[发明专利]针对阵列缺陷使用高效管理方法的非易失性存储器(NVM)中的连续地址空间

说明书

发明领域

本发明涉及非易失性存储器(NVM)设备和使用所述设备的方法，具体地说，本发明涉及一种管理阵列缺陷的方法。

发明背景

非易失性存储器(NVM)被广泛地用于各种便携式应用中，这些便携式应用包括：移动电话、音乐和视频播放器、游戏、玩具和其它应用。

图1a描绘了NVM的一个此类示例性的应用，即，诸如SD卡等可移动存储设备。然而，本发明不限于这种特殊用途。

图1a描绘了本领域公知的、包括主机110和数据存储设备120的系统100。诸如SD卡、USB棒或其它存储设备等数据存储设备通常将NVM 130和控制器140集成到单个封装120中。

当被连接到主机设备110，例如个人计算机或膝上型计算机时，数据存储卡与主机设备之间的通信开始。数据存储设备120内的控制器140通过在向NVM 130进行写入的数据传送方向和从NVM 130进行读取的数据传送方向上充当网关来管理主机与NVM 130之间的数据传送。数据是由用户数据以及管理数据和管理文件组成。管理文件包括地址更新和文件命名。使主机与数据存储设备之间能够通信的操作系统是基于DOS(磁盘操作系统)的。

如在本领域中公知的，主机110可以请求从数据存储设备120读取信息。主机110装配有能够存取外部存储设备的操作系统。它通常是由主引导记录(MBR)、分区引导记录(PBR)、文件夹信息和文件分配表(FAT)组成。MBR是由与包括FAT位置和大小的数据存储设备有关的信息以及根目录位置组成。其位置始终是逻辑地址0，该逻辑地址0可以由控制器转换为存储器晶片中的物理地址。根目录具有恒定的表大小，该表是由512行组成，其中每一行具有对存在于磁盘中的文件或文件夹的描述。该描述包括文件(文件或目录)的名字、大小、第一块位置和类型。

一旦通电，当将存储卡连接到主机，或按照用户的请求对存储卡进行存取时，MBR被寻址，主机在其存储器中生成FAT的副本，并且接近提取了与文件有关的信息的根目录(本身位于根文件夹中，或者更典型地位于与出现在根目录中的文件夹相关联的子文件夹中)。一旦确定了所请求的文件的第一块的位置，则通过FAT来顺序地指出块的剩余部分。FAT由控制器所有，并且它使用逻辑地址-通过控制器来完成从逻辑地址到物理地址的转换，其中控制器在存储器阵列内的特定物理地址中分配数据和FAT二者。

在现有技术中，控制器通过页面块来管理对NVM晶片的数据存取，其中所述页面块的大小在512B与4KB之间变化，其中，NAND闪存型存储器一般用作被并入数据存储设备中的NVM。通常，对于NAND闪存存储器而言，阵列未充分地作用，并且页面中的一些页面有缺陷并且不正常工作。因为每个页面的特征是具有独特地址，因此与有缺陷的页面相关联的索引被保留在存储器阵列的专用区域中。一旦通电，控制器就将信息读入其内部存储器中，并且使用该内部存储器来避免从有缺陷的位置进行读取或向有缺陷的位置进行写入。

各种控制器具有不同的复杂度、性能和成本。描述这些控制器的主要特征中的一个是内部存储器容量，其允许处理存储器阵列中的存储信息，例如，对有缺陷的页面及其位置进行指示的换算表。对于低成本的控制器而言，内部存储器空间可能小于在典型的NAND闪存中容纳最大允许数量的坏块的最低要求，其通常小于存储器阵列的2％。

在现有技术的方法中，为了支持现场编程，与新出现的有缺陷的块相关联的信息必须在断电之前存储在专用区域中。在标准的NAND闪存中，这可以通过向存储器阵列中的专用区域进行写入和重新写入来实现。上述描述的结果是在一些编程序列之后，在非连续的地址空间处存储加载的数据是可能的。

可以与专用控制器结合为系统的其它类型的NVM存储器是NOR闪存或可供选择地是掩模ROM(只读存储器)OTP(一次性可编程)，其具有理想晶片的特征，而无需由于紧凑的生产宽容度引起的坏块处理。在这种情况下，对控制器的要求不高，这是因为不需要存取非连续的地址空间的能力。

与NAND闪存和掩模ROM OTP相比，与NOR存储器相关联的限制涉及其生产成本较高。掩模ROM OTP存储器会受各种不利因素的影响，所述不利因素关于缺少现场编程能力、通常小于64MB的有限的晶片密度、和由于制造设备中的处理时间一般长达4至8周所引起的长周转时间。此外，产品设计阶段可能较长并且成本较高，这是因为设计误差可能导致需要生成一组新的掩模。