[发明专利]管理非易失性存储器的耐久性的方法

说明书

本发明涉及一种用于管理比如例如非易失性存储器并且特别是能够用于板载应用的非易失性存储器的数据存储系统的耐久性的方法。虽然该方法使用一些已知的耐久性管理机制，但该方法公开了一种使用它们来获得比以前的方法结果更好的新方法。另一个目的在于公开一种不需要任何特定存储器的非常便宜的解决方案。

本发明的背景

在计算机存储器领域，非易失性存储器的特征在于即使在它们不再被供给能量的情况下它们也能够保持它们的内容这一事实。然而，这些非易失性存储器的其中一个限制特征为它们的耐久性能力。

耐久性能力被定义为在存储器单元不能再被正确使用之前其能够被擦除和写入的次数。一旦“损坏”，存储器单元或者可能对存储的值产生稳定性问题，或者更简单地变得不能读取之前写在它上面的值。

本发明的目标更具体在于提高如将具体在非易失性存储器的情况下描述的数据存储装置的耐久性能力。

非易失性存储器的耐久性能力

耐久性能力对于不同类型的非易失性存储器（E²PROM、FLASH、MRAM等等）是极其易变的。对于一些FLASH存储器，通常可能存在几千个擦除/写入周期，在它们之中最好的（FLASH或E²PROM）上高达几十万个编程和擦除周期。

该耐久性能力显然依赖于存储器类型（例如，E²PROM存储器在耐久性方面通常优于FLASH存储器）、使用的技术制造工艺（例如，使用0.09μm刻蚀细度的工艺），但对于不同的存储器单元（例如，对于FLASH存储器，使用术语存储器扇区多于存储器单元）还是极其易变的。

对于给定的技术，建立者必须保证最小的耐久性能力（例如，10000个周期）。该耐久性能力被称为“原始耐久性”或“保证耐久性G”。事实上，其等效于检查“最差的”扇区能够支持例如10000个周期。其他的扇区能够支持远远超过10000个周期的具有可以高达几十万甚至几百万个周期的变化性的能力。

这种耐久性能力的变化性遵循“威布尔”统计分布。传统上，耐久性管理装置并没有试图利用该统计分布。本发明的目的之一在于利用非易失性存储器的耐久性能力的这种统计分布。

对于应用的耐久性的需求

对于耐久性的需求是根据非易失性存储器的使用类型而极其易变的，如从下面的示例中可见的。

永久性程序存储

如果NVM（非易失性存储器）存储了将由微处理器执行的程序（这是就板载系统中的程序而言的），则由于该程序将几乎不随时间改变而对于耐久性的需求非常低。历史上，这种类型的内容存储在ROM存储器中（不可修改），这解释了为什么对耐久性的需求非常低。

文件存储

这是对于当今在台式电脑或笔记本电脑、USB密匙和MP3播放器中经常使用的固态驱动（SSD）存储器的典型情况。对于这种类型的应用的耐久性需求比较高，但不能用先验的用法规则来定义。在统计学上，所有的SSD存储器扇区先验地具有相同的耐久性需求，然而对于每次文件被修改即更新的文件分配表存在着例外，并因此将具有更高的耐久性需求。注意，如果操作系统存储在SSD类型的存储器上，则对于该区域的耐久性需求相当低，但在先验上是不可检测的，并因此不可用来降低耐久性需求。典型地，在存储系统中的文件的粒度大约为4千字节。

数据存储

例如，在板载应用的领域中，微处理器将需要除了程序存储区域之外的数据存储区域。该区域可以包含文件存储系统（如前面的示例中的），还包括用于频繁操作的软件对象（缓冲区域、工作数据等等）。通常，这些对象的特征在于它们的规模小（大约一个或几个CPU字高至几千字节的数量级）但具有极其高的耐久性需求。注意，在前面情况（文件存储）中的文件分配表能够极好地包括在此定义中。数据的粒度将大约为一个CPU字（通常为16、32或64位）。

本文明的另一个目的将是利用不同存储类型的本质特征，以能够显著地提高耐久性管理的效率。非限定性示例实施方案将在集成CPU和非易失性存储器的板载系统的情况下公开。

现有技术

已知很多种用于管理非易失性存储器的耐久性的方法。非详尽地，我们将概括它们中的一些以及它们的主要特征。

错误校正码（ECC）

该方法包括在存储器中的每个字的扩展部分加入ECC（错误校正码）。这被用于校正作为典型的保留或耐久性问题的被称为“单个位失效”错误的单个错误。