CN101241767A - 非易失性半导体存储设备和管理该设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了非易失性半导体存储设备和管理该设备的方法。一种非易失性半导体存储设备包括：配置成电可改写的非易失性存储器；以及控制器，该控制器被配置用于基于与非易失性存储器的管理相关联的信息来控制该非易失性存储器的存取区域。控制器对非易失性存储器的区域进行分割，以用于管理，并按整体方式、对用于管理各个区域的数据的管理信息以及该管理信息的映射进行编号，以将编号后的管理信息和映射写入非易失性存储器，从而基于所述编号来判断所述管理信息和映射是否正常。

Description

非易失性半导体存储设备和管理该设备的方法

技术领域

本发明涉及诸如闪存之类的非易失性半导体存储设备，以及管理该非易失性半导体存储设备的方法。

背景技术

一般而言，在使用非易失性存储器时，经常会创建诸如逻辑-物理转换表格之类的管理信息，用以关联用户数据的逻辑地址和非易失性存储器中的物理地址，并且会使用所创建的管理信息，从而例如防止过度频繁地在非易失性存储器中的特定区域中写入，并替换缺陷块(block)。实践中，还将这个管理信息自身存储在非易失性存储器中，从而例如节省每次上电时用于重新配置的时间。

当改写用户数据时，管理信息的内容发生变更，因此在每次发生用户数据的改写时，用户数据状态在非易失性存储器上的正确反映除了需要改写用户数据之外，还需要改写管理信息。

发明内容

但是，如果每次都改写管理信息，则处理时间将增加，从而降低非易失性存储器的性能，因此有时候会略过管理信息的改写。因为无法与用户数据同时地写入管理信息，所以会发生仅改写用户数据的场合。由于这些原因，例如可能由于意外断电而导致发生非易失性存储器中的用户数据和管理信息的不匹配。

提出了一种方法，其中，为了在系统启动时对不匹配进行快速检查，在开始写入用户数据之前向非易失性存储器写入指示出没有检测到不匹配的信息，并且，如果写入在管理信息被更新之前结束，则将指示出写入结束的信息写入非易失性存储器。在启动时，如果该信息指示出在开始改写之后的定时，则无法确保管理信息的正确性，因此必须重新配置管理信息。

但是，取决于非易失性存储器的存储容量，全部管理信息的重新配置可能会花大量时间，从而严重不利地影响系统。

因此，本发明提出了与背景技术方法和装置相关联的以上确定的问题和其它问题，并通过提供下述非易失性半导体存储设备和管理该设备的方法而解决了所提出的问题，所述非易失性半导体存储设备和管理该设备的方法显著地缩短了重新配置非易失性半导体存储设备的管理区域所必须的时间，并可快速判断管理信息是否有效。

在实现本发明时，根据本发明的一个实施例，提供了一种非易失性半导体存储设备。该非易失性半导体存储设备具有：配置成电可改写的非易失性存储器；以及控制器，该控制器被配置用于基于与非易失性存储器的管理相关联的信息来控制该非易失性存储器的存取区域。控制器对非易失性存储器的区域进行分割以用于管理，并按整体方式、对用于管理各个区域的数据的管理信息以及该管理信息的映射(map)进行编号，以将编号后的管理信息和映射写入非易失性存储器，从而基于所述编号来判断所述管理信息和映射是否正常。

在实现本发明时，根据其另一个实施例，提供了一种非易失性半导体存储设备。该非易失性半导体存储设备具有：配置成电可改写的非易失性存储器；以及控制器，该控制器被配置用于基于与非易失性存储器的管理相关联的信息来控制该非易失性存储器的存取区域。控制器利用分层配置来管理非易失性存储器，向低层管理信息中写入指示出该低层管理信息的状态的标记，并赋予指示出“旧/新”的信息，用于在高层管理信息和低层管理信息之间进行比较。

在实现本发明时，根据其又一个实施例，提供了一种管理非易失性半导体存储设备的方法，该非易失性半导体存储设备具有非易失性存储器。这种方法包括以下步骤：对非易失性存储器的区域进行分割，以对其进行管理；对用于管理各个区域的数据的管理信息和用于控制该管理信息的映射进行整体编号，并将编号后的管理信息和映射写入非易失性存储器；以及，基于所述编号来判断所述管理信息和映射是否正常。

在执行本发明时，根据其又一个实施例，提供了一种管理非易失性半导体存储设备的方法，该非易失性半导体存储设备具有非易失性存储器。这种方法包括以下步骤：使非易失性存储器具有分层结构，以用于管理；向低层管理信息赋予标记，以反映该低层管理信息的状态，并将低层管理信息写入非易失性存储器；以及，赋予其关于高层管理信息和所述低层管理信息之间的旧/新比较的信息，并将所述高层管理信息和低层管理信息写入非易失性存储器。

根据本发明，区域被分割成子区域以进行管理，并且各个子区域的有效/无效状态被确定，从而限制重新配置的范围(如果有必要)，以缩短重新配置所必须的时间。另外，使管理信息具有分层结构，并将旧/新状态信息赋给各个分层管理信息，以快速判断各个子区域的管理信息的有效/无效状态。

根据本发明，通过改进在非易失性存储系统(其中，管理信息存储在非易失性存储器中)中表示管理信息的状态的方法，可以显著地减少配置管理信息所需的处理和时间，而没有显著增加在启动时所需的用于检查管理信息的整体性的精力，且没有显著增加写入管理信息的频率。

这种新颖配置可以缩短启动时所需的处理时间，即使在具有显著增加的总存储容量的非易失性存储系统中也是如此，从而实现在非易失性存储系统中的更加显著的存储容量的增加。

附图说明

图1是示出作为本发明一个实施例来实施的、基于非易失性半导体存储设备的存储系统的示例配置的示意图；

图2是示出上述实施例中的管理信息分层之间的相互关系的示意图；

图3A和3B是示出管理信息在非易失性存储器中的存储方式和这个存储的表示方式的示图，这些图指示了例如NAND闪存的一个擦除块；

图4A和4B是示出从各个块的头开始连续更新管理信息的方式和这个更新的表示方式的第一示图；

图5A和5B是示出从各个块的头开始连续更新管理信息的方式和这个更新的表示方式的第二示图；

图6A和6B是示出从各个块的头开始连续更新管理信息的方式和这个更新的表示方式的第三示图；

图7A和7B是示出从各个块的头开始连续更新管理信息的方式和这个更新的表示方式的第四示图；

图8A和8B是示出直到块的最后一页所使用的管理信息被进一步更新的方式和这个更新的表示方式的第一示图；

图9A和9B是示出直到块的最后一页所使用的管理信息被进一步更新的方式和这个更新的表示方式的第二示图；

图10A和10B是示出映射在非易失性存储器中的存储方式和这个存储的表示方式的示图；

图11A和11B是示出针对图10的状态来更新映射的方式的示图；

图12A和12B是示出在启动时、上述实施例的映射和管理信息的正常状态的示图；

图13是示出在启动之后首先将数据写入区域AR1并对非易失性存储器中的管理信息和映射进行更新，从而反映最新状态的方式的第一示图；

图14是示出在启动之后首先将数据写入区域AR1并对非易失性存储器中的管理信息和映射进行更新，从而反映最新状态的方式的第二示图；

图15是示出在启动之后首先将数据写入区域AR1并对非易失性存储器中的管理信息和映射进行更新，从而反映最新状态的方式的第三示图；

图16是示出在启动之后首先将数据写入区域AR1并对非易失性存储器中的管理信息和映射进行更新，从而反映最新状态的方式的第四示图；

图17是示出在启动之后首先将数据写入区域AR1并对非易失性存储器中的管理信息和映射进行更新，从而反映最新状态的方式的第五示图；

图18是指示出下述时间段的流程图和示图，在该时间段中，确保了在将数据写入区域AR1时使用的映射和管理信息反映出用户数据的最新状态；

图19是示出从写入图16所示的区域AR1中的管理信息的状态开始改写区域AR2中的用户数据，从而写入管理信息和映射的方式的第一示图；

图20是示出从写入图16所示的区域AR1中的管理信息的状态开始改写区域AR2中的用户数据，从而写入管理信息和映射的方式的第二示图；

图21是指示出下述时间段的流程图和示图，在该时间段中，确保了在将数据写入区域AR1和区域AR2时将使用的映射和管理信息反映出用户数据的最新状态；

图22是示出用户数据被改写但是映射写入却变为不必要的情况的第一示图；

图23是示出用户数据被改写但是映射写入却变为不必要的情况的第二示图；

图24是指示出在启动时将执行的管理信息和映射的检查和重新配置的流程图；

图25是示出在某个时刻导致断电之后再启动时在非易失性存储器中的管理信息和映射的示图；

图26是示出每一个区域都包含两条或更多条管理信息的示例的第一示图；

图27A和27B是示出每一个区域都包含两条或更多条管理信息的示例的第二示图；

图28A和28B是示出每一个区域都包含两条或更多条管理信息的示例的第三示图；

图29是示出每一个区域都包含两条或更多条管理信息的示例的第四示图；

图30是示出每一个区域都包含两条或更多条管理信息的示例的第五示图；

图31是示出每一个区域都包含两条或更多条管理信息的示例的第六示图；

图32是示出每一个区域都包含两条或更多条管理信息的示例的第七示图；

图33是示出每一个区域都包含两条或更多条管理信息的示例的第八示图；

图34是示出每一个区域都包含两条或更多条管理信息的示例的第九示图；

图35是示出非易失性存储器的大小足够大并因而可以预先展开两个或更多个区域中的管理信息的示例的示图；

图36是示出每个区域被分割成子区域的示例的示图；

图37是示出将ID复位为较小值的过程的第一示图；

图38是示出将ID复位为较小值的过程的第二示图；

图39是示出将ID复位为较小值的过程的第三示图；

图40是示出将ID复位为较小值的过程的第四示图；

图41是示出在上述图37到图40中的非易失性存储器中对区域AR2的映射和管理信息进行更新的方式的第一示图；

图42是示出在上述图37到图40中的非易失性存储器中对区域AR2的映射和管理信息进行更新的方式的第二示图；

图43是示出在上述图37到图40中的非易失性存储器中对区域AR2的映射和管理信息进行更新的方式的第三示图；以及

图44是示出在上述图37到图40中的非易失性存储器中对区域AR2的映射和管理信息进行更新的方式的第四示图。

具体实施方式

将参考附图、以实施例的方式来更详细地描述本发明。

现在，参考图1，该图是示出作为本发明一个实施例来实施的、基于非易失性半导体存储设备的存储系统的示例配置的示意图。

存储系统1具有至少一个非易失性存储器2(在本实施例中，使用了一个非易失性存储器)、控制器3和包括CPU的主机系统4。

非易失性存储器2具有一个或多个非易失性存储体(memorybanks)。非易失性存储器2例如由NAND闪存组成。非易失性存储器2在数量上可以是一个或多个。在非易失性存储器2中存储用户数据、管理信息和映射。这些数据和信息在非易失性存储器2中的布置取决于管理这些数据和信息的方法。

控制器3布置在主机系统4和非易失性存储器2之间，更具体而言，控制器3的易失性存储器31与非易失性存储器2相连接，并且控制器3中的逻辑部分32经由主机接口而与主机系统4相连接。因此，易失性存储器31和逻辑部分32布置在控制器3中。易失性存储器31存储映射，以及以展开方式存储从非易失性存储器2读取的管理信息的一部分或全部和映射。当改写数据时，控制器3在易失性存储器31中对它的信息进行更新，然后将更新后的信息写入非易失性存储器2。

应当注意，控制器3可以并入到主机系统4中。在这种情况下，非易失性存储器2直接与主机系统4相连接。如果控制器3并入到主机系统4中，则逻辑部分32可以是在主机系统4的CPU上执行的软件。在这种情况下，存在不需要专用硬件的优点。此外，易失性存储器31可以被主机系统4的易失性存储器共享。在这种情况下，存在节省存储器数量的优点。

在诸如闪存之类的非易失性存储器2的管理中，通过将指示出相对较“旧/新”的信息添加到各条分层的管理信息上，这样配置的存储系统1就可以判断高层信息是否正确反映低层信息。

此外，在写入用户数据之前对低层管理信息进行更新使得可以判定：如果高层管理信息能够正确反映低层管理信息，则作为整个系统的管理信息是正确的。

参考图2，其示出了在本实施例中的各条分层管理信息之间的相互关系。

在本实施例中，如图2所示，用户数据UD区域被分割成两个或更多个区域AR1到ARm(在图2所示的示例中，m＝4)，并且这些区域中的每一个都设有诸如逻辑-物理转换表格之类的管理信息CINF。

还提供了映射MP，用于管理管理信息CINF。管理信息CINF在非易失性存储器2上的地址预先被记录到映射MP，并且这个映射MP被存储在非易失性存储器2上很容易搜索到的位置处。这个布置允许在每次启动之后对映射和利用所述地址来记录的管理信息的快速定位。

用户数据UD区域的分割可以通过任意方式(例如，物理地址或逻辑地址)来进行。此外，可以在两个或更多个系统中提供管理信息，例如，用于经物理分割的区域的管理信息和用于经逻辑分割的区域的管理信息。

这种多系统方案的优点在于，允许根据将要管理的内容来进行正确分割，例如，对于逻辑-物理表格，逻辑分割是更有效的，而对于指示出块状态的表格，物理分割是更有效的。如果使用管理信息的两个或更多个系统，则需要利用与特定数据相关联的所有系统来判断关于该特定数据的管理信息是否正确。

图3A和3B示出了如何在非易失性存储器中存储管理信息以及如何表示这种存储的示例。

图3A示出了例如在NAND闪存中的一个擦除块，这个块包含64页，每个页提供写单元。一个页PG除了数据部分DTP之外，还具有冗余部分RDNP。管理信息CINF在冗余部分RDNP中具有IDFLD和WRFLD字段，IDFLD和WRFLD字段指示出表示“旧/新”的ID以及“写入中/非写入中”。

在块BLK中，按页编号的升序来写入数据，仅仅最后写入的页的内容才有效。这通过图3B来表示，仅仅使用有效信息。

图12A和12B等使用图3B所示的表示，作为管理信息在非易失性存储器中的表示。

图4A和4B到图7A和7B示出了从块的头开始更新管理信息的方式以及这种更新的表示方式。

图4A示出了这样一种状态，即，管理信息CINF被写入到页PG0，该页PG0是块的起始页。图4B示出了它的表示。

如果从这个状态开始更新管理信息CINF，则将被更新的数据被写入到PG1，该PG1是包含有效数据的PG0的下一页，如图5A所示。在进行这些动作时，当时适当的信息被写入到冗余部分RDNP。图5B示出了更新后的状态，其中，ID以及IDFLD和WRFLD字段被更新为PG1的ID以及IDFLD和WRFLD字段。

图6A和6B示出了对图5A和5B所示的状态进行了更新的状态。如图6A所示，数据部分DTP和冗余部分RDNP被写入到包含有效数据的页PG1的下一页PG2。图6B示出了更新后的状态。图7A和7B示出了进一步更新后的状态。

图8A和8B以及图9A和9B示出了对直到块的最后一页使用的管理信息进行进一步更新的方式以及表示这个更新的方式。

图8A示出了这样一种状态，其中，数据一直被写入到页PG63(块的最后一页)，数据部分DTP和冗余部分RDNP为有效。图8B示出了这个状态，正在使用该有效信息。

图9A示出了针对图8A所示的状态、对管理信息进行更新的方式。首先，分配除了使用中的块之外的空闲块，并将更新数据和冗余部分写入到所分配块的起始页PG0。接下来，将目前为止所使用的块擦除。因此，保留了将有效数据写入到页PG0的块。图9B表示更新后的状态。因为这个表示并不包括指示出块已经使用到哪页的信息，所以图9B示出了与其它相同的变化，即，简单地更新了有效数据。

图10A和10B示出了映射在非易失性存储器中的存储方式以及表示这种存储的方式。

图10A代表非易失性存储器2中的一个擦除块，其中包含64页作为写单元。除了数据部分DTP之外，一页PG还包含冗余部分RDNP，映射MP具有在冗余部分RDNP中的、指示出“旧/新”的ID。

管理信息CINF具有指示出“写入中/非写入中”的字段，但是，在映射MP中，没有信息被分配到该区域。在块BLK中，按页编号的升序来写入数据，最后写入的页的内容为有效。因此，图10B仅表示有效信息。与管理信息不同，仅表示数据部分DTP和ID。图12等使用图10B的表示，作为映射MP在非易失性存储器2中的表示。

图11A和11B示出了这样一种状态，其中，已经针对图10A和10B所示的状态来进行映射更新。

图11A示出了这样一种状态，其中，有效数据包含在页PG4中，并且新数据被写入页PG4的下一页PG5。在进行这些动作时，当时适当的信息被写入冗余部分RDNP。

图11B表示更新后的状态，其中，ID是更新后的页PG5的ID。

图12A和12B示出了在本实施例的映射和管理信息启动时的正常状态的示例。

非易失性存储器2存储管理信息CINF的映射MP和与各个分割区域相对应的管理信息CINF。管理信息CINF包含IDFLD和WRFLD字段，IDFLD和WRFLD字段指示出表示“旧/新”的ID以及“写入中/非写入中”。

在这个示例中，指示出“写入中”的状态用0x1来指示，而指示出“非写入中”的状态用0x0来指示。映射MP也包含指示旧/新的ID字段。

管理信息CINF和映射MP可以分配在非易失性存储器2中的任何地方。如果映射MP的ID具有比管理信息CINF的ID大的编号，则其指示出映射MP的信息比管理信息CINF新，从而反映管理信息CINF的最近的状态。

在初始状态中，所有管理信息CINF和映射中的ID都为0x1，并且不存在具有指示出“写入中”的数据的管理信息CINF。在这种状态中，非易失性存储器2中的所有管理信息CINF反映了数据的最新状态，并且映射MP也反映了所有管理信息CINF的最新状态。在初始状态中，没有数据被展开在易失性存储器31中。

图13到图17示出了下述操作：在启动之后首先将数据写入区域AR1，并将非易失性存储器中的管理信息和映射更新，从而反映最新状态。

图13示出了下述操作：当作出将数据写入区域AR1的请求时，映射MP和管理信息CINF被从非易失性存储器2展开到易失性存储器31。

在每次启动之后，映射MP仅被展开到易失性存储器31中一次。通过参考易失性存储器31中的映射MP，管理信息CINF被从区域AR1读出到易失性存储器31。在这个状态中，非易失性存储器2中的管理信息CINF和映射MP仍然反映出用户数据UD和管理信息CINF的最新状态。

图14示出了下述操作：在实际改写用户数据UD之前，先执行将管理信息CINF写入区域AR1的操作。对于执行了写入操作的管理信息CINF，将0x2设置作为比映射MP的ID 0x1大的编号，并将“写入中”的状态设置作为指示出“写入中/非写入中”的信息。

在仅仅已经写入管理信息CINF的状态中，管理信息CINF实际反映了用户数据UD的最新状态。

但是，因为管理信息CINF的ID变得大于映射MP的ID，所以无法确保映射MP的信息反映出管理信息CINF的最新状态，并且，因为对管理信息设置了“写入中”的状态，所以无法确保管理信息CINF反映出用户数据的最新状态。因此，如果随后发生断电，则在下一次启动时必须重新配置管理信息CINF和映射MP。

图15示出了正在实际改写用户数据UD时的管理信息的关系。在改写用户数据的同时，在易失性存储器31中对管理信息CINF和映射MP进行更新。因此，非易失性存储器2中的管理信息CINF将并不反映最新的用户数据UD。

图16示出了下述操作：在改写用户数据UD之后，将管理信息CINF写入区域AR1。在已经写入用户数据UD的情况下，最后将管理信息CINF写成“非写入中”的状态。此时的ID与目前为止的ID相同。

因此，非易失性存储器2中的管理信息CINF变为反映最新的用户数据。但是，非易失性存储器2中的映射MP并不反映最新的管理信息CINF。

图17示出了下述操作：在已经写入管理信息之后执行映射写入。在已经完成管理信息CINF的写入并且非易失性存储器2中的管理信息CINF变为反映出最新的用户数据UD的情况下，将映射MP写入非易失性存储器2。此时，ID是等于或大于管理信息CINF的ID的最大值(在这个示例中为0x2)的值，也就是，0x2。

因此，非易失性存储器2中的映射变为反映出最新的管理信息CINF。在这个状态中，非易失性存储器2中的映射的ID变为等于或大于非易失性存储器2中的所有管理信息的ID的最大值(在这个示例中为相同值)，从而确保非易失性存储器2中的映射MP反映出所有管理信息CINF的最新状态。

另外，因为管理信息CINF是在改写用户数据之前写入的，所以如果非易失性存储器2中的映射MP反映出管理信息CINF的最新状态，则可以确保管理信息CINF也反映出用户数据UD的最新状态，这又可以确保所有信息都反映出最新状态。

图18示出了这样的时间段，在该时间段中，可以确保在写入区域AR1时的映射和管理信息反映出管理信息和用户数据的最新状态。在图18中，每一个白色箭头指示出这样的时间段，在该时间段中，可以确保非易失性存储器2中的冗余部分RDNP反映出最新状态，而每一个黑色箭头指示出这样的时间段，在该时间段中，非易失性存储器2中的映射MP/管理信息CINF实际反映出最新状态。

在图18中，当首先写入管理信息CINF(ST1)时，无法确保映射MP反映出管理信息CINF的最新状态，并且当开始写入用户数据(ST2)时，管理信息CINF并不反映用户数据的最新状态。

但是，当在设置了“写入中”的状态的情况下写入管理信息CINF时，无法确保管理信息CINF反映用户数据的最新状态。当在改写用户数据之后将管理信息CINF写成“非写入中”(ST3)时，非易失性存储器2中的管理信息CINF反映出用户数据UD的最新状态，从而确保最新状态得到实际反映。此外，在已经写入映射MP(ST4)的情况下，非易失性存储器2中的映射MP变为反映出管理信息CINF的最新状态，从而确保最新状态得到实际反映。

图19和20示出了从图16所示的、管理信息被写入区域AR1的状态将用户数据改写到区域AR2中，从而写入管理信息和映射的方式。

图19示出了这样的方式，其中，在改写用户数据UD和将管理信息CINF写入区域AR1之后，将用户数据写入区域AR2，而没有写入映射MP。

可以在没有写入映射MP的情况下将用户数据UD改写到另一个区域。其优点在于：通过减少写入映射MP的次数来提高处理速度并延长映射写入区域的寿命。

在将用户数据UD写入区域AR2之前，与区域AR1中的一样，将管理信息CINF的ID设置为大于映射MP的ID的编号(在本示例中为0x2)，然后通过设置“写入中”的状态来写入用户数据。

此外，按需来执行利用区域AR2的其它管理信息CINF的展开和保存。在这个状态下，管理信息CINF的ID大于用于区域AR1和区域AR2的映射MP的ID。因此，非易失性存储器2中的映射MP并不反映管理信息CINF的最新状态。对于区域AR2，因为设置了“写入中”的状态，所以表示非易失性存储器2中的管理信息CINF并不反映用户数据UD的最新状态。

图20示出了在将用户数据UD改写到区域AR2之后写入管理信息CINF和映射MP的方式。

在将用户数据UD改写到区域AR2之后，管理信息CINF最后被写成“非写入中”的状态。此时的ID与之前的一样。因此，与区域AR1中的一样，非易失性存储器2中的管理信息CINF变为反映出用户数据UD的最新状态。然后，在映射MP被写入的情况下，对于所有区域，非易失性存储器2中的映射MP都变为反映出管理信息CINF的最新状态。

应当注意，如果进行配置从而最终写入映射MP，则可以在没有写入映射MP的情况下将数据改写到其它区域AR。如果降低写入映射MP的频率，则可以缩短写入所需的时间，并可以减少进行改写的次数。

另一方面，在非易失性存储器2中的映射MP中，并不反映管理信息CINF的最新状态的部分增加，从而使得断电之后必须重新配置的范围变宽。

图21示出了这样的时间段，在该时间段中，可以确保在写入区域AR1和区域AR2时的映射和管理信息反映出管理信息和用户数据的最新状态。

在该图中，各个箭头表示与图20相同的含义。对于管理信息CINF，无法确保反映出用户数据的最新状态的时间段在以下范围内，即，从在设置了“写入中”的状态的情况下将管理信息写入那个区域的时间点(ST11)到在改写用户数据之后、利用“非写入中”来写入管理信息的时间点(ST12到ST16)。对于区域AR1和区域AR2，这些时间段都保持为真。

就映射MP而言，无法确保反映出那个区域中的管理信息CINF的最新状态的时间段在以下范围内，即，从管理信息CINF被写入那个区域的时段到最终写入映射MP的时间点(ST17)。在这种情况下，即使在区域AR1改写以后开始区域AR2的改写之后，也无法确保映射反映出区域AR1的管理信息的最新状态。

图22和23示出了用户数据被改写却不需要写入映射的示例。

图22示出了这样的状态，其中，从图13所示的初始状态开始、针对区域AR1来改写用户数据UD。应当注意，由映射MP管理的元素没有为了写入管理信息CINF而变化，实际上，非易失性存储器2中的映射MP反映了管理信息CINF的最新信息。

图23示出了这样的方式，其中，仅通过从图22所示的状态开始写入管理信息，非易失性存储器2中的映射MP和管理信息CINF从而反映出管理信息CINF和用户数据UD的最新状态。

对于图22所示的状态，在写入最后的管理信息CINF时使用与映射MP的ID相同的ID(在这个示例中是0x1)，并且这个管理信息被写成“非写入中”，从而确定非易失性存储器2中的映射MP反映出管理信息CINF的最新状态。

但是，应当注意，所述最后的管理信息CINF的写入限于不需要改变映射MP的情况。因此，可以完全地降低映射写入的频率。

图24示出了在启动时执行的管理信息和映射的检查和重新配置流程。

在启动时，对所有的管理区域进行检查。针对所有的管理区域，对映射MP的ID和管理信息的ID进行比较(ST21到ST27)。如果映射MP的ID高于管理信息CINF的ID，则可以判定，对于那个区域，映射MP反映出最新管理信息CINF，并且管理信息CINF反映出最新用户数据UD。在这种情况下，并不需要对那个区域的映射和管理信息进行重新配置(ST23)。

如果映射ID低于管理信息的ID，则其表示在写入管理信息之后，在需要更新的映射未被写入的情况下电源已经切断。在这种情况下，对指示出管理信息是否在写入中的字段进行检查(ST24)，如果发现管理信息正在写入中，则针对那个区域的用户数据的实际使用需要对管理信息进行重新配置(ST25)。

应当注意，无论是“写入中”还是“非写入中”，对于那个区域都必须对映射进行重新配置(ST26)。

图25示出了在某个时刻电源切断之后再启动时的非易失性存储器中的管理信息和映射。

在这个状态下，映射MP的ID为0x1，并且区域AR1中的管理信息CINF的ID为0x2，这提供了“非写入中”的状态，区域AR2中的管理信息CINF的ID为0x2，这提供了“写入中”的状态，而其它区域AR中的管理信息CINF的ID为0x1，这提供了“非写入中”的状态。

在这种情况下，对于区域AR1，映射MP与该区域相对应的部分必须重新配置；对于区域AR2，管理信息CINF和映射MP与该区域相对应的部分都必须重新配置。

对于其它区域，管理信息CINF和映射MP与该区域相对应的部分都不需要重新配置。

应当注意，对于区域AR1和区域AR2，映射MP并不反映管理信息CINF的最新状态，因此，由映射MP获得的管理信息CINF的位置可能不正确。在这种情况下，还需要针对管理信息CINF对非易失性存储器2进行搜索。

图26到34示出了在每一个区域中都存在两条或更多条管理信息的示例。

图26示出了在易失性存储器31中和在非易失性存储器2中的每个区域中存在两条或更多条管理信息CINF的方式。这里，在该两条或更多条管理信息CINF中，代表性的一条管理信息设有指示出ID和“写入中/非写入中”的IDFLD和WRFLD字段，而其它管理信息CINF没有设这些字段。

图27A和27B示出了非代表性管理信息CINF存储在非易失性存储器2中的方式和这种存储的方式。

图27A指示出非易失性存储器2中的一个擦除块，其中包括各自成为写单元的64页。一页PG除了包含数据部分DTP之外还包含冗余部分RDNP。对于非代表性管理信息CINF，不执行对ID和指示出“写入中/非写入中”的字段的信息分配。

在块BLK中，按页编号的升序来写入数据，仅最后写入的页的内容才有效。这由图27B通过仅使用有效信息来表示。与代表性管理信息CINF不同，仅仅数据部分被表示出。在图29等中，使用图27的这种表示，作为非易失性存储器中的非代表性管理信息的表示。

图28A和28B示出了这样的方式，其中，针对图27A和27B所示的状态，已经更新非代表性管理信息。在图27A中，有效数据包含在PG4中，而如图28A所示，新数据被写入到页PG4之后的页PG5中。图28B示出了更新后的状态的表示，其中，在冗余部分中不包含有效信息。

图29示出了在本发明的一个实施例(其中，一个区域具有两条管理信息CINF)中、映射MP和管理信息CINF的在启动时的正常状态的示例。

非易失性存储器2与管理信息CINF的映射MP和分割区域相对应地存储两条或更多条管理信息CINF。

代表各个区域的管理信息CINF具有指示“旧/新”和“写入中/非写入中”的IDFLD和WRFLD字段。这里，“写入中”的状态用0x1来指示，而“非写入中”的状态用0x0来指示。

非代表性管理信息CINF不具有ID和指示“写入中/非写入中”的字段。映射MP也具有指示“旧/新”的ID字段。管理信息CINF和映射MP可以位于非易失性存储器2中的任何地方。如果映射MP的ID具有高于管理信息CINF的ID的编号，则其指示出映射MP的信息比管理信息CINF的信息更新，从而反映出管理信息CINF的最新状态。

在初始状态中，对于代表所有的管理信息CINF和映射MP，ID都为0x1，并且不存在具有指示出“写入中”的数据的管理信息CINF。在这个状态下，非易失性存储器2中的所有管理信息CINF都反映出数据的最新状态，并且映射MP也反映出所有管理信息CINF的最新状态。还应当注意，没有数据被展开在易失性存储器31中。

图30到图34示出了这样的状态，其中，在启动之后数据首先被写入区域1，并且非易失性存储器2中的管理信息CINF和映射MP被更新，从而反映最新状态。

图30示出了下述操作：当请求写入区域AR1时，映射MP和代表性管理信息CINF被从非易失性存储器2展开到易失性存储器31中。

在启动之后，映射MP从非易失性存储器2到易失性存储器31的展开可以仅进行一次。通过参考易失性存储器31中的映射，区域AR1中的代表性管理信息被读出到易失性存储器31。

在这种状态下，非易失性存储器2中的管理信息CINF和映射MP仍然反映出用户数据UD和管理信息CINF的最新状态。

图31示出了下述操作：在实际改写用户数据UD之前，将数据写入到代表区域AR1的管理信息CINF。

对于将利用数据来写入的管理信息CINF，将大于映射MP的ID 0x1的编号0x2设置作为ID，并将指示“写入中”的状态设置作为指示“写入中/非写入中”的信息。

在仅已经写入代表性管理信息CINF的状态下，管理信息CINF实际反映了用户数据UD的最新状态，但是，由于管理信息CINF的ID变得大于映射MP的ID，所以无法确保映射MP的信息反映出管理信息CINF的最新状态，这又无法确保管理信息CINF反映出用户数据的最新状态，原因在于对代表性管理信息CINF设置了“写入中”的状态。

因此，如果随后发生电源切断，则在下一次启动时必须重新配置管理信息CINF和映射MP。

图32示出了正在实际改写用户数据UD期间的管理信息CINF的关系。

在改写用户数据UD的同时，在易失性存储器31中对管理信息CINF和映射MP进行更新。因此，非易失性存储器2中的管理信息CINF将并不反映最新的用户数据UD。

对于除了代表性管理信息CINF之外的管理信息CINF，像用户数据一样，可以毫无限制地改写非易失性存储器2。

图33示出了下述操作：在写入用户数据UD之后，写入代表区域AR1的管理信息CINF。

在改写用户数据UD以后，在将相同区域中的所有其它管理信息CINF保存到非易失性存储器2中之后，代表性管理信息CINF被写成“非写入中”状态。此时的ID与之前相同。

因此，非易失性存储器2中的管理信息CINF变为反映最新的用户数据UD。但是，非易失性存储器2中的映射MP并不反映最新的管理信息CINF。

图34示出了在已经写入管理信息CINF之后写入映射MP的操作。

当在写入管理信息CINF之后、非易失性存储器2中的管理信息CINF变为反映最新用户数据UD时，映射MP被写入非易失性存储器2。此时的ID为0x2，与代表性管理信息CINF的最大值(在本示例中为0x2)相同。

因此，非易失性存储器2中的映射MP变为反映最新的管理信息CINF。在这个状态下，非易失性存储器2中的映射MP的ID取比非易失性存储器2中的所有代表性管理信息CINF的ID的最大值大的值(在本示例中为相同值)，因此，可以确保非易失性存储器2中的映射MP反映出所有管理信息CINF的最新状态。

此外，因为代表信息CINF是在改写用户数据UD之前写入的，所以如果非易失性存储器2中的映射MP反映出管理信息CINF的最新状态，则可以确保管理信息CINF也反映出用户数据的最新状态，从而确保所有信息都反映最新状态。

图35示出了这样一个示例，其中，非易失性存储器具有足够大用于展开两个或更多个区域的管理信息的存储空间。

如果易失性存储器31具有足够大用于展开两个或更多个区域的管理信息CINF的存储空间，则通过对管理信息CINF设置“写入中”状态并向其写入数据来提供两个或更多个处理成“写入中”的区域是可行的。

这种配置的优势在于，如果通过例如在两个或更多个区域之间进行存取从而执行写入，则不需要每次都执行管理信息CINF的展开和保存。

两个或更多个区域的管理信息CINF的展开需要在写入映射MP时使所有区域中的处于“非写入中”的管理信息都进入已写状态，然后写入ID等于或大于所有管理信息的ID的最大值的映射。

因此，在管理信息CINF的ID低于映射MP的ID的区域中，非易失性存储器2中的映射MP也反映管理信息CINF的最新状态。

图36示出了各个区域进一步被分割为子区域的示例。

各个区域被分割成包括管理信息CINF的子区域，但是，赋予管理信息CINF的指示出ID和“写入中/非写入中”的字段IDFLD和WRFLD是一一地赋予分割前的各个区域的。应当注意，指示出“写入中/非写入中”的字段WRFLD必须采取表明哪个子区域在写入中的形式。

在图36中，四个子区域中仅一个子区域被处理成“写入中”，并且该子区域的编号被用于指示该子区域正在写入中。还可行的是，准备与子区域的数目相对应的标记来单独地指示各个子区域是否在写入中。分割成子区域的操作使得可以针对各个子区域来判断管理信息CINF是否反映用户数据UD的最新状态，从而缩小重新配置管理信息CINF的目标范围。

因此，可以缩短重新配置管理信息CINF所需要的时间，而无需投入精力去基于ID比较来判断映射和管理信息CINF之间的整体性(integrity)。如果这样来配置，即，指示出各个子区域的“写入中”的标记示出了各个子区域的这个状态，则可提供将两个或更多个子区域处理成“写入中”的优点，代价是增加了将要重新配置的子区域的数目。

图37到图40示出了将ID复位成较小值的过程。

图37示出了在特定阶段的管理信息CINF和映射MP的状态。在这个示例中，映射MP的ID为0xFE，区域AR1的ID为0xFE，区域AR2的ID为0xF0，并且区域ARm的ID为0x58。随着对管理信息CINF和映射MP进行写入，ID取越来越大的值，但是，仅仅在有限范围内的值才可以记录到非易失性存储器2中。因此，当该值变得相当大时，需要将其复位成较小值。

图38示出了对赋予了特殊的最小值0x0的ID的映射进行写入的状态。此时，非易失性存储器2中的映射MP的内容反映管理信息CINF的最新状态，但是，ID却处于无法确保映射MP的内容的状态中，因此，如果例如在这个阶段发生断电，则必须针对所有区域来重新配置映射MP。

图39示出了将0x1赋给所有区域的管理信息CINF以作为ID的状态。

因为管理信息CINF被写入，所以可能需要对映射MP进行更新，因此非易失性存储器2中的映射MP并不总是反映管理信息CINF的最新状态。但是，因为映射MP写有0x0的ID，所以没有发生“反映了最新状态”这样的错误认识。

图40示出了将与管理信息CINF的ID的最大值相同的值0x1赋予映射MP并将数据写入该映射MP的状态。非易失性存储器2中的映射反映出管理信息的最新状态。因此，将ID复位成较小值的操作已经完成。

图41到图44示出了在图37到图40中的各个图中的区域AR2中的映射和管理信息被更新的方式。

图41示出了图37所示的、非易失性存储器2中的映射MP和区域AR2中的管理信息CINF的状态。映射MP和管理信息CINF被写入分立块的中间的页中，作为有效数据。

图42示出了图38所示的、非易失性存储器2中的映射和区域AR2中的管理信息CINF的状态。针对图41所示的状态，利用ID＝0x0来更新映射；在非易失性存储器2中，例如，针对区域AR2、将映射写入到非易失性存储器2中的ID＝0xFE的页的下一页(ID＝0x0)中。

图43示出了图39所示的、非易失性存储器2中的映射和区域AR2中的管理信息CINF的状态。

针对图42所示的状态，利用ID＝0x1来更新各个管理信息CINF；在非易失性存储器2中，例如，针对区域AR2、将映射写入到非易失性存储器2中的ID＝0xF0的页的下一页(ID＝0x1)中。

图44示出了图40所示的、非易失性存储器2中的映射和区域AR2中的管理信息CINF的状态。针对图43所示的状态，利用ID＝0x1来更新映射；在非易失性存储器2中，将映射写入到非易失性存储器2中的ID＝0x0的页的下一页(ID＝0x1)中。

如上所述并根据本发明，通过改进在非易失性存储系统1(其中，管理信息CINF存储在非易失性存储器2中)中表示管理信息CINF的状态的方法，可以显著地减少用于配置管理信息CINF所需的处理和时间，而没有显著地增加在启动时所需的用于检查管理信息CINF的整体性的精力，并且没有显著地增加写入管理信息CINF的频率。

这种新颖配置可以缩短启动时所需的处理时间，即使在具有显著增加的总存储容量的非易失性存储系统1中也是如此，从而实现在非易失性存储系统中的更加显著的存储容量的增加。

虽然已经使用具体项来描述本发明的优选实施例，但是这种描述仅用于说明性的目的，并且应当了解，在不脱离以下的权利要求的精神或范围的情况下，可以进行改变和变更。

相关申请的交叉引用

本发明包含与2007年2月5日向日本专利局提交的日本专利申请JP2007-025736相关的主题，该申请的全部内容通过引用而结合于此。

Claims (16)

1.一种非易失性半导体存储设备，包括：

非易失性存储器，该非易失性存储器被配置成电可改写的；以及

控制器，该控制器被配置用于基于与所述非易失性存储器的管理相关联的信息来控制所述非易失性存储器的存取区域，

其中，所述控制器对所述非易失性存储器的区域进行分割以用于管理，并按整体方式、对用于管理各个区域的数据的管理信息以及所述管理信息的映射进行编号，以将编号后的管理信息和映射写入所述非易失性存储器，从而基于所述编号来判断所述管理信息和所述映射是否正常。

2.如权利要求1所述的非易失性半导体存储设备，其中，当写入所述管理信息时，所述控制器向所述管理信息赋予比所述映射的编号大的编号，并且当写入所述映射时，向所述映射赋予比所述管理信息的编号的最大值还大的编号，从而判定所述管理信息的编号低于所述映射的编号的区域为所述映射的正确区域。

3.如权利要求2所述的非易失性半导体存储设备，其中，所述控制器在写入数据之前写入编号大于所述映射的编号的所述管理信息，从而判定所述管理信息的编号低于所述映射的编号的区域在所述管理信息和所述映射方面都正确。

4.如权利要求2所述的非易失性半导体存储设备，其中，所述控制器用特殊的最小值来改写所述映射的编号，用大于所述特殊的最小值的值来改写所有管理信息的编号，并再次用所述值来改写所述映射的编号，从而将所述较大编号复位为较小值。

5.如权利要求1所述的非易失性半导体存储设备，其中，所述控制器在写入数据之前将指示出“写入中”的信息赋给所述管理信息，并在写入所述数据之后、在所述管理信息已经更新完时去除所述指示出“写入中”的信息，从而基于所述指示出“写入中”的信息是否存在来判断所述管理信息是否正确。

6.如权利要求5所述的非易失性半导体存储设备，其中，如果所述管理信息的编号大于所述映射的编号，并且如果所述管理信息不具有指示出“写入中”的信息，则所述控制器判定所述管理信息正确并且仅仅所述映射的该区域不正确。

7.如权利要求1所述的非易失性半导体存储设备，其中，所述控制器在启动时针对各个区域来判断所述管理信息和所述映射是否正确，从而在发现所述管理信息和所述映射不正确的情况下，对重新配置的范围进行限制。

8.如权利要求1所述的非易失性半导体存储设备，其中，如果一个区域具有多条管理信息，则所述控制器对最后写入的管理信息进行编号，从而使所述管理信息表示该区域。

9.如权利要求1所述的非易失性半导体存储设备，其中，如果进一步分割将由所述管理信息管理的区域，则所述控制器通过用所述指示出“写入中”的信息来指示分割得到的区域之一，从而判定仅仅所述管理信息中的该区域不正确。

10.如权利要求1所述的非易失性半导体存储设备，其中，如果进一步分割将由所述管理信息管理的区域，则所述控制器针对各个分割得到的区域来指示指示出“写入中”的信息，从而判定仅仅所述管理信息中的该区域不正确。

11.如权利要求1所述的非易失性半导体存储设备，其中，在写入更新后的管理信息时，如果所述映射不需要更新，则所述控制器赋予所述管理信息的原始编号，从而返回到下述状态，即，在没有写入所述映射的情况下判定为正确的状态。

12.一种非易失性半导体存储设备，包括：

非易失性存储器，该非易失性存储器被配置成电可改写的；以及

控制器，该控制器被配置用于基于与所述非易失性存储器的管理相关联的信息来控制所述非易失性存储器的存取区域，

其中，所述控制器利用分层配置来管理所述非易失性存储器，向低层管理信息中写入指示出所述低层管理信息的状态的标记，并赋予指示出“旧/新”的信息，用于对高层管理信息和所述低层管理信息进行比较。

13.如权利要求12所述的非易失性半导体存储设备，其中，为了确认所述低层管理信息反映出最新状态，所述控制器检查所述管理信息自身而不检查所有数据。

14.如权利要求12所述的非易失性半导体存储设备，其中，为了确认所述高层管理信息反映出最新状态，所述控制器使用将在更新所述高层管理信息和所述低层管理信息时写入的所述指示出“旧/新”比较的信息，从而单独地确认是否反映出所述各条低层管理信息的最新状态。

15.一种管理非易失性半导体存储设备的方法，该非易失性半导体存储设备具有非易失性存储器，所述方法包括以下步骤：

对所述非易失性存储器的区域进行分割，以对其进行管理；

对用于管理各个区域的数据的管理信息和用于控制所述管理信息的映射进行整体编号，并将所述编号后的管理信息和映射写入所述非易失性存储器；以及

基于所述编号来判断所述管理信息和所述映射是否正常。

16.一种管理非易失性半导体存储设备的方法，该非易失性半导体存储设备具有非易失性存储器，所述方法包括以下步骤：

使所述非易失性存储器具有分层结构，以用于管理；

向低层管理信息赋予标记，以反映该低层管理信息的状态，并将所述低层管理信息写入所述非易失性存储器；以及

赋予其关于高层管理信息和所述低层管理信息之间的旧/新比较的信息，并将所述高层管理信息和所述低层管理信息写入所述非易失性存储器。

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