[发明专利]抗掉电后数据损坏的闪存管理方法

说明书

技术领域

本发明涉及管理闪存的方法，更确切地说，涉及管理多电平单元闪存的方法，它能够抵抗意外掉电时数据损坏。

背景技术

闪存是EEPROM(电擦除可编程只读存储器)非易失性存储器的一种形式。图1A为基于闪存的一般数据存储设备10的高层次示意框图，主机设备(未显示)用它将数据存储在一片或多片NAND闪存介质12中。在随机存取存储器(RAM)16和辅助非易失性存储器18的帮助下，基于微处理器的控制器14控制着设备10的操作。为了这个目的，闪存设备10与主机系统通过闪存设备10中的通信端  20通信。典型情况下，为了与主机设备(其操作系统为面向块存储设备比如硬磁盘)的向后兼容性，闪存设备10仿真块存储器设备，使用辅助非易失性存储器18中存储的固件，它实施若干闪存管理方法，比如由Ban在US 5,404,485和US 5,937,425中讲授的方法，两个专利都在此引用作为参考，以达到仿佛本文进行了全面阐述的所有目的。设备10的部件一起装在公共外壳15中。

使用NAND闪存介质存储数据的其他设备已公知。图1B显示了个人计算机10′，其中NAND闪存介质12用于补充或取代长期非易失性存储数据的硬磁盘。控制器14现在表示个人计算机10′的中央处理单元。辅助非易失性存储器18现在表示个人计算机10′的全部其他非易失性存储器，包括其中存储着引导代码的BIOS和存储着个人计算机10′的操作系统(包括闪存管理系统)的硬磁盘(除非NAND闪存介质12取代了硬磁盘，在此情况下该操作系统存储在NAND闪存介质12中)。个人计算机10′的NAND闪存介质12、控制器14、RAM 16、辅助非易失性存储器18和其他组件(未显示)经由总线19彼此通信。在个人计算机10′的某些配置中，NAND闪存介质12在可拔插卡上。在个人计算机10′的其他配置中，所展示的若干组件被集成在单一整体物理设备中，所以NAND闪存介质12不是物理上分开的实体。

控制器14对NAND闪存介质12执行的操作包括读操作、写操作和擦除操作。典型情况下以称为“页”的单位写NAND闪存介质12，典型情况下每页包括512字节到2048字节之间，并且典型情况下以称为“块”的单位擦除，典型情况下每块包括16页到64页之间。注意，指NAND闪存介质12的可擦除单元时使用“块”字不应当与术语“块存储设备”中使用“块”字相混淆。块存储设备的“块”性质是指以下事实：设备驱动程序输出的接口交换数据时，单位仅仅是典型情况下称为“扇区”的固定尺寸单位的整数倍。

为了方便NAND闪存介质12的管理，控制器14为每页分配了“未写入”或“已写入”的状态。状态是“未写入”的页是自从上次擦除后尚未写入的页，因而可用于写入。状态是“已写入”的页是已经写入数据而尚未擦除的页。在设备10′的某些实施例中，控制器14还为某些页分配了“已删除”的状态。状态是“已删除”的页是包含无效(典型情况下被取代或过期)数据的页。在支持“已删除”页的设备10′的若干实施例中，“已写入”状态是为包含有效数据的页所保留。本文中，状态是“未写入”的页称为“未写入页”，状态是“已写入”的页称为“已写入页”，而状态是“已删除”的页称为“已删除页”。

由于设备10′用于非易失性数据存储，关键的是设备10′在任何情况下都要保留写入到其中的数据。设备10′中所存储数据完整性的主要风险是突发的电源故障——正当设备10′在操作的中途，在没有事先通知的情况下设备10′的电源被中断。这样的电源故障往往会使中断的操作具有不正确或不可预测的结果。

如果电源故障出现在正当设备10′在改变NAND闪存介质12的内容的操作的中途，例如在写入某页数据的中途或在擦除某块的中途，已经为设备10′再次加电后，所中断页或块的内容是不可预测的，而且实际上可能是随机的。这是因为某些受影响的位在电源被中断之时可能已经得到了所述操作为其分配的状态，而其他位却滞后而尚未处于其目标值。不仅如此，某些位可能被发现处于中间状态，因而处于不可靠的模式，在此模式下在不同的读操作中读取这些位将返回不同的结果。