CN110059028A - 数据储存芯片及数据存取方法 - Google Patents

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CN110059028A CN201810044388.3A CN201810044388A CN110059028A CN 110059028 A CN110059028 A CN 110059028A CN 201810044388 A CN201810044388 A CN 201810044388A CN 110059028 A CN110059028 A CN 110059028A
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钱镇兵
何东宇
尹鑫
刘钊池
戴洪海
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Realtek Semiconductor Corp
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    • G06F21/78—Protecting specific internal or peripheral components, in which the protection of a component leads to protection of the entire computer to assure secure storage of data

Abstract

一种数据储存芯片及数据存取方法。数据存取方法应用于一存储器。该存储器包含第一区及第二区，该第一区具有一第一存储器地址范围，该第二区具有一第二存储器地址范围，且该第一存储器地址范围与该第二存储器地址范围不重迭。该方法包含：读取该第一区之一预设地址以得到一控制值；接收一存储器读取命令，该存储器读取命令包含一目标地址；当该目标地址位于该第一存储器地址范围时，根据该存储器读取命令存取该第一区，且当该目标地址位于该第二存储器地址范围时，根据该存储器读取命令存取该第二区；以及根据该控制值选择性地传送从该第一区读取的数据。本发明能够有效地防止机密数据或敏感数据被窃取。

Description

数据储存芯片及数据存取方法
技术领域
本发明是关于存储器，尤其是关于数据储存芯片及数据存取方法。
背景技术
图1显示习知芯片外储存方案的示意图。芯片110包含微控制器112及存储器控制器114，存储器120位于芯片110的外部。微控制器112透过存储器控制器114存取存储器120。存储器控制器114根据微控制器112的存取命令(包含读/写指令及存储器地址)将数据写入指定的存储器地址，或从指定的存储器地址读取数据。一般而言，微控制器112对存储器120中的数据拥有完整的存取权限。在这样的配置下，存储器120中的数据可能利用以下的方法盗取：(1)卸除存储器120之后直接对其存取以取得其内部的数据；或(2)篡改微控制器112所执行的软件，再透过存储器控制器114取得存储器120中的数据。鉴于上述的不安全性，习知芯片外储存方案不适合储存机密数据，因此有必要提出更安全的数据储存机制。
发明内容
鉴于先前技术之不足，本发明之一目的在于提供一种数据储存芯片及数据存取方法，以提升数据的安全性。
本发明揭露一种数据储存芯片，包含一存储器、一计算电路以及一存储器控制器。存储器包含一第一区及一第二区。第一区具有一第一存储器地址范围，第二区具有一第二存储器地址范围，该第一区及该第二区为该存储器的不同的逻辑区域，且该第一存储器地址范围与该第二存储器地址范围不重迭。计算电路发送一存储器存取命令，该存储器存取命令包含一目标地址。存储器控制器根据该存储器存取命令存取该存储器之该第一区或该第二区。当该目标地址位于该第一存储器地址范围时，该存储器控制器根据一控制值选择性地存取该第一区，且当该目标地址位于该第二存储器地址范围时，该存储器控制器存取该第二区。该存储器、该计算电路及该存储器控制器封装于单一芯片中。
本发明另揭露一种数据储存芯片，包含一存储器、一计算电路以及一存储器控制器。存储器包含一第一区及一第二区。该第一区具有一第一存储器地址范围，该第二区具有一第二存储器地址范围，该第一区及该第二区为该存储器的不同的逻辑区域，且该第一存储器地址范围与该第二存储器地址范围不重迭。计算电路发送一存储器存取命令，该存储器存取命令包含一目标地址。存储器控制器根据该存储器存取命令存取该存储器之该第一区或该第二区。该存储器控制器包含一第一控制模组、一第二控制模组以及一数据选择模组。第一控制模组存取该第一区而不存取该第二区。第二控制模组存取该第二区而不存取该第一区。数据选择模组耦接该第一控制模组，并且根据一控制值选择性地将该第一区的数据传送至该计算电路。当该目标地址位于该第一存储器地址范围时，该第一控制模组根据该存储器存取命令存取该第一区，且当该目标地址位于该第二存储器地址范围时，该第二控制模组根据该存储器存取命令存取该第二区。该存储器、该计算电路及该存储器控制器封装于单一芯片中。
本发明另揭露一种数据存取方法，应用于一存储器，该存储器包含一第一区及一第二区，该第一区具有一第一存储器地址范围，该第二区具有一第二存储器地址范围，该第一区及该第二区为该存储器的不同的逻辑区域，且该第一存储器地址范围与该第二存储器地址范围不重迭。该方法包含：读取该第一区之一预设地址以得到一控制值；接收一存储器读取命令，该存储器读取命令包含一目标地址；当该目标地址位于该第一存储器地址范围时，根据该存储器读取命令存取该第一区，且当该目标地址位于该第二存储器地址范围时，根据该存储器读取命令存取该第二区；以及根据该控制值选择性地传送从该第一区读取的数据。
本发明之数据储存芯片及数据存取方法将存储器划分为安全区及非安全区，并且以个别的控制模组及控制逻辑进行存取控制。相较于习知技术，本发明能够有效地防止机密数据或敏感数据被窃取。
有关本发明的特征、实作与功效，兹配合图式作实施例详细说明如下。
附图说明
图1为习知芯片外储存方案的示意图；
图2为本发明之数据储存芯片的一实施例的功能方块图；
图3为本发明之数据储存芯片的另一实施例的功能方块图；
图4为本发明一实施例的数据存取方法的流程图；以及
图5为本发明另一实施例的数据存取方法的流程图。
具体实施方式
以下说明内容之技术用语系参照本技术领域之习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语之解释系以本说明书之说明或定义为准。
本发明之揭露内容包含数据储存芯片及数据存取方法。由于本发明之数据储存芯片所包含之部分组件单独而言可能为已知组件，因此在不影响该装置发明之充分揭露及可实施性的前提下，以下说明对于已知组件的细节将予以节略。此外，本发明之数据存取方法的部分或全部流程可以是软件及/或韧体之形式，并且可藉由本发明之数据储存芯片或其等效装置执行，在不影响该方法发明之充分揭露及可实施性的前提下，以下方法发明之说明将着重于步骤内容而非硬体。
图2系本发明之数据储存芯片的一实施例的功能方块图。图中以实线表示物理上或实体上的通讯及数据传输，而以虚线表示逻辑上的通讯及数据传输。数据储存芯片200包含计算电路210、存储器控制器220及存储器230。计算电路210可以是具有程序执行能力的电路，例如微处理器(micro control unit,MCU)、微控制器(microcontroller)、中央处理单元(central processing unit,CPU)等，但不以此为限。存储器230在逻辑上分为两个区域：安全区232及非安全区234。安全区即为受保护的区域，储存在其中的数据的存取受到限制；非安全区即为未受保护的区域或一般区域，储存在其中的数据的存取未受到限制。安全区232具有第一存储器地址范围，非安全区234具有第二存储器地址范围，且第一存储器地址范围与第二存储器地址范围不重迭，亦即安全区232及非安全区234为存储器230的不同的逻辑区域。存储器控制器220包含安全区控制模组222及非安全区控制模组224。计算电路210透过安全区控制模组222存取安全区232，以及透过非安全区控制模组224存取非安全区234。计算电路210、存储器控制器220及存储器230封装在同一芯片或单一芯片中，该芯片具有数据储存的功能。
当计算电路210欲存取存储器230时，计算电路210发送包含目标地址的存储器存取命令。存储器存取命令包含写入指令或读取指令。存储器控制器220根据存储器存取命令是写入指令或读取指令，来将数据写入目标地址，或从目标地址读取数据并将读取的数据传送给计算电路210。存储器控制器220根据存储器存取命令中的目标地址来决定该次存取操作系由安全区控制模组222存取安全区232或由非安全区控制模组224存取非安全区234。更明确地说，当存储器控制器220判断目标地址位于第一存储器地址范围时，使用安全区控制模组222存取安全区232；当存储器控制器220判断目标地址位于第二存储器地址范围时，使用非安全区控制模组224存取非安全区234。在一些实施例中，安全区控制模组222及非安全区控制模组224实质上对应或使用同样的电路，但具有不同的控制逻辑；在其他的实施例中，安全区控制模组222及非安全区控制模组224实质上对应或使用不同的电路。
安全区控制模组222根据存储器存取命令及控制值决定是否存取安全区232，而非安全区控制模组224根据存储器存取命令但不根据控制值决定是否存取非安全区234。控制值例如是存储器控制器220的某个暂存器的暂存值。举例来说，当控制值为第一数值(例如1或0xFF)时，安全区控制模组222根据存储器存取命令存取安全区232，而当控制值为第二数值(第二数值不同于第一数值，例如0或0x00)时，安全区控制模组222不存取或不被允许存取安全区232。也就是说，存储器控制器220(更明确地说，安全区控制模组222)根据控制值选择性地存取安全区232。另一方面，存储器控制器220(更明确地说，非安全区控制模组224)则径行根据存储器存取命令存取非安全区234，而不参考控制值。换句话说，存储器控制器220(更明确地说，安全区控制模组222)存取安全区232的权限受到限制，而存储器控制器220(更明确地说，非安全区控制模组224)存取非安全区234的权限则不受到限制。
藉由将存储器230划分为安全区232及非安全区234，并且对其中一者的存取权限加以控制，即可实现对机密数据或敏感数据的保护。由于他人无法得知安全区232对应的存储器地址范围，亦不知控制值的设定方式，所以无法藉由篡改计算电路210所执行的软件的方式来窃取机存储器230中的机密数据。再者，由于存储器230系与计算电路210及存储器控制器220封装在同一芯片中，将存储器230从芯片中分离将导致存储器230受损，因此恶意人士无法藉由强行将存储器230从芯片中分离来单独存取其中的数据。
图3系本发明之数据储存芯片的另一实施例的功能方块图。图中以实线表示物理上或实体上的通讯及数据传输，而以虚线表示逻辑上的通讯及数据传输。数据储存芯片300包含计算电路310、存储器控制器320及存储器330。计算电路310可以是具有程序执行能力的电路，例如微处理器、微控制器、中央处理单元等，但不以此为限。存储器330在逻辑上分为两个区域：安全区332及非安全区334。安全区332具有第一存储器地址范围，非安全区334具有第二存储器地址范围，且第一存储器地址范围与第二存储器地址范围不重迭，亦即安全区332及非安全区334为存储器330的不同的逻辑区域。存储器控制器320包含安全区控制模组322、非安全区控制模组324及数据选择模组326。计算电路310透过安全区控制模组322存取安全区332，以及透过非安全区控制模组324存取非安全区334。计算电路310、存储器控制器320及存储器330封装在同一芯片或单一芯片中，该芯片具有数据储存的功能。
当计算电路310欲存取存储器330时，计算电路310发送包含目标地址的存储器存取命令。存储器存取命令包含写入指令或读取指令。存储器控制器320根据存储器存取命令是写入指令或读取指令，来将数据写入目标地址，或从目标地址读取数据并将读取的数据传送给计算电路310。存储器控制器320根据存储器存取命令中的目标地址来决定该次存取操作系由安全区控制模组322存取安全区332或由非安全区控制模组324存取非安全区334。更明确地说，当存储器控制器320判断目标地址位于第一存储器地址范围时，使用安全区控制模组322存取安全区332；当存储器控制器320判断目标地址位于第二存储器地址范围时，使用非安全区控制模组324存取非安全区334。在一些实施例中，安全区控制模组322及非安全区控制模组324实质上对应或使用同样的电路，但具有不同的控制逻辑；在其他的实施例中，安全区控制模组322及非安全区控制模组324实质上对应或使用不同的电路。
当存储器存取命令对应写入指令时，安全区控制模组322将数据直接写入安全区332，非安全区控制模组324将数据直接写入非安全区334；当存储器存取命令对应读取指令时，非安全区控制模组324将从非安全区334读取到的目标数据直接传送给计算电路310，而安全区控制模组322则是将从安全区332读取到的目标数据传送至数据选择模组326，而非直接将目标数据传送给计算电路310。数据选择模组326根据控制值AC决定将目标数据或是假数据传送给计算电路310，假数据不同于目标数据。
控制值例如是数据选择模组326的某个暂存器的暂存值。举例来说，当控制值为第一数值(例如1或0xFF)时，数据选择模组326将目标数据传送给计算电路310，而当控制值非为第二数值(第二数值不同于第一数值，例如0或0x00)时，数据选择模组326不将目标数据传送给计算电路310，或是将假数据传送给计算电路310。也就是说，存储器控制器320(更明确地说，数据选择模组326)根据控制值选择性地将目标数据传送给计算电路310。另一方面，存储器控制器320(更明确地说，非安全区控制模组324)则径行根据存储器存取命令存取非安全区334，而不参考控制值。换句话说，存储器控制器320控制计算电路310读取安全区332的权限，而没有控制计算电路310读取非安全区334的权限。
在一个实施例中，控制值AC原本储存于安全区332中的一个预设地址，并且于适当的时机被载入数据选择模组326的暂存器中。图4为本发明一实施例的数据存取方法的流程图，此流程图对应计算电路310读取存储器330的操作。首先，存储器控制器320(更明确地说，安全区控制模组322)读取安全区332的预设地址以取得控制值(步骤S410)，接着将控制值载入数据选择模组326的暂存器(步骤S420)。存储器控制器320于接收到来自计算电路310的存储器读取命令之后(步骤S430)，判断存储器读取命令中的目标地址对应安全区332或非安全区334(步骤S440)。当目标地址对应安全区332时，存储器控制器320(更明确地说，安全区控制模组322)读取安全区332中的目标数据，然后存储器控制器320(更明确地说，数据选择模组326)根据控制值选择性地传送目标数据给计算电路310(步骤S450)。当目标地址对应非安全区334时，存储器控制器320(更明确地说，非安全区控制模组324)读取非安全区334中的目标数据，并且将目标数据直接传送给计算电路310(步骤S460)。
图5为本发明另一实施例的数据存取方法的流程图，此流程图对应计算电路310的其中一种更新安全区332的数据的操作方法。当计算电路310欲更新安全区332的数据时，计算电路310先发送清除存储器的命令，然后存储器控制器320(更明确地说，安全区控制模组322)根据该命令清除安全区332，亦即删除安全区332中的所有数据(步骤S510)。当安全区控制模组322被清除时，预设地址的数据(即控制值AC)也一并被清除。也就是说，当安全区控制模组322的数据被清除后，预设地址的数据成为第一数值(例如1或0xFF)。接着，存储器控制器320(更明确地说，安全区控制模组322)将计算电路310提供的数据写入安全区332(步骤S520)。需注意的是，在步骤S520中，存储器控制器320(更明确地说，安全区控制模组322)不将数据写入预设地址；也就是说，计算电路310无法将数据写入预设地址，所以当步骤S520完成后，预设地址的数据仍旧为第一数值。接着，步骤S520完成之后，数据储存芯片300重新启动，而存储器控制器320(更明确地说，安全区控制模组322)在数据储存芯片300重新启动的过程中从安全区332读取预设地址的数据以得到控制值AC，并将控制值AC载入数据选择模组326的暂存器(步骤S530)。
当步骤S530完成时，控制值AC为第一数值，所以此时计算电路310可以透过存储器控制器320读取安全区332中数据。计算电路310接下来可以读取安全区332的数据以验证数据是否被正确地写入安全区332中(步骤S540)，或是略过步骤S540。随后(步骤S530或S540结束后)，安全区控制模组322将安全区332中预设地址的数据更改为第二数值(第二数值不同于第一数值，例如0或0x00)(步骤S550)。步骤S550完成之后，数据储存芯片300重新启动，而存储器控制器320(更明确地说，安全区控制模组322)在数据储存芯片300重新启动的过程中从安全区332读取预设地址的数据以得到控制值AC，并将控制值AC载入数据选择模组326的暂存器(步骤S560)。步骤S560完成后，此时控制值AC为第二数值，安全区332中的数据被限制读取。请注意，此时安全区332仍可被写入，亦即可藉由图5的流程更新其中的数据。
藉由将存储器330划分为安全区332及非安全区334，并且利用数据选择模组326根据控制值来决定安全区332中的数据是否被传送至计算电路310，数据储存芯片300可实现对机密数据或敏感数据的保护。由于他人无法得知安全区332对应的存储器地址范围，且计算电路310无法直接存取存储器330的安全区332，所以无法藉由篡改计算电路310所执行的软件的方式来窃取机存储器330中的机密数据。再者，由于存储器330系与计算电路310及存储器控制器320封装在同一芯片中，将存储器330从芯片中分离将导致存储器330受损，因此恶意人士无法藉由强行将存储器330从芯片中分离来单独存取其中的数据。
在一些实施例中，控制值AC可以是一位(bit)的数据，该一位的数据对应整个安全区332；在其他实施例中，控制值AC可以是一位组(Byte)的数据，此时安全区332可以被划分为八个子区域，该八个子区域分别对应该位组的其中一位。换句话说，存储器控制器320可以个别控制安全区332中的每个子区域的数据能否被计算电路310读取。在一些实施例中，预设地址可以是安全区332的最小的或最大的逻辑地址或实体地址。
数据选择模组326的暂存器及安全区332的预设地址无法被计算电路310存取，如此可以确保安全区332中数据的安全性。在一些实施例中，计算电路310不知道该预设地址为何，而只能透过预设的命令控制存储器控制器320(更明确地说，安全区控制模组322)存取该预设地址。在一些实施例中，计算电路310可以被设计为在数据储存芯片300重新启动时自动发出命令控制存储器控制器320(更明确地说，安全区控制模组322)读取预设地址的数据，并将读取的数据载入数据选择模组326。
前述的安全区控制模组222/322、非安全区控制模组224/324以及数据选择模组326可以由硬体配合软件及/或韧体实作。前述的存储器可以例如是快闪存储器、磁性存储器等非挥发性存储器。
由于本技术领域具有通常知识者可藉由本案之装置发明的揭露内容来了解本案之方法发明的实施细节与变化，因此，为避免赘文，在不影响该方法发明之揭露要求及可实施性的前提下，重复之说明在此予以节略。请注意，前揭图示中，组件之形状、尺寸、比例以及步骤之顺序等仅为示意，系供本技术领域具有通常知识者了解本发明之用，非用以限制本发明。
虽然本发明之实施例如上所述，然而该些实施例并非用来限定本发明，本技术领域具有通常知识者可依据本发明之明示或隐含之内容对本发明之技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求之专利保护范畴，换言之，本发明之专利保护范围须视本说明书之申请专利范围所界定者为准。
符号说明
110 芯片
112 微控制器
114、220、320 存储器控制器
120、230、330 存储器
200、300 数据储存芯片
210、310 计算电路
222、322 安全区控制模组
224、324 非安全区控制模组
232、332 安全区
234、334 非安全区
326 数据选择模组
S410～S460、S510～S560 步骤。

Claims (10)

1.一种数据储存芯片，包含：
一存储器，包含一第一区及一第二区，其中该第一区具有一第一存储器地址范围，该第二区具有一第二存储器地址范围，该第一区及该第二区为该存储器的不同的逻辑区域，且该第一存储器地址范围与该第二存储器地址范围不重迭；
一计算电路，发送一存储器存取命令，该存储器存取命令包含一目标地址；以及
一存储器控制器，耦接于该计算电路及该存储器，根据该存储器存取命令存取该存储器之该第一区或该第二区；
其中，当该目标地址位于该第一存储器地址范围时，该存储器控制器根据一控制值选择性地存取该第一区，且当该目标地址位于该第二存储器地址范围时，该存储器控制器存取该第二区；
其中，该存储器、该计算电路及该存储器控制器封装于单一芯片中。
2.如权利要求1所述的数据储存芯片，其中该存储器控制器包含一第一控制模组及一第二控制模组，该第一控制模组存取该第一区，该第二控制模组存取该第二区，当该目标地址位于该第一存储器地址范围且该控制值指示为一第一数值时，该第一控制模组根据该存储器存取命令存取该第一区，且当该目标地址位于该第一存储器地址范围且该控制值指示为一第二数值时，该第一控制模组不存取该第一区，该第一数值不等于该第二数值。
3.一种数据储存芯片，包含：
一存储器，包含一第一区及一第二区，其中该第一区具有一第一存储器地址范围，该第二区具有一第二存储器地址范围，该第一区及该第二区为该存储器的不同的逻辑区域，且该第一存储器地址范围与该第二存储器地址范围不重迭；
一计算电路，发送一存储器存取命令，该存储器存取命令包含一目标地址；以及
一存储器控制器，耦接于该计算电路及该存储器，根据该存储器存取命令存取该存储器之该第一区或该第二区，该存储器控制器包含：
一第一控制模组，存取该第一区而不存取该第二区；
一第二控制模组，存取该第二区而不存取该第一区；以及
一数据选择模组，耦接该第一控制模组，根据一控制值选择性地将该第一区的数据传送至该计算电路；
其中，当该目标地址位于该第一存储器地址范围时，该第一控制模组根据该存储器存取命令存取该第一区，且当该目标地址位于该第二存储器地址范围时，该第二控制模组根据该存储器存取命令存取该第二区；
其中，该存储器、该计算电路及该存储器控制器封装于单一芯片中。
4.如权利要求3所述的数据储存芯片，其中当该存储器存取命令为一读取命令，且该目标地址位于该第一存储器地址范围时，该第一控制模组将该第一区中的数据传送至该数据选择模组。
5.如权利要求4所述的数据储存芯片，其中当该控制值为一第一数值时，该数据选择模组将该第一区中的数据传送至该计算电路，且当该控制值为一第二数值时，该数据选择模组不将该第一区中的数据传送至该计算电路，该第一数值不等于该第二数值。
6.如权利要求3所述的数据储存芯片，其中该第一控制模组读取该第一区之一预设地址，并将该预设地址的数据载入该数据选择模组以作为该控制值。
7.如权利要求6所述的数据储存芯片，其中当该第一区被清除后，该预设地址的数据为一第一数值，且当该控制值为该第一数值时，该数据选择模组将该第一区的数据传送至该计算电路。
8.一种数据存取方法，应用于一存储器，该存储器包含一第一区及一第二区，该第一区具有一第一存储器地址范围，该第二区具有一第二存储器地址范围，该第一区及该第二区为该存储器的不同的逻辑区域，且该第一存储器地址范围与该第二存储器地址范围不重迭，该数据存取方法包含：
读取该第一区之一预设地址以得到一控制值；
接收一存储器读取命令，该存储器读取命令包含一目标地址；
当该目标地址位于该第一存储器地址范围时，根据该存储器读取命令存取该第一区，且当该目标地址位于该第二存储器地址范围时，根据该存储器读取命令存取该第二区；以及
根据该控制值选择性地传送从该第一区读取的数据。
9.如权利要求8所述的数据存取方法，其中当该控制值为一第一数值时，传送从该第一区读取的数据，以及当该控制值为一第二数值时，不传送从该第一区读取的数据，该数据存取方法还包含：
清除该第一区；
其中，当该第一区被清除后，该预设地址的数据为该第一数值。
10.如权利要求9所述的数据存取方法，还包含：
在该第一区被清除后，在该第一区写入数据；以及
在数据写入完成后，在该预设地址写入该第二数值。
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