs)三層式單元(Triple Level Cells，TLCs)、四層式單元(Quad-Level Cells，QLCs)或上述的任意組合。處理單元530通過裝置介面580與閃存控制器280溝通，用於寫入指定邏輯位置的使用者資料，以及讀取指定邏輯位置的使用者資料，邏輯位置可以邏輯區塊位址(Logical Block Address，LBA)表示。
為了解決如上所述的問題，本發明實施例提出一種控制閃存裝置存取的方法，由處理單元530載入和執行相關韌體或軟體指令時實施，用於降低閃存裝置於執行主機寫入命令時發生過熱的可能性。在執行主機寫入命令後，根據多少長度的資料已經寫入閃存裝置和/或多少個主機寫入命令已經執行過的資訊來判斷閃存裝置是否需要進入 休眠狀態(Hibernate State)。當上述資訊滿足觸發條件時，指示閃存裝置進入休眠狀態，使得閃存裝置能夠降溫並且避免失效。之後，當下一個命令進入時，再喚醒閃存裝置。USB記憶碟130應用本發明的演算法將不會讓使用者感受到太大的效能差異，但卻能大幅降低因為溫度過高而卡住的風險。參考圖6，詳細步驟說明如下：步驟S610：設定關於寫入資料長度和已執行主機寫入命令的觸發條件。一般來說，觸發條件可設為目前的主機寫入命令請求寫入n-k位元組或更多的資料，以及已經累積處理了m個用於請求寫入n-k位元組或更多的資料的主機寫入命令，其中m和n為大於0的整數。為反應閃存裝置的容量或者USB記憶碟130的尺寸，變數“n”和“m”可被更改。在一些實施例中，變數“n”設為96並且變數“m”設為4至7中的任意整數。在另一些實施例中，變數“n”設為32並且變數“m”設為15至25中的任意整數。處理單元530可將變數“n”和“m”儲存在RAM 550中，作為預設值。此外，處理單元530可在RAM 550中維護計數值“cmd_count”，用於記錄已經累積處理多少個請求寫入n-k位元組或更多資料的主機寫入命令，並初始為0。
步驟S620：通過主機介面570從主機端110接收寫入命令(也可稱為主機寫入命令)。
步驟S630：判斷閃存裝置是否進入休眠狀態。如果是，則進行步驟S650的處理。否則，進行步驟S660的處理。處理單元530可在RAM 550維護狀態旗標(Status Flag)，用於記錄閃存裝置是否進入休眠狀態的資訊。舉例來說，每當處理單元530通過裝置介面580指示閃存控制器280讓閃存裝置進入休眠狀態時，將狀態旗標設為“1”。每當處理單元530通過裝置介面580指示閃存控制器280喚醒閃存裝置時，將狀態旗標設為“0”。處理單元530可偵測狀態旗標的值來完成步驟S630的判斷。在這裡需要注意的是，當主機端110進入S3/S4狀態時，也會通過橋接IC 250來指示閃存裝置進入休眠狀態。
步驟S650：喚醒閃存裝置。處理單元530可通過裝置介面580發出一系列指令給閃存控制器280，請求讓閃存裝置離開休眠狀態(Un-hibernate)。舉例來說，離開休眠狀態的技術細節可參考2017年9月13日發表的UniPro標準的版本1.8“Specification for UniPro Version 1.8”的9.5.2節。當閃存裝置成功離開休眠狀態時，處理單元530將RAM 550中的狀態旗標更改為“0”。
步驟S660：指示閃存裝置執行寫入命令。處理單元530可通過裝置介面580發出指令給閃存控制器280，請求寫入特定邏輯區塊位址的資料。如果寫入的資料長度等於或大於n-k位元組，處理單元530將RAM 550中的計數值“cmd_count”加1。
步驟S670：判斷是否滿足觸發條件。如果是，則進行步驟S690的處理。否則，進行步驟S680的處理。處理單元530可偵測計數值“cmd_count”是否等於或大於變數“m”。當計數值“cmd_count”等於或大於變數“m”時，代表觸發條件滿足。
步驟S680：讓閃存裝置待在閒置狀態(Idle State)。當閃存裝置執行完寫入命令且沒有任何背景操作需要執行時，會自動進入閒置狀態，等待下個命令的進入或者背景操作的啟動。也就是說，在步驟S680，處理單元530不通過裝置介面580發出指令給閃存控制器280，使得閃存裝置可以待在閒置狀態。
步驟S690：指示閃存裝置進入休眠狀態。處理單元530可通過裝置介面580發出一系列指令給閃存控制器280，請求讓閃存裝置進入休眠狀態。舉例來說，進入休眠狀態的技術細節可參考2017年9月13日發表的UniPro標準的版本1.8“Specification for UniPro Version 1.8”的9.5.1節。當閃存裝置成功進入休眠狀態時，處理單元530將RAM 550中的狀態旗標更改為“1”。當閃存裝置進入休眠狀態時，橋接IC 250和閃存控制器280之間以及閃存控制器280和閃存模組410之間會少有訊息交換，並且閃存控制器280和閃存模組410中的元件也幾乎 不工作，使得USB記憶碟130的溫度可以下降。在閃存裝置進入休眠狀態後，處理單元530另可將計數值“cmd_count”重設為0，用於重新累計主機寫入命令的數目。
本發明所述的方法中的全部或部分步驟可以計算機指令實現，例如特定硬體的驅動程式等。此外，也可實現於其他類型程式。所屬技術領域人員可將本發明實施例的方法撰寫成計算機指令，為求簡潔不再加以描述。依據本發明實施例方法實施的計算機指令可儲存於適當的電腦可讀取媒體，例如DVD、CD-ROM、USB碟、硬碟，亦可置於可通過網路(例如，網際網路，或其他適當載具)存取的網路伺服器。
雖然圖4、5中包含了以上描述的元件，但不排除在不違反發明的精神下，使用更多其他的附加元件，已達成更佳的技術效果。此外，雖然圖6的流程圖採用指定的順序來執行，但是在不違反發明精神的情況下，熟習此技藝人士可以在達到相同效果的前提下，修改這些步驟間的順序，所以，本發明並不侷限於僅使用如上所述的順序。此外，熟習此技藝人士亦可以將若干步驟整合為一個步驟，或者是除了這些步驟外，循序或平行地執行更多步驟，本發明亦不因此而侷限。
雖然本發明使用以上實施例進行說明，但需要注意的是，這些描述並非用以限縮本發明。相反地，此發明涵蓋了熟習此技藝人士顯而易見的修改與相似設置。所以，申請權利要求範圍須以最寬廣的方式解釋來包含所有顯而易見的修改與相似設置。
S610~S690:方法步驟

Claims (12)

  1. 一種電腦程式產品，用於控制閃存裝置存取，包含由一橋接積體電路的一處理單元載入並執行的程式碼，用於：從一主機端接收一主機寫入命令；在執行上述主機寫入命令後，根據已經寫入一閃存裝置的資料的一長度和/或已經執行過的一個或多個主機寫入命令的一數量來判斷上述閃存裝置是否需要進入一休眠狀態；以及當已經寫入上述閃存裝置的資料的上述長度和/或已經執行過的上述主機寫入命令的上述數量滿足一觸發條件時，指示上述閃存裝置進入上述休眠狀態。
  2. 一種控制閃存裝置存取的方法，由一橋接積體電路的一處理單元執行，包含：從一主機端接收一主機寫入命令；在執行上述主機寫入命令後，根據已經寫入一閃存裝置的資料的一長度和/或已經執行過的一個或多個主機寫入命令的一數量來判斷上述閃存裝置是否需要進入一休眠狀態；以及當已經寫入上述閃存裝置的資料的上述長度和/或已經執行過的上述主機寫入命令的上述數量滿足一觸發條件時，指示上述閃存裝置進入上述休眠狀態。
  3. 如請求項2所述的控制閃存裝置存取的方法，其中，上述觸發條件為上述主機寫入命令請求寫入n-千位元組或更多的資料，以及已經累積處理了m個用於請求寫入n-千位元組或更多的資料的主機寫入命令，其中m和n為大於0的整數。
  4. 如請求項3所述的控制閃存裝置存取的方法，其中，n設為96，並且m設為4至7中的任意整數。
  5. 如請求項3所述的控制閃存裝置存取的方法，其中，n設為32，並且m設為15至25中的任意整數。
  6. 一種控制閃存裝置存取的裝置，包含：一主機介面，耦接一主機端；一裝置介面，耦接一閃存裝置；以及一處理單元，耦接上述主機介面和上述裝置介面，用於通過上述主機介面從上述主機端接收一主機寫入命令；在執行上述主機寫入命令後，根據已經寫入上述閃存裝置的資料的一長度和/或已經執行過的一個或多個主機寫入命令的一數量來判斷上述閃存裝置是否需要進入一休眠狀態；以及當已經寫入上述閃存裝置的資料的上述長度和/或已經執行過的上述主機寫入命令的上述數量滿足一觸發條件時，通過上述裝置介面指示上述閃存裝置進入上述休眠狀態。
  7. 如請求項6所述的控制閃存裝置存取的裝置，其中，上述觸發條件為上述主機寫入命令請求寫入n-千位元組或更多的資料，以及已經累積處理了m個用於請求寫入n-千位元組或更多的資料的主機寫入命令，其中m和n為大於0的整數。
  8. 如請求項7所述的控制閃存裝置存取的裝置，其中，n設為96，並且m設為4至7中的任意整數。
  9. 如請求項7所述的控制閃存裝置存取的裝置，其中，n設為32，並 且m設為15至25中的任意整數。
  10. 如請求項6至9中任一項所述的控制閃存裝置存取的裝置，其中，上述控制閃存裝置存取的裝置和上述閃存裝置設置在一母板上，並組合成一記憶碟。
  11. 如請求項10所述的控制閃存裝置存取的裝置，其中，上述閃存裝置為一閃存卡，並且上述母板的尺寸小於3公分乘2公分。
  12. 如請求項10所述的控制閃存裝置存取的裝置，其中，上述閃存裝置為使用球柵陣列封裝的一閃存記憶體。
TW109118541A 2020-04-13 2020-06-03 控制閃存裝置存取的電腦程式產品及方法及裝置 TWI760760B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

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US202063009128P 2020-04-13 2020-04-13
US63/009,128 2020-04-13

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