CN105242874B - 一种闪存存储器控制装置及一种闪存移动存储装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种闪存存储器控制装置及一种闪存移动存储装置，闪存存储器控制装置包括移动设备主机接口单元、命令解析单元、数据处理单元、时钟发生器单元和闪存存储器接口单元，闪存移动存储装置包括闪存存储器控制装置和闪存存储器，该命令解析单元判断移动设备主机发来的数据操作命令并依据判断结果产生时钟频率控制信号，时钟发生器单元据时钟频率控制信号产生不同频率的闪存存储器系统时钟，闪存存储器控制装置据此频率读写数据，本发明在满足移动设备主机最大供电电流限制的前提下，最大程度的提高闪存存储器读写性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种闪存存储器控制装置及一种闪存移动存储装置，特别涉及到一种通过命令解析单元判断移动设备主机发送过来的数据操作命令为写命令或读命令，并依据判断结果产生时钟频率控制信号，时钟发生器单元可根据时钟频率控制信号产生不同频率的闪存存储器系统时钟，并通过闪存存储器接口单元据此频率访问闪存存储器，在保证移动设备主机以低功耗和稳定电流访问闪存存储器要求的前提下，最大程度提高闪存存储器读写性能的闪存存储器控制装置及闪存移动存储装置。
背景技术
目前，随着当今移动设备主机的功能越来越强大，其内置存储容量和电池容量的提高却远远跟不上用户的需求，越来越多的基于闪存的移动存储设备出现在市场上，这些移动存储设备通常使用通用串行总线微型B接口(USB Micro-B)、通用串行总线C型(USBType-C)或闪电接口(Lightning)作为与移动设备主机的接口，而使用与非型闪存存储器(Nand Flash)、嵌入式多媒体卡(eMMC)、安全数码卡(SD)或通用闪存存储(UFS)为存储器件。这些移动存储设备的最大功耗电流往往决定了其是否能通过移动设备厂商的认证，也是衡量其性能的一个重要指标，例如苹果MFI认证标准规定iPhone在外接存储设备时，在与认证芯片交互过程中，电流不能超过30毫安，在进行正常读写操作时，电流不能超过100毫安，已有技术在对闪存存储器进行写操作和读操作时都使用相同频率的闪存存储器系统时钟，由于闪存存储器自身的特点，对闪存存储器进行写操作比读操作需要花费更长的时间和更大的电流，这对最大电流有限制的移动设备主机来说是一个不小的挑战。因为闪存存储器在不同的时钟频率下需要的电流不同，在时钟频率低时需要的电流小但存取速度低，在时钟频率高时需要的电流大但存取速度高，因此，如何平衡写操作和读操作过程中的电流，在满足移动设备主机最大供电电流限制的前提下最大程度提高读写操作性能，成为当前一项重大的技术难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，通过命令解析单元判断移动设备主机发送过来的数据操作命令为写命令或读命令，并依据判断结果产生时钟频率控制信号，时钟发生器单元可根据时钟频率控制信号产生不同频率的闪存存储器系统时钟，并通过闪存存储器接口单元以不同的时钟频率写入或读取闪存存储器，在满足移动设备主机最大供电电流限制的前提下，最大程度的提高闪存存储器读写性能，以避免以相同频率的闪存存储器系统时钟对闪存存储器进行写操作和读操作时产生的电流波动的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
做为本发明的一种闪存存储器控制装置，包括移动设备主机接口单元、命令解析单元、数据处理单元、时钟发生器单元和闪存存储器接口单元，移动设备主机接口单元连接着移动设备主机，闪存存储器接口单元连接着闪存存储器，命令解析单元通过移动设备主机接口单元从移动设备主机接收数据操作命令，命令解析单元将数据操作命令通过闪存存储器接口单元发送到闪存存储器，命令解析单元将时钟频率控制信号发送到时钟发生器单元，时钟发生器单元产生闪存存储器系统时钟，并通过闪存存储器接口单元将闪存存储器系统时钟发送到闪存存储器，数据处理单元通过移动设备主机接口单元从移动设备主机接收写数据，数据处理单元通过闪存存储器接口单元向闪存存储器发送写数据，数据处理单元通过闪存存储器接口单元从闪存存储器接收读数据，数据处理单元通过移动设备主机接口单元向移动设备主机发送读数据，命令解析单元通过判断数据操作命令为写命令或读命令，并依据判断结果产生时钟频率控制信号，时钟发生器单元根据时钟频率控制信号产生不同频率的闪存存储器系统时钟，从而闪存存储器控制装置据此频率写数据到闪存存储器或从闪存存储器读数据。
做为本发明的一种闪存移动存储装置，包括闪存存储器控制装置和闪存存储器，闪存存储器控制装置包括移动设备主机接口单元、命令解析单元、数据处理单元、时钟发生器单元和闪存存储器接口单元，移动设备主机接口单元连接着移动设备主机，闪存存储器接口单元连接着闪存存储器，命令解析单元通过移动设备主机接口单元从移动设备主机接收数据操作命令，命令解析单元将数据操作命令通过闪存存储器接口单元发送到闪存存储器，命令解析单元将时钟频率控制信号发送到时钟发生器单元，时钟发生器单元产生闪存存储器系统时钟，并通过闪存存储器接口单元将闪存存储器系统时钟发送到闪存存储器，数据处理单元通过移动设备主机接口单元从移动设备主机接收写数据，数据处理单元通过闪存存储器接口单元向闪存存储器发送写数据，数据处理单元通过闪存存储器接口单元从闪存存储器接收读数据，数据处理单元通过移动设备主机接口单元向移动设备主机发送读数据，命令解析单元通过判断数据操作命令为写命令或读命令，并依据判断结果产生时钟频率控制信号，时钟发生器单元根据时钟频率控制信号产生不同频率的闪存存储器系统时钟，从而闪存存储器控制装置据此频率写数据到闪存存储器或从闪存存储器读数据。
本发明的有益效果是：本发明的一种闪存存储器控制装置及一种闪存移动存储装置，通过命令解析单元判断移动设备主机发送过来的数据操作命令为写命令或读命令，并依据判断结果产生时钟频率控制信号，时钟发生器单元可根据时钟频率控制信号产生不同频率的闪存存储器系统时钟，并通过闪存存储器接口单元以不同的时钟频率写入或读取闪存存储器，在满足移动设备主机最大供电电流限制的前提下，最大程度的提高闪存存储器读写性能，本发明避免了以相同频率的闪存存储器系统时钟对闪存存储器进行写操作和读操作时产生的电流波动的问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明一种闪存存储器控制装置应用示意图和本装置总体模块图
图2是本发明一种闪存移动存储装置应用示意图和本装置总体模块图
图3是本发明一种闪存存储器控制装置及一种闪存移动存储装置的内部结构图
其中：
1 移动设备主机 2 移动设备主机接口单元
3 命令解析单元 4 数据处理单元
5 时钟发生器单元 6 闪存存储器接口单元
7 闪存存储器 8 闪存存储器控制装置
9 闪存移动存储装置
3001 数据操作命令 3002 时钟频率控制信号
4001 写数据 4002 读数据
5001 闪存存储器系统时钟
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本发明一种闪存存储器控制装置及一种闪存移动存储装置做进一步说明。
如图2所示，本发明一种闪存移动存储装置9包括闪存存储器控制装置8和闪存存储器7，闪存存储器控制装置8包括移动设备主机接口单元2、命令解析单元3、数据处理单元4、时钟发生器单元5和闪存存储器接口单元6，移动设备主机接口单元2连接着移动设备主机1，闪存存储器接口单元6连接着闪存存储器7，其中移动设备主机接口单元2为苹果闪电(Lightning)接口单元，闪存存储器接口单元6为嵌入式多媒体卡(eMMC)接口单元，闪存存储器7为嵌入式多媒体卡(eMMC)。在其它实施例中，移动设备主机接口单元2还可以为通用串行总线接口(USB)单元、通用串行总线微型B接口(USB Micro-B)单元或通用串行总线C型(USB Type-C)接口单元，闪存存储器接口单元6还可以为与非型闪存存储器(Nand Flash)接口单元、安全数码卡(SD)接口单元或通用闪存存储(UFS)接口单元，闪存存储器7还可以为与非型闪存存储器(Nand Flash)、安全数码卡(SD)或通用闪存存储(UFS)。
通用串行总线的英文是Universal Serial Bus，缩写为USB，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯，USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能，是应用最广泛的电子设备接口之一。通用串行总线微型B接口(USB Micro-B)是一种为专为移动设备和小尺寸设备设计的接口类型，被大部分Android手机平板和Windows手机平板所采用，也是使用量最大，用途最广泛的一种接口类型。USB-IF组织在2013年12月发布了下一代通用串行总线C型(USB Type-C)连接器标准，不同于原来的A型(Type-A)和B型(Type-B)连接器，其最大的特点是支持USB接口双面插入，即“正反插”功能，解决了一直为人诟病的USB永远插不准的难题。USB Type-C接口的其他特点还包括插座和插头端的尺寸更加纤薄，最大传输速度达到每秒10千兆位(Gbps)，更大的供电能力和更大的供电电流。USB Type-C接口的这些新特点非常适合于手机、平板电脑、超级本等移动设备采用。
闪电接口(Lightning)是一种苹果IOS手机平板专用的接口类型。苹果公司在2012年9月发布了闪电连接器标准，用于替代其上一代的30针脚连接器。闪电接口采用8针脚设计，支持接口“正反插”功能。为了最大程度提高配件产品的质量从而保证使用者获得最佳的用户体验，苹果还推出了MFI(Made for iPhone/iPod/iPad)认证计划，针对第三方配件厂商生产的产品进行一系列的认证测试规程，包括对产品的硬件、软件、外观，功耗等等参数进行非常严苛的测试，在功耗要求中，对接入设备的最大电流做出了限制。。
与非型闪存存储器(Nand Flash)内部采用非线性宏单元模式，为固态大容量存储的实现提供了廉价有效的解决方案，Nand Flash存储器具有容量较大，改写速度快等优点，Nand Flash器件的缺点在器件本身不提供数据错误纠正与坏块管理功能，需要外部的控制器提供相应的功能。。
嵌入式多媒体卡为Embedded Multi Media Card的直译名称，简称eMMC，eMMC是一种用于嵌入式系统的存储器件，通常用于平板电脑、手机等移动装置上，用于数据存储，eMMC本质上由Nand Flash存储器件和控制器芯片封装在一起组成，封装采用BGA方式，eMMC中的控制器芯片完成了对Nand Flash存储器件的地址转换(FTL)、损耗均衡、垃圾回收、坏块管理(BBM)、错误纠正(ECC)等功能，对上层提供了统一的访问接口并屏蔽了底层的操作，eMMC接口协议由固态技术协会(JEDEC)制定，最早版本为eMMC4.3，中间经历了eMMC4.41，eMMC4.51，最新版本为eMMC5.1，能够提供每秒400兆字节(MB/s)的传输速度。
通用闪存存储为Universal Flash Storage的直译名称，简称UFS，UFS是用来接替eMMC接口协议的Nand Flash新接口标准，主要应用在智能手机及平板电脑或数码相机及移动存储等装置上，成为嵌入式存储媒体的主要应用标准，UFS标准同样由固态技术协会(JEDEC)制定，其中UFS 1.0版的传输速率为每秒300兆字节(MB/s)，最新的UFS 2.0版的传输速率可达每秒600兆字节(MB/s)。
安全数码卡(SD)是一种基于Nand Flash的存储器件，它被广泛用于移动设备上，例如数码相机、智能手机和多媒体播放器等。安全数码卡由Nand Flash存储器件和控制器芯片封装在一起组成SD卡，其控制器芯片功能与eMMC类似。在智能手机等设备上因为体积的限制，一般使用小封装的SD卡，也叫TF卡。
如图3所示，命令解析单元3通过移动设备主机接口单元2从移动设备主机1接收数据操作命令3001，命令解析单元3将数据操作命令3001通过闪存存储器接口单元6发送到闪存存储器7，命令解析单元3将时钟频率控制信号3002发送到时钟发生器单元5，时钟发生器单元5产生闪存存储器系统时钟5001，并通过闪存存储器接口单元6将闪存存储器系统时钟5001发送到闪存存储器7，数据处理单元4通过移动设备主机接口单元2从移动设备主机1接收写数据4001，数据处理单元4通过闪存存储器接口单元6向闪存存储器7发送写数据4001，数据处理单元4通过闪存存储器接口单元6从闪存存储器7接收读数据4002，数据处理单元4通过移动设备主机接口单元2向移动设备主机1发送读数据4002。
通常情况下，在同样的闪存存储器系统时钟频率下，对包括嵌入式多媒体卡(eMMC)在内的闪存存储器进行写操作比读操作需要花费更长的时间、更大的电流，而在不同的时钟频率下对包括嵌入式多媒体卡(eMMC)在内的闪存存储器进行读写操作需要的电流不同，在时钟频率低时需要的电流小但读写速度低，在时钟频率高时需要的电流大但读写速度高。
如图3所示，命令解析单元3通过判断数据操作命令3001为写命令或读命令，并依据判断结果产生时钟频率控制信号3002，时钟发生器单元5可根据时钟频率控制信号3002产生不同频率的闪存存储器系统时钟5001，在本实施例中当命令解析单元3判断数据操作命令3001为写命令时，产生时钟频率控制信号3002，使时钟发生器单元5产生一个较低频率的闪存存储器系统时钟5001，从而降低嵌入式多媒体卡(eMMC)写操作需要的电流以满足移动设备主机的最大供电电流限制，当命令解析单元3判断数据操作命令3001为读命令时，产生时钟频率控制信号3002，使时钟发生器单元5产生一个较高频率的闪存存储器系统时钟5001，从而在满足移动设备主机的最大供电电流限制要求的前提下，最大程度提高读操作性能。
本应用实施例中，嵌入式多媒体卡(eMMC)接口单元与嵌入式多媒体卡(eMMC)之间的连接信号包括：一条双向命令信号线CMD，八条双向数据信号线DAT0至DAT7，一条时钟信号线CLK和一条复位信号线RST_n。此外嵌入式多媒体卡(eMMC)还包含电源线VCC和VCCQ，地线VSS和VSSQ等信号线。其具体情况详见下表：
随着移动设备主机的功能越来越强大，其内置存储容量和电池容量的提高却远远跟不上用户的需求，越来越多的基于闪存的移动存储设备出现在市场上，这些移动存储设备的功耗往往决定了其是否能通过移动设备厂商的认证和衡量其性能的一个重要指标，本发明一种闪存存储器控制装置及一种闪存移动存储装置，通过命令解析单元判断移动设备主机发送过来的数据操作命令为写命令或读命令，并依据判断结果产生时钟频率控制信号，时钟发生器单元可根据时钟频率控制信号产生不同频率的闪存存储器系统时钟，并通过闪存存储器接口单元据此频率访问闪存存储器，在满足移动设备主机最大供电电流限制的前提下，最大程度的提高闪存存储器读写性能。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做出任何形式上的限定，本发明请求的保护范围当以权利要求书所记载的内容为准，凡是依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的一切简单变化、等同替换或分解合并，均仍属于本发明技术方案的请求保护范围之内。
Claims (20)
1.一种闪存存储器控制装置，包括移动设备主机接口单元(2)、命令解析单元(3)、数据处理单元(4)、时钟发生器单元(5)和闪存存储器接口单元(6)，移动设备主机接口单元(2)连接着移动设备主机(1)，闪存存储器接口单元(6)连接着闪存存储器(7)，命令解析单元(3)通过移动设备主机接口单元(2)从移动设备主机(1)接收数据操作命令(3001)，命令解析单元(3)将数据操作命令(3001)通过闪存存储器接口单元(6)发送到闪存存储器(7)，命令解析单元(3)将时钟频率控制信号(3002)发送到时钟发生器单元(5)，时钟发生器单元(5)产生闪存存储器系统时钟(5001)，并通过闪存存储器接口单元(6)将闪存存储器系统时钟(5001)发送到闪存存储器(7)，其特征在于：所述命令解析单元(3)判断数据操作命令(3001)为写命令或读命令，并依据判断结果产生时钟频率控制信号(3002)，时钟发生器单元(5)根据时钟频率控制信号(3002)产生不同频率的闪存存储器系统时钟(5001)，从而闪存存储器控制装置(8)可以不同的闪存存储器系统时钟频率写数据到闪存存储器(7)或从闪存存储器(7)读数据。
2.根据权利要求1所述的一种闪存存储器控制装置，其特征是：所述数据处理单元(4)通过移动设备主机接口单元(2)从移动设备主机(1)接收写数据(4001)，数据处理单元(4)通过闪存存储器接口单元(6)向闪存存储器(7)发送写数据(4001)，数据处理单元(4)通过闪存存储器接口单元(6)从闪存存储器(7)接收读数据(4002)，数据处理单元(4)通过移动设备主机接口单元(2)向移动设备主机(1)发送读数据(4002)。
3.根据权利要求1所述的一种闪存存储器控制装置，其特征在于：所述移动设备主机接口单元(2)为苹果闪电接口单元。
4.根据权利要求1所述的一种闪存存储器控制装置，其特征在于：所述移动设备主机接口单元(2)为通用串行总线微型B接口单元。
5.根据权利要求1所述的一种闪存存储器控制装置，其特征在于：所述移动设备主机接口单元(2)为通用串行总线C型接口单元。
6.根据权利要求1所述的一种闪存存储器控制装置，其特征在于：所述闪存存储器接口单元(6)为安全数码卡接口单元。
7.根据权利要求1所述的一种闪存存储器控制装置，其特征在于：所述闪存存储器接口单元(6)为嵌入式多媒体卡接口单元。
8.根据权利要求1所述的一种闪存存储器控制装置，其特征在于：所述闪存存储器接口单元(6)为通用闪存存储接口单元。
9.根据权利要求1所述的一种闪存存储器控制装置，其特征在于：所述闪存存储器接口单元(6)为与非型闪存存储器接口单元。
10.根据权利要求1所述的一种闪存存储器控制装置，其特征在于：所述移动设备主机接口单元(2)、命令解析单元(3)、数据处理单元(4)、时钟发生器单元(5)和闪存存储器接口单元(6)以集成电路芯片形式实现。
11.一种闪存移动存储装置，包括闪存存储器控制装置(8)和闪存存储器(7)，闪存存储器控制装置(8)包括移动设备主机接口单元(2)、命令解析单元(3)、数据处理单元(4)、时钟发生器单元(5)和闪存存储器接口单元(6)，移动设备主机接口单元(2)连接着移动设备主机(1)，闪存存储器接口单元(6)连接着闪存存储器(7)，命令解析单元(3)通过移动设备主机接口单元(2)从移动设备主机(1)接收数据操作命令(3001)，命令解析单元(3)将数据操作命令(3001)通过闪存存储器接口单元(6)发送到闪存存储器(7)，命令解析单元(3)将时钟频率控制信号(3002)发送到时钟发生器单元(5)，时钟发生器单元(5)产生闪存存储器系统时钟(5001)，并通过闪存存储器接口单元(6)将闪存存储器系统时钟(5001)发送到闪存存储器(7)，其特征在于：所述命令解析单元(3)通过判断数据操作命令(3001)为写命令或读命令，并依据判断结果产生时钟频率控制信号(3002)，时钟发生器单元(5)根据时钟频率控制信号(3002)产生不同频率的闪存存储器系统时钟(5001)，从而闪存存储器控制装置(8)可以不同的闪存存储器系统时钟频率写数据到闪存存储器(7)或从闪存存储器(7)读数据。
12.根据权利要求11所述的一种闪存移动存储装置，其特征是：所述数据处理单元(4)通过移动设备主机接口单元(2)从移动设备主机(1)接收写数据(4001)，数据处理单元(4)通过闪存存储器接口单元(6)向闪存存储器(7)发送写数据(4001)，数据处理单元(4)通过闪存存储器接口单元(6)从闪存存储器(7)接收读数据(4002)，数据处理单元(4)通过移动设备主机接口单元(2)向移动设备主机(1)发送读数据(4002)。
13.根据权利要求11所述的一种闪存移动存储装置，其特征在于：所述移动设备主机接口单元(2)为苹果闪电接口单元。
14.根据权利要求11所述的一种闪存移动存储装置，其特征在于：所述移动设备主机接口单元(2)为通用串行总线微型B接口单元。
15.根据权利要求11所述的一种闪存移动存储装置，其特征在于：所述移动设备主机接口单元(2)为通用串行总线C型接口单元。
16.根据权利要求11所述的一种闪存移动存储装置，其特征在于：所述闪存存储器接口单元(6)为安全数码卡接口单元。
17.根据权利要求11所述的一种闪存移动存储装置，其特征在于：所述闪存存储器接口单元(6)为嵌入式多媒体卡接口单元。
18.根据权利要求11所述的一种闪存移动存储装置，其特征在于：所述闪存存储器接口单元(6)为通用闪存存储接口单元。
19.根据权利要求11所述的一种闪存移动存储装置，其特征在于：所述闪存存储器接口单元(6)为与非型闪存存储器接口单元。
20.根据权利要求11所述的一种闪存移动存储装置，其特征在于：所述移动设备主机接口单元(2)、命令解析单元(3)、数据处理单元(4)、时钟发生器单元(5)和闪存存储器接口单元(6)以集成电路芯片形式实现。
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