数据存储装置及其操作方法与流程

本申请要求于2017年9月14日提交的申请号为10-2017-0117538的韩国申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

本公开的各个实施例总体涉及一种数据存储装置。特别地，实施例涉及一种包括非易失性存储器装置的数据存储装置。

背景技术：

存储器系统响应于写入请求存储由外部装置提供的数据。存储器系统还可响应于读取请求将存储的数据提供给外部装置。使用存储器系统的外部装置的示例包括计算机、数码相机、移动电话等。存储器系统可被嵌入在外部装置中，或者可被单独制造，并且然后连接到外部装置。

技术实现要素：

在实施例中，数据存储装置可包括：包括多个存储器区域的存储介质；以及控制器，适于完成供电后的突然断电导致的恢复操作，将恢复完成信号传输至主机装置以允许主机装置传输操作请求，以及基于其优先级，对一个或多个存储器区域执行基于操作请求的第一操作和有效信息更新操作。

在实施例中，用于操作包括具有多个存储器区域的存储介质的数据存储装置的方法可包括：完成突然断电导致的恢复操作；将恢复完成信号传输至主机装置以允许主机装置传输操作请求；以及基于其优先级，对一个或多个存储器区域执行基于操作请求的第一操作和有效信息更新操作。

在实施例中，数据存储装置可包括：包括多个存储器区域的存储介质；以及控制器，适于完成突然断电导致的恢复操作，将恢复完成信号传输至主机装置以允许主机装置传输操作请求，并且对一个或多个存储器区域执行作为后台操作的有效信息更新操作。

在实施例中，存储器系统可包括：存储介质；以及控制器，适于在突然断电导致的恢复操作之后，在不执行另一操作的同时，执行对包括在存储介质的各个存储器区域中的有效存储器单元的数量进行计数的有效信息更新操作。

附图说明

通过参照附图描述本发明的各个实施例，本发明的上述和其它特征及优点对本发明所属领域的技术人员将变得更加显而易见，其中：

图1是示出根据实施例的数据存储装置的框图。

图2是示出存储器区域和存储器区域的p2l映射数据块的示图。

图3是描述通过p2l映射数据和l2p映射数据来确定图2的存储器单元的有效性的方法的示图。

图4是描述根据实施例的用于操作数据存储装置的方法的流程图。

图5是示出根据实施例的固态驱动器(ssd)的框图。

图6是示出包括根据本发明的实施例的数据存储装置的数据处理系统的应用示例的框图。

具体实施方式

在下文中，根据本发明的存储器系统及其操作方法将通过本发明的示例性实施例并参照附图进行描述。然而，本发明可以不同的形式实现，并且不应当被理解为受限于本文所提出的实施例。相反，提供这些实施例详细地描述本发明，以至于本发明所属领域的技术人员能够实施本发明的技术构思。

将理解的是，本发明的实施例不限于附图所示的细节。附图不一定按比例绘制，但在一些情况下，为了清楚地示出本发明的特定特征，可以夸大比例。虽然已经使用了特定术语，但应当理解的是，所使用的术语仅用于描述特定实施例，而不旨在限制本发明的范围。

将进一步理解的是，当一个元件被称为“连接至”或“联接至”另一元件时，它可以直接在其它元件上、连接至或联接至其它元件，或可存在一个或多个中间元件。另外，还将理解的是，当元件被称为在两个元件“之间”时，其可以是这两个元件之间的唯一元件，或者也可存在一个或多个中间元件。

当短语“……和……中的至少一个”在本文中与项目列表一起使用时，表示列表中的单个项目或列表中项目的任何组合。例如，“a、b和c中的至少一个”是指仅是a或仅是b或仅是c，或a、b和c的任何组合。

如本文使用的，单数形式也旨在包括复数形式，除非上下文另有清楚地说明。将进一步理解的是，当在该说明书中使用术语“包括”、“包括有”、“包含”和“包含有”时，它们指定阐述的元件的存在而不排除一个或多个其它元件的存在或增加。如本文使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任何一个和所有组合。

除非另有定义，否则本文所使用的包括技术术语和科学术语的所有术语具有与本发明所属领域中普通技术人员基于本公开通常理解的含义相同的含义。将进一步理解的是，诸如在常用字典中定义的那些术语的术语应当被解释为具有与其在本公开的上下文中和相关技术中的含义一致的含义，并且将不以理想化或过于正式的意义来解释，除非本文中明确地这样定义。

在以下描述中，为了提供本发明的全面理解，阐述了许多具体细节。可以在没有一些或全部这些具体细节的情况下实施本发明。在其它情况下，为了避免不必要地模糊本发明，未详细地描述公知的进程结构和/或进程。

还应注意的是，在一些情况下，对于相关领域的技术人员显而易见的是，除非另有特别说明，否则结合一个实施例描述的也被称为特征的元件可以单独使用或与另一实施例的其它元件结合使用。

在下文中，将参照附图详细描述本发明的各个实施例。

图1是示出根据本公开的实施例的数据存储装置的框图。

参照图1，数据存储装置100可响应于来自主机装置(未示出)的写入请求，存储从主机装置提供的数据。而且，数据存储装置100可响应于来自主机装置的读取请求，将存储的数据提供给主机装置。

数据存储装置100可由个人计算机存储卡国际协会(pcmcia)卡、标准闪存(cf)卡、智能媒体卡、记忆棒、各种多媒体卡(例如，mmc、emmc、rs-mmc和mmc-micro)、各种安全数字卡(例如，sd、迷你-sd和微型-sd)、通用闪存(ufs)、固态驱动器(ssd)等进行配置。

数据存储装置100可包括控制器110和存储介质120。

控制器110可控制数据存储装置100的一般操作。控制器110可响应于从主机装置传输的写入请求而将数据存储在存储介质120中，并且可响应于从主机装置传输的读取请求而读取存储在存储介质120中的数据并将读取的数据输出到主机装置。

控制器110可包括工作存储器111。工作存储器111可存储由控制器110处理的数据。例如，工作存储器111可存储每一个存储器区域mr的有效信息。存储器区域的有效信息可表示存储器区域中包括的有效存储器单元的数量。在写入访问存储器区域mr时，控制器110可管理工作存储器111上的各个存储器区域mr的有效信息。如以下参照图3所述，存储器区域的有效信息可取决于存储器区域中包括的存储器单元的有效性。

当发生突然断电时，数据存储装置100的操作可能被中断并异常地结束。控制器110可在电力恢复之后的启动过程中，执行针对突然断电的恢复操作。例如，通过恢复操作，控制器110可恢复存储在工作存储器111中的各种数据。而且，通过恢复操作，控制器110可禁止使用在突然断电时正被写入访问的存储介质120的存储器单元，或者可对由于突然断电而可能受到损坏的数据进行备份。

当控制器110执行恢复操作时，主机装置可不向数据存储装置100传输操作请求，并且可进行待机。一旦恢复操作完成，控制器110可将恢复完成信号传输至主机装置以允许主机装置传输操作请求。在从控制器110接收到恢复完成信号之后，主机装置可向控制器110传输操作请求，例如写入请求和读取请求等。因此，恢复操作需快速结束。

控制器110可进一步包括有效信息更新电路112。有效信息更新电路112可对存储器区域mr执行有效信息更新操作。有效信息更新电路112可通过有效信息更新操作来生成存储器区域mr中的每一个中包括的有效存储器单元的数量作为有效信息。

进一步地，有效信息更新电路112可恢复存储在工作存储器111中的并且由于突然断电已经丢失的有效信息。

在完成恢复操作并且恢复完成信号被传输到主机装置之后，有效信息更新电路112可执行作为后台操作的有效信息更新操作。后台操作可以是为了提高数据存储装置100的操作性能而在没有主机装置的请求的情况下由控制器110内部执行的操作。

有效信息更新电路112可执行基于主机装置的操作请求而执行的基于请求的操作以及基于优先级的有效信息更新操作。

详细地，有效信息更新操作的优先级可低于基于请求的操作的优先级。在这种情况下，有效信息更新电路112可优先执行基于请求的操作，然后执行有效信息更新操作。如果在执行有效信息更新操作的同时传输了主机装置的操作请求，则有效信息更新电路112可中断有效信息更新操作并执行基于请求的操作。在完成基于请求的操作之后，有效信息更新电路112可恢复所中断的有效信息更新操作。

根据实施例，除了基于请求的操作以外，可能存在具有高于有效信息更新操作的优先级的后台操作。具有更高优先级的后台操作可包括例如垃圾收集操作、损耗均衡操作和回收操作，但实施例不限于此。有效信息更新操作和其它后台操作的优先级可基于控制器110的设置来确定。

总之，当优先级比有效信息更新操作更高的操作未被安排(schedule)时，有效信息更新电路112可执行有效信息更新操作。如果在执行有效信息更新操作的同时安排更高优先级的操作，则有效信息更新电路112可中断有效信息更新操作并执行具有更高优先级的操作。在完成更高优先级的操作之后，有效信息更新电路112可恢复所中断的有效信息更新操作。

有效信息更新电路112可将通过有效信息更新操作恢复的有效信息存储在存储介质120中。

将在下文中详细描述有效信息更新电路112如何恢复有效信息(即，存储器区域mr中的每一个中包括的有效存储器单元的数量)的方法。

控制器110可基于包括在存储介质120中的存储器区域mr的有效信息，选择待执行垃圾收集操作的一个或多个牺牲存储器区域。例如，控制器110可选择包括比预定阈值更少数量的有效存储器单元的存储器区域作为牺牲存储器区域。

进一步地，控制器110可基于存储介质120中包括的存储器区域mr的有效信息来选择不包括有效存储器单元的存储器区域。例如，控制器110可立即擦除并重新使用所选择的可擦除存储器区域。

根据控制器110的控制，存储介质120可存储从控制器110传输的数据，并且可读取存储的数据并将读取的数据传输到控制器110。存储介质120可包括一个或多个非易失性存储器装置。

非易失性存储器装置可包括诸如nand闪存或nor闪存的闪速存储器、铁电随机存取存储器(feram)、相变随机存取存储器(pcram)、磁阻随机存取存储器(mram)、电阻式随机存取存储器(reram)等。

存储介质120可包括存储器区域mr。将参照图2更详细地描述存储器区域mr。

图2是示出存储器区域mr1和存储器区域mr1的物理到逻辑(p2l)映射数据块p2l_mr1的示图。图1的存储器区域mr中的每一个可以与存储器区域mr1基本相同的方式进行配置。

参照图2，存储器区域mr1可以是例如其中非易失性存储器装置执行擦除操作的单个存储块。存储器区域mr1可以是例如分别包括在多个非易失性存储器装置中的存储块。存储器区域mr1可以是例如分别包括在多个非易失性存储器装置中并由控制器110并行写入访问的存储块。

存储器区域mr1可包括多个存储器单元mu11至mu1n。存储器单元mu例如可以是非易失性存储器装置执行读取操作的单元。存储器单元mu例如可以是页面。

而且，存储器单元mu可以是针对读取或编程操作分配物理地址的单元。存储器单元mu11至mu1n可分别被分配有物理地址pa11至pa1n。例如，存储器单元mu11可被分配有物理地址pa11，存储器单元mu12可被分配有物理地址pa12。

p2l映射数据块p2l_mr1可包括存储器区域mr1中包括的各个存储器单元mu11至mu1n的p2l映射数据。

详细地，存储器单元mu11至mu1n中的每一个可对应于其的p2l映射数据。存储器单元mu的p2l映射数据可包括向其编程数据或从其读取数据的存储器单元mu的逻辑地址和对应的物理地址。在存储器单元mu的p2l映射数据中，逻辑地址被映射到存储器单元mu的对应的物理地址。例如，当存储在存储器单元mu11中的数据dt1对应于逻辑地址la1时，存储器单元mu11的p2l映射数据p2l_mu11可包括被映射到物理地址pa11的逻辑地址la1。

控制器110可进一步管理逻辑到物理(l2p)映射数据l2p。l2p映射数据l2p可包括被映射到逻辑地址的物理地址。例如，逻辑地址la1的l2p映射数据l2p_la1可包括被映射到逻辑地址la1的物理地址pa11。逻辑地址la1的l2p映射数据l2p_la1可包括其中存储了与逻辑地址la1相对应的数据dt1的存储器单元mu11的物理地址pa11。

p2l映射数据块p2l_mr1和l2p映射数据l2p可在工作存储器111中进行管理。在响应于主机装置的写入请求将数据存储在存储器区域mr1中的同时，控制器110可生成并更新存储在工作存储器111中的p2l映射数据块p2l_mr1和l2p映射数据l2p。例如，当从主机装置接收到针对具有逻辑地址la1的数据dt1的写入请求时，控制器110可将数据dt1存储在空白的存储器单元mu11中，然后可生成p2l映射数据p2l_mu11和l2p映射数据l2p_la1，其中p2l映射数据p2l_mu11包括映射到存储器单元mu11的物理地址pa11的逻辑地址la1，l2p映射数据l2p_la1包括映射到逻辑地址la1的物理地址pa11。

控制器110可将p2l映射数据块p2l_mr1和l2p映射数据l2p存储在存储介质120中。p2l映射数据块p2l_mr1可存储在存储器区域mr1或另一存储器区域中的指定存储器单元中。

图3是描述通过p2l映射数据p2l_mu11和l2p映射数据l2p_la1来确定图2的存储器单元mu11的有效性的方法的示图。

参照图3，控制器110可通过将p2l映射数据p2l_mu11与l2p映射数据l2p_la1进行比较来确定存储器单元mu11是否有效。此时，参照逻辑地址la1，将l2p映射数据l2p_la1与p2l映射数据p2l_mu11进行比较。如图3的c1所示，在l2p映射数据l2p_la1和p2l映射数据p2l_mu11两者中逻辑地址la1被映射到表示存储器单元mu11的物理地址pa11时，控制器110可确定存储器单元mu11有效。

此后，主机装置可传输写入请求以存储针对逻辑地址la1的更新的数据。在这种情况下，在将更新的数据存储在另一空白存储器单元mu51的同时，控制器110可生成存储器单元mu51的p2l映射数据p2l_mu51，使得逻辑地址la1被映射到表示存储器单元mu51的物理地址pa51。进一步地，如图3的c2所示，控制器110可更新l2p映射数据l2p_la1，使得逻辑地址la1被映射到存储器单元mu51的物理地址pa51。

此后，如图3的c3所示，当控制器110可通过将p2l映射数据p2l_mu11与l2p映射数据l2p_la1进行比较来确定存储器单元mu11是否有效时，由于数据更新和逻辑地址la1的更新(参见图3中的c2)在l2p映射数据l2p_la1中逻辑地址la1未被映射到表示存储器单元mu11的物理地址pa11，而在存储器单元mu11的p2l映射数据p2l_mu11中逻辑地址la1仍被映射到物理地址pa11，因而控制器110可将存储器单元mu11确定为无效。换言之，因为存储器单元mu11在逻辑地址la1更新之前存储数据，所以可确定存储器单元mu11为无效存储器单元。

根据以上参照图3进行的描述，当执行有效信息更新操作时，有效信息更新电路112可确定存储器区域mr1中包括的各个存储器单元mu11至mu1n有效还是无效。为此，有效信息更新电路112可将表示存储介质120存储的存储器区域mr1的p2l映射数据块p2l_mr1和相关l2p映射数据读取到工作存储器111。相关l2p映射数据可以是p2l映射数据块p2l_mr1中包括的一个或多个逻辑地址的各个l2p映射数据。

有效信息更新电路112可对存储器区域中包括的有效存储器单元进行计数。有效存储器单元的计数数量可以是存储器区域的有效信息。

图4是描述根据实施例的用于操作数据存储装置100的方法的流程图。

参照图4，在步骤s110中，当确定已发生突然断电时，控制器110可执行突然断电导致的恢复操作。

在步骤s120中，控制器110可将恢复完成信号传输到主机装置，从而允许主机装置传输操作请求。因此，主机装置可响应于恢复完成信号向控制器110传输操作请求。

在步骤s130中，有效信息更新电路112可根据其优先级来执行基于请求的操作和有效信息更新操作。有效信息更新电路112可生成存储器区域中包括的有效存储器单元的数量作为存储器区域的有效信息。

当有效信息更新操作的优先级低于基于请求的操作的优先级时，有效信息更新电路112可优先执行基于请求的操作，然后可执行有效信息更新操作。如果在执行有效信息更新操作的同时传输了主机装置的操作请求，则有效信息更新电路112可中断有效信息更新操作并执行基于请求的操作。在完成基于请求的操作之后，有效信息更新电路112可恢复所中断的有效信息更新操作。

图5是示出根据实施例的固态驱动器(ssd)1000的框图。

ssd1000可包括控制器1100和存储介质1200。

控制器1100可控制主机装置1500和存储介质1200之间的数据交换。控制器1100可包括经由内部总线1170可操作地联接的处理器1110、ram1120、rom1130、ecc单元1140、主机接口1150和存储介质接口1160。

处理器1110可控制控制器1100的一般操作。根据来自主机装置1500的数据处理请求，处理器1110可将数据存储在存储介质1200中，并且从存储介质1200读取存储的数据。为有效地管理存储介质1200，处理器1110可控制ssd1000的内部操作，例如合并操作、损耗均衡操作等。

ram1120可存储将由处理器1110使用的程序和程序数据。ram1120可在将从主机接口1150传输的数据传送至存储介质1200之前临时存储这些数据，并且可在将从存储介质1200传输的数据传送至主机装置1500之前临时存储这些数据。

rom1130可存储待由处理器1110读取的程序代码。程序代码可包括待由处理器1110处理的、使处理器1110控制控制器1100的内部单元的命令。

ecc单元1140可对待被存储在存储介质1200中的数据进行编码，并可对从存储介质1200读取的数据进行解码。ecc单元1140可根据ecc算法检测并校正数据中存在的错误。

主机接口1150可与主机装置1500交换数据处理请求、数据等。

存储介质接口1160可将控制信号和数据传输至存储介质1200。存储介质接口1160可传输来自存储介质1200的数据。存储介质接口1160可通过多个通道ch0至chn与存储介质1200联接。

存储介质1200可包括多个非易失性存储器装置nvm0至nvmn。多个非易失性存储器装置nvm0至nvmn中的每一个可根据控制器1100的控制来执行写入操作和读取操作。

图6是示出根据本公开的实施例的包括数据存储装置2300的数据处理系统2000的应用示例的框图。具体地，图6的数据存储装置2300可对应于图1的数据存储装置100。

数据处理系统2000可包括计算机、膝上型计算机、上网本、智能电话、数字tv、数码相机、导航仪等。数据处理系统2000可包括主处理器2100、主存储器装置2200、数据存储装置2300和输入/输出装置2400。数据处理系统2000的内部单元可通过系统总线2500交换数据、控制信号等。

主处理器2100可控制数据处理系统2000的一般操作。例如，主处理器2100可以是诸如微处理器的中央处理单元。主处理器2100可执行主存储器装置2200上的操作系统、应用、装置驱动器等的软件。

主存储器装置2200可存储待由主处理器2100使用的程序及程序数据。主存储器装置2200可临时存储待被传输至数据存储装置2300和输入/输出装置2400的数据。

数据存储装置2300可包括控制器2310和存储介质2320。数据存储装置2300、控制器2310和存储介质2320可以基本类似于图1所示的数据存储装置100、控制器110和存储介质120的方式进行配置和操作。

输入/输出装置2400可包括键盘、扫描仪、触摸屏、屏幕监视器、打印机、鼠标等，其能够与用户交换数据，诸如从用户接收用于控制数据处理系统2000的命令或向用户提供处理结果。

根据实施例，数据处理系统2000可通过诸如局域网(lan)、广域网(wan)、无线网等的网络2600与至少一个服务器2700进行通信。数据处理系统2000可包括网络接口(未示出)以访问网络2600。

尽管上面已经描述了各个实施例，但是本领域技术人员将理解，所描述的实施例仅为示例。因此，本文所描述的数据存储装置及其操作方法不应限制为所描述的实施例。