CN100367236C - 存储系统和对非易失性存储器进行管理的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一个存储系统，其包括至少一个非易失性存储器，该存储器包含可能要更新的信息，更特别地，(要更新)到诸如芯片卡这样的存储载体上。根据本发明，上述系统包括一个存储器管理者，其能够存储器的整个或部分区域分别移动存储器中的整个或部分内容，从而限制由于对一些数据频繁更新而造成的存储单元的磨损。

Description

存储系统和对非易失性存储器进行管理的方法
本公开基于，且要求在1998年11月22日提交的专利申请NO.9816216的优先权，其内容被包含于此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种存储系统，其包含至少一个存储器和抗磨损存储器的管理装置，其中抗磨损的方式旨在增加存储器的寿命。
本发明应用于任何非易失存储的，内容备分的和其中某些数据可能被经常更新的存储器。本发明特别应用于诸如芯片卡，即所谓智能卡这样的存储载体。
背景技术
制造EPROM，EEPROM和FeRAM类型存储器的厂商知道，无论非易失性存储器采用什么样的技术，对构成一个存储器的各单元所进行的读写操作次数存在一个最大值。的确，当写和/读的操作次数达到该最大值时就可以认为存储器已磨损坏了。即，超过该次数后就会有信息改变，或所写入存储器中的数据丢失。
根据本发明，所追求的是减小非易失性存储器中那些不得不在其中大量进行写入数据操作(在EPROM或EPROM存储器的情形)，或不得不在其中大量进行读出数据操作(在FeRAM存储器的情形)的单元的磨损。
在现有技术中，该问题的解决一直是通过将被认为是敏感的数据，即经常更新的数据隔离在存储器中专为此目的所保留的部分。不幸的是，所涉及的区域会产生疲劳，这是因为上述更新总是对同样的数据和同样的存储单元进行操作。
对该问题的解决方案一直通过将上述保留部分划分为几个区域，从而在连续写入新数据的过程中实现使信息磨损分散的一种装置。这使得由于专用于上述信息的存储单元的磨损而导致的信息丢失得以避免。实际上，在新数据之前的单个或多个数据保存在专用的区域内。
但是，到目前为止没有一种解决方案是足够令人满意的。换句话说，没有一种解决方案可显著延长这类存储器的寿命。
发明内容
本发明的目的旨在解决这些问题。
本发明的另一目的是提供针对存储器磨损的一种解决方案，包括无法推知哪些是所要强调的存储单元这样的情形。这越来越可能存在于将可翻译程序(以可翻译语言形式的数据所构成的程序)装人卡中的情形。可翻译程序的安装可以是由用户自己进行的下载。
本发明的还一个目的是提供针对敏感数据跟踪的一种解决方案，因为这些数据会在存储器中移动，对此后文将有详述。
作为其第一个目的本发明具有一个存储系统，该系统包括至少一个非易失性存储器，其中包括可能要更新的信息，上述存储系统的主要特征在于它包括该存储器的管理装置，能够将存储器上的全部或部分内容在该存储器的全部或部分范围内传递，其中存储器的管理装置包括移动装置，移动装置包括：
-用于将第一个区域的内容传递到第二个区域的装置，和
-用于地址转换的装置，从而使所有访问第一区域的请求转换为访问第二区域的请求，而第一区域的内容被传递到第二区域，
其中移动装置是通过把第一区域的内容累进移位到第二区域而进行操作。
实际上，存储器中的整个内容都会移动，除了存储在存储器中且为保持物理地址所必须的那些数据。例如，那些用于若干机制的管理(和/或指令)数据即属这种情形，其中上述机制是通过本发明所述管理装置实现的。如果这些数据存储在本存储器中，那么包含所有这些数据(和/或指令)的存储部分就不会移动。
在芯片卡的例子中，诸如卡的序列号或逻辑锁这样的数据也属于这种情形。当所有这些数据存储在卡的另一个存储器中时，那么所管理的存储器的所有内容都会移动。
存储器管理装置能够产生反复式的移动。以反复方式产生的移动为循环式的。用于移动的装置包括：
-用于从一个区域移动到另一个区域的装置
-用于地址转换的装置，从而使所有访问第一区域的请求转换为访问第二区域的请求，而第一区域的内容被传递到第二区域。
移动装置是通过把第一区域的内容累进移位到第二区域而进行操作。
根据优选实施例，存储器被组织成包括一个或多个单元的区域，其中的至少一个区域是空的，并且管理装置把第一区域的内容累进移位到第二区域，第二区域是空的，或至少在前述移位的过程中被清空。
把第一区域的内容累进移位到空的或被清空的第二区域的移动装置进一步包括用于控制移位的装置。作为替换，控制移位装置通过随机字符的控制信号而建立。控制移位装置包括用于比较相对于预设门限访问存储器次数的计数装置。
传递装置包括用于读出所涉及的整个第一区域和用于写入所涉及的第二区域的一个程序。用于地址转换的装置包括由一个程序实现的一个逻辑单位，或由存储器寻址电路中的一个逻辑电路过程构成的一个物理单位。
在本发明的一个特定应用中，存储系统由一个芯片卡构成。
本发明的另一个主题是对包含可能要更新的信息的非易失性存储器进行管理的方法，，所述方法包括步骤：
分别对所有或一部分存储器内容，在整个或一部分存储器的范围上进行移动步骤；
在存储器中提供至少一个空闲区域，把要存储在存储器上的信息存在该存储器的空闲区域以外的区域中；
其中，移动步骤包括把第一区域的内容累进移位到第二区域，该第二区域是空的，或至少在前述移位的过程中被清空。
根据本发明所述的一个优选实施例，存储器被组织成区域，并且移动步骤包括该区域内容的传递步骤。具有优势的是，上述过程包括的步骤是：
-在存储器中提供至少一个空闲区域，把要存储在存储器上的信息存在该空闲区域以外的区域中。
根据本实施例，移动步骤是通过把第一区域的内容累进移位到第二区域而实现的，其中第二区域是空的，或至少在前述移位的过程中被清空。
累进移位包括的步骤是：
-标记新的空闲区域。
移动步骤进一步包含地址转换的步骤从而使所有访问第一区域的请求转换为访问第二区域的请求，而第一区域的内容被传递到第二区域。
累进移位步骤包含移位控制步骤。移位的控制能够通过时钟信号，或具有随机性的信号形成。
根据另一实施例，移位控制步骤包含访问存储器次数的计数和该计数与对此数预设的门限S之间的比较。传递步骤借助用于读出所涉及的整个第一区域和用于写入所涉及的第二区域的一个程序来产生。
附图说明
本发明的其他优势和特点通过下述参照附图的描述会变得更清楚。
图1是根据第一实施例所述存储系统的图解。
图2是根据第二实施例所述存储系统的图解。
图3是存储器平面的示意图，阐明了通过本发明的管理装置所实现的机理。
图4阐明了该机理在整个周期结尾时的情形；和
图5示意性地阐述了用于本发明所述的标记空闲区域的装置。
具体实施方式
现在结合特定应用来描述本发明，该应用为包含要更新数据的非易失性存储器(或备分存储器)，并且位于芯片卡1之中。
图1和2的图解阐明了用于芯片卡的两种可能的配置。在图1中，芯片卡1只包括存储器MA用于存储数据(和/或可翻译程序)，其中有些数据可能要更新。在读卡机的情形，存储器M的管理装置2是分开的。在图2中，芯片卡即包括存储器控制装置2，也包括存储器MA本身。
这两例代表了常规的情形。在商业界，有只包含存储器的芯片卡，和包含微处理器的芯片卡，而微处理器带有自己的程序存储器及用于所提供应用的存储器。本发明于是可应用于包含管理装置的任何存储系统，无论存储器的管理装置与存储器在同一个基座上，还是分开的，例如在芯片卡读卡机上。
图1更特定地显示了由处理单元UT，例如微处理机和与该微处理机相关的程序存储器MP(ROM或PROM)所形成的管理装置。该程序存储器MP通常包含应用程序AP。根据本发明，程序存储器同样地包含实现管理机理的程序P，管理机理在后文叙述。
用于应用数据的存储器MA的管理装置2由处理单元UT和至少一个程序存储器MP，存储器MP拥有能够实现该存储器MA管理机制的程序P。为此目的，程序P包含用于数据传递的子程序T，用于对访问存储器MA的次数Nad进行计数和将Nad与预设门限S进行比较的程序CPC。
程序P也可包含变换地址程序CA1，该程序是使物理地址变换为应用程序AP所要求的逻辑地址。实际上这种变换装置能够提供所包含的实线连接的逻辑电路CA2在存储器MA的层面得以实现，上述实线连接的逻辑电路CA2可以包含在，例如，存储器MA的寻址电路中。在现存系统的情形下，如前所述，能够选择如何在程序存储器的子程序CA1中实现物理地址变换机制。但对于新系统和新存储器，还能够在制造阶段提供能够产生这些物理地址变换逻辑电路CA2。
通过本发明所述的管理装置实现的管理机制将借助图3，4和5来阐述。
假设用冠形代表存储器平面；这只不过便于阐明所要产生的机制，而且象一个图谜。所采用的概念只不过是存储器被分解为或物理结构组织为区域A，B，C，...n，而且根据应用的技术，区域可由，例如，一个存储单元或一系列存储单元所组成。作为劳资例子，在EEPROM存储器中，存储器被分成若干称之为页的区域，每一页有几个字节大小。
图3显示，在存储器平面中，在时刻t0，即访问存储器的次数Nad为零时的第一平面，和在时刻t1，即访问存储器的次数Nad达到预设门限时的第二平面。
在时刻t0，区域A，B，C，...n和空闲区域P0可被标记。在时刻t1，可观察到区域A的内容已经移到空闲区域P0，而空闲区域P0现在是t1时刻区域A的物理地址所在的那个区域。
上述机制使得区域A的内容移位到空闲区域P0。新区域P0位于先前区域A的地方。从而上述机制使得区域A的内容传递到空闲区域P0。
考虑到使访问请求(读或写操作)到达逻辑地址而得到区域A中的数据的应用程序A，上述机制进一步使得所请求的逻辑地址所对应的物理地址变换为区域A中数据的新位置所对应的物理地址。当对访问次数Nad进行计数的子程序达到预设门限S时，产生从区域A到空闲或被腾空区域P0的传递的指令由管理装置，即程序P接受(pass)。
图4显示了当为存储器所有区域的移位所必须的所有移位操作完成时本发明所述的机制。如果区域数目为n，则由存储器管理装置所进行的移位次数等于该数目n，所用方式使得存储器的所有内容从一个区域传递到另一个区域，通过利用起始区域，然后是每一次移位所腾空的区域而完成。所有区域都如此循环地移位。
例如，如果n＝100个区域(或页)，管理机制进行100x100次移位后回到起始点，该起始点对应于Po页原来的物理地址Ado.
图5显示了用于标记空闲区域P0位置的装置。为产生这样的标记，提供一个区(zone)Z0，它可位于存储器NA的为此目的所保留的一个固定区域内，或位于管理系统的电可编程存储区内。上述区的大小至少为n比特，其中n对应于产生整个移位循环(所有区域的移位)的移位数。
本发明所述的机制使得每当空闲区域P0移动时一个比特被置为1。从而区Z0可标记空闲区域的物理位置。另一个计数器可记下移位循环的次数。计数器CP可由，例如，程序P来实现。
对具有有限访问次数(因为老化现象)的任何存储器，通过实现上述机制的管理装置，利用了存储器的前述应用程序可使得所有所需访问无风险。该机制使得存储器中最经常修改(或读出)的数据并不总被安排到同样的区域，而是从一个区域移动到另一个区域无须为同样的区域。
在一给定时刻，某一个区域的数据在，例如，存储器的起始端且不断移位直到末尾，再从起始端开始。应用程序产生读写访问无须考虑所要访问的数据的物理位置变化。
例如，如果没有本发明所述的机制，当应用程序对一个存储单元发出访问请求且要访问，例如，N＝1,000,000次时，该单元会在访问达到N次时损坏而无法再使用。而借助上述机制的装置，程序对一段信息访问达，例如，1,000,000次，该信息会成功地在，例如，100个单元上移动，从而每个单元仅被重复访问10,000次。
在卡的使用寿命期限中，要定期更新的数据所存储的那些区域(单元)比其他区域更多地被应用程序重复访问。本发明使得这样的程序并不总是为更新数据而重复访问同样的单元或同样的区域。程序会为此数据重复访问存储器的另一组单元，然后是其他的另一组单元，等等。更新此数据所导致的磨损会因此分布在几组单元或区域上。
为得到这样的重复访问分布而实现的管理装置使得对应用程序而言具有完全的透明性。应用程序将其访问命令(读或写指令)传递到一个逻辑地址；管理装置接收这些指令并且照例建立物理地址与所请求的逻辑地址之间的对应，只要数据还未被传递到其他物理地址。每一次移位管理装置就产生一次物理地址转换，既该数据所在区域的内容就传递到另一个区域。

Claims (21)

1.一种存储系统，其包括至少一个非易失性存储器，该存储器包含可能要更新的信息，上述存储系统还包括存储器的管理装置，能够将存储器上的全部或部分内容在该存储器的全部或部分范围内传递，其中存储器的管理装置包括移动装置，移动装置包括：
-用于将第一个区域的内容传递到第二个区域的装置，和
-用于地址转换的装置，从而使所有访问第一区域的请求转换为访问第二区域的请求，而第一区域的内容被传递到第二区域，
其中移动装置是通过把第一区域的内容累进移位到第二区域而进行操作。
2.根据权利要求1所述的存储系统，其中存储器的管理装置能够以一种重复的方式产生数据移动。
3.根据权利要求2所述的存储系统，其中以一种重复的方式产生的移动是循环式的。
4.根据权利要求1所述的存储系统，其中存储器被组织成包括一个或多个单元的区域，其中的至少一个区域是空的，并且管理装置把第一区域的内容累进移位到第二区域，第二区域是空的，或至少在前述移位的过程中被清空。
5.根据权利要求4所述的存储系统，其中把第一区域的内容累进移位到空的或被清空的第二区域的移动装置进一步包括用于控制移位的装置。
6.根据权利要求5所述的存储系统，其中控制移位的装置通过时钟信号而构成。
7.根据权利要求5所述的存储系统，其中控制移位的装置通过随机特性的控制信号而构成。
8.根据权利要求5所述的存储系统，其中控制移位的装置包括用于计数和将访问存储器的次数与预设门限相比较的装置。
9.根据权利要求1所述的存储系统，其中传递装置包括用于读出所涉及的整个第一区域的内容和用于将所述的内容写入所涉及的第二区域的一个程序。
10.根据权利要求1所述的存储系统，其中用于地址转换的装置是由一个程序实现的一个逻辑单位。
11.根据权利要求1所述的存储系统，其中用于地址转换的装置是由存储器寻址电路中的一个逻辑电路构成的一个物理单位。
12.根据权利要求1所述的存储系统，其中所述的存储系统包含在一个芯片卡中。
13.对包含可能要更新的信息的非易失性存储器进行管理的方法，所述方法包括步骤：
分别对所有或一部分存储器内容，在整个或一部分存储器的范围内进行移动的步骤；
在存储器中提供至少一个空闲区域，把要存储在存储器上的信息存在该存储器的空闲区域以外的区域中；
其中，移动的步骤包括把第一区域的内容累进移位到第二区域，该第二区域是空的区域或至少在前述移位的过程中被清空的区域。
14.根据权利要求13所述的管理的方法，其中存储器被组织成区域，并且移动步骤包括该区域内容的传递步骤。
15.根据权利要求13所述的管理的方法，其中累进移位包括的步骤是：
-标记新的空闲区域。
16.根据权利要求13所述的管理的方法，其中移动的步骤进一步包含地址转换的步骤，从而使所有访问第一区域的请求转换为访问第二区域的请求，第一区域的内容被传递到第二区域。
17.根据权利要求16所述的管理的方法，其中累进移位步骤包含移位控制的步骤。
18.根据权利要求17所述的管理的方法，其中移位控制的步骤能够通过时钟信号形成。
19.根据权利要求17所述的管理的方法，其中控制信号具有随机特性。
20.根据权利要求17所述的管理的方法，其中移位控制步骤包含对访问存储器次数的计数和将该计数与对此数预设的门限相比较。
21.根据权利要求20所述的管理的方法，其中传递区域内容的步骤包括从整个第一区域读出一个程序和将一个程序写入第二区域。
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