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CN100538904C - 在非易失性存储器中写入的方法以及实现这种方法的系统 - Google Patents

在非易失性存储器中写入的方法以及实现这种方法的系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及在电子模块的Flash型存储器中进行写入的方法。本方法包括将所述存储器的至少两个物理区域(叫做“镜像区域”)与相同逻辑区域关联，在所述逻辑区域进行写入的过程中，在其中一个所述空白镜像区域中对所述逻辑区域的内容进行编程；在方便的时间在单一操作中擦除所使用的所有镜像区域的内容。本发明还涉及其中实现了本方法的智能卡。

Description

在非易失性存储器中写入的方法以及实现这种方法的系统
技术领域
本发明涉及在诸如机载系统之类的电子组件的非易失性存储器中进行写入的方法。准确地说，本发明的目的是提出一种方法，优化在这种类型的存储器中进行写入的时间。
本发明还涉及实施这种方法的机载系统。
本发明特别可以应用于智能卡。
在本发明的上下文中，术语“机载系统”必须从其广义的意义上来理解。它具体涉及各种类型的配备有电子芯片的轻型终端，特别涉及智能卡等等。电子芯片本身配备有信息处理装置(例如，微处理器)和信息存储装置。
背景技术
在机载系统的非易失性存储器中写入永久数据一般包括所述存储器的擦除/编程步骤的系列。擦除包括将特定区域(叫做“块”或“页面”)的所有存储器单元切换到“低”状态(下文称为“0”)。编程包括只将所述特定区域的一部分切换到“高”状态(写入“1”)。写入包括擦除某一个区域并在所述区域中对适当的位进行编程。
在当前卡中，非易失性存储器使用EEPROM技术。EEPROM存储器中的写入操作非常慢，大约4ms。擦除和编程时间类似，大约为写入时间的一半，即，大致为2ms。因此，由在存储器中的写入所产生的延迟掩盖了处理器的真正的性能。
当前，在智能卡中出现了一种新的非易失性存储器技术：Flash技术。Flash技术不同于EEPROM技术，特别是在编程和擦除的显著不同的特征方面。在Flash存储器中，在编程所需的时间(这非常快速)和擦除以前编程的单元格所需的时间(在EEPROM存储器中进行擦除所需的时间相同)之间有很大的不对称性。例如，编程所需的时间可能达到10ms(对于小量的存储器)。
本发明的一个目的是优化在配备有Flash型存储器的电子组件的非易失性存储器中的写入时间。
本发明的另一个目的是提出可以在机载系统中实现的解决方案。
发明内容
本发明涉及一种在电子模块的Flash型存储器中进行写入的方法，其特征在于包括，将所述存储器的至少两个物理区域(叫做“镜像区域”)与相同逻辑区域关联，在所述逻辑区域进行写入的过程中，在其中一个所述空白镜像区域中对所述逻辑区域的内容进行编程。
本发明还涉及包括信息处理装置，Flash型非易失性存储器的电子模块，其特征在于包括，由至少两个物理区域构成的并与相同逻辑区域关联的镜像存储器，所述逻辑区域中的每一个新编程操作都在空白镜像存储器的区域中发生，还包括其中集成了所述模块的卡。
附图说明
本发明的其他用途、特点和优点在阅读本发明的说明书之后将变得显而易见。说明书作为非限制性的示例，并参考附图对根据本发明的方法的实现方式以及为此实现方式而设计的电子系统的实现的模式进行说明，其中：
-图1是诸如智能卡之类的便携式对象中集成的电子模块的实现方式的示例的简要视图；
-图2是根据本发明的方法的步骤的简要视图；
-图3是根据本发明的方法中的逻辑和物理区域之间的关联的实现方式的第一模式的简要视图；
-图4是根据本发明的方法中的逻辑和物理区域之间的关联的实现方式的第二模式的简要视图；
-图5a到5c是Flash型存储器中的各种类型的写入的简要视图；
-图6是根据本发明的方法中的物理区域的擦除和再生的实现方式的第一模式的简要视图；
-图7a到7c是根据本发明的方法中的物理区域的擦除和再生的实现方式的第二模式的简要视图。
具体实施方式
根据本发明的方法旨在优化电子组件的存储器中的写入时间，例如，在诸如智能卡之类的机载系统中，配备有电子模块的任何便携式对象。电子组件至少包括处理器和Flash型非易失性存储器。在下面的描述中，FLASH型存储器表示显示编程和擦除所需的时间之间的不对称性的任何非易失性存储器。
在不以任何方式限制其范围的情况下，下面将讨论本发明的优选的应用，即，基于集成电路卡的应用。
具有集成电路的卡，亦称作智能卡，是包含一个或多个嵌入集成电路的塑料设备。具有集成电路的卡可以是存储卡或也叫做“微处理器芯片卡”的微处理器卡。
在图1所示的本发明的特定实施例中，智能卡1包含集成电子单元2；电子单元2至少包括通过内部总线5到至少存储了要执行的程序的Flash型的非易失性存储器7的双向连接的微处理器CPU 3，RAM型的易失性存储器11和与外部进行通信的输入/输出装置13。单元2可以包括连接到内部总线的未显示的其他组件。这种类型的单元一般是作为单片集成电子电路或芯片制造的，可以由任何已知装置从物理上进行保护，并可以组装在集成电路卡或类似的卡上，可以应用于各个领域，如银行和/或电子支付卡，移动无线电话、付费电视、卫生部门和传输部门。
本发明包括软件方法，以便受益于非易失性存储器(特别是FLASH)的编程/擦除时间的不对称性，以优化智能卡的非易失性存储器中的写入时间。因此，定义了“镜像”存储器，并被分成n个物理区域，这些区域包含程序的相同逻辑区域。
图1显示了镜像存储器机制的示例。
系统在其初始状态下，所有镜像存储区都为空，准备接收和存储数据。当程序希望在逻辑区域ZL中进行写入E1时，它通过对第一物理区域ZP1进行编程(快速)来这样做。ZP1是其中必须读取逻辑区域的内容的所谓的活动或当前物理区域。在此逻辑区域ZL中的下一次写入E2的过程中，我们通过对第二物理区域ZP2(仍为空白)进行编程来避免擦除(慢)第一物理区域ZP1。区域ZP2变成活动区域。可以重复此方法，直到镜像存储器饱和(或直到系统找到方便的时间以擦除所使用的物理区域，如在下文中所看到的)。
为了重复使用所有物理区域，镜像存储器必须定期擦除。擦除可以在对于系统方便的任何时间执行，此擦除可以受益于FLASH存储器的“块模式”。这些物理区域的擦除事实上首先通过在一次操作中擦除所有区域，并其次通过以不阻塞系统的方式执行擦除来优化。
被称为“时分复用”的第一种方法是单纯的软件实现方式。当系统正在等待诸如来自终端的命令之类的外部事件时，由卡系统执行擦除。被称为“空间复用”的第二种方法要求提供硬件支持以执行并发任务。擦除任务事实上由卡系统启动，并与普通程序执行并行地执行。优选情况下，此第二种实现方式使用双端口FLASH存储器或使用双存储体FLASH存储器来执行。
简而言之，将本发明所描述的编程/擦除周期分开提供了在FLASH存储器中进行快速编程的优点并优化了存储器擦除操作。因此，本发明在存储器使用和性能之间取得了折中。
下面将分三个部分描述本发明的实现方式的多种模式：
第1部分：实现逻辑区域/物理区域之间的关联。
第2部分：区域写入算法。
第3部分：物理区域的擦除和再生。
下面将描述逻辑区域/物理区域(第1部分)之间的关联的实现模式。为了进行逻辑区域/物理区域之间的关联，我们需要知道活动物理区域(其中必须读取逻辑区域的内容的当前“镜像”区域)。当改变物理区域时必须可以很快地修改此数据，以避免对编程操作不利。因此，数据必须存储在RAM中或以前擦除的FLASH区域。
第一种实现方式包括简单的RAM计数器，与逻辑区域关联，包含活动区域的数量。通过增大计数器来改变区域。当卡被初始化或在撕破的情况下，对物理区域进行扫描，以确定所“使用的”Zpu的区域的数量，即，其中某一个给定的时刻的关联的逻辑区域的内容已经被编程，但是没有被擦除的区域。计数器用此值进行初始化。
图2显示了对于此第一种实现方式要求改变活动物理区域的写入操作。
第二种实现方式包括与逻辑区域关联的FLASH中的位字段。每一个位都代表物理区域的使用状态(“1”-使用；“0”-空白)。物理区域的改变是通过对对应于新活动空白区域的位进行编程来执行的。当再生所有物理区域时，擦除完整的位字段。例如，活动区域可以被确定为位字段中所使用的最低有效区域。
图3显示了对于此第二种实现方式要求改变活动物理区域的写入操作。
下面将参考图4a到4c描述区域(第2部分)的写入算法的实现方式的模式，这些图显示了各个比较操作。左边的活动物理区域包含要修改的位。在右边以粗体显示了新的活动物理区域(与图4a中的旧区域相同)和实际编程的位。
在最简单的方法中，写入整个逻辑区域涉及使用新的物理区域，而逻辑区域的部分写入涉及在当前物理区域读取，替换相应的部分，然后在新的物理区域重写。此操作可以通过判断当前物理区域是否可以重复使用来优化。
该方法包括首先读取当前区域并将它与将要写入的部分相比较。
-如果两个内容完全相同，则不写入任何东西，活动物理区域保持相同(图4a)。
-如果只要求位编程操作(即，从“0”切换到“1”)，不改变活动区域，在当前区域中对对应的位进行编程(图4b)。
-否则，由要被写入的部分读取并屏蔽当前区域，那么一切将在新活动区域进行编程(图4c)。
请注意，预先读取当前区域不对该方法的性能造成严重的影响，因为在非易失性存储器中读取非常快速，只有几个处理器周期。此外，当前区域的内容可以临时存储在RAM中(可以充当高速缓存)。
在上文所描述的方法(图4c)的变体中，不完全地对该区域进行编程，而只对实际不同的部分进行编程(在图中变灰)。虽然此方法涉及比较复杂的管理，由于当对非易失性存储器进行编程时有严重的增益或者由于位编程时间很高，它可能会更好。
下面将参考图5描述物理区域(第3部分)的再生的实现模式。
“时分复用”包括在时间上将编程/擦除操作分开。在正常操作中，系统只执行编程。当它变成不活动时(或当所有区域已满时)，它擦除它们，并在这期间被阻塞。例如，在智能卡的I/O线上接收命令的时间比较长(几百ms)，系统利用此时间触发擦除。
擦除区域的单纯的软件机制(图5)包括在缓冲区中复制活动物理区域(“镜像”)，然后擦除所有镜像物理区域，最后将缓冲区复制到第一可用的物理区域。在下面的图表中显示了此机制。
“空间复用”包括在逻辑区域中并行地执行擦除操作和编程/读取操作。使用双存储体FLASH来执行此复用。一般来说，在FLASH上读取/编程/擦除操作是排它的，具体来说，不可能擦除一个存储区，而对另一个存储区进行编程或读取。双存储体FLASH具有两个存储体，在这两个存储体中，可以并行地执行操作(即使每一个存储体与传统的FLASH具有相同限制)。
在此存储器上实现假设逻辑区域在每一个存储体中至少具有一个“镜像”区域。包含活动区域的存储体用于编程和读取，而另一个存储体中的完全被同时擦除(如有可能)。当存储体的所有镜像区域都已经被使用时，系统变为活动存储体。图6a到6c显示了此实现方式。
在图6a中，当存储体B被擦除时，在存储体A中执行编程/读取操作。
在图6b中，B被擦除，系统继续在A上工作，直到物理区域饱和。
在图6c中，当A到达饱和时，B变成活动存储体，系统并行地擦除A。

Claims (12)

1.一种在电子模块的Flash型存储器中进行写入的方法，其特征在于包括，
定义包含所述存储器的至少两个物理区域的镜像存储器，所述至少两个物理区域与同一个逻辑区域关联，
指定其中一个所述物理区域作为活动区域，以及
在所述逻辑区域中进行写入的过程中，将所述逻辑区域的内容编程到所述活动区域中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括，在方便的时间在单一操作中擦除所使用的所有物理区域的内容。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述方便时间是不活动期间或者是当镜像存储器的所有物理区域都在使用时的时间。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括将活动区域复制到缓冲区中，以及擦除所有物理区域和将缓冲区复制到可用的第一物理区域中。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括并行地执行擦除和编程/读取操作，而不阻塞系统。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述方法包括：
在双存储体存储器中并行地执行擦除和编程/读取操作，每一个存储体都具有物理区域，当一个存储体被擦除时，另一个存储体是活动的以用于编程/读取，当用于进行编程/读取的存储体的所有物理区域都已经被使用时，该方法改变活动存储体。
7.根据权利要求1到6中的一个权利要求所述的方法，包括使用在每一次改变活动区域时增加的计数器指定所述活动区域。
8.根据权利要求1到6中的一个权利要求所述的方法，包括将至少一个位与代表所述逻辑区域的至少一个物理区域的使用状态的逻辑区域关联。
9.根据权利要求1到6中的一个权利要求所述的方法，其中，如果逻辑区域的内容与活动区域的内容相同或当所述的写入不涉及擦除时，在活动区域执行写入，否则，在空白物理区域进行写入。
10.根据权利要求9所述的方法，包括只对空白物理区域中的逻辑区域的一部分进行编程。
11.一种电子模块，包括信息处理装置，Flash型非易失性存储器，其特征在于包括，由至少两个物理区域构成并与同一个逻辑区域关联的镜像存储器，所述逻辑区域中的每一个新编程操作都在物理区域的空白区域中发生。
12.一种卡，其特征在于包括，根据权利要求11所述的电子模块。
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