本发明有关于数据储存装置
背景技术：
数据储存装置所采用的非挥发式存储器(non-volatilememory，简称nvm)有多种形式─例如，快闪存储器(flashmemory)、磁阻式随机存取存储器(magnetoresistiveram)、铁电随机存取存储器(ferroelectricram)、电阻式存储器(resistiveram，rram)、自旋转移力矩随机存取存储器(spintransfertorque-ram，stt-ram)…等，用于长时间数据保存。
如何提高数据储存装置的运作效能为本技术领域一项重要课题。
技术实现要素：
根据本发明一种实施方式提供的一数据储存装置包括一第一非挥发式存储器以及采用两阶层架构的一控制单元。所述两阶层架构的控制单元具有一指令处理器与一主机沟通，且具有一第一非挥发式存储器控制器操作该第一非挥发式存储器。该第一非挥发式存储器控制器早于该指令处理器执行所对应的只读程序码映像档，以自该第一非挥发式存储器取得该指令处理器之固件映像档给该指令处理器。
根据本发明一种实施方式提供的一数据储存装置操作方法包括：以一指令处理器与一主机沟通，且以一第一非挥发式存储器控制器操作一第一非挥发式存储器；以及令该第一非挥发式存储器控制器早于该指令处理器执行所对应的只读程序码映像档，以自该第一非挥发式存储器取得该指令处理器之固件映像档给该指令处理器。
本发明技术使得不同处理器(指令处理器以及第一非挥发式存储器控制器)的固件映像档得以集中于单一非挥发式存储器，便于管理。
根据本发明另一种实施方式所实现的一种数据储存装置包括一非挥发式存储器、一指令处理器以及一非挥发式存储器控制器。该指令处理器可与一主机沟通。该非挥发式存储器控制器可依据该指令处理器的一指令而操作该非挥发式存储器。该指令处理器不执行一只读程序码映像档，仅执行该非挥发式存储器控制器所提供的一固件映像档。
根据本发明另一种实施方式所实现的一种数据储存装置包括一非挥发式存储器、一指令处理器以及一非挥发式存储器控制器。该指令处理器可与一主机沟通。该非挥发式存储器控制器可依据该指令处理器的一指令而操作该非挥发式存储器。在未收到该指令时，该非挥发式存储器控制器自动地提供该非挥发式存储器所储存的一固件映像档至该指令处理器。
根据本发明另一种实施方式所实现的一种数据储存装置包括一非挥发式存储器、一指令处理器以及一非挥发式存储器控制器。该指令处理器可与一主机沟通。该非挥发式存储器控制器可依据该指令处理器的一指令而操作该非挥发式存储器。该非挥发式存储器控制器执行一只读程序码映像档后，自该非挥发式存储器取得一固件映像档，并提供该固件映像档至该指令处理器。
下文特举实施例，并配合附图，详细说明本发明内容。
附图说明
图1图解根据本发明一种实施方式所实现的一数据储存装置；
图2为流程图，图解以上技术内容如何设计于开机程序中；
图3a～3c为时序图，详述图2流程的一种实施方式；
图4为流程图，图解图2步骤s206无法成功载入开机映像档bootisp时的另外一种应对方案；且
图5为时序图，对应图4流程，描述开机映像档bootisp无法载入的一种解决方案，同样接续图3a。
符号说明
102～控制单元；
104～主机；
106～总线介面；
108～指令协议控制器；
302～只读程序码载入器；
be～后端；
bep1、bep2～非挥发式存储器控制器；
be1、be2～后端子区；
be1tcm、be2tcm～紧密耦合存储器；
bootisp～开机映像档；
cmdp～指令处理器；
fe～前端；
fe_tcm～紧密耦合存储器；
isp1、isp2、ispc～固件映像档；
nvm1、nvm2～非挥发式存储器；
s202…s216、s404…s416～步骤；
vm1、vm2～挥发式存储器；以及
vmcon1、vmcon2～挥发式存储器控制器。
具体实施方式
以下叙述列举本发明的多种实施例。以下叙述介绍本发明的基本概念，且并非意图限制本发明内容。实际发明范围应依照申请专利范围界定。
数据储存装置所采用的非挥发式存储器(non-volatilememory，简称nvm)有多种形式─例如，快闪存储器(flashmemory)、磁阻式随机存取存储器(magnetoresistiveram)、铁电随机存取存储器(ferroelectricram)、电阻式存储器(resistiveram，rram)、自旋转移力矩随机存取存储器(spintransfertorque-ram，stt-ram)…等，用于长时间数据保存。为了提升主机与数据储存装置之间的数据吞吐量(throughput)，本发明以两阶层架构实现数据储存装置之控制单元。
图1图解根据本发明一种实施方式所实现的一数据储存装置，包括一控制单元102以及非挥发式存储器nvm1与nvm2。图中实施例还包括非挥发式存储器nvm1与nvm2的运作所需的数据暂存空间，例如：挥发式存储器(volatilememory，简称vm)vm1以及vm2。挥发式存储器vm1以及vm2可以是内建或外接于控制单元102。控制单元102分为前端(frontend)fe以及后端(backend)be。前端fe负责数据储存装置与一主机104的沟通。后端be负责控制非挥发式存储器nvm1与nvm2的运作。如此两阶层架构使得主机104以及数据储存装置之间的数据通讯被专责进行(前端fe)，主机与数据储存装置之间的数据吞吐量(throughput)因而显著提升，更可降低前端fe以及后端be除错的复杂度。
如图所示，主机104透过总线介面106连结本发明数据储存装置。经指令协议控制器108，主机104下达的指令将由指令处理器(commandprocessor)cmdp排程，再交由后端be处理。在一种实施方式中，总线介面106为pcie介面。指令协议控制器108较佳支援nvme指令协议(protocol)，亦可支援ata(advancedtechnologyattachment，先进技术附件)、pata(parallelata)、sata(serialata)，scsi(smallcomputersysteminterface，小型电脑系统介面scsi)等。
在数据储存装置中非挥发式存储器nvm1以及nvm2的储存空间为相同或等比例。图示实施例中数据储存装置除了具有对应nvm1以及nvm2数量的挥发式存储器vm1以及vm2、非挥发式存储器控制器bep1以及bep2、与挥发式存储器控制器vmcon1以及vmcon2。前端fe所输出的读写指令可传送至后端be，并交由后端be的元件处理。如图所示，基于接收到的指令，非挥发式存储器控制器(bep1/bep2)以挥发式存储器控制器(vmcon1/vmcon2)操作挥发式存储器(vm1/vm2)来暂存非挥发式存储器控制器(bep1/bep2)所收到的指令，并于适当的时间点对非挥发式存储器(nvm1/nvm2)执行读/写的操作以完成指令的执行。图中实施例以两个非挥发式存储器nvm1以及nvm2佐证高数据吞吐量之可行。其他实施方式可以更多数量的非挥发式存储器实作。或者，单一的大尺寸非挥发式存储器也是可能实施方式。在一种实施方式中，非挥发式存储器nvm1以及nvm2为快闪存储器。挥发式存储器vm1以及vm2可为动态随机存取存储器(dram)。
本发明双阶层的控制单元具备多处理器(包括指令处理器cmdp以及非挥发式存储器控制器bep1与bep2)，处理器之间可采多处理器间沟通机制，例如：邮箱(mailbox)机制，以协调多处理器之间的运作。在本发明中，除了非挥发式存储器控制器bep1以及bep2各自包括邮箱外，指令处理器cmdp也具有邮箱机制，使的非挥发式存储器控制器bep1以及bep2与指令处理器cmdp的运作得以配合且协调。
考量多处理器(包括指令处理器cmdp以及非挥发式存储器控制器bep1与bep2)之间固件版本同步，本发明较佳以非挥发式存储器nvm1储存各处理器的固件映像档(fwimages)，并由非挥发式存储器控制器bep1先于指令处理器cmdp以及非挥发式存储器控制器bep2进行开机/初始化，并将非挥发式存储器nvm1上储存的固件映像档读出、并正确传递。
如图1所示，非挥发式存储器nvm1储存有开机映像档bootisp、非挥发式存储器控制器bep1的固件映像档isp1、非挥发式存储器控制器bep2的固件映像档isp2、以及指令处理器cmdp的固件映像档ispc。开机映像档bootisp可位于非挥发式存储器nvm1的其中一个指定的区块，较佳为起始区块(即位址值最小的区块)。经载入且执行该开机映像档bootisp，非挥发式存储器控制器bep1正确自非挥发式存储器nvm1读出固件映像档isp1、isp2以及ispc。非挥发式存储器控制器bep1除了将固件映像档isp1留予自己运作外，会将固件映像档isp2以及ispc分别传输给非挥发式存储器控制器bep2以及指令处理器cmdp，使非挥发式存储器控制器bep2以及指令处理器cmdp得以运作。在一种实施方式中，非挥发式存储器nvm1以及nvm2为完全相同的物理架构，故非挥发式存储器nvm1中仅储存一个通用的固件映像档，而非附图不同的固件映像档isp1以及isp2。
图2为流程图，图解以上技术内容如何设计于开机程序中。每一处理器(包括指令处理器cmdp以及非挥发式存储器控制器bep1与bep2)各自可有一内建或外接的数据暂存空间，用于暂存要执行的指令。所述数据暂存空间可由一静态随机存取存储器(sram)提供，或更实现成紧密耦合存储器(tightlycoupledmemory，简称tcm)。数据储存装置开机时，步骤s202将各处理器(包括指令处理器cmdp与非挥发式存储器控制器bep1以及bep2)所对应的只读程序码映像档(romimages)载入。此时存储器控制器bep1乃运作于只读程序码模式(rommode)。载入只读程序码映像档较佳由系统启动加载器(bootloader，或称romloader)所执行，载入包括正确性确认(integritycheck)、解压缩等步骤。仅非挥发式存储器控制器bep1执行所载入的只读程序码映像档(步骤s204)。步骤s202可还包括中止(halt)指令处理器cmdp及非挥发式存储器控制器bep2的运作，以达到步骤s204的目的。只读程序码映像档包含对应处理器的基本运作所需的程序。经执行所载入的只读程序码映像档后，非挥发式存储器控制器bep1尝试自非挥发式存储器nvm1载入开机映像档bootisp(步骤s206)。开机映像档bootisp若成功载入，即由非挥发式存储器控制器bep1执行(步骤s208)。于步骤s210，非挥发式存储器控制器bep1载入固件映像档isp1，且将固件映像档isp2以及ispc分别载入非挥发式存储器控制器bep2以及指令处理器cmdp之指令码储存空间。之后bep1放开bep2和cmdp的中止运作状态。步骤s212，各处理器执行各自所载入的固件映像档─非挥发式存储器控制器bep1执行固件映像档isp1、非挥发式存储器控制器bep2执行固件映像档isp2、且指令处理器cmdp执行固件映像档ispc。整理之，非挥发式存储器控制器bep1是由只读程序码模式(rommode)进入操作模式(operationmode)，指令处理器cmdp及非挥发式存储器控制器bep2则是脱离中止(halt)状态后进入操作模式(operationmode)。数据储存装置因此正常开机。
倘若步骤s206无法成功载入开机映像档bootisp─如，尚未开卡故在非挥发式存储器nvm1搜寻不到开机映像档bootisp─流程进行步骤s214。bep1放开bep2和cmdp的中止运作状态，各处理器执行步骤s202所载入的只读程序码映像档(romimages)，以进行基本运作，由主机104端将开机映像档bootisp以及固件映像档isp1、isp2以及ispc载入非挥发式存储器nvm1。如此一来，非挥发式存储器nvm1内的映像档已备妥，步骤s216重置该数据储存装置后即可重复步骤s202～s212而完成开机程序。
图3a～3c为时序图，详述图2流程的一种实施方式。前端fe包括指令处理器cmdp并特别将其数据暂存空间标号为fe_tcm。后端be包括控制非挥发式存储器nvm1的非挥发式存储器控制器bep1以及控制非挥发式存储器nvm2的非挥发式存储器控制器bep2。非挥发式存储器控制器bep1以及非挥发式存储器控制器bep2可分别还使用紧密耦合存储器标号be1tcm以及be2tcm(或其他实施方式是各别提供dram)暂存数据或指令。为了方便说明，对应nvm1的后端be部份标号be1。对应nvm2的后端be部份标号be2。
图3a实施例以硬件实现的只读程序码载入器(romloader)302实现图2步骤s202─将非挥发式存储器控制器bep1的只读程序码映像档载入其紧密耦合存储器be1tcm，将指令处理器cmdp的只读程序码映像档载入其紧密耦合存储器fe_tcm，且将非挥发式存储器控制器bep2的只读程序码映像档载入其紧密耦合存储器be2tcm。只读程序码载入器302可为分开实现于各处理器(包括cmdp、bep1与bep2)的硬件。数据储存装置于开机时，只读程序码载入器302即运作，至一只读存储器(rom)将该些只读程序码映像档载入对应的处理器的紧密耦合存储器。为了使非挥发式存储器控制器bep1早于指令处理器cmdp以及非挥发式存储器控制器bep2开机，本发明预设暂停或锁住该些处理器bep1、cmdp与bep2，且只读程序码映像档载入后，仅非挥发式存储器控制器bep1被解开。非挥发式存储器控制器bep1解开后即执行(s204)只读程序码映像档开机(rom码开机)，以访问非挥发式存储器nvm1，尝试载入开机映像档bootisp。图3b接续图3a，在成功将开机映像档bootisp载入紧密耦合存储器be1tcm后，非挥发式存储器控制器bep1执行开机映像档bootisp(s208)，以访问非挥发式存储器nvm1，取得固件映像档isp1、isp2以及ispc。非挥发式存储器控制器bep1除了将固件映像档isp1载入紧密耦合存储器be1tcm，更将固件映像档ispc载入紧密耦合存储器fe_tcm、且更将固件映像档isp2载入紧密耦合存储器be2tcm。非挥发式存储器控制器bep1接着解开指令处理器cmdp以及非挥发式存储器控制器bep2。随后，各处理器(bep1、bep2与cmdp)执行各自所载入的固件映像档(isp1、isp2与ispc)，开始正常运作。指令处理器cmdp更启动总线介面106和指令协议控制器108，使数据储存装置与主机104通讯。开机程序因此完成。
图3c对应步骤s214，描述开机映像档bootisp无法载入的状况，同样接续图3a。开机映像档bootisp不存在时，非挥发式存储器控制器bep1解开指令处理器cmdp以及非挥发式存储器控制器bep2。指令处理器cmdp以及非挥发式存储器控制器bep2分别执行已载入的只读程序码映像档，进行rom码开机。指令处理器cmdp还启动总线介面106和指令协议控制器108，使数据储存装置与主机104通讯。主机104端因而得以将开机映像档bootisp以及固件映像档isp1、isp2以及ispc载入非挥发式存储器nvm1。如此一来，数据储存装置重置、再次进行图3a流程后，会依照图3b流程完成开机程序。
在一种实施方式中，非挥发式存储器nvm2会有开机映像档bootisp以及固件映像档isp1、isp2以及ispc的备份。当非挥发式存储器控制器bep1主导的开机程序失败时，可由bep1切换模式，改由非挥发式存储器控制器bep2尝试以同样概念开机。
图4为流程图，图解图2步骤s206无法成功载入开机映像档bootisp时的另外一种应对方案。步骤s404令非挥发式存储器控制器bep2执行所载入的只读程序码映像档，以尝试(步骤s406)自非挥发式存储器nvm2载入开机映像档bootisp。开机映像档bootisp若成功载入，即由非挥发式存储器控制器bep2执行(步骤s408)。于步骤s410，非挥发式存储器控制器bep2载入固件映像档isp2，且将固件映像档isp1以及ispc分别载入非挥发式存储器控制器bep1以及指令处理器cmdp。步骤s412，各处理器执行各自所载入的固件映像档─非挥发式存储器控制器bep1执行固件映像档isp1、非挥发式存储器控制器bep2执行固件映像档isp2、且指令处理器cmdp执行固件映像档ispc。数据储存装置因此正常开机。
倘若步骤s406还是无法成功载入开机映像档bootisp─如，尚未开卡故在非挥发式存储器nvm2搜寻不到开机映像档bootisp─流程进行步骤s414。各处理器执行早已载入的只读程序码映像档(romimages)，以进行基本运作，由主机104端将开机映像档bootisp以及固件映像档isp1、isp2以及ispc载入非挥发式存储器nvm1(甚至还备份至非挥发式存储器nvm2)。步骤s416则重置该数据储存装置，使根据图2步骤s202～s212完成开机程序。
图5为时序图，对应图4流程，描述开机映像档bootisp无法载入的一种解决方案，同样接续图3a。开机映像档bootisp不存在时，非挥发式存储器控制器bep1解开非挥发式存储器控制器bep2，使之执行(s404)只读程序码映像档开机(rom码开机)，以访问非挥发式存储器nvm2，尝试载入开机映像档bootisp。在成功将开机映像档bootisp载入紧密耦合存储器be2tcm后，非挥发式存储器控制器bep2执行开机映像档bootisp(s408)，以再次访问非挥发式存储器nvm2，还取得固件映像档isp1、isp2以及ispc。非挥发式存储器控制器bep2除了将固件映像档isp2载入紧密耦合存储器be2tcm，还将固件映像档ispc载入紧密耦合存储器fe_tcm、且将固件映像档isp1载入紧密耦合存储器be1tcm。非挥发式存储器控制器bep2接着解开指令处理器cmdp。随后，各处理器(bep1、bep2与cmdp)执行各自所载入的固件映像档(isp1、isp2与ispc)，开始正常运作。指令处理器cmdp更启动总线介面106和指令协议控制器108，使数据储存装置与主机104通讯。开机程序因此完成。
综上所述，本发明所述的开机方式即适合于两阶层(包括前端fe与后端be)控制单元设计，甚至极方便实施多非挥发是存储器控制器(包括bep1以及bep2)架构。固件映像档因为是储存于非挥发式存储器上，故可节省eeprom或rom空间。集中以一非挥发式存储器储存的固件映像档使得固件版本管理方便且正确性高。以快闪存储器(flash)为例，固件映像档较佳以单阶储存单元(slc)或操作于slc模式的mlc或tlc中储存，以提高可靠度。开机程序由单一处理器(bep1)主导，较为单纯，且无须与主机104沟通即可实现。
其他采用上述概念完分段式垃圾回收的技术都属于本发明所欲保护的范围。基于以上技术内容，本发明更涉及数据储存装置操作方法。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉本技术领域者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当由权利要求书界定为准。