DE10192507B4 - Verfahren und Vorrichtung für die Vorhersage von Lösch- und Schreibzeiten von Flash-Speichern - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung für die Vorhersage von Lösch- und Schreibzeiten von Flash-Speichern Download PDF

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Abstract

Flash-Speicher mit einer NOR-Gatter-Architektur, der umfaßt:
einen Datenblock, der der Speicherung einer Tabelle von Lösch- und Schreibzeiten für alle anderen Datenblöcke in dem Flash-Speicher zugewiesen ist.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet
  • Diese Erfindung bezieht sich auf Flash-Speicher und insbesondere auf NOR-Flash-Speicher mit wenigstens einem Block, der für die Speicherung von Lösch- und Schreibzeiten vorgesehen ist.
  • 2. Hintergrund
  • Heute gibt es für System-Entwurfsingenieure mehrere verschiedene Speicheroptionen. Die Wahl dreht sich typischerweise um die gewünschten Eigenschaften des Speichers wie etwa Flüchtigkeit, Programmierbarkeit und Dichte. Ein flüchtiger Speicher kann seine Inhalte nicht halten, wenn er nicht mit konstanter Leistung versorgt wird. Aus diesem Grund erfordern manche Anwendungen einen nichtflüchtigen Speicher wie etwa einen Nur-Lese-Speicher (ROM).
  • Einige Anwendungen machen sich die Tatsache zunutze, daß typische ROMs nur eine begrenzte Programmierbarkeit besitzen. Beispiele für ROM-Speicher umfassen einen elektrisch programmierten ROM (EPROM), der nur mit Ultraviolettlicht gelöscht werden kann, oder einen elektrischen löschbaren, programmierbaren ROM (EEPROM), der Byte für Byte löschbar ist. Für Hersteller von Originalgeräten, die nicht wünschen, daß Verbraucher diese Speicher löschen können, jedoch eine Upgrade-Fähigkeit wünschen, sind diese Speichertypen ideal.
  • Sowohl ROM als auch RAM besitzen eine hohe Dichte und können große Datenmengen auf verhältnismäßig kleinem Raum speichern. Beide verbrauchen jedoch typischerweise viel Leistung. Eine Lösung für einen einfach programmierbaren, nichtflüchtigen Speicher mit geringem Leistungsverbrauch und hoher Dichte ist der Flash-Speicher. Der Flash-Speicher ist für tragbare Geräte, die einen gewissen Speicherraum erfordern, ideal.
  • Auf dem heutigen Markt bilden zwei unterschiedliche Architekturen von Flash-Speichern die vorherrschenden Optionen, wovon eine auf der Verwendung von NOR-Gattern (NOR-Flash) und die andere auf NAND-Gattern (NAND-Flash) basiert. Jede besitzt Vor- und Nachteile.
  • Beispielsweise ist ein NOR-Flash für die Programmspeicherung besser geeignet. Leider benötigt ein NOR-Flash länger zum Schreiben, da zuerst die vorhandenen Daten gelöscht werden müssen und dann die neuen Daten geschrieben werden. Es scheint die Auffassung zu geben, daß die Lösch- und Schreibzeiten, die in NOR-Flash-Datenblättern angegeben sind, für die Speicherung von Daten zu lang sind. Diese Parameter basieren jedoch auf einer hohen Anzahl von Zyklen, die die Leistung für Lösch- und Schreibvorgänge verschlechtert hat. Es wird angenommen, daß Datenspeicherungsanwendungen weniger oft in Flash-Speicher schreiben würden, was eine höhere Leistung als bei den den Datenblatt-Angaben zugrunde liegenden Anwendungen zuließe.
  • Aus der EP 0 708 450 A2 ist bekannt, die Schreib-Zeiten für alle Blöcke eines Flash-Speichers konstant zu halten. Hierfür umfasst jeder Speicherblock einen gesonderten Bereich, indem die Lösch-Bedingungen, d. h. die Anzahl der beim letzten Löschvorgang benötigten Lösch-Impulse und die benötigte Löschspannung gespeichert werden. Beim nächsten Löschvorgang werden für jeden Speicherblock die Lösch-Bedingungen ausgelesen und die Löschspannung wird jeweils so gesteuert, dass eine vorbestimmte Anzahl von Lösch-Impulsen benötigt wird.
  • Es wird angenommen, daß, wenn der Anwender den Fortschritt verfolgen könnte, der schnellere Fortschritt bemerkt würde und eine größere Akzeptanz des NOR-Flash resultieren würde. Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die die Lösch- und Schreibzeiten für NOR-Flash-Speicher verfolgen können.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung wird am besten verständlich durch Lesen der Offenbarung mit Bezug auf die Zeichnungen, worin:
  • 1 eine Ausführungsform einer NOR-Flash-Speicherarchitektur mit einer Lösch- und Schreib-Zeittabelle gemäß der Erfindung zeigt;
  • 2 einen Ablaufplan für eine Ausführungsform eines Verfahrens für das Management einer Lösch- und Schreib-Zeittabelle gemäß der Erfindung zeigt;
  • 3 einen Ablaufplan für eine Ausführungsform eines Verfahrens für die Darstellung von Schätzungen von Lösch- und Schreibzeiten für Flash-Speicher gemäß der Erfindung zeigt.
  • GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • In 1 ist eine Ausführungsform einer Architektur eines NOR-Flash-Speichers gezeigt. Der Speicher 10 besitzt wenigstens eine Speicherbank; jede ist in wenigstens zwei Datenblöcke unterteilt. Im Beispiel von 1 sind zwei Speicherbänke, Bank 0 und Bank 1, vorhanden. Diese besondere Architektur stellt lediglich ein Beispiel dar und soll die Anwendbarkeit der Erfindung nicht beschränken. Jede Bank besitzt mehrere organisierte Datenblöcke. Wie in 1 gezeigt ist, enthält jede Bank Datenblöcke 0–31. Die Bank 0 besitzt spezielle Blöcke, die für beide Bänke von Datenblöcken verwendet wird. Diese Blöcke sind für die Nichtdaten-Speicherung vorgesehen.
  • In dem Beispiel von 1 besitzt die Bank 0 im ersten Block 14 einen ausführbaren Code. Weiterhin enthält der zweite Block 16 die Dateisystemtabellen, die dem Prozessor 12 sagen, welche Blöcke verfügbar sind und welche Blöcke welche Daten speichern. In einem beispielhaften Flash-Speicher gemäß der Erfindung kann sich im Block 18 eine zweite Tabelle befinden. Diese Tabelle, wo immer sie sich befindet, kann die Lösch- und Schreibtabellen für sämtliche Datenblöcke im Speicher enthalten.
  • Ähnlich wie die Dateisystemtabellen können die Lösch- und Schreibtabellen Informationen für alle Datenblöcke halten. Sie können in einem weiteren hierzu vorgesehenen Nichtdaten-Speicherblock, der hier als Tabellenblock bezeichnet wird, vorgesehen sein. Die Informationen über Lösch- und Schreibzeiten finden auf alle Datenblöcke, nicht nur auf die Bank, in der sich die Tabelle befindet, Anwendung. Es ist anzumerken, daß das Beispiel von 1 in keiner Weise die Anwendbarkeit der Erfindung beschränken soll. Jeder Speicher, der die Lösch- und Schreibzeiten von Datenblöcken verfolgt und speichert, wäre in Übereinstimmung mit der Erfindung.
  • Der Speicher wird in der Weise betrieben, daß die Lösch- und Schreibzeiten jedes Datenblocks verfolgt und gespeichert werden. Diese Informationen werden dann verwendet, wenn auf den Speicher für einen Speichervorgang zugegriffen wird. Um die Diskussion zu erleichtern, wird die Funktionsweise dieses Speichers in zwei Diskussionen unterteilt. Die erste Diskussion konzentriert sich auf das Management und die Wartung der Tabelle. Die zweite Diskussion konzentriert sich auf den Zugriff und die Schätzung der Lösch- und Schreibzeit. Diese beiden Prozesse können Teil eines einzigen großen Prozesses sein und können wenigstens teilweise gleichzeitig oder aber getrennt ablaufen.
  • 2 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens für das Management des Flash-Speichers mit NOR-Gatter-Architektur. Die Lösch- und Schreibtabelle kann sich irgendwo befinden, sie muß jedoch bei 32 in irgendeinem Speicherblock bezeichnet werden. Sobald der Prozessor weiß, wo sich die Lösch- und Schreibtabelle befindet, beginnt er mit der Bereitstellung von Daten, um die Tabelle zu füllen. Die Tabelle selbst ist so strukturiert, daß sie Informationen bereitstellt, die durch die Datenblocknummer indexiert sind. Die Informationen enthalten die Zeit, die die letzte Löschung gedauert hat, und die Zeit, die das letzte Schreiben gedauert hat. Sie können außerdem die Anzahl der Löschungen für jeden Block enthalten.
  • Wenn an den Flash-Speicher Daten übertragen werden, wird bei 34 die Lösch- und Schreibzeit für jeden Block verfolgt, wobei ein neuer Lösch- und Schreibspeicher erzeugt wird. Der neue Lösch- und Schreibeintrag wird in den bezeichneten Tabellenblock geschrieben. Um Zyklen zum Löschen aus dem und zum Schreiben in den Tabellenblock einzusparen, wird der neue Eintrag typischerweise am Ende des jüngsten Eintrags vor dem momentanen geschrieben.
  • Es könnte jedoch sein, daß im Tabellenblock nicht genug Raum vorhanden ist, damit der neue Eintrag direkt hinter dem jüngsten Eintrag angeordnet werden kann. Daher ist es bei 36 notwendig, die Größe des verfügbaren Raums im Tabellenblock zu bestimmen.
  • Wenn in dem Tabellenblock der Raum vorhanden ist, wird der neue Eintrag nach dem jüngsten Eintrag geschrieben. Falls der Tabellenblock nicht genügend Raum besitzt, muß der Tabellenblock gelöscht werden und wird der neue Eintrag am Beginn des Tabellenblockraums geschrieben, wobei der Eintrag die neuen Daten für diesen Block und die früheren Daten für die anderen Blöcke bildet. In jedem Fall wird bei 38 der Eintrag geschrieben.
  • Sobald der Tabellenblock für einen Flash-Speicher bezeichnet ist, setzt der Prozessor die Verfolgung der Lösch- und Schreibzeiten fort. Er aktualisiert dann die Tabelle, bestimmt die Größe des Raums zum Schreiben von Einträgen und schreibt dann den Eintrag in der für den verfügbaren Raum geeigneten Weise.
  • Wenn die Einträge geschrieben sind, wird ihnen jeweils ein eindeutiger Kopfsatz verliehen. Der Kopfsatz ermöglicht der Prozessor-Firmware, die jüngsten Einträge für jeden Block bei der Initialisierung des Speichers zu lokalisieren. Der Kopfsatz enthält außerdem die Gesamtzahl der Bytes und die Speicherzeit für die letzte Operation. Wenn ein neuer Eintrag für einen Datenblock erfolgt, wird der frühere Eintrag für diesen Block als ungültig markiert.
  • In 3 ist eine Ausführungsform eines Verfahrens für die Ausführung der Speicherung der Datenbytes gezeigt. Bei 40 empfängt der Prozessor eine Anforderung für einen Zugriff auf den Flash-Speicher für eine Datenspeicherung. Die Anforderung enthält die Anzahl der zu speichernden Datenbytes. Dann wird die Datenspeicheroperation begonnen. Der Prozessor 10, der in 1 gezeigt ist, ist ein Systemprozessor außerhalb des Flash-Speichers. Er kann auch ein Onboard-Prozessor sein, der im Speicher vorhanden ist.
  • Dann greift der Prozessor bei 42 auf die Dateisystemtabellen zu, um zu bestimmen, welche Blöcke verfügbar sind und welche Blöcke er schließlich verwenden wird. Dann greift er bei 44 auf die Lösch- und Schreibtabelle zu, um die letzten Lösch- und Schreibzeiten für jeden der zu verwendenden Blöcke zu bestimmen. Diese Zeiten werden anschließend summiert, wobei die Summe bei 46 für die Schätzung der Gesamtzeit, die es dauert, um die Anzahl der Bytes zu speichern, verwendet wird. Diese Schätzung wird bei 48 anderen Prozessen in dem Gerät oder einem externen Host-Computer mitgeteilt, damit der Anwender die Schätzung empfängt.
  • Der Prozeß des Schätzens und Mitteilens der Schätzung kann iterativ ausgeführt werden. Dies wäre in dem Fall eines Fortschrittbalkens oder -prozentsatzes, der durch den Host-Computer dem Anwender mitgeteilt wird, nützlich. Wenn die Blöcke gefüllt sind, kann der Speicherprozessor anschließend die Schätzung einstellen und dem Host-Computer die aktualisierte Zeit mitteilen. Alternativ könnte das Gerät direkt die vom Speicher gegebene Schätzung verwenden und anhand der Schätzung die geeigneten Informationen für die Anwenderanzeige erzeugen.
  • Es ist anzumerken, daß sich der Ausdruck Host-Computer auf irgendein Gerät bezieht, das eine Speicheranforderung an den Flash-Speicher senden kann, einschließlich anderer Prozesse, die auf dem Systemprozessor ablaufen. Der Host-Computer kann ein Systemprozessor in einem Personalcomputer sein, der Daten in einem Flash-Speicher speichert, der sich zusammen mit dem Systemprozessor beispielsweise auf einer gedruckten Leiterplatte befindet. Der Host-Computer kann ein Prozessor für ein spezielles Internetgerät wie etwa ein Internet-Radioempfänger oder ein elektronisches Buch sein. Der Host-Computer kann sich außerhalb des Flash-Speichers befinden, wobei der Host-Computer dann mit dem Flash-Speicher nur für den Speichervorgang verbunden wird und anschließend von diesem getrennt wird. Durch keines der obigen Beispiele soll dem Host-Computer eine Beschränkung auferlegt werden.
  • Zusätzlich zu der Angabe der Lösch- und Schreibzeit-Schätzungen für den Speichervorgang für die Anwender könnte die Fähigkeit der Vorhersage der Lösch- und Schreibzeiten auf der Grundlage tatsächlicher Lösch- und Schreibzeiten in anderen Bereichen nützlich sein. Einige Systeme könnten Speichervorrichtungen mit veränderlicher Programmierleistung verwenden. In einem solchen System könnte ein Bedarf an der Vorhersage oder der Angabe der erwarteten Spei cherzeit für die nächste Programmieroperation vorhanden sein. In diesem Fall wären Speicherarchitekturen mit exakterer Lösch- und Schreibzeit-Vorhersage nützlich.
  • Obwohl bis zu diesem Punkt eine besondere Ausführungsform für ein Verfahren und eine Struktur eines Flash-Speichers mit NOR-Gatter-Architektur mit Lösch- und Schreibzeit-Tabellen beschrieben worden ist, ist nicht beabsichtigt, daß diese spezielle Bezugnahme als Beschränkung des Umfangs dieser Erfindung, der in den folgenden Ansprüchen angegeben ist, angesehen werden soll.

Claims (15)

  1. Flash-Speicher mit einer NOR-Gatter-Architektur, der umfaßt: einen Datenblock, der der Speicherung einer Tabelle von Lösch- und Schreibzeiten für alle anderen Datenblöcke in dem Flash-Speicher zugewiesen ist.
  2. Speicher nach Anspruch 1, bei dem der Speicher mit einem Host-Computer kommuniziert.
  3. Speicher nach Anspruch 2, bei dem der Host-Computer als ein Internetgerät ausgebildet ist.
  4. Speicher nach Anspruch 1, bei dem die Tabelle außerdem so betreibbar ist, daß sie die Gesamtzahl der Bytes für jede Speicheroperation angibt.
  5. Speicher nach Anspruch 1, bei dem die Tabelle außerdem so betreibbar ist, daß sie die Anzahl der Löschvorgänge für jeden Block bereitstellt.
  6. Verfahren für das Management eines Flash-Speichers mit NOR-Gatter-Architektur, wobei in dem Verfahren: a) ein Tabellenblock des Flash-Speichers bezeichnet wird, der so betreibbar ist, daß er Lösch- und Schreibzeiten für alle Blöcke des Flash-Speichers speichert; b) eine jüngste Tabelle durch Verfolgen der Zeit, die von jedem Block für Lösch- und Schreiboperationen benötigt wird, erzeugt wird; c) bestimmt wird, ob der Tabellenblock genügend Raum für die jüngste Tabelle besitzt, wobei der Tabellenblock gelöscht wird, falls der Tabellenblock nicht genügend Raum besitzt; und d) die neue Lösch- und Schreibtabelle in den Tabellenblock geschrieben wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Tabelle so betreibbar ist, daß sie eine Anzahl von Löschvorgängen für jeden Block speichert.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem für den Tabellenblock bestimmt wird, daß er genügend Raum besitzt, und der neue Eintrag am Ende der jüngsten Lösch- und Schreibtabelle geschrieben wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem für den Tabellenblock bestimmt wird, daß er nicht genügend Raum besitzt, und der neue Eintrag am Beginn des Tabellenblocks geschrieben wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem ferner eine Anzahl von Lösch- und Schreiboperationen und die Größe von Speicheroperationen in einem Tabellenkopfsatz gespeichert werden.
  11. Verfahren für die Angabe des Fortschritts von Lösch- und Schreiboperationen in einem Flash-Speicher mit NOR-Gatter-Architektur für einen Anwender, wobei in dem Verfahren: a) eine Anzahl von in dem Flash-Speicher zu speichernden Bytes empfangen wird; b) die für die Speicherung der Anzahl von Bytes zu verwendenden Blöcke bestimmt werden; c) auf eine Tabelle zugegriffen wird, die Lösch- und Schreibzeiten für jeden der zu verwendenden Blöcke enthält; und d) der Zeitbetrag zum Speichern der Anzahl von Bytes anhand der Lösch- und Schreibzeiten in der Tabelle geschätzt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem ferner die Zeit verfolgt wird, die zum Löschen der zu verwendenden Blöcke und zum Schreiben in die zu verwendenden Blöcke verbraucht wird, und die Tabelle anhand der verbrauchten Zeit aktualisiert wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Tabelle, auf die zugegriffen wird, von in einem Tabellenkopfsatz enthaltenen Informationen abhängt.
  14. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der geschätzte Zeitbetrag in iterativer Weise aktualisiert und mitgeteilt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der geschätzte Zeitbetrag nur einmal mitgeteilt wird.
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