CN1790308A - 多通道闪存传输控制器、芯片及存储设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多通道闪存传输控制器及包含该控制器的芯片与存储设备,所述控制器包括主控状态机、控制总线控制单元和数据总线控制单元,所述主控状态机控制所述控制总线控制单元通过一组复用控制总线向多个闪存发送控制信号,多个闪存的状态信号以线与方式通过复用控制总线输入控制总线控制单元,所述控制总线控制单元向主控状态机返回线与后的状态信号,在线与后的状态信号有效的情况下,多个闪存在控制信号的作用下,通过多组独立数据总线同时与数据总线控制单元传输数据。本发明大大提高了闪存的读写速度。

Description

多通道闪存传输控制器、芯片及存储设备
技术领域
本发明涉及一种存储介质管理装置,具体而言,涉及闪存管理装置;更具体而言,涉及一种多通道闪存传输控制器及包含该控制器的芯片与存储设备。
背景技术
作为U盘的主要存储介质,与非门闪存(Nand Flash)本身的传输速度并不高,况且对闪存的读、写等操作还需要额外的等待时间。所以,在高速U盘应用中,为了提高U盘的传输速度,最新技术是采用双通道传输机制。
双通道传输机制与单通道传输类似,它相当于具有两个单独的单通道,每个通道都有一组独立的数据地址指令总线和一组独立的控制总线。双通道传输机制同时控制两个闪存读写,从而使传输速度提高一倍。在使用快速闪存的情况下,双通道传输机制可达到20MB/s的读出速度和12MB/s的写入速度,其中,读写速度的差别源于闪存读写额外等待时间的不同。
在U盘的应用中,提高速度和容量是主要目的。由于USBmass-storage Class bulk-only协议的定义,读写不会同时发生,USB2.0协议所支持的读写速度均高达480Mbps。扣除USB协议开销的部分,实际读写速度也均高达近48MB/s,因此,现有双通道传输机制的读写速度是U盘速度提高的瓶颈。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的在于,提供一种多通道如四通道闪存高速传输方案,从而提高闪存的读写速度。
根据本发明的第一方面,提供一种多通道闪存传输控制器,所述控制器包括主控状态机、控制总线控制单元和数据总线控制单元,主控状态机控制所述控制总线控制单元通过一组复用控制总线向多个闪存发送控制信号,多个闪存的状态信号以线与方式通过复用控制总线输入控制总线控制单元,所述控制总线控制单元向主控状态机返回线与后的状态信号,在线与后的状态信号有效的情况下,多个闪存在控制信号的作用下,通过多组独立数据总线同时与数据总线控制单元传输数据。
在第一方面中,优选地,所述线与方式这样实现:所述多个闪存状态信号连接在一起,并与一上拉电阻的一端相连,所述上拉电阻的另一端与电源相连。进一步优选地,所述上拉电阻的阻值在20千欧至30千欧之间。
优选地,所述闪存为与非门闪存,所述数据总线为数据地址指令复用总线;通过所述数据地址指令复用总线,所述主控状态机控制所述数据总线控制单元向多个与非门闪存发送地址、指令信息。
优选地,所述多通道为四通道,所述多个闪存为四个闪存,所述多组独立数据总线为四组独立数据总线。
根据第二方面,提供一种芯片,其特征在于,包括上述第一方面中所述的多通道闪存传输控制器。
根据第三方面,提供一种存储设备,包括多通道闪存传输控制器和多个闪存,所述控制器包括主控状态机、控制总线控制单元和数据总线控制单元,主控状态机控制所述控制总线控制单元通过一组复用控制总线向多个闪存发送控制信号,多个闪存的状态信号以线与方式通过复用控制总线输入控制总线控制单元,所述控制总线控制单元向主控状态机返回线与后的状态信号,在线与后的状态信号有效的情况下,多个闪存在控制信号的作用下,通过多组独立数据总线同时与数据总线控制单元传输数据。
在第三方面中,优选地,所述线与方式这样实现:所述存储设备包括一上拉电阻,所述上拉电阻的一端与电源相连,另一端与接在一起的多个闪存状态信号相连。进一步优选地,所述上拉电阻的阻值在20千欧至30千欧之间。
优选地,所述闪存为与非门闪存,所述数据总线为数据地址指令复用总线;通过所述数据地址指令复用总线,主控状态机控制所述数据总线控制单元向多个与非门闪存发送地址、指令信息。
按照本发明,由于复用一组控制总线,多通道闪存传输控制器能够同时控制多个闪存,通过多组独立的数据总线与多个闪存同时传输数据,从而大大提高了闪存的读写速度。
附图说明
为更好地理解本发明,下面仅以一个实施例结合附图对本发明作进一步说明。附图中:
图1为本发明一个实施例的四通道闪存传输控制器的结构框图;
图2示出了本发明该实施例的复用控制信号;
图3为本发明该实施例的读闪存时序图;
图4为本发明该实施例的闪存管理示意图。
具体实施方式
参照图1,图1为本发明一个实施例的四通道闪存传输控制器的结构框图。四通道闪存传输控制器10位于应用芯片中,应用芯片可用于诸如U盘之类的存储设备中。控制器10包括主控状态机11、数据总线控制单元12和控制总线控制单元13。由主控状态机11控制其他两个单元12、13,其他两个单元12、13向主控状态机11返回所需的信息。为实现四通道传输,在该实施例中,控制总线控制单元13通过一组复用控制总线14与四个与非门闪存(以下简称闪存)相连,数据总线控制单元12通过四组各自独立的数据总线I01-I04分别与四个闪存相连。
参照图2,图2示出了本发明该实施例的复用控制信号。该组复用控制信号包括指令发送使能信号CLE、地址发送使能信号ALE、片选信号CE、写使能信号WEN、读使能信号REN、写保护信号WP以及R/B(ready/busy)(准备好/忙)信号。其中,CLE、ALE、CE、WEN、REN、WP是控制器10的输出信号,而R/B是控制器10的输入信号,它反映了闪存的状态。控制总线控制单元13控制着每个控制信号的行为。这里,四个闪存的状态信号R/B1-R/B4以线与方式输入控制总线控制单元13。
特别地,可采用以下方式实现信号R/B1-R/B4的线与。将四个闪存的状态信号R/B1-R/B4连接在一起,再通过一上拉电阻R与电源Vcc相连,上拉电阻R位于应用芯片所在的电路版上。考虑到要减少静态电流,上拉电阻R的阻值不能太小,优选在20千欧至30千欧之间。这样,根据与非门闪存的标准,在准备好状态下,R/B输出为高阻,因此,当R/B1-R/B4四个信号都处于准备好状态时,总的R/B由上拉电阻R拉高至1;当闪存处于忙状态时,R/B输出为0,因此,当四个信号R/B1-R/B4中任何一个输出为0时,电源Vcc到地之间形成通过上拉电阻R和R/B输出电阻的通路,由于该R/B的输出电阻很小,分压的结果是总的R/B输出值为0。因此,四个信号R/B1-R/B4之间的逻辑是与的关系。这样,通过采用线与方式实现R/B1-R/B4复用控制器10的一个管脚,控制器10就可以得知何时四个闪存都处于准备好状态。
特别地,对于与非门闪存而言,数据总线实际上为数据地址指令复用总线。再次参照图1,主控状态机11控制数据总线控制单元12向四个闪存传输地址、指令信息,并向四个闪存读出和写入数据。基本指令包括读、写、擦除、回拷读(copybackread)、回拷写(copybackwrite)等指令。在控制总线控制单元13接收到有效R/B信号的情况下,即当四个闪存都处于准备好状态时,在主控状态机11控制下控制总线控制单元13发出控制信号,数据总线控制单元12通过四组数据地址指令复用总线I01-I04同时与四个闪存传输数据。
数据总线控制单元12向主控状态机11返回读取或写入动作是否完成,控制总线控制单元13向主控状态机11返回线与后的R/B。主控状态机11根据对闪存的不同操作,分别通过这两个单元控制着控制总线14和数据地址指令复用总线I01-I04的输入、输出。例如,假定闪存为三星公司的小页类型,要从闪存读一个页,参照图3,图3为本发明该实施例的读闪存时序图。主控状态机11通过数据总线控制单元12控制数据地址指令复用总线向四个闪存发出读指令(00H),同时通过控制总线控制单元13控制CLE为1,CE、WEN为0;接下来,主控状态机11通过数据总线控制单元12控制数据地址指令复用总线向四个闪存发出地址(A1、A2、A3),同时通过控制总线控制单元13控制ALE为1,CE为0、WEN为0;等待线与后的R/B从0恢复到1,接着,主控状态机11通过控制总线控制单元13控制REN为0,同时控制数据总线控制单元12从四个闪存的地址指定页中读出数据,送至应用芯片的其他单元(未图示)。
参照图4,图4为本发明该实施例的闪存管理示意图。闪存存储结构的单位是页(page),以大页闪存为例,每页包括2kB的数据区,和64字节的冗余(spare)区。这些页被分成组,64个页的一组被称为块。根据本发明,实现了将四个闪存的地址相同页并在一起管理,从而形成一个数据区为8kB、冗余区为256字节的页。而对四个闪存同时进行读写、擦除等操作,与控制一个闪存一样。这样,可以将四通道传输机制看作是将页大小变为原来的四倍、数据总线位数也变为原来的四倍的单通道传输机制。因此,读、写、擦除等常规操作一个页的时间,可以同时操作4个页,速度是单通道的4倍、双通道的2倍,从而接近USB2.0协议的最大传输能力。
前文以四通道与非门闪存传输控制器为例,对本发明作了说明性的描述。除此之外,本发明还可扩展至对两个、八个、十六个等闪存的多通道传输控制;本发明并不局限于与非门闪存,比如,对于或非门闪存,其数据总线和地址总线分离,类似地,可共用一组地址总线、一组控制总线,并采用多组数据总线以实现多通道数据传输。这对本领域技术人员来讲是显然的。
显而易见,在此描述的本发明可以有许多变化,这种变化不能认为偏离本发明的精神和范围。因此,所有对本领域技术人员显而易见的改变,都包括在本权利要求书的涵盖范围之内。

Claims (10)

1、一种多通道闪存传输控制器,包括主控状态机、控制总线控制单元和数据总线控制单元,其特征在于,所述主控状态机控制所述控制总线控制单元通过一组复用控制总线向多个闪存发送控制信号,多个闪存的状态信号以线与方式通过复用控制总线输入控制总线控制单元,所述控制总线控制单元向主控状态机返回线与后的状态信号,在线与后的状态信号有效的情况下,多个闪存在控制信号的作用下,通过多组独立数据总线同时与数据总线控制单元传输数据。
2、如权利要求1所述的多通道闪存传输控制器,其特征在于,所述线与方式这样实现:所述多个闪存状态信号连接在一起,并与一上拉电阻的一端相连,所述上拉电阻的另一端与电源相连。
3、如权利要求2所述的多通道闪存传输控制器,其特征在于,所述上拉电阻的阻值在20千欧至30千欧之间。
4、如权利要求1所述的多通道闪存传输控制器,其特征在于,所述闪存为与非门闪存,所述数据总线为数据地址指令复用总线;通过所述数据地址指令复用总线,所述主控状态机控制所述数据总线控制单元向所述多个与非门闪存发送地址、指令信息。
5、如权利要求1所述的多通道闪存传输控制器,其特征在于,所述多通道为四通道,所述多个闪存为四个闪存,所述多组独立数据总线为四组独立数据总线。
6、一种芯片,其特征在于,包括权利要求1至5中任一项所述的多通道闪存传输控制器。
7、一种存储设备,包括多通道闪存传输控制器和多个闪存,所述多通道闪存传输控制器包括主控状态机、控制总线控制单元和数据总线控制单元,其特征在于,所述主控状态机控制所述控制总线控制单元通过一组复用控制总线向多个闪存发送控制信号,多个闪存的状态信号以线与方式通过复用控制总线输入控制总线控制单元,所述控制总线控制单元向主控状态机返回线与后的状态信号,在线与后的状态信号有效的情况下,多个闪存在控制信号的作用下,通过多组独立数据总线同时与数据总线控制单元传输数据。
8、如权利要求7所述的存储设备,其特征在于,所述线与方式这样实现:所述存储设备包括一上拉电阻,所述上拉电阻的一端与电源相连,另一端与接在一起的多个闪存状态信号相连。
9、如权利要求8所述的存储设备,其特征在于,所述上拉电阻的阻值在20千欧至30千欧之间。
10、如权利要求7至9中任一项所述的存储设备,其特征在于,所述闪存为与非门闪存,所述数据总线为数据地址指令复用总线;通过所述数据地址指令复用总线,所述主控状态机控制数据总线控制单元向所述多个与非门闪存发送地址、指令信息。
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