CN1424658A - 一种移动存储装置及其设计方法 - Google Patents

Abstract

一种移动存储装置及其设计方法，是使用动态随机存储器即DRAM内存芯片作为存储介质及其设计方法，采用降低功耗措施使内存芯片的功耗降低到可以接受的范围，使用外接电源为内存芯片供电，通过外部接口和宿主机进行数据交换。所说的移动存储装置至少包括：(a)用来连接储存数据的DRAM内存芯片的内存接口；(b)用来连接和宿主机进行通讯的通用通道的外部接口控制器；(c)用来为DRAM内存芯片供电的外接直流电源；(d)用来管理数据存取和宿主机通讯的微处理器；(e)用来为内存芯片降低功耗的软件和硬件方法；(f)适合内存芯片存取数据的文件存储结构。与现有技术相比，本发明的移动存储装置具有成本更低、容量更大、速度更快、容易升级、使用寿命更长的特点。

Description

一种移动存储装置及其设计方法

技术领域：本发明涉及与电子信息产品配套的使用的可移动存储装置，尤其涉及一种移动存储装置及其设计方法。

背景技术：21世纪以来，随着人们对多媒体和海量数据存储的要求的不断增长，便携式移动存储市场有了比较大的发展。目前市场上存在的多种移动存储设备互相竞争，其中有CF卡、记忆棒、闪盘、移动硬盘、MO、CD-R等，它们均拥有自己独到的技术优势。但最近一段时间闪盘逐渐成为通用市场上的领导者。闪盘(目前有易盘、U盘等上百个厂家的多种名称的类似产品投产)为深圳朗科公司的设计专利(专利中请号00114081.7)，设计方法为以色列M-系统快闪盘开拓者公司所有(专利申请号00800509.5)。采取制作BIOS芯片的闪存芯片(FLASHROM)作为存储介质。并加以改进，具有成本低、可靠性高、容量大、寿命长、不耗电等优点。但由于FLASHROM技术的先天不足，闪盘在具有上述绝对优势的同时，仍然存在着一些难以克服的缺点，主要在于：读写速度相对较慢、闪存价格仍然相对较高，闪盘做成后无法升级。

发明内容：本发明的目的在于，克服现有技术的不足之处，提供一种移动存储装置及其设计方法。本发明所述的移动存储装置及其设计方法，是使用动态随机存储器即DRAM内存芯片作为存储介质的移动存储装置及其设计方法，所使用的存储介质为动态随机存储器即DRAM内存芯片，并且采用降低功耗措施使内存芯片的功耗降低到可以接受的范围，使用外接电源为内存芯片存储数据供电，通过通用外部接口和宿主机进行数据交换，其存取控制电路由微处理器、外部接口控制器、通用外部接口组成，其特征在于：(a)本产品使用动态随机存储器即DRAM内存芯片作为存储介质；(b)采用外接直流电源为动态随机存储器即DRAM内存芯片保持数据时供电；(c)采用了为内存芯片降低功耗的硬件和软件方法；(d)采用了适合内存芯片存取数据的文件存储结构。在外接直流电源连接有内存接口，在微处理器连接有内存接口和外部接口控制器，在外部接口控制器连接有通用外部接口。本发明所述的移动存储装置涉及有使用动态随机存储器即DRAM内存芯片作为存储介质的移动存储装置及其设计方法。按照本发明所述设计方法提出的移动存储装置至少由一个内存接口、一个外部接口控制器、一个外接直流电源组成，采用动态随机存储器作为存储介质，采用降低功耗措施使其功耗降低到可以接受的范围。本装置可以接受来自一个宿主机的数据存取命令。此时由外部接口获取电源，数据存储在动态随机存储器中。本装置可以脱离宿主机一定时间，具体时间取决于外接直流电源的性能，由外接直流电源供电来保存数据，所以数据会因停止供电而瞬间不可恢复的消失。由于本发明所述的移动存储装置是采用普通内存芯片作为存储介质，性能相对闪存芯片有了较大的提高。

本发明所述的移动存储装置是基于进一步降低成本和提高速度而提出的全新移动存储设备及其设计方法。所说的设计方法是采用价格低廉而速度快的普通内存条作为移动存储装置的存储介质，采取USB 2.0或IEEE 1394等高速接口来充分发挥内存条的高速快存取特性，并使用外接直流电源为内存条进行动态刷新。由于动态刷新内存是技术成熟的多年工业标准，使得依靠本方法设计的存储设备具有成本更低、容量更大、速度更快、容易升级、使用寿命更长的特点。

附图说明：附图1是本发明所述移动存储装置的立体结构示意图，附图2是移动存储装置的通用硬件构成方框图。1-内存接口  2-开关电路  3-外接直流电源  4-微处理器  5-外部接口控制器  6-通用外部接口  7一电压转换器

具体实施方式：现参照附图，结合实施例说明如下：本发明所述的一种移动存储装置及其设计方法，也就是使用动态随机存储器即DRAM内存芯片作为存储介质的移动存储装置及其设计方法。本发明所述移动存储装置涉及有内存接口1、开关电路2、外接直流电源3、微处理器4、外部接口控制器5、通用外部接口6和电压转换器7组成，开关电路2串接在内存接口1、外接直流电源3和微处理器4之间，所述的移动存储装置所使用的存储介质为动态随机存储器即DRAM内存芯片，并且采用降低功耗措施使其功耗降低到可以接受的范围，使用外接电源为其供电，通过通用外部接口6和宿主机进行数据交换。本发明涉及有使用动态随机存储器即DRAM内存芯片作为存储介质的移动存储装置及其设计方法。按照本设计方法提出的移动存储装置至少由一个内存接口1、一个微处理器4、一个外部接口控制器5和一个外接直流电源3组成，本装置采用动态随机存储器作为存储介质，采用降低功耗措施使其功耗降低到可以接受的范围。本装置可以接受来自一个宿主机的数据存取命令，此时由通用外部接口6获取电源，数据存储在动态随机存储器中。本装置可以脱离宿主机一定时间，具体时间取决于外接直流电源3的性能，由外接直流电源3供电来保存数据。数据会因停止供电而瞬间不可恢复的消失。本发明所述的移动存储装置，使用动态随机存储器即DRAM内存芯片作为存储介质，其品种包括但不限于SDRAM、DDR SDRAM、DDRII、RAMBUS RDRAM、DRDRAM，采用成品内存插槽作为内存接口1，或者直接将内存封装在电路板上；至少具备下列之一作为和宿主机通讯的通用外部接口6：(a)RJ45双绞线；(b)USB接口；(c)IEEE1394；(d)串并口。本发明所述的移动存储装置，全少具备下列之一作为外接电源用来为动态随机存储器即DRAM内存芯片供电，并可以做到给可充电电池充电：(a)外接直流电源3；(b)普通电池；(c)可充电电池；(d)通用外部接口6。本发明所述的移动存储装置，至少具备但不限于如下之一降低内存功耗的措施：(a)工作时利用通用外部接口6供电，保存时利用外接直流电源3供电，确保内存的低功耗；(b)利用动态随机存储器即DRAM内存芯片中的自身刷新功能(self refresh)确保内存的低功耗；(c)利用动态随机存储器即DRAM内存芯片中的挂起功能(suspend)确保内存的低功耗；(d)利用动态随机存储器即DRAM内存芯片中的终止无数据芯片的工作功能(power down)确保内存的低功耗；(e)利用动态随机存储器即DRAM内存芯片中的空闲功能(idle)确保内存的低功耗；(f)利用动态随机存储器即DRAM内存芯片中的低电压工作特征(low voltagecharacteristic)确保内存的低功耗；(g)利用动态随机存储器即DRAM内存芯片中的降低时钟频率特征(low clock frequency)确保内存的低功耗；(h)利用动态随机存储器即DRAM内存芯片中的降低刷新频率特征(low refresh frequency)确保内存的低功耗；(i)利用所述微处理器4内置的动态存储空间整理程序，使内存空间得到优化，数据按照文件顺序排列来确保内存的低功耗。本发明所述的移动存储装置，其存取控制电路由微处理器4和外部接口控制器5组成，所述存储介质是动态随机存储器。所述微处理器4分别连接外部接口控制器5和内存接口1，外部接口控制器5分别连接通用外部接口6和微处理器4。本发明所述的移动存储装置，在读写时电源由通用外部接口6供应，分别接入微处理器4、外部接口控制器5和内存接口1的电源端，并经过至少一个电压转换器7来确保各部件对不同电压的需求。经过一个开关电路2选择是否由外接直流电源3为内存供电。电压转换器7兼具有为充电电池充电的功能。本装置存在三种工作模式，即休眠状态、就绪状态、工作状态。其中工作状态又可以细分为读数据和写数据两种工作状态，休眠状态转为就绪状态的过程称为初始化流程。就绪状态转为读数据工作状态的过程称为读流程，就绪状态转为写数据工作状态的过程称为写流程，工作状态转为休眠状态的过程称为退出流程。当装置脱机使用时，微处理器4无法得到3.3V电压，不能工作，此时内存由外接电源供电，CKE针脚为低电平，处于自身刷新模式(self refresh mode)。称为休眠状态。当装置连上宿主机时，微处理器4使用通用外部接口6提供的3.3V电压，此时内存由通用外部接口6供电，CKE针脚为高电平，处于自动刷新模式(auto refresh mode)。称为就绪状态。当装置正在读写时，微处理器4和外部接口控制器5始终处于封包/拆包状态，此时内存由通用外部接口6供电，各针脚分置在工作模式，处于工作模式(operating mode)，称为工作状态。初始化流程是本装置从休眠状态转换为就绪状态的过程，在此过程中，微处理器4获得电压开始工作，执行初始化指令，电压转换器7把电池供电转换为USB供电，并开始对电池充电(仅可充电功能的装置有此流程)。微处理器4把内存由自身刷新状态设置为自动刷新状态。查询内存芯片中数据的特征，通知操作系统初始化成功，并上报本装置的数据资料，要求申请盘符。本发明所述移动存储装置的设计方法，以USB接口、SDRAM内存为例，具有如下工作流程，初始化流程为：(a)用户将本装置接入主机USB接口；(b)USB接口5V电压接通，USB接口控制器开始工作；(c)USB接口提供的5V电压通过电压转换器7转换成3.3V，微处理器4开始工作；(d)3.3V电压使开关电路2将此电压提供给内存接口1，并断开电池提供给内存接口1的供电；(e)电压转换器7开始向可充电电池供电(本流程仅限于具有可充电功能的电压转换器)；(f)微处理器4置CKE为高电平，解除内存芯片的自身刷新模式(self refresh mode)；(g)微处理器4置CS、RAS、CAS、WE为低电平，使内存芯片进入自动刷新模式(auto refresh mode)；(h)微处理器4计算内存芯片中存储的数据容量和文件数目等信息，并传送回宿主机；(i)操作系统进行校验和密码识别，如果校验通过，本装置进入就绪状态；(i)宿主机为本装置添加盘符。初始化成功，等待用户的操作请求。读流程为：(a)用户向宿主机下达读指令；(b)操作系统将读命令翻译成机器语言并传送到宿主机的外部接口控制器；(c)宿主机的外部接口控制器将数据串行化(serialize)，经过通用通道传送给本发明所述移动存储装置的外部接口控制器5；(d)外部接口控制器5将数据并行化(parallelize)并传送给微处理器4；(e)微处理器4进入工作状态，解析外部接口控制器5提供的数据，翻译出行地址置于A0-A10和bank选择命令置于BA0、BA1，并置内存芯片CS、RAS为低电平，CAS和WE为高电平；(f)内存芯片在所选bank里锁定相应的行，此时微处理器4翻译出列地址置于A0-A7，并置CS、CAS为高电平，RAS和WE为高电平状态；(g)内存芯片在所选bank里锁定相应的列，并将读出的数据返回至DQ0-DQ63；(h)微处理器4将接收至内存的数据封装成外部接口控制器5可以理解的8bit或16bit数据并传送至外部接口控制器5；(i)外部接口控制器5将数据串行化(serialize)经过通用通道传送给宿主机的外部接口控制器；(j)宿主机的外部接口控制器将数据并行化(parallelize)翻译给操作系统；(k)重复(b)至(j)的步骤直至读完所有的数据；(l)微处理器4向操作系统发出读结束信号。进入就绪状态；(m)操作系统将数据以适当的形式返回给用户。写流程为：(a)用户向宿主机下达写指令；(b)操作系统将写数据翻译成机器语言并传送到宿主机的外部接口控制器；(c)宿主机的外部接口控制器将写请求包数据串行化(serialize)，经过通用通道传送给本发明所述移动存储装置的外部接口控制器5；(d)外部接口控制器5将数据并行化(Parallelize)并传送给微处理器4；(e)微处理器4进入工作状态，解析外部接口控制器5提供的数据，翻译出要写入的起始地址和写的字节数。等待主机发写数据包；(f)宿主机的外部接口控制器将写数据包数据串行化(srialize)，经过通用通道传送给本发明所述移动存储装置的外部接口控制器5；(g)外部接口控制器5将数据并行化(paralelize)并传送给微处理器4；(h)微处理器4进入工作状态，解析外部接口控制器5提供的数据，翻译写数据包中要写入的数据置DQ0-DQ63，要写入的行地址置于A0-A10，bank选择命令置于BA0、BA1，并置内存芯片CS、RAS、WE为低电平，CAS为高电平；(i)内存芯片在所选bank里锁定相应的行，此时微处理器4翻译出列地址置于A0-A7，并置CS、CAS、WE为低电平，RAS为高电平状态；(j)内存芯片在所选bank里锁定相应的列，并将DQ0-DQ63的数据写入相应的存储位置；(k)微处理器4通过外部接口控制器5向宿主机发出写入成功的信号；(1)申请下部分数据，重复(f)至(k)的步骤直至写完所有的数据；(m)执行动态内存空间整理程序，使内存中数据存储连续化；(n)微处理器4向操作系统发出写结束信号，进入就绪状态；(o)操作系统将写完信息以适当的形式反馈给用户和本装置；(p)本装置重新进入写状态，更新文件目录表，返回就绪状态。退出流程为：(a)用户将本装置拔出主机USB接口；(b)操作系统检测不到USB设备，删除分配的盘符；(c)USB接口5V电压断开，USB接口控制器停止工作；(d)电压转换器7关闭3.3V电压，微处理器4停止工作；(e)3.3V电压停止使开关电路2将电池提供给内存接口1供电；(f)由于微处理器4断电，CKE为低电平，内存芯片进入自身刷新模式(self refresh mode)；(g)无数据的内存芯片停止工作(power down)；(h)系统进入休眠状态。所述设计方法将动态随机存储器即DRAM内存芯片接口1和外部接口控制器5、微处理器4集成在一块电路板上，通过通用外部接口6与宿主机相连。微处理器4内置固化程序代码，同时宿主机操作系统中也安装相应的管理应用程序完成来建立操作系统与控制芯片间的通讯会话。本发明所述移动存储装置存在三种工作模式，即休眠状态、就绪状态、工作状态。当装置脱机使用时，微处理器4无法得到3.3V电压，不能工作，此时内存由外接电源供电，CKE针脚为低电平，处于自身刷新模式(self refresh mode)。称为休眠状态。当装置连上宿主机时，微处理器4使用通用外部接口6提供的3.3V电压，此时内存由通用外部接口6供电，CKE针脚为高电平，处于自动刷新模式(auto refresh mode)。称为就绪状态。当装置正在读写时，微处理器4和外部接口控制器5始终处于封包/拆包状态，此时内存由通用外部接口6供电，各针脚分置在工作模式，处于工作模式(operating mode)，称为工作状态。当用户把本装置接入宿主机的外部接口时，宿主机的操作系统会自动捕获本硬件接入的消息，并基于此事件作出分配给本装置驱动器盘符的操作。同时本装置会接受来主机的外部接口的供电，使本装置由休眠状态转换为就绪状态。当用户向存储器发出读写请求时，操作系统通过管理应用程序完成将用户请求传递给控制芯片，此时本装置由就绪状态进入工作状态，由控制芯片执行相应的操作，从而达到用户所需的存取要求，并把结果反馈回用户。当写请求结束后，为保证本装置在待机状态下进一步降低功耗，控制芯片会自动执行动态存储空间整理程序，使存储空间得到优化。当用户把本装置拔出宿主机的外部接口时，宿主机的操作系统会自动捕获本硬件脱离的消息，并基于此事件作出删除本装置驱动器盘符的操作。同时本装置会接受由外部电源的供电，使本装置由就绪状态转换为休眠状态。

由于采用普通内存芯片作为存储介质，性能相比闪存芯片有了较大的提高，主要体现在如下几个方面：(a)成本更低，配备内存条后仅为同等容量闪盘价格的三分之一；(b)容量更大，并随主流电脑配置的改进而增加；(c)速度更快，PC133内存采用64位数据传输模式，理论传输速度是1GB/秒，DDR内存的理论传输速度是2.1GB/秒。为了保证兼容性，SDRAM统一设定为PC66模式，实际测试传输速度大约为150MB/秒。即使受USB2.0的480Mbps(实际传输速度大约为30MB/秒)的限制，也是非常可观的数字；(d)容易升级，本设计方法的推荐安装是预留内存接口1给用户自己升级，具有DIY的性质，可以使本装置不会因为对容量要求的提高而淘汰；(e)使用寿命更长，目前采用内存加工工艺可以保证内存平均无故障工作时间十万小时以上，由于本装置绝大多数时间工作于低电压、低电流、低功耗的休眠模式，实际寿命更高。本发明所述的设计方法支持如下操作系统：MICROSOFT WINDOWS 95及后续版本，APPLE MAC OS 7及后续版本，LINUX 6.0及后续版本，SCO UNIX 5.05及后续版本。本装置是基于进一步降低成本和提高速度而提出的全新移动存储设备设计方法，本方法采用价格低廉而速度快的普通内存条作为存储介质，采取USB 2.0或IEEE 1394等高速接口来充分发挥内存条的高速度快存取特性，并使用外接直流电源3为内存条进行动态刷新。由于动态刷新内存是技术成熟的多年工业标准，使得依靠本方法设计的存储设备具有成本更低、容量更大、速度更快、容易升级、使用寿命更长的特点。本发明所述的设计方法并非十全十美，还存在着一些不足和问题。具体说来是由于附加了外部电源使得体积比闪盘要大一些，此外需要定期更换电池或定期充电也是固有的不足。但是瑕不掩瑜，本发明所述的移动存储装置仍然具有设计上的新颖性、创造性和实用性。

Claims (5)

1、一种移动存储装置及其设计方法，所使用的存储介质为动态随机存储器即DRAM内存芯片，并且采用降低功耗措施使内存芯片的功耗降低到可以接受的范围，使用外接电源为内存芯片供电，通过通用外部接口(6)和宿主机进行数据交换，其存取控制电路由微处理器(4)、外部接口控制器(5)、通用外部接口(6)组成，其特征在于所使用的存储介质为动态随机存储器即DRAM内存芯片，并采取降低功耗的措施，使用外接电源(3)为内存芯片存储数据供电。

2、根据权利要求1所述的一种移动存储装置，其特征在于在外接直流电源(3)连接有内存接口(1)，在微处理器(4)连接有内存接口(1)和外部接口控制器(5)，在外部接口控制器(5)连接有通用外部接口(6)。

3、根据权利要求1或2所述的一种移动存储装置，其特征在于所述移动存储装置的微处理器(4)分别连接外部接口控制器(5)和内存接口(1)，外部接口控制器(5)分别连接通用外部接口(6)和微处理器(4)。

4、根据权利要求1所述的一种移动存储装置的设计方法，其特征在于所述移动存储装置，工作时利用通用外部接口(6)供电，保存时利用外接直流电源(3)供电。

5、根据权利要求1所述的一种移动存储装置的设计方法，其特征在于所述移动存储装置，在读写时由通用外部接口(6)供电，分别接入微处理器(4)、外部接口控制器(5)和内存接口(1)的电源端，并经过至少一个电压转换器(7)来确保各部件对不同电压的需求。