本发明有关于一种存储器装置的数据维护方法；特别有关于错误校正的数据维护方法。
背景技术：
快闪存储器为一种普遍的非挥发性数据储存装置，是以电性方式抹除与程序化。以与非门型的快闪存储器(即nandflash)为例，常用作记忆卡(memorycard)、通用串行总线闪存装置(usbflashdevice)、固态硬盘(ssd)、嵌入式快闪存储器模组(emmc)…等使用。
快闪存储器(如，nandflash)的储存阵列包括多个区块(blocks)。各区块包括多个页面(pages)，其中在快闪存储器中数据写入的单位是页面，数据抹除的最小单位为区块。由于快闪存储器的存取过程中可能会发生数据内容的错误，所以目前在存入数据时会将原始的数据进行编码，再储存编码后的数据至快闪存储器中，而数据读取时则将编码的数据读出，再解码所读出的编码数据来得到原先的数据。如何有效地运用编码保护数据为目前存储器领域中的一个重要课题。
技术实现要素：
本发明所提供的数据储存装置以及数据维护方法，可藉由减少强页面的校验码长度，将弱页面的校验码的错误校正数据储存至具有多余空间的强页面中，以加强弱页面中的数据的保存能力。
本发明提供一种数据储存装置。数据储存装置包括一快闪存储器。快闪存储器包括多个弱页面以及多个强页面。每一强页面具有匹配的弱页面中之一者，并且强页面包括所匹配之弱页面的一错误校正数据。
其中，快闪存储器还包括多个字元线，每一字元线包含强页面中之一者以及弱页面之一者，其中强页面与所匹配的弱页面分别包含于不同的两个字元线。在一实施例中，快闪存储器为三阶储存单元，快闪存储器还包括多个中页面，并且每一字元线的包含强页面中之一者、中页面中之一者以及弱页面之一者。
在一实施例中，每一弱页面具有一第一使用者数据区段以及一第一备用区段，每一强页面具有一第二使用者数据区段以及一第二备用区段，第一备用区段具有相应于第一使用者数据区段的一第一校验码，第二备用区段具有相应于第二使用者数据区段的一第二校验码，并且第二校验码的长度小于第一校验码。其中，第二备用区段还包括错误校正数据，并且错误校正数据为对强页面所匹配的弱页面的第一校验码进行编码所获得的一第三校验码。
另外，数据储存装置还包括一控制器。控制器用以根据对弱页面中的一第一弱页面进行读取的一读取命令，对第一弱页面进行一读取程序，其中当控制器无法成功校正第一弱页面的数据时，控制器还用以在读取程序中读取强页面中匹配于第一弱页面的一第一强页面，以校正第一弱页面的之数据。另一实施立中，数据储存装置还包括一重复读取表，重复读取表中包括不同的多个读取电压，当控制器无法成功校正第一弱页面的数据时，控制器还用以根据读取电压，对第一弱页面进行重复读取，当控制器使用读取电压仍无法成功校正第一弱页面的数据时，控制器读取第一强页面，以校正第一弱页面的数据。
在读取程序中，控制器读取第一强页面以获得错误校正数据中相应于第一弱页面的一第一错误校正数据，并且根据第一错误校正数据对第一弱页面的数据进行校正。控制器使用第一错误校正数据，校正第一弱页面中的一第一校验码，并且当第一错误校正数据成功校正第一校验码时，控制器使用已校正的第一校验码，校正第一弱页面中的数据。当第一错误校正数据无法成功校正第一校验码时，控制器舍弃第一弱页面的数据并且将第一弱页面所属的一区块中的其他数据搬移至另一区块。
又另一实施例中，当第一错误校正数据无法成功校正第一校验码时，控制器还用以根据读取电压，对第一强页面进行重复读取，且控制器使用重复读取第一强页面所获得的第一错误校正数据校正第一校验码，当藉由重复读取第一强页面所获得的第一错误校正数据成功校正第一校验码时，控制器使用已校正的第一校验码，校正第一弱页面中的数据。
本发明提供另一种数据维护方法，适用于具有一快闪存储器的一数据储存装置，其中快闪存储器包括多个弱页面以及多个强页面，并且每一强页面匹配于弱页面中之一者，数据维护方法包括：接收一读取命令，其中读取命令指示对弱页面中的一第一弱页面进行读取；根据读取命令对第一弱页面进行读取；以及当无法成功校正第一弱页面的数据时，读取强页面中匹配于第一弱页面的一第一强页面，以校正第一弱页面。
在一实施例中，数据维护方法还包括:当无法成功校正第一弱页面的数据时，根据一重复读取表中不同的多个读取电压，对第一弱页面进行重复读取；当使用读取电压仍无法成功校正第一弱页面的数据时，执行读取强页面中匹配于第一弱页面的一第一强页面以校正第一弱页面的步骤。
当无法成功校正第一弱页面的数据时，读取强页面中匹配于第一弱页面的第一强页面的步骤用以获得第一强页面中相应于第一弱页面的一第一错误校正数据，并且数据维护方法还包括:根据第一错误校正数据对第一弱页面进行校正；使用第一错误校正数据，校正第一弱页面中的一第一校验码；当第一错误校正数据成功校正第一校验码时，使用已校正的第一校验码，校正第一弱页面中的数据；以及当第一错误校正数据无法成功校正第一校验码时，舍弃第一弱页面的数据并且将第一弱页面所属的一区块中的其他数据搬移至另一区块。
当第一错误校正数据无法成功校正第一校验码时，舍弃第一弱页面的数据并且将第一弱页面所属的一区块中的其他数据搬移至另一区块的步骤还包括:根据一重复读取表中不同的多个读取电压，对第一强页面进行重复读取；使用藉由重复读取第一强页面所获得的第一错误校正数据校正第一校验码；当藉由重复读取第一强页面所获得的第一错误校正数据成功校正第一校验码时，使用已校正的第一校验码，校正第一弱页面中的数据；以及当藉由重复读取第一强页面所获得的第一错误校正数据仍无法成功校正第一校验码时，执行舍弃第一弱页面的数据并且将第一弱页面所属的一区块中的其他数据搬移至另一区块的步骤。
当第一错误校正数据成功校正第一校验码时，使用已校正的第一校验码，校正第一弱页面中的数据的步骤还包括:当已校正的第一校验码无法成功校正第一弱页面中的数据时，根据一重复读取表中不同的多个读取电压，对第一弱页面进行重复读取；以及当已校正的第一校验码无法成功校正藉由重复读取所获得的第一弱页面的数据时，舍弃第一弱页面的数据并且将第一弱页面所属的一区块中的其他数据搬移至另一区块。
附图说明
图1是本发明的一种实施例的电子系统的方块图。
图2是本发明的一种实施例的快闪存储器的示意图。
图3是本发明的另一种实施例的快闪存储器的示意图。
图4是本发明的之一种实施例的一字元线所包含的强页面、中页面与弱页面的示意图。
图5是本发明的另一种实施例的页面的示意图。
图6是本发明的一种实施例的数据维护方法的流程图。
符号说明
100电子系统；
120主机；
140数据储存装置；
160控制器；
162运算单元；
164永久存储器；
180快闪存储器；
w0～wn字元线；
p0～pm页面；
b0～bn区块；
lsb强页面；
csb中页面；
msb弱页面；
ud、ud9～ud11使用者数据；
uds、uds9～uds11使用者数据区段；
sp、sp9～sp11备用区段；
pd、pd9～pd11校验码；
ecd、ecd2错误校正数据；
s600～s616步骤。
具体实施方式
以下将详细讨论本发明各种实施例的装置及使用方法。然而值得注意的是，本发明所提供的许多可行的发明概念可实施在各种特定范围中。这些特定实施例仅用于举例说明本发明的装置及使用方法，但非用于限定本发明的范围。
图1是本发明的一种实施例的电子系统的方块图。电子系统100包括一主机120以及一数据储存装置140。数据储存装置140包括一快闪存储器180以及一控制器160，且可根据主机120所下达的命令操作。
控制器160包括一运算单元162以及一永久存储器(如，只读存储器rom)164。永久存储器164与所载的程序码、数据组成固件(firmware)，由运算单元162执行，使控制器160基于该固件控制该快闪存储器180。另外，运算单元162还包括一错误校正引擎(未图示)。错误校正引擎用以在数据发生错误时，对所读取的数据进行错误校正(errorcorrection；ecc)，本发明不限于此。值得注意的是，在本发明的一实施例中，永久存储器164包括一软件或者固件用以致使运算单元162对要被存入页面的使用者数据进行编码，以产生使用者数据的校验码(parity)。另外，永久存储器164包括的软件或者固件还用以致使运算单元162对某些页面的使用者数据的校验码进行编码，以产生相应于校验码的校验码。当所读取的数据具有错误位元时，控制器160可藉由校验码(parity)对所储存的数据进行错误校正，以让主机成功读取所储存的数据。
快闪存储器180包括多个区块，每一区块包括多个页面。另外，快闪存储器180更包括彼此相邻的多个字元线与多个位元线，其中每一字元线包含至少一页面。举例而言，当快闪存储器180为单阶储存单元(single-levelcell，slc)时，一条字元线包含一个页面。当快闪存储器180为多阶储存单元(multi-levelcell，mlc)时，一条字元线包含一强页面lsb(strongpage)以及一弱页面msb(weakpage)。当快闪存储器180为三阶储存单元(triple-levelcell，tlc)时，一条字元线包含一强页面lsb(strongpage)、一中页面csb(middlepage)以及一弱页面msb(weakpage)，但本发明不限于此。
值得注意的是，在快闪存储器180的物理特性中，弱页面msb相较于中页面csb以及强页面lsb通常具有较差的数据保存能力，并且强页面lsb相较于中页面csb以及弱页面msb具有较强的数据保护能力。因此，本发明的一实施例分别将每一弱页面与一个强页面匹配，以藉由强页面较强的数据保护能力支援弱页面所储存的数据。换言之，本发明将可对弱页面进行错误校正的错误校正数据储存于所匹配的强页面中，以保护弱页面中的数据。另外，当一页面损坏时，损坏页面的字元线所包含的其他页面同样损坏的机率很高，并且相邻的字元线也容易一起损坏。因此，本发明在一实施例中，将弱页面所匹配的强页面定义为与弱页面相隔至少一字元线的强页面，详细说明如下。
图2是本发明的一种实施例的快闪存储器的示意图。图2所示为多阶储存单元(multi-levelcell，mlc)的快闪存储器180。在本实施例中，快闪存储器180包括多个区块b0～bn，并且每一区块具有多个页面p0～pm，其中页面p0、p2、p4…pm-1为强页面lsb，并且页面p1、p3、p5…pm为弱页面msb，其中n及m皆为正整数。值得注意的是，每一强页面具有一个匹配的弱页面，并且强页面与其所匹配的弱页面可包含于不同的两个字元线。在一实施例中，弱页面与所匹配的强页面之间可相隔一条字元线。举例而言，字元线w0所包含的弱页面p1可与字元线w2所包含的强页面p4匹配、字元线w1所包含的弱页面p3可与字元线w3所包含的强页面p6匹配、字元线w2所包含的弱页面p5可与字元线w4所包含的强页面p8匹配，依此类推。在其他实施例中，弱页面与所匹配的强页面之间可相隔两条、三条或者四条字元线，本发明不限于此。开发者可根据本发明的教示，根据数据被写入(program)页面的顺序，定义强页面所匹配的弱页面。
图3是本发明的另一种实施例的快闪存储器的示意图。第3图所示为三阶储存单元(triple-levelcell，tlc)的快闪存储器180。在本实施例中，快闪存储器180包括多个区块b0～bn，并且每一区块具有多个页面p0～pm，其中页面p0、p3、p6…pm-2为强页面lsb，页面p1、p4、p7…pm-1为中页面csb，并且页面p2、p5、p8…pm为弱页面msb，其中n及m皆为正整数。值得注意的是，每一强页面具有一个匹配的弱页面，并且强页面与其所匹配的弱页面可包含于不同的两个字元线。举例而言，在一实施例中，字元线w0所包含的弱页面p2可与字元线w3所包含的强页面p9匹配、字元线w1所包含的弱页面p5可与字元线w4所包含的强页面p12匹配、字元线w2所包含的弱页面p8可与字元线w5所包含的强页面p15匹配，依此类推，在其他实施例中，弱页面与所匹配的强页面相隔三条、四条或者五条字元线，本发明不限于此。开发者可根据本发明的教示，根据数据被写入(program)的顺序，定义强页面所匹配的弱页面。
值得注意的是，每一强页面包括所匹配的弱页面的一错误校正数据。详细而言，每一弱页面具有一使用者数据区段以及一备用区段，并且每一强页面亦具有一使用者数据区段以及一备用区段。弱页面的备用区段具有一第一校验码，其中第一校验码是依据存入弱页面的使用者数据区段的数据进行编码所获得的。强页面的备用区段具有一第二校验码以及强页面所匹配的弱页面的一错误校正数据，其中第二校验码依据存入强页面的使用者数据区段的数据进行编码所获得的。在一实施例中，错误校正数据为对强页面所匹配之弱页面的备用区段中所储存的第一校验码进行编码所获得的一第三校验码，但本发明不限于此。在其他实施例中，错误校正数据亦可为其他可校正弱页面的错误位元的数据。
在一实施例中，强页面lsb的备用区段与弱页面msb的备用区段长度相同，并且强页面的第二校验码的长度小于弱页面的第一校验码。举例而言，强页面lsb、弱页面msb以及中页面csb的使用者数据区段大小为1k位元组，且备用区段的长度皆为126位元组，但本发明不限于此。弱页面msb的备用区段中储存了长度为126位元组的相应于弱页面msb的使用者数据区段的数据的校验码。同样地，中页面csb的备用区段中也储存了长度为126位元组的相应于中页面csb的使用者数据区段的数据的校验码。由于强页面lsb具有较好的数据保存能力，因此强页面lsb的备用区段中所储存的相应于使用者数据区段的数据的校验码的长度可只有56位元组，并且强页面lsb的备用区段中可还包括长度为70位元组的错误校正数据，其中错误校正数据为对强页面lsb所匹配的弱页面msb的校验码编码所获得的校验码。当控制器160无法藉由弱页面msb的备用区段中的126位元组的校验码成功校正弱页面msb时，控制器160可藉由弱页面msb所匹配的强页面lsb中所储存的错误校正数据对弱页面msb的校验码进行错误校正，以减少弱页面msb的错误位元，但本发明不限于此。在其他实施例中，可校正弱页面msb的错误位元的数据亦为本发明的错误校正数据的范畴。
图4是本发明的一种实施例的一字元线所包含的强页面、中页面与弱页面的示意图。以三阶储存单元中由字元线w3所包含的页面为例，如图4所示，强页面p9具有一使用者数据区段uds9以及一备用区段sp9、中页面p10具有一使用者数据区段uds10以及一备用区段sp10并且弱页面p11具有一使用者数据区段uds11以及一备用区段sp11。强页面p9的备用区段sp9、中页面p10的备用区段sp10以及弱页面p11的备用区段sp11的长度相同，但本发明不限于此。在其他实施例中，强页面p9的备用区段sp9、中页面p10的备用区段sp10以及弱页面p11的备用区段sp11的长度亦可不相同。弱页面p11的备用区段sp11具有一校验码pd11，其中备用区段sp11的校验码pd11为对使用者数据区段uds11中的使用者数据ud11编码所获得的。中页面p10的备用区段sp10亦具有一校验码pd10，其中备用区段sp10的校验码pd10为对使用者数据区段uds10中的使用者数据ud10编码所获得的。强页面p9的备用区段sp9除了一校验码pd9外，还具有一错误校正数据ecd2，其中备用区段sp9中的校验码pd9为对使用者数据区段uds9中的使用者数据ud9编码所获得的，备用区段sp9中的错误校正数据ecd2为用以校正强页面p9所匹配的弱页面p2的数据。在一实施例中，错误校正数据ecd2为强页面p9所匹配的弱页面p2的校验码的校验码。换言之，控制器160用以对弱页面p2的备用区段所储存的校验码进行编码以获得另一校验码，并且将所获得的该另一校验码当作错误校正数据ecd2存入强页面p9的备用区段sp9中。相似地，控制器160亦会对弱页面p11的备用区段sp11的校验码pd11进行编码后获得另一校验码，并且将对备用区段sp11的校验码pd11编码后所获得的校验码当作相应于弱页面p11的错误校正数据存入弱页面p11所匹配的强页面p18的备用区段中。
在其他实施例中，页面中使用者数据区段的大小亦可为8k位元组或者16k位元组，本发明不限于此。举例而言，图5是本发明的另一种实施例的页面的示意图。在本实施例中，页面大小为8k加上1024位元组，其中强页面lsb、中页面csb以及弱页面msb中的使用者数据区段uds的大小为8k位元组，备用区段sp的大小为1024位元组。详言之，使用者数据区段uds与备用区段sp可被切割为八个区段，其中中页面csb及弱页面msb分割后的每一使用者区段uds的大小可为1k位元组，其用于储存使用者数据；分割后的每一备用区段sp的大小可为128位元组，且每一备用区段sp中的126位元组可用于储存校验码pd，用以校正相应的使用者区段uds的72位元的错误，而剩余的2位元组可用于储存相应的使用者区段uds的元数据(图未示)，例如(但不限于)：逻辑地址、区块抹除次数。相似地，强页面lsb分割后的每一使用者区段uds的大小可为1k位元组，分割后的每一备用区段sp的大小可为128位元组。值得注意的是，强页面lsb的每一备用区段sp中的56位元组可用于储存校验码pd，用以校正相应的使用者区段uds的32位元的错误，2位元组可用于储存相应的使用者区段uds的元数据(图未示)，而剩余的70位元组可用于储存错误校正数据ecd，其用于校正所匹配的弱页面的校验码pd的50位元的错误。在本实施例中，为了便于描述，每一备用区段sp所包含的校验码pd位于所相应的使用者数据区段uds的后方，且强页面lsb的每一备用区段sp所包含的错误校正数据ecd则位于强页面lsb的尾端，但本发明不限于此。在其他实施例中，备用区段sp亦可位于所相应的使用者数据区段uds的前方或者页面的尾端。此外，强页面lsb的每一备用区段sp所包含的错误校正数据ecd可位于强页面lsb的前端。其他细节请参考图4的说明。
综上所述，控制器160可根据对一第一弱页面进行读取的一读取命令，对第一弱页面进行一读取程序。当控制器160无法成功校正第一弱页面的数据时，控制器160则在读取程序中读取强页面中匹配于第一弱页面的一第一强页面，以校正第一弱页面。详言之，在读取程序中，控制器160读取第一强页面以获得错误校正数据中相应于第一弱页面的一第一错误校正数据，并且根据第一错误校正数据对第一弱页面的第一校验码进行校正，以减少第一弱分页的错误位元的数量。当第一错误校正数据成功校正第一校验码时，控制器160使用已校正的第一校验码，校正第一弱页面中的数据。当第一错误校正数据无法成功校正第一校验码时，控制器160舍弃第一弱页面的数据并且将第一弱页面所属的一区块中的其他数据搬移至另一区块。值得注意的是，上述动作是包括于对第一弱页面进行读取的读取命令所相应的操作，控制器160不需要另外藉由主机120所传送的其他命令执行这些操作。
图6是本发明的一种实施例的数据维护方法的流程图。数据维护方法，适用于图1所示的数据储存装置140。流程开始于步骤s600。
在步骤s600中，控制器160自主机120接收一读取命令，其中读取命令指示控制器160对弱页面中的一第一弱页面进行读取。
接着，在步骤s602中，控制器160根据读取命令对第一弱页面进行读取。详细而言，控制器160根据读取命令，使用储存于第一弱页面的第一备用区段的第一校验码对第一弱页面的数据进行一校正运作。
接着，在步骤s604中，控制器160判断第一弱页面的数据是否被成功校正。当可成功校正第一弱页的之数据时，流程进行至步骤s616；否则，流程进行至步骤s606。详细而言，当控制器160无法使用第一弱页面的第一备用区段的第一校验码成功校正具有错误位元的第一使用者数据区段的数据时，亦即第一弱分页的错误位元超过第一校验码可修正的范围时，流程进行至步骤s606；否则，流程进行至步骤s616。值得注意的是，在另一实施例中，当无法成功校正第一弱页面的数据时，控制器160还用以根据快闪存储器180中所储存的一重复读取表中不同的多个读取电压，依序对第一弱页面进行重复读取。当藉由重复读取所获得的第一校验码可成功校正第一弱页面时，流程进行至步骤s616；否则，流程进行至步骤s606。
在步骤s606中，控制器160读取匹配于第一弱页面的一第一强页面，以获得一第一错误校正数据。详细而言，控制器160在步骤s606中读取第一强页面的备用区段中所储存相应于第一弱页面的第一错误校正数据。
接着，在步骤s608中，控制器160根据所获得的第一错误校正数据对第一弱页面的备用区段中的第一校验码进行校正，以减少第一弱页面的错误位元。在一实施例中，错误校正数据为对强页面所匹配之弱页面的备用区段中所储存的第一校验码进行编码所获得的一第三校验码，但本发明不限于此。在其他实施例中，错误校正数据亦可为其他可校正弱页面的错误位元的数据。
接着，在步骤s609中，控制器160判断是否成功校正第一校验码。当控制器160可使用第一错误校正数据成功校正第一校验码时，流程进行至步骤s610；否则，流程进行至步骤s614。在一实施例中，当控制器160无法使用第一错误校正数据成功校正第一校验码时，控制器160还用以根据重复读取表中不同的多个读取电压，依序对第一强页面进行重复读取，并依据藉由重复读取第一强页面所获得的第一错误校正数据校正第一校验码。在另一实施例中，当控制器160无法使用第一错误校正数据成功校正第一校验码时，控制器160还用以根据重复读取表中不同的多个读取电压，依序对第一弱页面进行重复读取，并依据第一错误校正数据对重复读取的第一校验码进行校正。在又一实施例中，当控制器160无法使用第一错误校正数据成功校正第一校验码时，控制器160还用以根据重复读取表中不同的多个读取电压，对第一弱页面与所匹配的第一强页面进行重复读取，以依据藉由重复读取第一强页面所获得的第一错误校正数据对重复读取的第一校验码进行校正。
在步骤s610中，控制器160重新校正第一弱页面。详细而言，在一实施例中，控制器160使用第一弱页面的已校正的第一校验码对第一弱页面的第一使用者区段中的数据重新进行校正运作。
接着，在步骤s612中，控制器160判断第一弱页面是否被成功校正。当第一弱页面被成功校正时，流程进行至步骤s616；否则，流程进行至步骤s614。在一实施例中，在步骤s612中，当控制器160无法使用已校正的第一校验码成功校正具有错误位元的第一使用者数据区段的数据时，流程进行至步骤s614；否则，流程进行至步骤s616。值得注意的是，在另一实施例中，当无法使用已校正的第一校验码成功校正第一弱页面时，控制器160还用以根据快闪存储器180中所储存的一重复读取表中不同的多个读取电压，依序对第一弱页面进行重复读取。当上述已校正的第一校验码可成功校正重复读取的第一弱页面的第一使用者数据区段的数据时，流程进行至步骤s616；否则，流程进行至步骤s614。
在步骤s614中，控制器160舍弃第一弱页面的数据并且将第一弱页面所属的区块中的其他数据搬移至另一区块。在其他实施例中，在步骤s614中，控制器160亦可将所读取的弱页面标记为损坏。流程结束于步骤s614。
在步骤s616中，控制器160将成功校正的弱页面的数据传送至主机120。流程结束于步骤s616。
本发明所提供的数据储存装置140以及数据维护方法，可藉由减少强页面的校验码长度，将弱页面的校验码的错误校正数据储存至具有多余空间的强页面中，以加强弱页面中的数据的保存能力。
本发明的方法，或特定型态或其部份，可以以程序码的型态存在。程序码可储存于实体媒体，如软盘、光盘、硬盘、或是任何其他机器可读取(如电脑可读取)储存媒体，亦或不限于外在形式的电脑程序产品，其中，当程序码被机器，如电脑载入且执行时，此机器变成用以参与本发明的装置。程序码也可透过一些传送媒体，如电线或电缆、光纤、或是任何传输型态进行传送，其中，当程序码被机器，如电脑接收、载入且执行时，此机器变成用以参与本发明的装置。当在一般用途处理单元实作时，程序码结合处理单元提供一操作类似于应用特定逻辑电路的独特装置。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或申请专利范围不须达成本发明所揭示的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。