NAND Flash存储系统保存期间数据分步加重方法
【技术领域】
[0001]本发明属于数据存储技术领域，尤其涉及一种NAND Flash存储系统保存期间数据分步加重方法。
【背景技术】
[0002]NAND FLASH存储器得益于其高吞吐、低耗电、耐震、稳定性高、耐低温、发热量小、工作噪音低等众多优势，在手机、数码相机、U盘、MP3，平板电脑、个人电脑、高性能计算机、军工产业等领域拥有广阔的市场前景。
[0003]为满足市场对NAND Flash存储器容量日益增长的迫切需求，NAND FLASH存储器呈现出工艺尺寸不断缩小以及MLC (Mult1-Level Cell，多电平存储单元)技术广泛运用两大发展趋势。然而在有效提升存储容量，降低单位比特数据存储成本的同时，NAND FLASH同样面临愈发严重的可靠性问题。
[0004]在构造方面，NAND FLASH存储器是基于浮栅电荷存储实现数据的保存，如图1 (a)所示。然而，在数据保存期间，NAND Flash存储器的浮栅电荷泄漏导致浮栅电荷数量减少，如图1(b)所示，浮栅电荷的丢失将会导致数据错误产生，如图1(c)所示，浮栅电荷损失不断积累，导致数据保持错误。随着NAND FLASH工艺尺寸不断缩小，NAND Flash存储器的存储单元浮栅结构的几何尺寸不断缩小，导致浮栅电荷存储数量的降低，与此同时，MLC技术的运用使得数据对浮栅电荷数量的变化更加敏感，从而导致数据保持误码率的迅速增加。
[0005]NAND FLASH存储器浮栅电荷的丢失速率与其存储单元所经受的编程/擦除次数有密切关联。在对NAND Flash存储器单元进行编程/擦除操作过程中，施加于存储单元隧穿氧化层上的强电场将会诱发氧化层缺陷的产生，从而造成隧穿氧化层绝缘性能下降，从而使浮栅电荷的逃逸几率增加。在NAND Flash存储器的高磨损区域，存储单元隧穿氧化层缺陷不断积累，使数据保存期间浮栅电荷数量迅速下降，从而引发严重的数据保持错误。
[0006]随着NAND Flash存储器工艺尺寸不断缩小以及MLC技术的广泛运用，高磨损区域中过高的数据保持错误率已经成为制约NAND FLASH数据可靠性的关键因素。如图2所示为一款典型的商用MLC NAND FLASH存储器的数据保持误码率与存储单元编程/擦除次数以及数据存储时间的变化趋势的曲线示意图。在数据保存期间，NAND Flash存储器数据保持错误随存储单元编程/擦除次数以及数据的存储时间的增加而迅速升高，而存储单元的磨损程度对数据保持错误率具有显著影响。如图2所示，在经历4年的数据保存时间后，经历过6000次编程/擦除的NAND Flash存储器，其数据保持错误率是经历3000次编程/擦除情况下的7倍。高磨损区域中过高的数据保持错误率已经成为制约NAND FLASH数据可靠性的关键因素。
[0007]在实际系统应用中，根据不同的应用场合以及数据类型，数据的可靠保持时间需求有很大差异。其中，对于电影、音乐、归档文件、备份文件等数据类型，在系统创建后，往往很长时间并不对其进行更改与刷新操作，同时系统要求在很长的时期内实现该类数据的可靠保存。由于保持时间需求较长，在数据的存储过程中，该类数据的可靠性问题成为NANDFlash存储器所面临的重要挑战之一。
【发明内容】
[0008]本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明需要提出一种NAND Flash存储系统保存期间数据分步加重方法，该方法可以减少数据保持错误率，提升数据存储可靠性。
[0009]为了解决上述问题，本发明实施例提出一种NAND Flash存储系统保存期间数据分步加重方法，该方法包括以下步骤:在NAND Flash存储器写入数据之后，判断写入数据所在数据块是否被写满，以及判断所述数据块是否属于高磨损块；如果所述数据块被写满且属于高磨损块，则对所述数据块进行标记，并记录数据更新时间；在数据保存期间，查询被标记的数据块上一次数据加重操作的实施时间，并判断所述实施时间是否达到预设时间间隔；以及如果所述实施时间达到所述预设时间间隔，则对所述被标记的数据块进行数据加重，并更新数据加重操作实施时间。
[0010]根据本发明实施例的NAND Flash存储系统保存期间数据分步加重方法，通过在数据写入之后标记高磨损块，在数据保存期间，当被标记数据块的加重操作实施时间达到预设间隔时间时，对该标记数据块进行分步加重处理，可以减少存储单元数据保持期间由于浮栅电荷泄漏数据的积累而引发的数据保持错误率，有效提升NAND Flash存储器数据存储的可靠性。
[0011]其中，可以通过以下方式判断所述数据块是否属于高磨损块:通过对所述数据块所经历的编程/擦写次数计数判断；或者，向所述数据块写入已知数据，通过对数据错误率的测定判断；或者，在经历已知保持时间之后，通过对所述数据块的数据错误率的测定判断。
[0012]其中，通过以下任意一种方法对所述被标记的数据块进行数据加重:通过读取-重写的方法对所述被标记的数据块进行数据加重；通过数据页刷新的方法对所述被标记的数据块进行数据加重；通过字线编程串扰的方法对所述被标记的数据块进行数据加重；通过读串扰的方法对所述被标记的数据块进行数据加重。
[0013]具体地，其中，所述NAND Flash存储器为MLC NAND Flash存储器，通过读取-重写的方法对所述被标记的数据块进行数据加重，具体包括:S10，读取所述被标记的数据块中的所有LSB(Least Significant Bit，LSB，最低有效比特)页数据；S11，将所述LSB页数据回写至所述被标记的数据块中相对应的LSB数据页中，其中，在所述LSB页数据回写时，诱发所述NAND FLASH存储器的浮栅电荷注入以实现浮栅电荷预补偿，降低保存期间数据对存储单元浮栅电荷损失的敏感性，从而实现高磨损区域数据预加重；以及重复步骤S10-S11，直至达到第一预设次数。
[0014]其中，所述NAND Flash存储器为SLC (Single-Level Cell,单电平存储单元)NAND Flash存储器，通过读取-重写的方法对所述被标记的数据块进行数据加重，具体包括:S12，读取所述被标记的数据块中的所有的页数据；S13，将所述页数据回写至所述被标记的数据块中相对应的数据页中，其中，在所述页数据回写时，诱发所述NAND FLASH存储器的浮栅电荷注入以实现浮栅电荷预补偿，降低保存期间数据对存储单元浮栅电荷损失的敏感性，从而实现高磨损区域数据预加重；以及重复步骤S12-S13，直至达到第二预设次数。
[0015]具体地，其中，所述NAND Flash存储器为MLC NAND Flash存储器，通过数据页刷新的方法对所述被标记的数据块进行数据加重，其中，对于多电平存储单元的NAND Flash存储器，具体包括:读取所述被标记的数据块中的所有LSB页数据；对所述LSB页数据进行ECC (Error Correcting Code，错误检查和纠正码)解码；如果ECC解码成功，将所述LSB页数据回写至所述被标记的数据块中相对应的LSB数据页中，且重复回写操作，直至回写次数达到第三预设次数。
[0016]其中，其中，所述NAND Flash存储器为SLC NAND Flash存储器，通过数据页刷新的方法对所述被标记的数据块进行数据加重，具体包括:读取所述被标记的数据块中的所有页数据；对所述页数据进行ECC解码；如果ECC解码成功，将所述页数据回写至所述被标记的数据块中相对应的数据页中，且重复回写操作，直至回写次数达到第四预设次数。
[0017]具体地，其中，所述NAND Flash存储器为MLC NAND Flash存储器，通过字线编程串扰的方法对所述被标记的数据块进行数据加重，其中，对于多电平存储单元的NAND Flash存储器，具体包括:对所述被标记的数据块中的所有LSB数据页依次写入全‘1’数据，其中，在所述LSB页操作时，诱发所述NAND FLASH存储器的浮栅电荷注入以实现浮栅电荷预补偿，降低保存期间数据对存储单元浮栅电荷损失的敏感性，从而实现高磨损区域数据预加重；以及，重复写入操作，直至写入次数达到第五预设次数。
[0018]其中，其中，所述NAND Flash存储器为SLC NAND Flash存储器，通过字线编程串扰的方法对所述被标记的数据块进行数据加重，具体包括:对所述被标记的数据块中的所有数据页依次写入全‘ 1’数据，其中，在所述页操作时，诱发所述NAND FLASH存储器的浮栅电荷注入以实现浮栅电荷预补偿，降低保存期间数据对存储单元浮栅电荷损失的敏感性，从而实现高磨损区域数据预加重；以及，重复写入操作，直至写入次数达到第六预设次数。
[0019]具体地，通过读串扰的方法对所述被标记的数据块进行数据加重，具体包括:对所述被标记的数据块中的所有数据页依次进行多次读取操作，其中，在所述读取操作时，诱发所述NAND FLASH存储器的浮栅电荷注入以实现浮栅电荷预补偿，降低保存期间数据对存储单元浮栅电荷损失的敏感性，从而实现高磨损区域数据预加重；以及，重复读取操作，直至读取次数达到第七预设次数。
【附图说明】
[0020]图1中的(a)、(b)、(c)是相关技术中NAND FLASH存储器进行数据保存时浮栅电荷数量变化示意图；
[0021]图2是相关技术中NAND Flash存储器中数据保持错误率随存储单元编程/擦除次数与存储时间变化趋势的曲线示意图；
[0022]图3是根据本发明的一个实施例的NANDFlash存储系统保存期间数据分步加重方法的流程图；
[0023]图4是根据本发明的一个具体实施例的标记阶段的流程图；
[0024]图5(a)、(b)、(c)和(d)是根据本发明的另一个具体实施例的在数据保持期间