用于固态驱动器中的物理到逻辑映射的方法、设备和系统的制作方法_2

文档序号:9308573阅读:来源:国知局
页212作为压缩的基本单元。根据一个实施例,与F页208和E页210不同,L页212的尺寸是不固定的,并且由于对要存储的数据进行压缩中的可变性,L页212在尺寸上可以不同。由于数据的可压缩性不同,所以例如4KB量的一种类型的数据可以被压缩成2KB的L页,而4KB量的另一种类型的数据可以被压缩成IKB的L页。因此,由于这样的压缩,L页的尺寸可以在一个范围内变化,所述范围由例如24字节的最小压缩尺寸到例如4KB或4KB+的最大解压缩尺寸进行限定。可以实现其他尺寸和范围。如图2所示,L页212不需要与E页210的边界对齐。实际上,L页212可以被配置为具有与F页208和/或E页210边界对齐的起始地址,但也可以被配置为不与F页208或E页210的边界对齐。S卩,L页起始地址所处的位置可以与F页208的起始地址或终止地址相距非零偏移或者与E页210的起始地址或终止地址相距非零偏移,如图2所示。由于L页212在尺寸上是不固定的并且可能小于固定尺寸的E页210,所以多于一个的L页212可以适合在单个E页210中。同样地,由于L页212在尺寸上可能大于E页210,所以L页212可能跨越多于一个E页并且甚至可能跨过F页210的边界,如图2中附图标记217处所示。
[0037]例如,在LBA尺寸是512或512+字节的情况,假定解压缩的L页212可以是4KB到4KB+,则例如最大八个连续的LBA可以被紧缩为4KB的L页212。根据一个实施例,应当注意的是,L页212的确切逻辑尺寸不重要,这是因为在压缩之后物理尺寸的范围可以从最小尺寸若干字节跨越到完整尺寸上千字节。例如,对于4TB的SSD设备,可以使用30位地址来对每一个L页212进行编址以覆盖可能潜在地呈现在这样的SSD中的大量的L页。
[0038]图3示出了根据一个实施例的逻辑到物理地址转换映射以及其示例性条目。由于主机数据在L页212中由主机引用,并且由于数据存储设备将L页212存储在一个或多个邻接的E页210中,所以需要逻辑到物理地址转换映射以使控制器202能够将L页212的L页号与一个或多个E页210相关联。这样的逻辑到物理地址转换映射在图3中302处示出,并且在一个实施例中,逻辑到物理地址转换映射是每L页212具有一个条目的线性阵列。这样的逻辑到物理地址转换映射302可以存储在诸如DRAM或SRAM等的易失性存储器中。图3还示出了用于四个不同的L页212的逻辑到物理地址转换映射中的条目,其中,图3中的L页212与被指示为L页1、L页2、L页3和L页4的L页号相关联。根据一个实施例,存储在数据存储设备中的每一个L页可以由逻辑到物理地址转换映射302中的单个并且唯一的条目所指向。因此,在以此产生的示例中,示出了四个条目。如302处所示,映射302中的每一个条目可以包括L页号,所述L页号可以包括物理页(例如,E页)的标识,所述L页号包含被引用的L页的起始地址、在物理页(例如,E页)内对起始地址的偏移和L页的长。另外,多个ECC位可以针对映射条目来提供错误纠正功能。例如,以及如图3所示,并且假设E页尺寸为2KB,L页I可以在逻辑到物理地址转换映射302中被引用如下:E页1003、偏移800、长1624,紧接着是预定数量的ECC位(未示出)。S卩,在物理地址项中,L页I的起始是在E页1003内(不与E页1003对齐),并且所处的位置与E页1003的起始物理位置相距等于800字节的偏移。而且,压缩的L页I扩展1624字节,从而跨过E页边界到达E页1004。因此,E页1003和E页1004每一个都存储了由L页号L页I所指示的L页212的一部分。类似地,由L页号L页2所引用的压缩的L页全部存储在E页1004内,并且在其中的偏移为400字节处起始,并仅在E页1004内扩展696字节。与L页号L页3相关联的压缩的L页起始于E页1004内偏移1120字节处(距离L页2的边界正好24字节),并且扩展4096字节越过E页1005并到达E页1006内。因此,与L页号L页3相关联的L页跨越E页1004的一部分、E页1005的全部以及E页1006的一部分。最后,与L页号L页4相关联的L页开始于E页1006内的偏移1144字节处,并且扩展3128字节以完全跨越E页1007、跨过F页边界到达E页1008的下一个F页中。
[0039]共同地,组成了逻辑到物理地址转换映射302的每个条目的这些构成标识字段(E页、偏移、长度和ECC)中的每一个在尺寸上可以是诸如8字节。S卩,对于示例性4TB的驱动器,E页的地址在尺寸上可以是32位,偏移在尺寸上可以是12位(对于E页数据部分多达4KB),长度在尺寸上可以是10位,并且可以提供ECC字段。其他组织结构和位宽是可能的。每当写入或改变L页时,可以创建这样的8字节条目,使得控制器202能够跟踪在闪速存储装置内写入到L页的主机数据。在逻辑到物理地址转换映射中的所述8字节条目可以由L页号LPN来进行索引。换言之,根据一个实施例,L页号充当逻辑到物理地址转换映射302的索引。应当注意的是,在4KB扇区尺寸的情况下,LBA与LPN相同。因此,LPN可以构成易失性存储器内的条目的地址。当控制器202从主机218接收到读取命令时,LPN可以从所供应的LBA中得到并且用于对逻辑到物理地址转换映射302进行索引以提取闪速存储器中要被读取的数据的位置。当控制器202从主机接收到写命令时,LPN可以利用LBA进行构建并且可以对逻辑到物理地址转换映射302进行修改。例如,可以在其中创建新的条目。取决于存储逻辑到物理地址转换映射302的易失性存储器的尺寸,LPN可以存储在单个条目中或被拆分为:例如,第一条目,其标识包含正讨论的L页的起始地址的E页(加ECC位);以及第二条目,其标识偏移和长度(加ECC位)。因此,根据一个实施例,这两个条目可以一起与闪速存储器内的单个L页相对应并且指向闪速存储器内的单个L页。在其他实施例中,逻辑到物理地址转换映射条目的特定格式可以与以上所示示例不同。
[0040]S日志与S日志映射
[0041]由于逻辑到物理地址转换映射302可以存储在易失性存储器中,所以可能需要在启动或在对易失性存储器的任何其他电力损失时对逻辑到物理地址转换映射302进行重建。因此,这需要将一些机制和信息存储在非易失性存储器中,所述机制和信息将使得控制器202能够在启动之后或断电事件之后“知道”L页存储在非易失性存储器的何处之前重构逻辑到物理地址转换映射302。根据一个实施例,将这样的机制和信息体现在可以称为系统日志或S日志的结构中。根据一个实施例,控制器202可以被配置为在多个非易失性存储器设备(例如,在一个或多个管芯、通道或平面的块206的一个或多个中)中,保持限定了物理到逻辑地址对应性的多个S日志。根据一个实施例,每一个S日志覆盖预定范围的物理页(例如,E页)。根据一个实施例,每一个S日志可以包括多个日志条目,其中每一个条目被配置为将一个或多个物理页(例如,E页)关联到每一个L页的L页号。根据一个实施例,每当控制器202重启时或无论何时逻辑到物理地址转换映射302被部分地或全部地重建时,控制器202读取S日志,并且根据从S日志条目读取的信息来重建逻辑到物理地址转换映射302。
[0042]图4示出了根据一个实施例的用于更新逻辑到物理地址转换映射以及用于创建S日志条目的方法的方面。如其中所示,为了保证使逻辑到物理地址转换映射302被保持为最新,无论何时L页被写入或另外被更新,如框B41所示,逻辑到物理地址转换映射302可以被更新,如B42所示。如B43所示,还可以创建S日志条目,所述S日志条目在其中存储指向更新的L页的位置的信息。以这种方式,当新的写发生时(例如,当主机向非易失性存储器发出写时、当垃圾收集/耗损均衡发生时等),逻辑到物理地址转换映射302和S日志二者都被更新。因此,用于保持地址转换数据的电力安全拷贝的向非易失性存储器设备的写操作可以被配置为由新创建的日志条目(其在尺寸上可能只有若干字节)所触发,而不是重新保存逻辑到物理地址转换映射的全部或一部分,这使得写放大(WA)被减小。对S日志的更新保证了控制器202能够访问新更新的L页,并且保证了逻辑到物理地址转换映射302可以在重启或影响逻辑到物理地址转换映射存储于其上的易失性存储器的其他擦除信息的电力事件之后被重建。此外,除了其在重建逻辑到物理地址转换映射302中的应用之外,S日志在使垃圾收集(GC)能够高效中是有用的。实际上,S日志可以包含对所有L页号的最新更新,并且还可以包含陈旧条目、不指向有效L页的条目。
[0043]根据一个实施例,S日志可以是写到非易失性存储器的主要的闪速管理数据。S日志可以包含给定S块的映射信息,并且可以包含给定S块的物理到逻辑(P2L)信息。图5是示出了根据一个实施例的S日志的方面的框图。如其中所示,每一个S日志502覆盖非易失性存储器的预定的物理区域,例如,如506处所示的使用5位可编址的32个E页。每一个S日志502可以由S日志号进行标识,S日志号可以是标头504的部分,标头504可以包括与S日志有关的其他信息。S日志号可以包括由S日志所覆盖的第一物理页的地址的一部分。例如,S日志502的S日志号可以包括:例如,由所述S日志502所覆盖的第一 E页地址的27个最高有效位(MSb)。
[0044]图6示出了根据一个实施例的S日志502的一个条目602的示例性组织结构。S日志502的每一个条目602可以指向一个L页的起始地址,该L页的起始地址在物理上定址在E页中。每一个条目602可以包括例如包含起始L页的E页的地址的多个(例如,5)最低有效位(LSb)。通过将所述5个LSb与标头504中的S日志号的27个MSb连接来获得全E页地址。另外,条目602可以包括L页号、其在所标识的E页内的偏移和其尺寸。例如,S日志的每一个条目602可以包括由该S日志条目所覆盖的第一 E页的地址的5个LSb、30位的L页号、9位的E页偏移和10位的L页尺寸,合计达总尺寸约7字节。在其他实施例中,可以使用各种其他内部日志条目格式。
[0045]根据一个实施例,由于压缩中的可变性或存储在L页中的数据的主机配置,可以将可变数量的L页存储在物理区域(例如,等于32个E页的物理区域)中,如506处所示。由于压缩的使用和随之产生的L页的尺寸上的可变性,S日志可以包括可变数量的条目。例如,根据一个实施例,在最大压缩的情况下,L页在尺寸上可以是24字节,并且S日志可以包括超过2500个条目,其引用相等数量的L页,每S日志条目602 —个L页。
[0046]如上所述,S日志可以被配置为包含给定S块的映射信息。更精确地,根据一个实施例,S日志包含针对给定S块内的预定范围的E页的映射信息。图7是根据一个实施例的S块的框图。如其中所示,S块702可以包括每管芯一个闪速块(F块)704(也如图2中的206处所示)。因此,可以把S块看作F块的集合,每管芯一个F块,所述F块被组合在一起以形成闪速管理系统的单元。根据一个实施例,分配、擦除和GC可以在S块级管理。如图7所示,每一个F块704可以包括多个闪速页(F页),例如,256或512个F页。根据一个实施例,F页可以是用于给定的非易失性存储器设备的编程的最小单元的尺寸。图8示出了根据一个实施例的超页(S页)。如其中所示,S页802可以包括每S块
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