與主機並行工作的智能固態海量存儲器的製作方法

2023-05-30 04:50:41

專利名稱：與主機並行工作的智能固態海量存儲器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種外部微處理器和內部微處理器分時操作內部存儲器的海 量固態存儲器。
技術背景傳統的海量存儲器多採用機電裝置的結構，具有易產生機械磨損、可靠 性及||[用性較差、抗衝擊抗振動能力弱、功耗大、訪問等待時間長等缺點。固態存儲器(Solid State Disk, SSD)主要是以快速可擦寫存儲器(FLASH MEMORY)構成的，快速可擦寫存儲器是在EPROM和EEPROM工藝的基礎 上產生的一種具有性能價格比、可靠性高的可擦寫非易失性存儲器，除了具 有EPROM的價格便宜、集成密度高的優點及EEPROM的電可擦除重寫的特 性以外，還具有高速晶片整體電擦除和高速編程的特點，還具有高速度的訪 問周期、CMOS低功耗及與計算機接口簡單的特點。基於上述特點，對於需 要周期性修改被存儲的代碼和數據的應用場合，快速可擦寫存儲器是理想的 器件，它至少可以擦除/編程十萬次，適宜作為一種高速非易失性的存儲器件。 但目前己有的快速可擦寫存儲器多採用由主機直接控制，存在佔用CPU資源 較多的缺點，若將現有的快速可擦寫存儲器作為TMR容錯計算機的固態存 儲器則訪問速度會受很大影響，並且佔用更多的CPU資源。 發明內容本發明為解決現有的快速可擦寫存儲器作為TMR容錯計算機的固態存 儲器時存在的訪問速度較慢、佔用CPU資源較多的問題，提供一種與主機並 行工作的智能固態海量存儲器。本發明包括以下單元微處理器，用於根據外部子計算機發出的控制指令完成對快速可擦寫存 儲器的寫入、讀取或擦除操作，以及對共享存儲器的寫入或讀取操作，還用 於在快速可擦寫存儲器的數據過頂時，發送控制命令給串行通道；共享存儲器，用於存儲來自外部子計算機或微處理器的數據，還用於根 據外部子計算機或微處理器的控制命令將數據存入快速可擦寫存儲器或接收來自快速可擦寫存儲器的數據；一個或多個快速可擦寫存儲器，用於根據外部子計算機或微處理器的控 制信號接收來自外部子計算機、微處理器或共享存儲器的數據，還用於為外部子計算機、微處理器或共享存儲器提供可讀寫的數據；串行通道，用於根據微處理器的控制命令將來自外部子計算機、微處理 器和快速可擦寫存儲器的數據串行下發至信源編碼器。有益效果固態存儲器內部的微處理器可以直接讀取共享存儲器內部的 數據，獲得訪問權的子計算機與微處理器分時操作共享存儲器，兩者之間通過狀態和中斷信號進行握手，避免了由於子計算機的CPU連續寫固態存儲器 而浪費CPU資源，加快了CPU的訪問速度；另夕卜，TMR系統中的子計算機 對固態存儲器分時操作，不佔用相互的時間資源，並行寫入的數據在固態存 儲器內部的微處理器的控制下串行下發至信源編碼器。


圖1是本發明的整體結構示意圖。
具體實施方式
具體實施方式
一參見圖1，本實施方式的固態海量存儲器9由以下單 元組成微處理器1，用於根據外部子計算機5發出的控制指令完成對快速可擦 寫存儲器3的寫入、讀取或擦除操作，以及對共享存儲器2的寫入或讀取操作，獲得固態海量存儲器9訪問權的外部子計算機5通過狀態和中斷信號控 制微處理器l，還用於在快速可擦寫存儲器3的數據過頂時，發送控制命令給串行通道4;共享存儲器2，用於存儲來自外部子計算機5或微處理器1的數據，還 用於根據外部子計算機5或微處理器1的控制命令將數據存入快速可擦寫存 儲器3或接收來自快速可擦寫存儲器3的數據；一個或多個快速可擦寫存儲器3，用於根據外部子計算機5或微處理器1 的控制信號接收來自外部子計算機5、微處理器1或共享存儲器2的數據， 還用於為外部子計算機5、微處理器1或共享存儲器2提供可讀寫的數據；串行通道4，用於根據微處理器1的控制命令將來自計算機5、微處理器 1和快速可擦寫存儲器3的數據串行下發至信源編碼器8。在TMR系統中獲得優先權的子計算機才能訪問固態存儲器，並且每一 個子計算機都是通過共享存儲器2緩存數據的。本實施方式所述的固態海量 存儲器9內部設有微處理器1和共享存儲器2，所述共享存儲器2為外部子 計算機5的CPU與微處理器1共享，由微處理器1完成對快速可擦寫存儲器 3的寫入、讀出、擦除等操作及對共享存儲器2的讀寫操作。外部子計算機5 的CPU對固態海量存儲器9的存儲操作實際上是直接對共享存儲器2的操 作，然後再由內部微處理器1管理共享存儲器2與快速可擦寫存儲器3的存 儲操作。平時固態海量存儲器9內的微處理器1處於等待狀態，微處理器1 何時開始工作是由外部子計算機5的CPU向微處理器1發中斷決定的，當外 部子計算機5的CPU讀寫共享存儲器2時，微處理器1執行內部程序，處於 等待狀態，微處理器1隻有接到外部子計算機5的CPU發來的中斷信號才能 對共享存儲器2和快速可擦寫存儲器3進行操作，此時禁止外部子計算機5 的CPU讀寫共享存儲器2，外部子計算機5的CPU可以做其它的工作；直 到固態海量存儲器9內部的微處理器1完成對共享存儲器2及快速可擦寫存 儲器3的操作後，才允許外部子計算機5的CPU繼續讀寫共享存儲器2，當 寫滿快速可擦寫存儲器3時禁止外部子計算機5的CPU寫共享存儲器2;另 外當快速可擦寫存儲器3過頂時，在固態海量存儲器9內部的微處理器1的 控制下完成數據串行下發至信源編碼器8。固態海量存儲器9內的容量可根 據體積設定，發送串行數據速率為320Kb/s左右，將全盤數據串行發送約需 125s;快速可擦寫存儲器3的擦除時間為2s,當此固態海量存儲器9中設置 16片快速可擦寫存儲器3時，全部擦除約需5分10秒；快速可擦寫存儲器3 的字節編程為10us，整片編程為4s，將16片快速可擦寫存儲器3全部連續編 程約需4分2秒；串行信號形式為標準的串行加載數據形式；串行口的驅動 能力為10米；固態海量存儲器9的功耗^3w。快速可擦寫存儲器3使用 100%TTL電平控制輸入來管理命令寄存器，擦除和編程操作使用固定的12V 電源。只有當VPP端加+12V高電壓時，命令寄存器才能被使用。利用微處 理器1的寫操作時序完成命令寄存器的寫入，根據寫入到命令寄存器中的數 據完成讀、寫、擦除等操作。命令寄存器本身並不佔用可尋址的存儲器單元， 在CE/有效的情況下，WE/進入邏輯低電平時，可對命令寄存器執行寫入操作。具體工作方式S)、只讀方式當VPP端不加高電壓時，快速可擦寫存儲器3如同一個 只讀存儲器，其操作與普通的EPROM相同，可以通過輸入控制對存儲器進 行常規的讀、等待、無輸出和自動選擇狀態等；快速可擦寫存儲器3的最大 讀取時間是80ns，數據通過並串轉換一位一位地傳輸，傳輸率約是320Kb/s， 將全部數據發送完約需125s(由程序控制)。② 、擦除方式快速可擦寫存儲器3是整片擦除，擦除前必須向所有的 存儲器單元充電以保證可靠的擦除。快速可擦寫存儲器3的擦除操作包括以下兩個步驟設置擦除/擦除、首先向命令寄存器寫入擦除命令，這是一次純命令的操作，使器件進入到電氣擦除狀態；隨後再向命令寄存器寫入擦除命 令，此時開始真正的擦除操作。擦除操作開始於寫選通脈衝的上升沿，這時 系統程序必須等待，等待時間等於擦除脈衝寬度，之後再寫擦除校驗命令； 擦除校驗、擦除命令把存儲體陣列中的所有字節並行地擦除掉，每次擦除校 驗操作開始於向命令寄存器寫入校驗命令，在該寫選通脈衝的上升沿停止擦 除操作，在擦除操作停止後，必須對存儲器的數據進行校驗，按地址逐個字 節地讀出，進行比較，若讀出數據是FFH，表示已被擦除，這一過程將不斷 進行下去，直到校驗完所有的字節，若查出一個字節不為FFH，則再次執行 擦除操作，對整個晶片重新擦除一次，如果累計擦除次數超過指定次數，'則 認為擦除出錯。③ 、編程方式快速可擦寫存儲器3的編程操作(寫操作)是按字節進 行的，可以順序地寫入，也可以隨機選擇一個單元寫入，其操作也分兩個步 驟設置編程/編程、首先向命令寄存器寫入編程命令，啟動編程操作，下一 步開始實際的編程操作，向預定的單元寫入數據，它是在寫脈衝的下降沿鎖 存編程字節的地址，而且其上升沿鎖存數據；編程校驗向命令寄存器寫入校驗命令，在其寫選通的上升沿終止編程操作，並且使單元輸出被編程的數 據。然後在讀周期讀出數據，把被編程字節與讀出字節比較，若兩者相等， 則編程成功，繼續下一字節的編程。在擦除/編程校驗之後，還應向命令寄存器寫入復位命令，使晶片回到只讀狀態，另外，復位命令能安全地中斷擦除或編程命令序列，保護存儲器的內容不會改變。快速可擦寫存儲器3的字節編程為10us,整片編程為4s。這 裡將16片快速可擦寫存儲器3全部編程約需4分2秒(由程序決定)。④、所述固態海量存儲器9與外部子計算機5的CPU的接口系統中的 共享存儲器2與三模中經過總線仲裁後得到總線控制權的某一模的內存統一 編址，即共享存儲器映像於每個模塊的內存中(地址從某一地址開始)。外部 子計算機5的CPU訪問固態海量存儲器9如同訪問內存，處於總線控制態的 CPU可對共享存儲器執行寫操作。在本實施方式中，對所述固態海量存儲器9進行訪問主要是存儲來自總 線接口單元的數據。而不管哪一個總線接口單元的數據來，固態海量存儲器 9都會自動地順序寫進固態海量存儲器9的對應單元而不會錯寫。固態海量 存儲器9是以外部子計算機5的CPU對整個固態海量存儲器9的工作方式進 行控制的，這樣可使固態海量存儲器9的工作靈活，準確可靠，並使三機所 用的訪問時間最短。這裡的關鍵是三機與固態海量存儲器9的通訊是通過設 在固態海量存儲器9中的一塊共享存儲器來完成的。外部子計算機5的CPU 在向固態海量存儲器9寫數據時，只要判斷固態海量存儲器9允許寫了就只 管向固態海量存儲器9寫進即可，寫滿共享存儲器後通知固態海量存儲器9 處理，故佔用外部子計算機5的CPU時間很短，其它瑣碎的處理全由固態海 量存儲器9自己完成。外部子計算機5的CPU每寫滿一次共享存儲器時發信 號，此信號中斷微處理器l，通知其工作，微處理器1將共享存儲器2中的 數據全部讀出寫入快速可擦寫存儲器3。之後微處理器1等待外部子計算機5 的CPU再次送來數據。需要適時，外部子計算機5的CPU發信號，此信號 中斷微處理器，令微處理器串行向下發送固態海量存儲器9中的全部數據。
具體實施方式
二參見圖1,本實施方式在具體實施方式
一的基礎上增 加了狀態寄存器6，用於存儲微處理器l的擦除、下發、傳送、完成和等待 狀態。
具體實施方式
三參見圖1，本實施方式在具體實施方式
一的基礎上增 加了電子開關7，用於控制快速可擦寫存儲器3的開關狀態。
權利要求
1、與主機並行工作的智能固態海量存儲器，其特徵在於它包括以下單元微處理器(1)，用於根據外部子計算機(5)發出的控制指令完成對快速可擦寫存儲器(3)的寫入、讀取或擦除操作，以及對共享存儲器(2)的寫入或讀取操作，還用於在快速可擦寫存儲器(3)的數據過頂時，發送控制命令給串行通道(4)；共享存儲器(2)，用於存儲來自外部子計算機(5)或微處理器(1)的數據，還用於根據外部子計算機(5)或微處理器(1)的控制命令將數據存入快速可擦寫存儲器(3)或接收來自快速可擦寫存儲器(3)的數據；一個或多個快速可擦寫存儲器(3)，用於根據外部子計算機(5)或微處理器(1)的控制信號接收來自外部子計算機(5)、微處理器(1)或共享存儲器(2)的數據，還用於為外部子計算機(5)、微處理器(1)或共享存儲器(2)提供可讀寫的數據；串行通道(4)，用於根據微處理器(1)的控制命令將來自外部子計算機(5)、微處理器(1)和快速可擦寫存儲器(3)的數據串行下發至信源編碼器(8)。
2、 根據權利要求1所述的與主機並行工作的智能固態海量存儲器，其特 徵在於它還包括狀態寄存器(6)，用於存儲微處理器(l)的擦除、下發、傳送、 完成和等待狀態。
3、 根據權利要求1所述的與主機並行工作的智能固態海量存儲器，其特 徵在於它還包括電子開關(7)，用於控制快速可擦寫存儲器(3)的開關狀態。
全文摘要
與主機並行工作的智能固態海量存儲器，它是一種內外部微處理器分時操作內部存儲器的固態存儲器，以解決現有的快速可擦寫存儲器作為TMR容錯計算機的固態存儲器時訪問速度慢、佔用CPU資源多的問題。微處理器用於根據外部子計算機的控制指令對快速可擦寫存儲器和共享存儲器的操作，還用於在快速可擦寫存儲器的數據過頂時，發送控制命令給串行通道；共享存儲器用於存儲數據並根據控制命令存入或接收來自快速可擦寫存儲器的數據；快速可擦寫存儲器用於根據控制信號接收數據並提供可讀寫的數據；串行通道用於根據控制命令將數據串行下發至信源編碼器。本發明避免了連續讀寫而浪費CPU資源，加快了CPU訪問速度；對固態存儲器分時操作，不佔用相互時間資源。
文檔編號G06F3/06GK101334707SQ20081006481
公開日2008年12月31日 申請日期2008年6月25日 優先權日2008年6月25日
發明者劉宏偉, 吳智博, 剛 崔, 左德承, 展 張, 斌 李, 楊孝宗, 汪東升, 羅丹彥, 劍 董 申請人:哈爾濱工業大學