專利名稱：快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)與演算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種儀器領(lǐng)域信息存貯中的貯存裝置的管理、資料連接結(jié)構(gòu)與演算法，特別是涉及一種建立邏輯區(qū)塊位址與實際存取位址的映射關(guān)系，以確保資料連接的完整性，并設(shè)有斷電的保護措施，更進一步保護資料連結(jié)結(jié)構(gòu)，提高快閃記憶體在使用上的穩(wěn)定性的快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)與演算法。
快閃記憶體(flash memory)是一種半導(dǎo)體式的儲存裝置，其具有單位密度記憶容量高、讀寫速度快及方便攜帶等特性，使其非常適用于強調(diào)輕薄短小的通訊器材中，且無須電池就可以保存資料，所以使得快閃記憶體卡在應(yīng)用上、市場上均迅速的成長擴大。但是快閃記憶體亦有其缺點，即是抹除/寫入(Erase/Program)的次數(shù)受到限制。依據(jù)快閃記憶體的規(guī)格書中提到區(qū)塊(Block，8192位元組，為快閃記憶體抹除動作的最小單位)的抹除次數(shù)超過一百萬次時，則無法擔(dān)保該區(qū)塊依舊可以正常操作。
因此針對快閃記憶體抹除次數(shù)的限制，如何設(shè)計一良好的演算法與連結(jié)結(jié)構(gòu)，將抹除/寫錄次數(shù)平均分配給每個區(qū)塊，且不影響資料的存取時間及運算速度，最重要是確保資料存取的完整性，而如何同時達到上述的多個目標(biāo)，一直是快閃記憶體的韌體設(shè)計者們所面臨的瓶頸制約問題。由此可見，上述現(xiàn)有的快閃記憶體仍存在有缺陷，而丞待加以改進。
有鑒于上述現(xiàn)有的快閃記憶體存在的缺陷，本發(fā)明人基于在實驗室長時間致力于上述問題的研究與設(shè)計的豐富實務(wù)經(jīng)驗及專業(yè)知識，積極加以研究創(chuàng)新，經(jīng)過不斷的研究、設(shè)計，并經(jīng)無數(shù)次的測試樣品及演算法的改良、資料連結(jié)結(jié)構(gòu)的精簡，最終終于創(chuàng)設(shè)發(fā)展出本發(fā)明。
本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有的快閃記憶體存在的缺陷，而提供一種快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)與演算法，使其可有效率地使用快閃記憶體，將資料連結(jié)結(jié)構(gòu)和演算法設(shè)計為一體，主要包括有快閃記憶體的規(guī)劃、資料連結(jié)結(jié)構(gòu)的建立、備用區(qū)塊管理和分頁(page)寫入快閃記憶體流程，使得在搜尋資料、寫入資料的時間能有效的縮短，并且可達到增長快閃記憶體的使用壽命的功效。
本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)，其特征在于其主要是將快閃記憶體內(nèi)規(guī)劃成數(shù)種具有不同功能的資料存取區(qū)塊，其包括有一般資料區(qū)塊，可由主機直接存取資料；一備用區(qū)塊，是作為一般資料區(qū)塊的備份，在主機所定址到的一般資料區(qū)塊發(fā)生重復(fù)寫入的情況時，用以來存放欲寫入的主機資料；一連結(jié)表區(qū)塊，是存放一般資料區(qū)塊內(nèi)的實際位址與主機定址的邏輯位置的對照表，以有效的進行邏輯位置與實際位置的互換，確保資料的正確性。
本發(fā)明的目的還可以通過以下技術(shù)措施來進一步實現(xiàn)。
前述的快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)，其更包括有一新區(qū)塊，是作為前述各種區(qū)塊的延伸，一旦并入前述的一區(qū)塊后，即無法恢復(fù)成新區(qū)塊；一毀損區(qū)塊，前述各區(qū)塊毀損，均會被標(biāo)示成毀損區(qū)塊，且永遠無法使用。
前述的快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)，其中所述的資料區(qū)塊是屬于主機端可以利用邏輯定址方式直接存取的顯性區(qū)塊。
前述的快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)，其中所述的備用區(qū)塊、連結(jié)表區(qū)塊和新區(qū)塊是屬于主機端無法以邏輯定址方式存取的隱性區(qū)塊，為了因應(yīng)資料連結(jié)結(jié)構(gòu)的需要，存放韌體所需的資料。
前述的快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)，其中所述的備用區(qū)塊的管理方式是建立于備用區(qū)塊堆疊區(qū)、堆疊開頭指位器及堆疊結(jié)尾指位器的架構(gòu)上；該堆疊開頭指位器是指向備用區(qū)塊堆疊區(qū)的第一個備用區(qū)塊以等待被使用；該堆疊結(jié)尾指位器是指向所有備用區(qū)塊之后的第一個空位置，以準(zhǔn)備存放新進的備用區(qū)塊。
前述的快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)，其中所述的資料區(qū)塊的資料寫入流程包括有a、自連結(jié)表中找出由主機端指定邏輯區(qū)塊、對照連結(jié)表發(fā)現(xiàn)可存放資料的實際區(qū)塊的原區(qū)塊；b、再由備用區(qū)塊堆疊區(qū)所提出將準(zhǔn)備代替原區(qū)塊的備用區(qū)塊堆疊中找出替代區(qū)塊；c、代替原區(qū)塊儲存主機端傳送過來的資料；d、所有主機端的資料都寫入替代區(qū)塊后，再將原區(qū)塊內(nèi)剩余沒進行更新的分頁資料搬移到替代區(qū)塊內(nèi)；
e、更新連結(jié)表內(nèi)容，使主機端在下次的存取，能獲得完整的資料；f、將原區(qū)塊抹除置入備用區(qū)塊堆疊內(nèi)，使其能供下次使用。
本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種資料的連結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于其包括有連結(jié)區(qū)塊，是記錄所有的連結(jié)表區(qū)塊位址；連結(jié)表，是儲存于連結(jié)表區(qū)塊內(nèi)，在快閃記憶體記錄邏輯位址與實際位址的連結(jié)關(guān)系；連結(jié)分頁，是記錄連結(jié)表位于連結(jié)表區(qū)塊中的分頁位置，經(jīng)由它們，可以確切定義連結(jié)表在快閃記憶體中的位置；經(jīng)由此三表結(jié)構(gòu)的建立，可快速的完成資料搜尋工作，且可同時達到資料讀取的完整性。
本發(fā)明的目的還可以通過以下技術(shù)措施來進一步實現(xiàn)。
前述的資料連接結(jié)構(gòu)，其中所述的連結(jié)分頁其更新連結(jié)分頁的方法包括更新備用區(qū)塊堆疊區(qū)堆疊開頭指位器以及堆疊結(jié)尾指位器。
前述的資料連接結(jié)構(gòu)，其中所述的連結(jié)表其結(jié)構(gòu)是利用連結(jié)表的實際位址為邏輯位址，儲存在該實際位址內(nèi)的資料為主機所定址到的實際位址。
本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。一種備用區(qū)塊管理演算法，其特征在于其包括有下列步驟a、從堆疊區(qū)取出由堆疊開頭指位器所指定的備用區(qū)塊；b、堆疊開頭指位器的值加“1”，指向下一個等待被取出的備用區(qū)塊；c、抹除欲取代的區(qū)塊后，置入堆疊結(jié)尾指位器所指的位置；d、將堆疊指位器的值加“1”，指向下一個空的位置，準(zhǔn)備存放新的備用區(qū)塊；借前述的步驟，可有效的做好備用區(qū)塊的管理，并可達到平均各一般資料區(qū)塊的使用次數(shù)。
本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。一種快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)與演算法，其特征在于其主要是將檔案配置表與一般資料分開處理及設(shè)有一連結(jié)結(jié)構(gòu)；該連結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)有檔案配置表連結(jié)表的單一表格，該檔案配置表連結(jié)表負(fù)責(zé)記錄每個邏輯區(qū)塊對應(yīng)的實際區(qū)塊，在系統(tǒng)開機時依據(jù)每個區(qū)塊中備用區(qū)域所存放的識別碼，以建立檔案配置表連結(jié)表。
前述的快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)與演算法，其中新的資料寫入?yún)^(qū)塊后，還包括有原區(qū)塊剩余資料的搬移工作。
前述的快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)與演算法，其中搬移索引是根據(jù)搬移索引決定原區(qū)塊中將搬移至替代區(qū)塊內(nèi)的分頁；其具有復(fù)數(shù)個位元長度，每個位元對應(yīng)一個分頁，根據(jù)位元的值來決定該位元所對應(yīng)的分頁是否搬移。
前述的快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)與演算法，其中所述的搬移索引反相后求得寫入索引。
本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。一種快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)與演算法，其特征在于其主要是有效的建立起資料存起連結(jié)表功能及更新備用區(qū)塊的管理架構(gòu)，其包括有a判定主機寫入的資料是否和前一筆資料同屬于一個區(qū)塊，同屬于一區(qū)塊即無需重新建立搬移索引；否則進入i；b判別欲寫入的資料數(shù)是否等于“0”；不等于“0”則進入g；c判別是否有資料要從原區(qū)塊搬移至替代區(qū)塊；無資料則執(zhí)行e；d將搬移索引指定的分頁搬移到替代區(qū)塊內(nèi)；e判別寫入的資料是否為檔案配置表；是則結(jié)束分頁寫入動作；否則進入f。
f更新資料連結(jié)表后結(jié)束；g寫入資料于指定的分頁內(nèi)，并將等待寫入的資料個數(shù)減一；h判別等待寫入的資料個數(shù)是否為“0”；完成資料寫入則進入c；否則重回g；i依據(jù)主機端的參數(shù)，求出欲寫入該區(qū)塊的分頁數(shù)目、分頁起始位置及欲搬移的分頁；j從備用區(qū)塊堆疊中，取出堆疊開頭指位器所指向的替代區(qū)塊，準(zhǔn)備寫入主機端的資料及搬移原區(qū)塊的資料于該區(qū)塊中；k判別欲寫入的邏輯位址，是否為存放檔案配置表的位址；是則進入l；否則進入m；l更新檔案配置表連結(jié)表的內(nèi)容，以維持資料連結(jié)的完整性，重回b；m判別該邏輯區(qū)塊所屬的連結(jié)表是否存在緩沖器中；存在則進入0；n將該邏輯區(qū)塊所屬的連結(jié)表讀入緩沖器中；o更新存在于緩沖器中的連結(jié)表內(nèi)容，同時亦要更新連結(jié)分頁和連結(jié)區(qū)塊的內(nèi)容；重回步驟b；如果存放連結(jié)表的區(qū)塊已滿，則找尋一個備用區(qū)塊，將連結(jié)表填入及搬移到該區(qū)塊中，且需更新連結(jié)區(qū)塊和連結(jié)分頁。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點和積極效果。由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明是有關(guān)一種專屬于快閃記憶體的管理方法與連接結(jié)構(gòu)，主要是將快閃記憶體內(nèi)規(guī)劃成數(shù)種具有不同功能的資料存取區(qū)塊一般資料區(qū)塊、備用區(qū)塊、連結(jié)表區(qū)塊和新區(qū)塊，再配合上簡潔的資料連結(jié)結(jié)構(gòu)與備用區(qū)塊管理演算法，其可有效率地使用快閃記憶體，將資料連結(jié)結(jié)構(gòu)和演算法設(shè)計為一體，主要包括快閃記憶體的規(guī)劃、資料連結(jié)結(jié)構(gòu)的建立、備用區(qū)塊管理和分頁寫入快閃記憶體流程，使得在搜尋資料、寫入資料的時間可以有效的縮短，并且可以達到增長快閃記憶體的使用壽命的功效。
綜上所述，本發(fā)明提出的快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)與演算法，將快閃記憶體內(nèi)規(guī)劃成數(shù)種具有不同功能的資料存取區(qū)塊，再配合設(shè)有簡潔的資料連結(jié)結(jié)構(gòu)與備用區(qū)塊管理演算法，使得在搜尋資料、寫入資料的時間能有效的縮短，并且可達到增長快閃記憶體的使用壽命的功效。其不論在結(jié)構(gòu)上或功能上皆有較大的改進，且在技術(shù)上有較大的進步，并產(chǎn)生了好用及實用的效果，而確實具有增進的功效，從而更加適于實用，誠為一新穎進步、實用的新設(shè)計。
本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)由以下實施例及其附圖詳細(xì)給出。


圖1是本發(fā)明對快閃記憶體出廠前予設(shè)規(guī)劃的區(qū)塊示意圖。
圖2是空的備用區(qū)塊堆疊的示意圖。
圖3是以一未使用的4MB快閃記憶體為例，在開機后經(jīng)韌體判別所得到的備用區(qū)塊堆疊示意圖。
圖4是備用區(qū)塊管理演算法的流程圖。
圖5是本發(fā)明的基本區(qū)塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本發(fā)明的資料寫入流程圖。
圖7是本發(fā)明以四個8MB的快閃記憶體元件為實施例說明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8是本發(fā)明以兩個4MB的快閃記憶體元件為實施例說明連結(jié)區(qū)塊、連結(jié)分頁及連結(jié)表之間的使用方法示意圖。
圖9是本發(fā)明連結(jié)表內(nèi)部資料的更新示意圖。
圖10是連結(jié)表資料更新后，連結(jié)表區(qū)塊、連結(jié)區(qū)塊、連結(jié)分頁及備用區(qū)塊堆疊的更新示意圖。
圖11是系統(tǒng)尚未被使用前，啟動后由韌體所建立的檔案配置表連結(jié)表。
圖12是圖11寫入流程示意圖。
圖13是圖12資料寫入替代區(qū)塊后所進行的原區(qū)塊剩余資料搬移工作示意圖。
圖14是搬移索引的值示意圖。
圖15是寫入索引的值示意圖。
圖16是求得寫入索引的概念圖。
圖17是依據(jù)圖16的概念所建立的資料表。
圖18是圖17經(jīng)互斥運所所得的結(jié)果值。
圖19是本發(fā)明寫入一個分頁的完整流程圖。
以下結(jié)合附圖及其較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)與演算法其具體結(jié)構(gòu)、方法、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。
請參閱圖1所示，是本發(fā)明所在快閃記憶體出廠前所自訂的區(qū)塊予設(shè)規(guī)劃圖；在快閃記憶體的管理上，本發(fā)明將快閃記憶體中可使用的區(qū)塊分成四種資料區(qū)塊(Data Block)、連結(jié)表區(qū)塊(Link-Table Block)、備用區(qū)塊(Spare Bock)和新區(qū)塊(New Block)。這四種區(qū)塊可分成顯性和隱性兩大類，資料區(qū)塊屬于顯性區(qū)塊，而備用區(qū)塊、連結(jié)表區(qū)塊和新區(qū)塊則屬于隱性區(qū)塊。所謂的顯性區(qū)塊是指主機端可以利用邏輯定址方式直接存取的區(qū)塊；反之，主機端無法以邏輯定址方式存取的區(qū)塊則是隱性區(qū)塊。
從顯隱性區(qū)塊的定義，可看出資料區(qū)塊的功能是存放主機端傳送給快閃記憶體的資料，而新區(qū)塊、連結(jié)表區(qū)塊和備用區(qū)塊，則是為了因應(yīng)資料連結(jié)結(jié)構(gòu)的需要，存放韌體所需的資料。
除了圖1所示的區(qū)塊種類，尚存在有一種區(qū)塊，是永遠無法使用，稱之為毀損區(qū)塊(Defect Block)，只要快閃記憶體中的區(qū)塊毀損，四種區(qū)塊中的任何一類，都會被本發(fā)明中的毀損區(qū)塊演算法標(biāo)示成毀損區(qū)塊，且永遠無法使用。
除了新區(qū)塊之外，其余的三種區(qū)塊，在快閃記憶體被使用后，區(qū)塊的位置配置就不再如圖1所示，而是呈現(xiàn)零亂的分布；也就是說，區(qū)塊所在位置不局限于圖1的規(guī)劃范圍。如資料區(qū)塊會散布在位址-490～510(予設(shè)規(guī)劃時，此區(qū)域是屬于備用區(qū)塊和連結(jié)表區(qū)塊的范圍)，連結(jié)表區(qū)塊和備用區(qū)塊亦有如此的現(xiàn)象，不過各類區(qū)塊的總數(shù)并不會改變。唯獨新區(qū)塊的數(shù)目則會隨著毀損區(qū)塊的增多，而逐漸減少，且只要新區(qū)塊一旦成為資料區(qū)塊、備用區(qū)塊或連結(jié)表區(qū)塊之后，就再也無法恢復(fù)成新區(qū)塊。
備用區(qū)塊的管理方式是建立在備用區(qū)塊堆疊區(qū)(Spare Block Stack)、堆疊開頭指位器(Head Pointer)及堆疊結(jié)尾指位器(Tail Pointer)這三個結(jié)構(gòu)之上。備用區(qū)塊堆疊區(qū)共有16位元組(words)空間，存放一顆快閃記憶體中的所有備用區(qū)塊位址。堆疊開頭指位器和堆疊結(jié)尾指位器則存放于8位元(bit)的堆疊指位器(Stack Pointer)內(nèi)，各占有4位元，堆疊開頭指位器是指向備用區(qū)塊堆疊區(qū)的第一個備用區(qū)塊，該區(qū)塊是等待被使用的備用區(qū)塊；堆疊結(jié)尾指位器指向一個空的位置，該位置位于備用區(qū)塊堆疊區(qū)中所有備用區(qū)塊之后的第一個空位置，以準(zhǔn)備存放新進的備用區(qū)塊。
空的備用區(qū)塊堆疊是如圖2所示，其中的16字元組沒有存放任何的資料，且堆疊開頭指位器和堆疊結(jié)尾指位器都指向字元組“0”的位置。
圖3為一顆未使用的4MB快閃記憶體，在開機后經(jīng)韌體判別所得到的備用區(qū)塊堆疊，備用區(qū)塊的位址分別為“496”、“497”、“498”、“499”、“500”、“501”、“502”，堆疊開頭指位器指向堆疊區(qū)位置“0”，堆疊結(jié)尾指位器指向堆疊位址“7”(結(jié)合參閱圖4所示)。
如圖4所示主要是說明備用區(qū)塊管理演算法，以欲找一個備用區(qū)塊以取代區(qū)塊-200(-200，表示其位址在200)為例作說明，其步驟如下步驟1、從堆疊區(qū)取出由堆疊開頭指位器所指定的備用區(qū)塊(所取出的備用區(qū)塊為區(qū)塊-496)。
步驟2、堆疊開頭指位器的值加“1”，指向下一個等待被取出的備用區(qū)塊。
步驟3、抹除欲取代的區(qū)塊(-200)后，置入堆疊結(jié)尾指位器所指的位置。
步驟4、將堆疊指位器的值加“1”，指向下一個空的位置，準(zhǔn)備存放新的備用區(qū)塊。
當(dāng)發(fā)現(xiàn)某個區(qū)塊有毀損時，則進入毀損區(qū)塊管理。先取出第一個新區(qū)塊來代替該區(qū)塊，再將該區(qū)塊標(biāo)示成毀損區(qū)塊，從此不再使用，如此就完成毀損區(qū)塊的管理。
圖5是本發(fā)明一基本區(qū)塊的結(jié)構(gòu)示意圖。一個區(qū)塊共有16個分頁，每個分頁有512+16位元組，其中左邊的512位元組是資料區(qū)域(Data Region)，右邊的16位元組是備用區(qū)域(Spare Region)，資料區(qū)域所存放的資料有一般使用者的檔案資料、檔案配置表(File Allocated Table，簡稱FAT)和連結(jié)表(Link Table)，使用者資料和檔案配置表都是主機端寫入快閃記憶體的資料，存放在資料區(qū)塊內(nèi)；連結(jié)表則存放在連結(jié)表區(qū)塊內(nèi)，用來記錄邏輯區(qū)塊和實際區(qū)塊連結(jié)關(guān)系。備用區(qū)域存放錯誤控制碼(Error Control Coding)和識別碼；錯誤控制碼可提高資料的安全性，識別碼的功用是為了使韌體能辨別該區(qū)塊是屬于四種區(qū)塊中的哪一種。
本發(fā)明依據(jù)資料存取的關(guān)系，定義有原區(qū)塊(Original Block)和替代區(qū)塊(Substituted Block)兩個區(qū)塊名稱。該原區(qū)塊(Original Block)是由主機端指定邏輯區(qū)塊、對照連結(jié)表發(fā)現(xiàn)可存放資料的實際區(qū)塊；替代區(qū)塊(Substituted Block)是從備用區(qū)塊堆疊區(qū)所提出的區(qū)塊，將準(zhǔn)備代替原區(qū)塊。
本發(fā)明的資料寫入流程如圖6所示，首先從連結(jié)表中找出原區(qū)塊(步驟61)，再由備用區(qū)塊堆疊中找出替代區(qū)塊(步驟62)，以代替原區(qū)塊儲存主機端傳送過來的資料(步驟63)；等所有主機端的資料都寫入替代區(qū)塊后，再將原區(qū)塊內(nèi)剩余沒進行更新的分頁資料搬移到替代區(qū)塊內(nèi)(步驟64)；因為邏輯區(qū)塊實際對應(yīng)的區(qū)塊已經(jīng)成為替代區(qū)塊，故必須更新連結(jié)表內(nèi)容(步驟65)，使主機端在下次的存取能獲得完整的資料。更新連結(jié)表的內(nèi)容之后，便將原區(qū)塊抹除置入備用區(qū)塊堆疊內(nèi)，使其能供下次使用(步驟66)。
本發(fā)明將主機端的資料形態(tài)分成檔案配置表和一般資料兩類，該兩種資料的連結(jié)結(jié)構(gòu)不同，但其結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)概念是相同的。
一般資料的連結(jié)結(jié)構(gòu)是確保資料完整性最重要的一環(huán)，本發(fā)明的特征在于將該結(jié)構(gòu)精簡的同時依然維持資料的完整性，再配合資料寫入演算法使其可以能確實做到平均分配寫入/抹除次數(shù)于每個區(qū)塊。資料連結(jié)結(jié)構(gòu)是由連結(jié)區(qū)塊(Link Block)、連結(jié)分頁(Link Page)及連結(jié)表(Link Table)三者組成，經(jīng)由該三表的結(jié)構(gòu)建立，將可快速的完成資料搜尋工作，且可同時達到資料讀取的完整性。
連結(jié)表是儲存于連結(jié)表區(qū)塊內(nèi)，所以在快閃記憶體中實際存有連結(jié)表，其功用是記錄邏輯位址與實際位址的連結(jié)關(guān)系；連結(jié)區(qū)塊及連結(jié)分頁在開機時，由韌體根據(jù)所有連結(jié)表所在的實際位址(就是連結(jié)表區(qū)塊的位址)建立連結(jié)區(qū)塊和連結(jié)分頁這兩個表，而后儲存于微控器所附設(shè)的記憶體中。
連結(jié)區(qū)塊記錄所有的連結(jié)表區(qū)塊位址。
連結(jié)分頁則記錄連結(jié)表位于連結(jié)表區(qū)塊中的分頁位置，經(jīng)由它們，可以確切定義連結(jié)表在快閃記憶體中的位置。
請參閱圖7所示，以下以如圖所示的四顆尚未使用的8MB快閃記憶體元件為例子進行說明圖7的(a)、(b)、(c)、(d)為四顆8MB的快閃記憶體元件，每個元件內(nèi)各有1024個區(qū)塊；圖7(e)為連結(jié)區(qū)塊，因四顆快閃記憶體元件共有四個連結(jié)表區(qū)塊，故需以四個字元組記錄；圖7(f)為連結(jié)分頁，因單顆元件有1024個區(qū)塊，而每個分頁僅有512位元組，故每顆快閃記憶體元件需四個分頁記錄1024個實際位址與邏輯位址的連結(jié)關(guān)系；圖7(g)為連結(jié)表，其記錄的方式是采用記憶體位址和該位址上的內(nèi)容的對應(yīng)概念，記憶體位址代表邏輯位址，內(nèi)容代表實際位址，以圖7(g)為例，邏輯位址-0的實際存取位置為區(qū)塊-0。因圖7為尚未使用的快閃記憶體，故連結(jié)表區(qū)塊的位址皆為1007，連結(jié)分頁為0、1、2、3，而邏輯位址亦等于實際位址，其連結(jié)表即如圖7(g)所示。
請參閱圖8所示，是以兩顆4MB的快閃記憶體元件說明連結(jié)區(qū)塊、連結(jié)分頁及連結(jié)表之間的使用方法。假設(shè)主機端欲存取邏輯位址-100，經(jīng)演算法運算后，發(fā)現(xiàn)該位址落于元件0，分頁位址位于連結(jié)分頁中的位置0；對照圖7(a)得到連結(jié)表區(qū)塊位于區(qū)塊-503，由圖8(b)元件0的位置1的內(nèi)容是指向分頁-0。因此，由連結(jié)區(qū)塊和連結(jié)表分頁，可定義區(qū)塊-100所屬的連結(jié)表位于區(qū)塊-503的分頁-0，如圖8(c)所示。對照圖8(d)得到邏輯位址-100的資料儲存于區(qū)塊-100。
圖9為連結(jié)表內(nèi)部資料的更新示意圖。圖9(a)是原來的連結(jié)表，當(dāng)主機端欲讀取邏輯位址-100的資料時，對照連結(jié)表得到資料儲存于區(qū)塊-100即可到該區(qū)塊讀取資料；若主機端欲寫入資料于邏輯位址-100時，則先由備用區(qū)塊堆疊中取出堆疊開頭指位器所指的區(qū)塊-496(如圖9(b)所示)。再將區(qū)塊-496代替區(qū)塊-100，將496填入連結(jié)表中邏輯位址-100(如圖9(c)所示)。最后，再將區(qū)塊-100置入備用區(qū)塊堆疊內(nèi)(如圖9(d)所示)。
圖10為當(dāng)連結(jié)表資料更新后，連結(jié)表區(qū)塊、連結(jié)區(qū)塊、連結(jié)分頁及備用區(qū)塊堆疊的更新示意圖。以單顆4MB為例，在予設(shè)規(guī)劃中，在區(qū)塊-503擁有兩個資料連結(jié)表，分別在分頁-0和分頁-1。假設(shè)，分頁-1的連結(jié)表已更新，則新的連結(jié)表會儲存于分頁-3，該連結(jié)表經(jīng)過7次的更新后，區(qū)塊-503中的資料分布如圖10(c)所示。若再一次更新該連結(jié)表，則會從備用區(qū)塊堆疊區(qū)取出一個區(qū)塊代替區(qū)塊-503，并將更新后的連結(jié)表寫入該區(qū)塊及將區(qū)塊-503沒有更新的資料搬移到區(qū)塊-496，如圖10(g)所示。
有鑒于檔案配置表采用和一般資料相同的連結(jié)結(jié)構(gòu)(連結(jié)表、連結(jié)區(qū)塊和連結(jié)分頁)，則檔案配置表的高更新頻率，將造成快閃記憶體元件壽命的縮短。于是本發(fā)明將檔案配置表與一般資料分開處理，并且另設(shè)計一更簡易的連結(jié)結(jié)構(gòu)，使其適用于檔案配置表的特性。
該更簡易的連結(jié)結(jié)構(gòu)僅有單一表格-檔案配置表連結(jié)表(FAT LinkTable)。檔案配置表連結(jié)表負(fù)責(zé)記錄邏輯區(qū)塊-0至邏輯區(qū)塊-15的每個對應(yīng)的實際區(qū)塊。該表格的建立同連結(jié)區(qū)塊和連結(jié)分頁，則在系統(tǒng)開機時依據(jù)每個區(qū)塊中備用區(qū)域所存放的識別碼，以建立檔案配置表連結(jié)表。
圖11是系統(tǒng)尚未被使用前，啟動后由韌體所建立的檔案配置表連結(jié)表。假設(shè)主機端欲更新邏輯位址-10，由圖11對照其資料儲存于區(qū)塊-10。
請參閱圖12所示，圖12(a)為目前備用區(qū)塊堆疊的狀況，所以由備用區(qū)塊堆疊中取出區(qū)塊-496當(dāng)替代區(qū)塊來取代區(qū)塊-10，并在區(qū)塊-496的備用區(qū)域中填入識別碼，將資料都寫入?yún)^(qū)塊-496后，更新檔案配置表連結(jié)表(如圖12(b)所示)，再將區(qū)塊-10置入備用區(qū)塊堆疊內(nèi)，最后備用區(qū)塊堆疊即如圖12(c)所示。
在上述的資料寫入流程的介紹中，了解到區(qū)塊的寫入完成，必須處理主機端的資料及原區(qū)塊內(nèi)沒被更新的分頁。所以，原區(qū)塊和替代區(qū)塊之間的替換，存在有一個潛在的問題就是原區(qū)塊中沒有被更新的分頁，必須在原區(qū)塊被抹除之前寫入替代區(qū)塊內(nèi)，因此新的資料寫入替代區(qū)塊后，還要進行原區(qū)塊剩余資料的搬移工作(如圖13所示)。
本發(fā)明的演算法會建立搬移索引(Move Index)，根據(jù)搬移索引決定原區(qū)塊中將搬移至替代區(qū)塊內(nèi)的分頁。搬移索引的長度為一個16位元，每個位元對應(yīng)一個分頁，根據(jù)位元的值來決定該位元所對應(yīng)的分頁是否搬移，其中“1”代表搬移，“0”代表不搬移。假設(shè)已知所欲搬移的分頁為0～5和14～15這8個分頁，則搬移索引的值如圖14所示。
搬移索引的求法的基本概念，是利用主機端的資料(起始位址及資料量)，求得欲寫入的所有分頁位置，則其余的分頁位置就是需搬移的分頁。本發(fā)明稱之為寫入索引(Write Index)，其定義方式相同于搬移索引，“1”表示將欲寫入的分頁的對應(yīng)位元，反之為“0”。假設(shè)已知寫入的分頁有(6-13)，則寫入索引為圖15所示，再將寫入索引反相即可得到搬移索引(圖15的反相就是圖14)，圖16是求得寫入索引的概念圖。
請參閱圖17所示，是依據(jù)圖16的概念所建立的資料表，圖17(a)和圖17(b)分別對應(yīng)圖16(a)和圖16(b)。
圖17的建立方式，是根據(jù)主機端給定的資料(起始位置、分頁數(shù)目)再加上圖16的概念建立而成。
假設(shè)寫入資料的起始位置為6，分頁個數(shù)等于8，可求得終止位置等于13，對照圖17可以得到0×003F和0×0FFF，再將這兩個值做互斥(XOR)運算，得到(0×003FXOR 0×0FFF)＝0×3FAO，如圖18所示，可發(fā)現(xiàn)和圖15相同，再將之反向可得0×A03F，就是圖14。
又，如果所欲傳送的資料數(shù)超過16個分頁，則表示所欲寫入資料的位置是從起始位置到最后一個分頁，故寫入索引為對照圖17后所求得的值的反相。假設(shè)，寫入資料的起始位置為6，資料比數(shù)為16，則對照圖17(a)，得到寫入索引為0×FFAO，反相后得到搬移索引為0×003F。
圖19是本發(fā)明寫入一個分頁的完整流程，其包括有下列步驟步驟a當(dāng)主機欲寫入一筆資料，會判定該筆資料是否和前一筆資料同屬于一個區(qū)塊，同屬于一區(qū)塊即無需重新建立搬移索引；否則進入步驟i。
步驟b判別欲寫入的資料數(shù)是否等于“0”。不等于“0”則進入步驟g。
步驟c因主機端欲寫入該區(qū)塊的資料已完畢，所以要判別是否有資料要從原區(qū)塊搬移至替代區(qū)塊。無資料則執(zhí)行步驟e。
步驟d將搬移索引指定的分頁搬移到替代區(qū)塊內(nèi)。
步驟e判別寫入的資料是否為檔案配置表。是則結(jié)束分頁寫入動作；否則進入步驟f。
步驟f更新資料連結(jié)表后結(jié)束。
步驟g寫入資料于指定的分頁內(nèi)，并將等待寫入的資料個數(shù)減一。
步驟h判別等待寫入的資料個數(shù)是否為“0”。完成資料寫入則進入步驟c；否則重回步驟g。
步驟i因欲寫入的區(qū)塊是一個新指定的區(qū)塊，故必須先依據(jù)主機端的參數(shù)，求出欲寫入該區(qū)塊的分頁數(shù)目、分頁起始位置及欲搬移的分頁。
步驟j從備用區(qū)塊堆疊中，取出堆疊開頭指位器所指向的替代區(qū)塊，準(zhǔn)備寫入主機端的資料及搬移原區(qū)塊的資料于該區(qū)塊中。
步驟k判別欲寫入的邏輯位址，是否為存放檔案配置表的位址。是則進入步驟l；否則進入步驟m。
步驟l更新檔案配置表連結(jié)表的內(nèi)容，以維持資料連結(jié)的完整性，重回步驟b。
步驟m因欲寫入的區(qū)塊，屬于一般區(qū)塊，故需搭配一般資料連結(jié)結(jié)構(gòu)(連結(jié)表、連結(jié)區(qū)塊和連結(jié)分頁)。
該步驟是判別該邏輯區(qū)塊所屬的連結(jié)表是否存在緩沖器中。存在則進入步驟0。
步驟n將該邏輯區(qū)塊所屬的連結(jié)表讀入緩沖器中。
步驟o更新存在于緩沖器中的連結(jié)表內(nèi)容，同時要更新連結(jié)分頁和連結(jié)區(qū)塊的內(nèi)容，重回步驟b。如果存放連結(jié)表的區(qū)塊已滿，則找尋一個備用區(qū)塊，將連結(jié)表填入及搬移到該區(qū)塊中，且需更新連結(jié)區(qū)塊和連結(jié)分頁。
由以上可知，本發(fā)明所提出的快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)與演算法，將快閃記憶體內(nèi)規(guī)劃成數(shù)種具有不同功能的資料存取區(qū)塊，再配合設(shè)有簡潔的資料連結(jié)結(jié)構(gòu)與備用區(qū)塊管理演算法，使得在搜尋資料、寫入資料的時間能有效的縮短，并且具有增長快閃記憶體使用壽命的功效。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例的技術(shù)結(jié)構(gòu)、程式或控制等方法所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)，其特征在于其主要是將快閃記憶體內(nèi)規(guī)劃成數(shù)種具有不同功能的資料存取區(qū)塊，其包括有一般資料區(qū)塊，可由主機直接存取資料；一備用區(qū)塊，是作為一般資料區(qū)塊的備份，在主機所定址到的一般資料區(qū)塊發(fā)生重復(fù)寫入的情況時，用以來存放欲寫入的主機資料；一連結(jié)表區(qū)塊，是存放一般資料區(qū)塊內(nèi)的實際位址與主機定址的邏輯位置的對照表，以有效的進行邏輯位置與實際位置的互換，確保資料的正確性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)，其特征在于其更包括有一新區(qū)塊，是作為前述各種區(qū)塊的延伸，一旦并入前述的一區(qū)塊后，即無法恢復(fù)成新區(qū)塊；一毀損區(qū)塊，前述各區(qū)塊毀損，均會被標(biāo)示成毀損區(qū)塊，且永遠無法使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的資料區(qū)塊是屬于主機端可以利用邏輯定址方式直接存取的顯性區(qū)塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的備用區(qū)塊、連結(jié)表區(qū)塊和新區(qū)塊是屬于主機端無法以邏輯定址方式存取的隱性區(qū)塊，為了因應(yīng)資料連結(jié)結(jié)構(gòu)的需要，存放韌體所需的資料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的備用區(qū)塊的管理方式是建立于備用區(qū)塊堆疊區(qū)、堆疊開頭指位器及堆疊結(jié)尾指位器的架構(gòu)上；該堆疊開頭指位器是指向備用區(qū)塊堆疊區(qū)的第一個備用區(qū)塊以等待被使用；該堆疊結(jié)尾指位器是指向所有備用區(qū)塊之后的第一個空位置，以準(zhǔn)備存放新進的備用區(qū)塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的資料區(qū)塊的資料寫入流程包括有a、自連結(jié)表中找出由主機端指定邏輯區(qū)塊、對照連結(jié)表發(fā)現(xiàn)可存放資料的實際區(qū)塊的原區(qū)塊；b、再由備用區(qū)塊堆疊區(qū)所提出將準(zhǔn)備代替原區(qū)塊的備用區(qū)塊堆疊中找出替代區(qū)塊；c、代替原區(qū)塊儲存主機端傳送過來的資料；d、所有主機端的資料都寫入替代區(qū)塊后，再將原區(qū)塊內(nèi)剩余沒進行更新的分頁資料搬移到替代區(qū)塊內(nèi)；e、更新連結(jié)表內(nèi)容，使主機端在下次的存取，能獲得完整的資料；f、將原區(qū)塊抹除置入備用區(qū)塊堆疊內(nèi)，使其能供下次使用。
7.一種資料的連結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于其包括有連結(jié)區(qū)塊，是記錄所有的連結(jié)表區(qū)塊位址；連結(jié)表，是儲存于連結(jié)表區(qū)塊內(nèi)，在快閃記憶體記錄邏輯位址與實際位址的連結(jié)關(guān)系；連結(jié)分頁，是記錄連結(jié)表位于連結(jié)表區(qū)塊中的分頁位置，經(jīng)由它們，可以確切定義連結(jié)表在快閃記憶體中的位置；經(jīng)由此三表結(jié)構(gòu)的建立，可快速的完成資料搜尋工作，且可同時達到資料讀取的完整性。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的資料連接結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的連結(jié)分頁其更新連結(jié)分頁包括更新備用區(qū)塊堆疊區(qū)堆疊開頭指位器以及堆疊結(jié)尾指位器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的資料連接結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的連結(jié)表其結(jié)構(gòu)是利用連結(jié)表的實際位址為邏輯位址，儲存在該實際位址內(nèi)的資料為主機所定址到的實際位址。
10.一種備用區(qū)塊管理演算法，其特征在于其包括有下列步驟a、從堆疊區(qū)取出由堆疊開頭指位器所指定的備用區(qū)塊；b、堆疊開頭指位器的值加“1”，指向下一個等待被取出的備用區(qū)塊；c、抹除欲取代的區(qū)塊后，置入堆疊結(jié)尾指位器所指的位置；d、將堆疊指位器的值加“1”，指向下一個空的位置，準(zhǔn)備存放新的備用區(qū)塊；借前述的步驟，可有效的做好備用區(qū)塊的管理，并可達到平均各一般資料區(qū)塊的使用次數(shù)。
11.一種快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)與演算法，其特征在于其主要是將檔案配置表與一般資料分開處理及設(shè)有一連結(jié)結(jié)構(gòu)；該連結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)有檔案配置表連結(jié)表的單一表格，該檔案配置表連結(jié)表負(fù)責(zé)記錄每個邏輯區(qū)塊對應(yīng)的實際區(qū)塊，在系統(tǒng)開機時依據(jù)每個區(qū)塊中備用區(qū)域所存放的識別碼，以建立檔案配置表連結(jié)表。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)與演算法，其特征在于其中新的資料寫入?yún)^(qū)塊后，還包括有原區(qū)塊剩余資料的搬移工作。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)與演算法，其特征在于其中搬移索引是根據(jù)搬移索引決定原區(qū)塊中將搬移至替代區(qū)塊內(nèi)的分頁；其具有復(fù)數(shù)個位元長度，每個位元對應(yīng)一個分頁，根據(jù)位元的值來決定該位元所對應(yīng)的分頁是否搬移。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)與演算法，其特征在于其中所述的搬移索引反相后求得寫入索引。
15.一種快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)與演算法，其特征在于其主要是有效的建立起資料存起連結(jié)表功能及更新備用區(qū)塊的管理架構(gòu)，其包括有a判定主機寫入的資料是否和前一筆資料同屬于一個區(qū)塊，同屬于一區(qū)塊即無需重新建立搬移索引；否則進入i；b判別欲寫入的資料數(shù)是否等于“0”；不等于“0”則進入g；c判別是否有資料要從原區(qū)塊搬移至替代區(qū)塊；無資料則執(zhí)行e；d將搬移索引指定的分頁搬移到替代區(qū)塊內(nèi)；e判別寫入的資料是否為檔案配置表；是則結(jié)束分頁寫入動作；否則進入f。f更新資料連結(jié)表后結(jié)束；g寫入資料于指定的分頁內(nèi)，并將等待寫入的資料個數(shù)減一；h判別等待寫入的資料個數(shù)是否為“0”；完成資料寫入則進入c；否則重回g；i依據(jù)主機端的參數(shù)，求出欲寫入該區(qū)塊的分頁數(shù)目、分頁起始位置及欲搬移的分頁；j從備用區(qū)塊堆疊中，取出堆疊開頭指位器所指向的替代區(qū)塊，準(zhǔn)備寫入主機端的資料及搬移原區(qū)塊的資料于該區(qū)塊中；k判別欲寫入的邏輯位址，是否為存放檔案配置表的位址；是則進入l；否則進入m；l更新檔案配置表連結(jié)表的內(nèi)容，以維持資料連結(jié)的完整性，重回b；m判別該邏輯區(qū)塊所屬的連結(jié)表是否存在緩沖器中；存在則進入0；n將該邏輯區(qū)塊所屬的連結(jié)表讀入緩沖器中；o更新存在于緩沖器中的連結(jié)表內(nèi)容，同時亦要更新連結(jié)分頁和連結(jié)區(qū)塊的內(nèi)容；重回步驟b；如果存放連結(jié)表的區(qū)塊已滿，則找尋一個備用區(qū)塊，將連結(jié)表填入及搬移到該區(qū)塊中，且需更新連結(jié)區(qū)塊和連結(jié)分頁。
全文摘要
一種快閃記憶體的管理、資料連接結(jié)構(gòu)與演算法,其將快閃記憶體內(nèi)規(guī)劃成不同功能的資料存取區(qū)塊,包括一般資料區(qū)塊、備用區(qū)塊、連結(jié)表區(qū)塊和新區(qū)塊;一般資料區(qū)塊由主機存取資料;備用區(qū)塊為一般資料區(qū)塊備份,在主機定址到的一般資料區(qū)塊發(fā)生重復(fù)寫入情況時存放欲寫入的主機資料;連結(jié)表區(qū)塊是存放一般資料區(qū)塊內(nèi)的實際位址與主機定址的邏輯位置的對照表,可進行邏輯位置與實際位置的互換;再配合資料連結(jié)結(jié)構(gòu)與備用區(qū)塊管理演算法,可使搜尋、寫入資料時間縮短,并可增長快閃記憶體使用壽命。
文檔編號G11C5/00GK1285592SQ99111659
公開日2001年2月28日 申請日期1999年8月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月20日
發(fā)明者簡丞志, 李欽誠, 楊俊勇, 潘建成, 黃樹群 申請人:慧亞科技股份有限公司