[发明专利]快闪存储器中的直接数据文件存储实施技术

说明书

技术领域

本申请案涉及例如半导体快闪存储器的可重新编程的非易失性存储器系统的操作，且更明确地说涉及主机装置与存储器之间的接口的管理。本文参考的所有专利、专利申请案、论文和其它出版物、文献及内容的全文出于所有目的以引用的方式并入本文中。

背景技术

在早代市售快闪存储器系统中，将存储器单元的矩形阵列划分为大量单元群组，每一单元群组存储标准磁盘驱动器扇区的数据量，即512字节。每一群组中通常也包含额外的数据量(例如，16字节)以存储误差校正码(ECC)，且可能存储与用户数据和/或与其被存储的存储器单元群组有关的其它开销数据。每一此类群组中的存储器单元是可共用擦除的最小数目的存储器单元。也就是说，擦除单位实际上是存储一个数据扇区和所包含的任何开销数据的存储器单元的数目。第5,602,987和6,426,893号美国专利中描述了这种类型的存储器系统的实例。快闪存储器的一个特性是，需要在用数据对存储器单元进行重新编程之前擦除所述存储器单元。

快闪存储器系统最普遍地以可移除地与例如个人计算机、相机等多种主机连接的存储卡或快闪驱动器的形式提供，但也可嵌入在此类主机系统中。当向存储器写入数据时，主机通常在存储器系统的连续虚拟地址空间内向扇区、簇或其它数据单位分配唯一逻辑地址。与磁盘操作系统(DOS)一样，主机将数据写入到存储器系统的逻辑地址空间内的地址，和从所述地址读取数据。存储器系统内的控制器将从主机接收的逻辑地址转换成实际上存储数据的存储器阵列内的物理地址，并接着跟踪这些地址转换。存储器系统的数据存储容量至少与在为存储器系统界定的整个逻辑地址空间上可寻址的数据的量一样大。

在稍后代的快闪存储器系统中，擦除单位的大小增加到足够多的存储器单元的区块以存储多个数据扇区。尽管与存储器系统连接的主机系统可能以较小的最小单位(例如，扇区)编程和读取数据，但大量扇区存储在快闪存储器的单个擦除单位中。区块内的一些数据扇区通常在主机更新或替换数据的逻辑扇区时变得过时。由于必须在可重写存储在区块中的任何数据之前擦除整个区块，所以通常将新的或经更新的数据存储在已被擦除且具有用于所述数据的剩余容量的另一区块中。这一过程使原始区块具有过时数据，所述过时数据在存储器内占据着宝贵的空间。但是，如果所述区块中剩余任何有效数据，则无法擦除所述区块。

因此，为了更好地利用存储器的存储容量，通常通过将有效的部分区块的数据量复制到已擦除区块中来合并或收集所述数据量，使得接着可擦除从中复制了这些数据的区块且再使用其整个存储容量。还需要复制数据以便以数据扇区的逻辑地址的次序在区块内对数据扇区进行分组，因为这会提高读取数据和将所读取的数据传递到主机的速度。如果这种数据复制发生得过于频繁，那么存储器系统的操作性能可能降级。这尤其会影响其中存储器的存储容量仅仅等于主机通过系统的逻辑地址空间可寻址的数据的量(典型的情况)的存储器系统的操作。在此情况下，可能在可执行主机编程命令之前需要进行数据合并或收集。因而增加了编程时间。

在相继代的存储器系统中，区块的大小增加以便增加给定半导体面积中可存储的数据位的数目。存储256和更多个数据扇区的区块正变得普遍。另外，不同阵列或子阵列的两个、四个或更多个区块通常逻辑上链接在一起成为元区块，以便增加数据编程和读取的并行程度。伴随此类大容量操作单位而来的是对其进行有效操作的挑战。

发明内容

已开发出许多技术，其在各种程度上克服了在有效地操作此类大擦除区块快闪存储器系统时遭遇的某些问题。另一方面，本发明通过改变存储器与主机系统之间的数据传递接口而采用了更基本的方法。不是与当前的做法一样通过使用虚拟地址空间内的逻辑地址在存储器与主机系统之间传送数据，而是通过由主机分配的文件名和文件内的偏移地址来识别数据文件。因而，存储器系统知晓每一扇区或其它数据单位所属的主机文件。这里论述的文件单位是(例如)通过具有连续偏移地址而排序的以及通过在主机计算系统中操作的应用程序创建并唯一识别的数据的集合。

这并未由当前市售存储器系统采用，因为主机现在通过一组共用的逻辑地址来识别所有文件内到达存储器系统的数据而不识别所述文件。通过借助文件对象而不使用逻辑地址来识别主机数据，存储器系统控制器可以减小对这种频繁的数据合并和收集的需要的方式存储数据。数据复制操作的频率和被复制的数据的量因此显著减小，借此提高存储器系统的数据编程和读取性能。此外，存储器系统控制器维持主机文件被存储到的存储器区块的目录和索引表信息。因而，主机不必维持当前管理逻辑地址接口所必需的文件分配表(FAT)。