存储器控制器、非易失性存储装置、非易失性存储系统及数据写入方法

专利名称：存储器控制器、非易失性存储装置、非易失性存储系统及数据写入方法
技术领域：
本发明涉及具备可重写的非易失性存储器的非易失性存储装置， 以及控制所述非易失性存储装置的存储器控制器、非易失性存储系统 及数据写入方法。
背景技术：
关于具备可重写的非易失性主存储器的非易失性存储装置，主要 是应用于半导体存储卡的需求逐步增加。关于此存储卡，具有快闪存 储器作为非易失性存储器，且具有用于控制此快闪存储器的存储器控
制器。存储器控制器根据数码相机、个人电脑(PC)本体等的存取装
置的读写指示，对快闪存储器的读写处理进行控制。
另外，在使用非易失性存储器的非易失性存储装置中，众所周知 有对数据进行追加式重写的装置(专利文献1)。这种非易失性存储 装置中，当来自主机的写入数据量小于擦除块单位时，那么并非以擦 除块为单位，而是以非易失性存储器的最小写入单位(扇区或者页) 为单位而进行写入。由此，可提供一种在对连续的逻辑地址进行数据 写入操作时不会进行多余的复制处理，因而可提高写入性能的快闪存 储媒体。
而且，作为多值NAND快闪存储器，期待其为低价快闪存储器， 且很可能今后主要用作存储卡的主存储器。专利文献2中，公开了一 种为了实现高速存取而改良了多值NAND快闪存储器的页结构的技 术。作为二值存储器，常规的快闪存储器是利用一个存储单元保存一 页的某一位的数据。另一方面，多值NAND快闪存储器中，各存储单 元跨多页，例如跨两页而构成，也就是说，保存多位数据。
图1至图3是表示页位置的结构图，其中，当使用如多值NAND
快闪存储器这样的一个存储单元内保存多位信息的存储单元来构成 非易失性存储器时，所述页内保存着物理块中的同 一存储单元群组的
信息。图1至图3中，PN表示页编号，当对物理块进行写入时，是 按照PN的编号顺序进行写入的。而且，群组编号(GN)相同的页是 含有由相同存储单元群组保存的数据的两页。未标注阴影的页作为相 同存储单元群组中最先写入的第一页，而将以斜线标注了阴影的页作 为之后写入的第二页。
例如，图1所示的多值NAND快闪存储器中，由偶数页和奇数 页成对地构成一个存储单元群组。图中GN所示的群组编号相同的页 表示含有由一个存储单元群组所保存的数据的成对的页。各成对的页 中，将地址在前的页作为第一页，将地址在后的页(标注了阴影的页) 作为第二页。图l中，第一页与第二页相邻，图2及图3中第一页与 第二页分离。使两者分离是为了减少已完成写入的页内所存储的数据 受其他页的写入的影响(干扰)。
然而，当一个存储单元跨两页而构成时，存在以下问题如果一 页的写入出错，那么另一页内所存储的数据会发生改变。关于此问题， 以下参看图4至图6进行说明。
图4是表示图1至图3所示的多值NAND快闪存储器的存储单 元的阈值电压分布的特性图。此存储单元内存储2位信息。横轴表示 存储单元的阈值电压V，纵轴表示存储单元数P，四个曲线表示存储 单元的阈值电压分布在4处。
其中，图4的4个分布，从左到右分配为"ll"、 "10"、 "00"、 "01" 四个代码。各代码中的右侧数字(bit )对应于第 一页，而左侧数字(bit) 对应于第二页。在擦除结束的状态下，各存储单元是"ll"。如果从这 一状态开始对第一页进行写入，那么正常写入后，各存储单元保持 "ll"的状态，或者从"11"转变为"10"。然后，如果对第二页进行写入， 那么当正常写入后，各存储单元保持"ll"的状态，或者从"ll，，转变为 "01"。再或者，保持"10"的状态，或者从"10"转变为"00"。
图5是表示对存储单元进行正常写入的状态的特性图。图5中，
假设向第一页及第二页进行写入后，写入目标值"01，，的信息。关于写
入过程，首先，经过对第一页的写入，成为"ll"的状态，然后，经过
对第二页的写入，成为"01"的状态。
图6是表示未对存储单元进行正常写入的状态的特性图。图6 中，当对第二页进行写入时，在施加到存储单元的电压从"ll，，转变为 "01"的过程中，会产生包括电源突然切断在内的电源电压的变动、或 存储单元自身产生的物理缺陷，而导致电压成为"10，，或"00"(图中的 箭头表示电压成为"10")。如果成为这种状态，那么第二页的写入错 误会影响到已完成写入的第一页。
专利文献1:日本专利特开2004 - 62328号〃>才艮
专利文献2:日本专利特开2001 - 93288号7>才艮

发明内容
以下，对于将图1所示的多值NAND快闪存储器用在常规的非 易失性存储系统，即专利文献l中所示的快闪存储媒体中时会出现的 系统问题进行说明。首先，当主机对快闪存储媒体写入扇区0~3的2 kB的数据时，快闪存储媒体仅对位于最前面的页即PN0进行写入， 然后，通知主机已完成正常写入。主机在接收到所述通知后，识别为 扇区0~3的2kB的数据已正常写入。接着，当主机向快闪存储媒体 重新写入扇区4~7的2 kB的数据时，因为必须按照页的顺序来写入 数据，所以是对下一页即PN1写入数据。如图1所示，所述PN0及 PN1具有相同的群组编号GN0。因此，当页编号PN1,即扇区编号4~ 7的写入出错时，可能导致与页编号PN1属于同一群组的页编号PN0 的扇区编号0~3的数据被损坏。此时，无法修复已损坏的数据。快 闪存储媒体无法通知主机已完成写入，所以，主机可正确地识别为 扇区4~7的2 kB的数据未正常写入。然而，因为无法识别出，已识 别为在之前的写入处理已正确写入的扇区0~3的2 kB的数据在快闪 存储媒体内部被损坏，所以，之后会在错误的识别下继续对快闪存储
媒体进行读取、写入，由此可能导致可靠性出现问题。
因此，鉴于所述问题，本发明的目的在于提供存储器控制器、非
易失性存储装置、非易失性存储系统及数据写入方法，所述存储器控 制器即便因为对规定页的写入处理失败，而导致构成与此规定页属于 相同的存储单元的其他页中所存储的数据发生了改变，仍不会使可靠 性出现问题。
解决问题的手段
为了解决所述问题，本发明的存储器控制器，根据由外部提供的 写入及读取命令和地址，对存储器进行数据写入、数据读取，且，所 述存储器是由多页构成，所述页是所述存储器的写入单位、物理单元 是由至少一个包括第一页和第二页的页群组而构成，当对其中一页写 入数据时，对另一页的数据写入状态暂时改变，所述存储器控制器具 备物理单元写入部，所述物理单元写入部根据来自所述外部的写入命 令对未写入的所述物理单元执行写入。
为了解决所述问题，本发明的非易失性存储装置中具备由多页 构成的非易失性存储器，及根据由外部提供的写入及读取命令和地址 而对所述非易失性存储器进行数据写入、数据读取的存储器控制器， 所述页是所述存储器的写入单位，物理单元是由至少一个包括第一页 和第二页的页群组而构成，当对其中一页写入数据时，对另一页的数
据写入状态暂时改变，所述存储器控制器具备物理单元写入部，所述
单元执行写入。
为了解决所述问题，本发明的非易失性存储系统具备存取装置及 非易失性存储装置，所述存取装置向所述非易失性存储装置至少发送 写入命令和数据，所述非易失性存储装置具有由多页构成的非易失 性存储器，及根据由外部提供的写入及读取命令和地址而对所述非易 失性存储器进行数据写入、数据读取的存储器控制器，所述页是所述 存储器的写入单位，物理单元是由至少一个包括第一页和第二页的页 群组而构成，当对其中一页写入数据时，对另一页的数据写入状态暂 时改变，所述存储器控制器具备物理单元写入部，所述物理单元写入 部根据来自所述外部的写入命令，对未写入的所述物理单元执行写
入。
为了解决所述问题，本发明所述的数据写入方法为如下所述根 据由外部提供的写入命令和地址，向存储器写入数据，所述存储器是 由多页构成，所述页是所述存储器的写入单位，物理单元是由包括至 少一个第一页和第二页的页群组而构成，当对其中一页写入数据时， 对另一页的数据写入状态暂时改变，所述数据写入方法中包括物理单 元写入步骤，其根据来自所述外部的写入命令，向未写入的所述物理 单元执行写入。
此处，所述存储器也可使用多值存储单元来存储数据。
此处，所述存储器也可为非易失性存储器。
此处，所述物理单元也可是由连续的2n (n-l， 2......)页而构成。
此处，所述物理单元写入部，当根据来自所述外部的一次命令所 进行的写入，以小于等于所述物理单元为单位来写入第一数据时，从 已完成写入的物理单元中复制第二数据，由此利用所述第一数据和所 述第二数据以所述物理单元为单位进行数据写入。
此处，也可具备包括保存着所述物理单元是由哪些所述多页所构 成的信息的页信息指示部。
此处，所述物理单元中也可存在未进行来自所述外部的写入数据 写入的区域。
此处，未进行所述写入的区域也可是所述页群组的一部分区域。 此处，所述物理单元也可是由不连续的多页构成。 此处，所述物理单元写入部根据来自外部的写入命令而向存储器 写入数据时，也可依据写入数据的量来改变所述物理单元的大小。 发明效果
根据本发明，即使某存储单元发生这样的状况因为在存储多页 数据的存储器中发生了特殊错误而导致数据改变，也可提前避免出现 外部主机无法识别前述情况这样的可靠性方面的问题。因此，可确保 使用今后成为主流的多值NAND等快闪存储器的非易失性存储装置
的可靠性等同于甚至高于使用存储单元存储l页数据的常规存储器的 非易失性存储装置的可靠性。


图1是表示多值NAND非易失性存储器的结构图。 图2是表示多值NAND非易失性存储器的结构图。 图3是表示多值NAND非易失性存储器的结构图。 图4是表示多值NAND快闪存储器的存储单元的电压分布的特性图。
图5是表示已对存储单元进行正常写入的状态的特性图。 图6是表示没有对存储单元进行正常写入的状态的特性图。 图7是本发明的第一实施方式中的非易失性存储系统的框图。 图8是本实施方式中的非易失性存储器的结构图。 图9是设置在非易失性存储器110内的物理块格式的说明图。 图10是逻辑地址LA格式的说明图。 图ll是物理区域管理表131格式的说明图。 图12是逻辑物理转换表132格式的说明图。 图13是写入状态管理表的一例的说明图。 图14是表示页信息表的格式的地址映射。 图15是表示初始化处理的流程图。 图16是表示数据写入处理的流程图。 图17是向某物理块写入数据时的写入示例的示意图。 图18是数据的追加写入处理的一例的示意图。 图19是第二实施方式中的数据写入处理的流程图。 图20是第二实施方式中的非易失性存储系统的非易失性存储器 的结构图。
图21A是第二实施方式中的非易失性存储系统的数据的写入状 态的示意图。
图21B是第二实施方式中的非易失性存储系统的数据的写入状 态的示意图。
图21C是第二实施方式中的非易失性存储系统的数据的写入状 态的示意图。
图22是第二实施方式的变形例中的非易失性存储系统的数据的 写入状态的示意图。 附图标记
100A 非易失性存储装置 101 存取装置 110 非易失性存储器 120A 存储器控制器 122 CPU
125 緩冲存储器
126 地址管理部
127 读写控制部
128 页信息指示部
129 物理单元写入部
131 物理区域管理表
132 逻辑物理转换表
133 写入状态管理表 141 页信息表具体实施方式
(第一实施方式)
以下，对本发明的第一实施方式中的非易失性存储系统进行说 明。图7是非易失性存储系统的框图。非易失性存储系统是由非易失 性存储装置100A及存取装置101构成。
非易失性存储装置100A具有由快闪存储器构成的非易失性存储 器110、及存储器控制器120A。非易失性存储器110是一个存储单元 跨两页保存数据的多值NAND快闪存储器。如图8所示，非易失性存 储器110例如由4096个物理块PBO ~ PB4095构成。物理块是擦除单 位，且每个物理块由128页构成。各页是存储器控制器120A的存取 单位，具有2112个字节的存储容量。此处，为与图1的群组结构相 同的存储器。
存取装置101对非易失性存储装置100A发送用户数据(以下， 简称为数据)的读写命令，发送保存有所述数据的逻辑地址，且进行 数据的收发。存储器控制器120A从该存取装置101接收读写命令， 向非易失性存储器110写入所接收的数据，从非易失性存储器110读 出数据，并将所述数据输出到外部。
下面，对存储器控制器120A进行详细说明。非易失性存储装置 100A中所具备的存储器控制器120A中包括主机IF121，及对整个 存储器控制器120A进行控制的CPU122。另外，还包括CPU122的 操作区域即RAM123，及保存有CPU122运行的程序的ROM124。而 且，存储器控制器120A具有在对非易失性存储器110进行存取时 用于临时存储数据的緩冲存储器125，及指定非易失性存储器110的 地址的地址管理部126。
读写控制部127根据地址管理部126所指定的地址，向非易失性 存储器110内写入数据，或从非易失性存储器110内读取数据。
图9表示非易失性存储器110内的物理块格式。如图9所示，一 个物理块是由页编号(PN)为0~127的128页构成，且各页包括4 个扇区的数据区域和管理区域MR。 1个扇区是512个字节，l页由4 个扇区构成，因此是2048个字节。每l页中管理区域MR为64个字 节。存储l簇信息所需的页数为8页。而且，从图9的左上方开始，
标注着PSAO、 PSAl........ PSA511等物理配置符号。PSA是物理
扇区地址(Physical Sector Address )的首字母缩写。
图IO是逻辑地址LA格式的说明图。如该图所示，从低位起， 依次为扇区编号、页编号、逻辑块地址LBA，逻辑块地址LBA所对 应的12位相当于地址转换对象，也就是逻辑物理转换表132的地址。 存取装置101的文件系统中规定，扇区大小为512个字节，簇大小为 16 k字节，因此，簇编号LSB对应于位5 (b5)。逻辑地址LA的 b8~b2对应于页编号。
地址管理部126包括物理区域管理表131，逻辑物理转换表132 和写入状态管理表133。地址管理部126参看这些表来进行所谓的地 址管理，即，选择作为从存取装置101传送的数据的写入对象的物理 块，或者指示此物理块内的写入对象的页、也就是当前页编号等。物 理区域管理表131中存储着作为非易失性存储器110内的擦除单位的 物理块的状态，也就是存储着表示是否存储有效数据的状态标记。逻 辑物理转换表132是将存取装置101所传送的逻辑地址转换为非易失 性存储器110内的物理地址所必需的表。
图11表示物理区域管理表131的格式。根据图11可知，物理区 域管理表131的地址对应于非易失性存储器110的物理块地址PBA, 存储着各物理块的状态标记。关于状态标记，以2进制表示，值00 表示存储着有效数据的有效块，值11表示已被擦除的无效块、或者 已写入数据但为无用数据的无效块，值10表示因存储单元上的硬伤 (solid error)等错误而无法使用的坏块。
图12表示逻辑物理转换表132的格式。此表132中保存着与各 逻辑块地址LBA相对应的物理块地址PBA。
图13是写入状态管理表133的示意图。写入状态管理表133中， 当将某逻辑块的数据不仅写入一个物理块内，而且也写入其他物理块 (新物理块)内时，具有存储所述逻辑块的地址LBA和新物理块的地 址PBA，而且，保存着已对所述物理块PBA完成写入的页的区域。 所述写入状态管理表133最少设置一个，较好的是设置多个，由此可 使多个逻辑块与新旧物理块相对应。
页信息指示部128具有页信息表141，用于存储保存在存储单元 内的数据的页信息。图14中表示页信息指示部128所含的页信息表 141的格式的地址映射。页信息表141中有129个字(word)，从第 l个到第128个字对应于页编号(PN) 0~127。各字中存储页编号相 关信息141a和页类型信息141b。页编号相关信息141a中存储同一群 组内的其他页编号。页类型信息141b中存储用于识别是同一存储单 元群组中的第1页还是第2页的标记。此处，"0"表示第1页，'T，表
示第2页。另外，如上文所述，第1页和第2页表示多值存储单元的 同 一存储单元群组内的写入顺序。
页信息表141的最后一个字中，存储着由一个存储单元构成的页 数，此处存储的是2。另外，图14中的页信息表141是以图表的形式 表示了图8中所示的多值NAND快闪存储器的页结构，其内容会根据 多值NAND快闪存储器的种类而变化。
另外，页信息表141建立在SRAM等易失性RAM、铁电存储器 (FeRAM)等非易失性RAM或ROM中。如果是易失性RAM，在电 源启动进行初始化处理时，CPU122可根据其从非易失性存储器110 读出的设备代码，而将页信息表141建立到SRAM等存储器中。关 于具体的建立方法中的一种，按照各个设备种类可将此页信息表预先 存储到ROM124等存储器，再根据设备代码而选择性地将相关页信 息表从ROM124传送到SRAM。而且，如图1所示，如果使用页结 构比较简单的多值NAND快闪存储器，那么因为存在偶数/奇数的关 系性(规则性)，页信息指示部128中无须具有页信息表，能够根据 设备代码经过位运算来计算出页编号相关信息。具体地说，就如图1 所示的多值NAND快闪存储器而言，能够根据下式(1)进行计算。 此处，运算符A是"异或，，逻辑的运算符。
页编号相关信息=页编号A 0x01...... (1)
物理单元写入部129根据依据页信息表141所判定的边界结果，
以小于等于物理单元单位的写入单位向物理块进行数据写入时，也将 与所述数据一同构成一个物理单元的其他区域的数据复制到此物理 单元内未进行写入的区域内，由此，可控制为以物理单元为单位写入 数据。
以下，对非易失性存储装置100A的动作进行说明。 (电源启动时的初始化处理)
图15是接通电源后的处理的流程图。接通电源后，首先，重置 CPU122，根据ROM124内存储的程序进行初始化处理(S101)。所 述初始化处理中，首先，完全清空RAM123和緩冲存储器125。利用
读写控制部127，从非易失性存储器110内的系统区域读取设备代码， 且根据此设备代码来指定非易失性存储器110的类型和容量(S102)。 然后，根据从非易失性存储器110读取的设备代码，在页信息指 示部128内建立页信息表141 (S103)。或者，页信息指示部128也 可根据所述设备代码相应的运算功能(对应于式1)而掌握页结构信 息。
然后，利用读写控制部127，读取非易失性存储器IIO内所有物 理块的第一页的管理区域(S104)。之后，在地址管理部126内，创 建物理区域管理表131、逻辑物理转换表132和写入状态管理表133 (S105)。
之后，CPU122依据在S102中所读取的设备代码，来决定非易 失性存储器110的边界(S106)。例如，图1中所示的多值NAND 快闪存储器中，页PNO和页PN1的4kB的区域构成一个存储单元群 组。这样，将构成一个存储单元群组的多页定义为页群组。因此，由 页PNO和PN1构成了一个页群组。而且，将物理块内由按照写入顺 序形成在连续的区域内的至少1个页群组单位构成，且将页群组并未 跨多个区域而结束的区域作为一个物理单元。以下，同样地，因为1 个页群组所连续的区域在页PN2、 PN3的4 kB内结束，所以构成1 个物理单元，其边缘则成为边界。而且，图2所示的多值NAND快闪 存储器中，因为两页群组在页PN0 PN3的8 kB连续区域内结束， 所以两页群组构成1个物理单元。以下，同样地，在8kB内结束两 页群组，所以，这两页群组构成1个物理单元，其边缘则成为l个边 界。如上所述，物理单元是由连续的2n (n为自然数)页构成。此信 息由页信息指示部128保存。这样，决定了边界之后，允许接收来自 存取装置100的命令(S107)，转为正常运行(S108)。
(正常运行时的处理)
然后，使用图16的流程图对初始化之后正常运行时的处理进行 说明。另外，本发明中，为了避免写入处理时出现问题，即，为了避 免对构成同一存储单元的其他页造成影响而进行了改善，以使收到存
取装置101发出的写入命令时必定对未进行写入的物理单元进行写
入，因此，在此也仅对写入处理进行说明。
首先，存取装置101例如将逻辑地址LA0 LA3的2k字节的写 入命令传送到非易失性存储装置IOOA。主机IF121接收到写入命令 后，通知CPU122已接收写入命令，再由CPU122保存存取装置101 开始写入的第一个逻辑地址的信息(步骤S201、 S202 )。
然后，CPU122指示地址管理部126获取一个写入对象的物理块 (S203 )。地址管理部126参看写入状态管理表133，检索与所述逻辑 地址对应的注册。如果没有与逻辑地址对应的注册，那么从随机选择 的地址开始按升序搜索无效的物理块，将搜索出的第一个无效物理块 作为写入对象的物理块。此时，写入对象的页成为第一页，即PNO。 当已在写入状态管理表133中注册时，将所注册的物理块(PBA)作 为写入对象的物理块。此时，写入对象的页成为在写入状态管理表133 中已完成写入的页的下一页。
然后，CPU122确认存取装置101开始写入的地址是否相当于边 界的最前端(S204 ),如果从边界的最前端进行写入，那么可从未进 行写入的物理单元的最前端开始进行写入，所以进入步骤205，通过 緩沖存储器125依次写入从存取装置101传送的逻辑地址LAO ~ LA3 的数据。
然后，CPU122确认步骤S206中写入是否一直进行到了边界的 末尾。当写入一直进行到边界的末尾时，进入步骤S207，对物理区域 管理表131、逻辑物理转换表132、写入状态管理表133进行必要的 更新，向主机的存取装置101响应完成写入(S208)，结束处理。主 机的存取装置101接收到非易失性存储装置100A完成写入的响应后， 正确终止根据所述写入命令所进行的数据写入，且识别数据已正确写
入o
而且，当步骤S204中并未从边界的最前端开始进行写入时，在 步骤S209中，依据物理区域管理表131获得与旧物理块对应的页的 地址，且从旧物理块中读取相应数据(S209 )，然后，在步骤S210 中，将存取装置101开始写入的地址之前的数据，从未写入的物理单
元的最前端开始依次进行复制(前半巻入处理)。然后，返回到步骤
S205o
而且，如果步骤S206中写入没有一直进行到边界的末尾，那么 在步骤S211中依据物理区域管理表131而获得与旧物理块对应的页 的地址，且从旧物理块中读取相应数据(S211 )。然后，进入步骤S212， 复制所述数据一直到边界末尾(后半巻入处理)。然后，返回到步骤 S207。这样，对于存取装置IOI发出的一次写入命令，所进行的写入 通常是从边界的最前端一直到边界的末尾。
然后，使用具体的写入示例，对于直到边界的写入处理进行说明。 图17中的物理块PB8，如图所示，例如为所有页中均写入数据的物 理块。物理块PB8内的数值仅表示了扇区编号PSBO ~ PSB511的编号。 而且，此处，假设是图1所示的多值NAND快闪存储器，那么物理单 元是由偶数、奇数的连续的两页构成。而且，对于向与其同属一个逻 辑块地址的扇区0~3写入新数据的情况进行说明。此时，选择新的 物理块，例如是PBll，作为写入对象物理块。由此，物理块PB11 则成为新物理块，而与其同属一个逻辑地址的已写入数据的物理块 PB8则成为旧物理块。利用逻辑物理转换表132使旧物理块与逻辑块 关联。新物理块由写入状态管理表133管理。而且，物理块PB11的 页PNO内写入了扇区0~3的数据。而且，与物理块PB11的页PNO 共同构成物理单元的页PN1内，也必须写入数据。因此，如上文所述， 将旧物理块PB8的页PN1内所保存的由图中虚线所示的扇区4~7的 数据，复制到PB11的页PN1内(巻入处理)。由此，能够一直写入 到边界的边缘，即以物理单元为单位进行写入。
接着，使用图18，对于向属于同一逻辑块的扇区12、 13写入数 据时的情况进行说明。扇区12、 13并不是边界的最前端，因此，首 先，将边界的最前端即从扇区8到扇区11为止(开始写入的扇区12 之前)的数据，从旧物理块PB8复制并写入到物理块PB11。接着， 在物理块PBll内追加写入来自存取装置101的写入数据，即扇区12、
13。而且，复制并写入旧物理块PB8的物理扇区地址14、 15。这样， 结束从物理单元的边界的最前端到边界的末尾为止的写入.以下，同 样地，即便是边界以内的写入，也是以边界为单位进行写入。
如上文所述，本发明的实施方式中，是以物理单元为单位，即总 是写入数据一直到边界的边缘为止，所以各存储单元跨两页保存数据 的非易失性存储器110所特有的错误、也就是因第二页的写入错误而 导致第一页所存储的数据发生改变的错误，不会跨越主机的存取装置 101的多次命令而发生。在存取装置101的一次命令处理中必定是以 物理单元为单位而完成，这也被称为封闭。因此，可以消除存取装置 101识别为已正常写入的数据实际上却已损坏这种可靠性的问题。
此处，非易失性存储器110，不仅限于以图l或图2所示的方式 构成物理块，而且，能够封闭在多页内，将数据的写入错误不会影响 到其他页的单位作为物理单元，且将其边缘作为边界。
而且，非易失性存储器110是各存储单元跨两页保存数据的存储 器，但也可为跨三页保存数据的存储器，所述两种类型都适用于本发 明。
(第二实施方式)
然后，对本发明的第二实施方式进行说明。表示第二实施方式中 的非易失性存储系统结构的块的结构与图l相同，以下，省略了块结 构的相关说明。
除了如图l、图2所示的封闭两页或四页而构成页群组的多值型 非易失性存储器之外，还有如图3所示的多值型非易失性存储器。图 3所示的非易失性存储器中，没有以特定的单位来封闭第一实施方式 中作为对象的物理单元，从而无法使用第一实施方式中的非易失性存 储系统。此情况下，为了防止写入时损坏数据，而在第二实施方式中 扩展了物理单元的概念。
然后，使用图19中的写入流程图，对于第二实施方式中的写入 处理进行说明。首先，存取装置101向非易失性存储装置100A发送 写入命令。主机IF121收到写入命令后，向CPU122通知已收到命令，
且CPU122内保存表示存取装置101开始写入的最前端的逻辑地址信 息(步骤S301、 S302)。
然后，CPU122指示地址管理部126获取一个写入对象上的物理 块(S303 )。地址管理部126参看写入状态管理表133，检索与所述 逻辑地址对应的注册。如果没有与逻辑地址对应的注册，那么从随机 选择的地址开始按升序搜索无效物理块，将最初搜索到的无效物理块 作为写入对象的物理块。此时，作为写入对象的页则成为最前端的页， 即PNO。当已在写入状态管理表133中注册时，将所注册的物理块 (PBA)作为写入对象的物理块。此时，作为写入对象的页，那么成 为写入状态管理表133内所记录的已完成写入的页之后的页并且是最 初的页群组中的第一页。为了判断是第一页还是第二页，使用页信息 指示部128的页类型信息141b。
然后，CPU122从存取装置101开始写入的地址开始依次写入一 页数据(S304)。然后，在步骤S305中，CPU122根据页信息指示部 128的页编号相关信息141a，获得与已写入的页属于同一页群组的第 二页的位置，且保持写入容许状态。此处，所保存的第二页的地址， 一直有效保持到在存取装置101的一次写入命令期间进行写入为止， 而在存取装置101的一次写入命令结束时无效。所以，步骤S304中 所写入的页，仅仅是各个页群组的第一页，或者是下一步骤305中所 保存的页群组的第二页。也就是说，不对步骤S305中未保存的页群 组的第二页进行写入。
然后，判断步骤S306中的存取装置101的写入是否已结束，当 尚未结束时返回到步骤S304继续进行处理，当已结束时进入到下一 步骤S307，对物理区域管理表131、逻辑物理转换表132、写入状态 管理表133进行必要的更新，且向主机的存取装置101响应写入已结 束(S308)，结束处理。主机的存取装置101接收非易失性存储装置 100A的写入已结束的响应后，正确结束根据所述写入命令所进行的 数据写入，确认数据已正确写入。
这样，步骤S304中所写入的页仅限于各个页群组的第一页，或
者是存取装置101的同一个一次写入命令的处理中写入有页群组的第
一页的第二页这两者中的一种。因此，不会写入到与根据前一个写入 命令所写入的第一页构成相同的页群组的第二页内。
图20是各个页群组中的图3所示的多值NAND快闪存储器110 的示意图。图中左侧表示页群组的群组号GN,而与此群组号所成的 行对应的左侧框内表示第一页的页编号PN，而右侧框内表示对应的 第二页的页编号。第一行的GN为O，框内表示0和2，此表示由页 PNO和页PN2构成一个页群组，且其群組号为GNO。以下，对于由 如本图所示的群组所构成的非易失性存储器，根据写入命令如何进行 写入的细节进行说明。
(1) 例如，根据存取装置101发出的一次写入命令写入4个扇区 (l页)的数据时，如图21A所示，仅向阴影所示的第一页即页PNO 写入数据。而对于与PNO构成同一页群组的页即PN2，不论是在存取 装置101此次发出的写入命令，还是存取装置101以后发出的写入命 令，都不向PN2页进行写入。此时，当下一次写入数据时，从页PNO 以后第一个相当于第一页的页PN1开始，也就是从GN1开始写入数 据。此时，最初所写入的扩展物理单元则成为由一个页群组GNO构 成的单位。
(2) 而且，当根据存取装置101发出的一次写入命令写入12扇 区(三页)数据时，根据同样的写入规则进行写入，因此，如图21B 所示，从页PNO直到PN2按照页编号的顺序向阴影区域内写入数据。 此时，写入到两页群组，即GNO、 GN1内。然后，写入数据时，从 页PN2以后第 一个相当于第 一 页的页PN3所属的GN2开始写入数据， 而对于GN1的PN4不进行之后的写入处理。此时，扩展物理单元则 成为由两页群组GNO、 GN1构成的单位。
(3) 然后，当根据存取装置101发出的一次写入命令写入16扇 区(4页)数据时，如图21C中的阴影所示，数据写入到页编号GNO、 GN1、 GN2的页PN0~PN3内。在下一次写入数据时，按照PN7、 PN8......的形式，从页PN3以后第一个相当于第一页的GN3页PN5
开始写入。此时，不对页群组GN1、 GN2的第一页即页PN1、 PN3 进行写入，因此，不使用页PN4、 PN6。而且，此时，扩展物理单元 是由GN0、 GN1、 GN2这3个页群组构成。
如上所述，根据存取装置101进行的一次写入的页数而适当改变 扩展物理单元的大小，根据所述命令所构成扩展物理单元中仅进行一 次写入处理，剩余的页不进行之后的写入处理。本发明的实施方式是 将必定包含所有已进行数据写入的区域内的页群组的区域，作为扩展 物理单元。因此，当无法构成以特定的页群组单位来封闭的区域时， 由于多值NAND型非易失性存储器110所特有的错误、也就是因第二 页的写入错误而导致第一页内存储的数据发生改变的错误，不会在主 机即存取装置101的多次命令下产生。因此，能够避免被存取装置101 识别为已正常写入的数据实际上被损坏这种可靠性上的问题。
以下，对本发明的变形例进行说明。非易失性存储器中，也可同 时使用多个例如为两个存储芯片，对两个存储芯片同时进行数据的写 入和读取，这可进行高速处理。图22中表示这样的非易失性存储器 的结构，PB10表示第一存储单元的一个物理块，而PB4105表示第二 存储单元的一个物理块。这些物理块所对应的页内同时进行数据的写 入或读取。此时，由PB10的PN0、 PN4形成1个页群组。以下也相 同。此时，例如，写入到PN0-PN7时，以图22中的阴影所示的单 位写入数据。此时，扩展物理单元XPU中包括页PN0~PN13。而且， 物理块PB10的PN8、 PN12和物理块PB4105的PN9、 PN13中未写 入数据，在下一次写入时以新的扩展物理单元为单位进行写入。此时， 出错对其他页产生影响的范围，仅在存取装置101的一次写入命令所 封闭的范围。因此，能够防止已被存取装置101识别为已正常写入的 数据实际被损坏这种可靠性上的问题。
工业利用可能性
本发明的存储器控制器、非易失性存储装置、非易失性存储系统 中，使用了如多值NAND快闪存储器等各存储单元跨多页保存数据的 非易失性存储器，因此能够提高可靠性。本发明可应用于静止图像记
录再现装置、动态图像记录再现装置等便携式AV设备，或者移动电 话等便携式通信设备的记录媒体中。
权利要求
1、一种存储器控制器，用于根据由外部提供的写入及读取命令和地址，对存储器进行数据写入、数据读取，所述存储器是由多页构成，所述页是所述存储器中的写入单位，物理单元是由至少一个包括第一页和第二页的页群组而构成，当对其中一页写入数据时，对另一页的数据写入状态暂时改变，所述存储器控制器具有物理单元写入部，所述物理单元写入部根据来自所述外部的写入命令对未写入的所述物理单元执行写入。
2、 根据权利要求1所述的存储器控制器，所述存储器使用多值 存储单元来存储数据。
3、 根据权利要求2所述的存储器控制器，所述存储器是非易失 性存储器。
4、 根据权利要求3所述的存储器控制器，所述物理单元是由连 续的2n (n-l， 2......)页而构成。
5、 根据权利要求3所述的存储器控制器，所述物理单元写入部， 当根据来自所述外部的一次命令所进行的写入，以小于等于所述物理 单元为单位来写入第一数据时，从已完成写入的物理单元中复制第二 数据，由此利用所述第一数据和所述第二数据以所述物理单元为单位 进行数据写入。
6、 根据权利要求3所述的存储器控制器，包括保存着所述物理 单元是由哪些所述多页所构成的信息的页信息指示部。
7、 根据权利要求3所述的存储器控制器，所述物理单元中存在 未进行来自所述外部的写入数据写入的区域。
8、 根据权利要求7所述的存储器控制器，所述未进行写入的区 域是所述页群组的一部分区域。
9、 根据权利要求3所述的存储器控制器，所述物理单元是由不 连续的多页构成。
10、 根据权利要求3所述的存储器控制器，所述物理单元写入部 根据来自外部的写入命令向存储器写入数据时，依据写入数据的量来 改变所述物理单元的大小。
11、 一种非易失性存储装置，包括 由多页构成的非易失性存储器，及根据由外部提供的写入及读取命令和地址，对所述非易失性存储 器进行数据写入、数据读取的存储器控制器， 所述页是所述存储器的写入单位，物理单元是由至少一个包括第一页和第二页的页群组而构成，当 对其中一页写入数据时，对另一页的数据写入状态暂时改变，所述存储器控制器具备物理单元写入部，所述物理单元写入部根 据来自所述外部的写入命令，对未写入的所述物理单元执行写入。
12、 根据权利要求11所述的非易失性存储装置，所述非易失性 存储器使用多值存储单元来存储数据。
13、 根据权利要求12所述的非易失性存储装置，所述物理单元 是由连续的2n (n-l， 2......)页构成。
14、 根据权利要求12所述的非易失性存储装置，所述物理单元 写入部，当根据来自所述外部的一次命令所进行的写入，以小于等于 所述物理单元为单位来写入第一数据时，从已完成写入的物理单元中 复制第二数据，由此利用所述第 一数据和所述第二数据以所述物理单 元为单位进行数据写入。
15、 根据权利要求12所述的非易失性存储装置，所述存储器控 制器包括保存着所述物理单元是由哪些所述多页所构成的信息的页 信息指示部。
16、 根据权利要求12所述的非易失性存储装置，所述物理单元 中存在未进行来自所述外部的写入数据写入的区域。
17、 根据权利要求16所述的非易失性存储装置，所述未进行写 入的区域是所述页群组的一部分区域。
18、 根据权利要求12所述的非易失性存储装置，所述物理单元是由不连续的多页构成。
19、 根据权利要求12所述的非易失性存储装置，所述物理单元 写入部，根据来自外部的写入命令向存储器写入数据时，依据写入数 据的量来改变所述物理单元的大小。
20、 一种非易失性存储系统，具备存取装置和非易失性存储装置， 所述存取装置，向所述非易失性存储装置至少发送写入命令和数据，所述非易失性存储装置，包括 由多页构成的非易失性存储器，及根据由外部提供的写入及读取命令和地址对所述非易失性存储 器进行数据写入、数据读取的存储器控制器， 所述页是所述存储器的写入单位、物理单元是由至少一个包括第一页和第二页的页群组而构成，当 对其中一页写入数据时，对另一页的数据写入状态暂时改变，所述存储器控制器具备物理单元写入部，所述物理单元写入部根 据来自所述外部的写入命令，对未写入的所述物理单元执行写入。
21、 根据权利要求20所述的非易失性存储系统，所述非易失性 存储器使用多值存储单元来存储数据。
22、 根据权利要求21所述的非易失性存储系统，所述物理单元 是由连续的2n (n = l， 2......)页而构成。
23、 根据权利要求21所述的非易失性存储系统，所述物理单元 写入部，当根据来自所述外部的一次命令所进行的写入，以小于等于 所述物理单元为单位来写入第一数据时，从已完成写入的物理单元中 复制第二数据，由此利用所述第一数据和所述第二数据以所述物理单元为单位进行数据写入。
24、 根据权利要求21所述的非易失性存储系统，所述存储器控 制器包括保存着所述物理单元是由哪些所述多页所构成的信息的页 信息指示部。
25、 根据权利要求21所述的非易失性存储系统，所述物理单元 中存在未进行来自所述外部的写入数据写入的区域。
26、 根据权利要求25所述的非易失性存储系统，所述未进行写 入的区域是所述页群组的一部分区域。
27、 根据权利要求21所述的非易失性存储系统，所述物理单元 是由不连续的多页构成。
28、 根据权利要求21所述的非易失性存储系统，所述物理单元 写入部根据来自外部的写入命令向存储器写入数据时，依据写入数据 的量来改变所述物理单元的大小。
29、 一种数据写入方法，根据由外部提供的写入命令和地址，向 存储器写入数据，所述存储器是由多页构成， 所述页是所述存储器的写入单位，物理单元是由至少一个包括第一页和第二页的页群组而构成，当 对其中一页写入数据时，对另一页的数据写入状态暂时改变，所述数据写入方法包括物理单元写入步骤，其根据来自所述外部 的写入命令，向未写入的所述物理单元执行写入。
30、 根据权利要求29所述的数据写入方法，所述存储器使用多 值存储单元来存储数据。
31、 根据权利要求30所述的数据写入方法，所述存储器是非易 失性存储器。
32、 根据权利要求31所述的数据写入方法，所述物理单元是由 连续的2n (n-l， 2......)页而构成。
33、 根据权利要求31所述的数据写入方法，所述物理单元写入 步骤，当根据来自所述外部的一次命令所进行的写入，以小于等于所 述物理单元为单位来写入第一数据时，从已完成写入的物理单元中复 制第二数据，由此利用所述第 一数据和所述第二数据以所述物理单元 为单位进行数据写入。
34、 根据权利要求31所述的数据写入方法，保存着所述物理单 元是由哪些所述多页所构成的信息。
35、 根据权利要求31所述的数据写入方法，所述物理单元中存 在未进行来自所述外部的写入数据写入的区域。
36、 根据权利要求35所述的数据写入方法，所述未进行写入的 区域是所述页群組的一部分区域。
37、 根据权利要求31所述的数据写入方法，所述物理单元是由 不连续的多页构成。
38、 根据权利要求31所述的数据写入方法，所述物理单元写入 步骤，当根据来自外部的写入命令而向存储器写入数据时，依据写入 数据的量来改变所述物理单元的大小。
全文摘要
本发明的存储单元使用的是保存多页数据的多值NAND快闪存储器等非易失性存储器。当向非易失性存储器110写入数据时，构成成对的且以多页为单位的物理单元。当无法写入所有物理单元时，从保存着已写入的有效数据的旧物理块中复制数据，写入新物理块内，直至物理单元的写入完成为止。由此，当下一次要写入数据时，可从新的物理单元的起始开始写入，所以可防止出错。
文档编号G06F12/16GK101194238SQ20068002051
公开日2008年6月4日 申请日期2006年5月24日 优先权日2005年6月24日
发明者中西雅浩, 井上学, 本多利行, 森博范, 泉智绍, 真木晋弘 申请人:松下电器产业株式会社