DE60024564T2

DE60024564T2 - Datenschaltung mit einem nicht flüchtigen Speicher und mit einer fehlerkorrigierenden Schaltung

Info

Publication number: DE60024564T2
Application number: DE60024564T
Authority: DE
Inventors: Roger Prof. Holstlaan 6 Cuppens; Marnix Claudius Prof. Holstlaan 6 Vlot
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: NXP BV
Priority date: 1999-11-01
Filing date: 2000-10-13
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2020-10-14
Also published as: US6498749B1; DE60024564D1

Description

Nicht flüchtige Speicher, wie z.B. Flash-EEPROMS, sind in der Lage, Informationen auch dann unbegrenzt zu speichern, wenn der Speicher keine Energie aufnimmt. Obgleich Informationen unbegrenzt gespeichert werden, kann auf Grund von Speicherfehlern noch immer ein Informationsverlust auftreten. Solche Fehler sind von der Anzahl her gering. Daher besteht die Möglichkeit, diese Fehler mit einer begrenzten Menge redundanter Informationen für eine große Anzahl Dateneinheiten in dem nicht flüchtigen Speicher zu ermitteln und zu korrigieren. Da jedoch redundante Informationen für eine große Anzahl Dateneinheiten verwendet werden, ist es bei der Ermittlung und Korrektur erforderlich, eine große Anzahl Dateneinheiten aus dem Speicher auszulesen.
US 5 719 808 (Harari et al.) lehrt einen Flash-EEPROM-Schaltkreis, der solche Fehler korrigiert. Der Flash-EEPROM von Harari et al. arbeitet wie ein Plattenspeicher, wobei jeweils eine Datendatei gelesen wird. Der Speicher enthält EEPROM-Speicherplätze für die Daten der Datei, EEPROM-Speicherplätze für einen Header der Datei, eine Fehlerliste sowie Fehlerkorrekturcodedaten. Des Weiteren sind Ersatzspeicherplätze für korrigierte Daten für Dateneinheiten vorgesehen, die sich in dem Speicher als fehlerhaft erwiesen. In dem Schaltkreis kommt ein DMA (direkter Speicherzugriff) zur Anwendung, um eine Reihe von Dateneinheiten aus einer Datei zu übernehmen. Zu Beginn des DMA lädt der Schaltkreis zuerst die Fehlerliste in eine Fehlerzeiger-Speicherdatei. Später liest der Schaltkreis sukzessive Dateneinheiten aus der Datei aus. Sollte die Fehlerliste signalisieren, dass eine Dateneinheit einen Fehler enthält, wird die Dateneinheit durch die korrigierten Daten aus einer Ersatzspeicherstelle ersetzt. Sobald ein Datenblock aus dem Speicher ausgelesen wurde, werden die Daten von dem Block und die Fehlerkorrekturcodedaten verwendet, um Fehler in dem Block zu ermitteln und zu korrigieren. Informationen, aus welchen die Speicherstelle, die einen Fehler enthält, hervorgeht, werden in der Fehlerliste und die korrigierten Informationen in einer Ersatzspeicherstelle gespeichert. Sobald bei einer späteren DMA-Operation erneut auf den Speicherplatz zugegriffen wird, entnimmt der Schaltkreis der Fehlerliste in der Fehlerzeiger-Speicherdatei, dass die Speicherstelle fehlerhaft ist. In Reaktion darauf verwendet der Schaltkreis die korrigierten Informationen aus der Ersatzspeicherstelle.
Harari et al. merken an, dass ein Flash-EEPROM während seines Lebenszyklus eine wachsende Anzahl Defekte entwickelt. Schließlich könnten diese Fehler die Fehlerkorrekturkapazität des Fehlerkorrekturcodes überfordern. Um zu verhindern, dass dieses geschieht, korrigieren Harari et al. jedes Mal dann Fehler, wenn die Datei gelesen wird, und speichern korrigierte Informationen, sobald die Fehler bei Lesen eines Datenblocks erkannt werden. Somit wird die Anzahl unkorrigierter Fehler in der Regel nicht so groß, dass sie die Fehlerkorrekturkapazität des Fehlerkorrekturcodes überschreitet.
Harari et al. ziehen nicht in Erwägung, Dateneinheiten außerhalb des Kontextes einer Datei zu lesen. Dateneinheiten können lediglich als Teil einer Datei gelesen werden. Sollte eine einzelne Dateneinheit erforderlich sein, kann der Fehlerkorrekturcode nur dann verwendet werden, wenn eine große Anzahl unnötiger Informationen aus der Datei zusammen mit der Dateneinheit gelesen wird.
Der Erfindung liegt unter anderem als Aufgabe zugrunde, eine Korrektur von Fehlern in einem nicht flüchtigen Speicher dann sicherzustellen, wenn bei Verwendung auf Dateneinheiten, nicht als Teil des Lesens einer ganzen Datei, regellos zugegriffen wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist nach Anspruch 1 ein Schaltkreis vorgesehen. Darüber hinaus kann durch Lesefehler, die auftreten, wenn der Prozessor auf den Speicher zugreift, um Daten zu lesen, eine Fehlerkorrektur ausgelöst werden. Vorzugsweise wird die Korrektur bei Einschalten des Schaltkreises oder periodisch bei Verwendung, wie Auffrischzyklen in einem DRAM, ausgelöst. Somit wird die Fehlerkorrektur bei Speicherverwendung durchgeführt, und ihre Aktivierung ist nicht von dem normalen Zugriff auf Dateneinheiten abhängig.
Es sei erwähnt, dass US-5 532 962 ein Speichersystem offenbart, welches eine Fehlerkorrekturlogik enthält, die während einer Leseoperation aktiviert wird. Darüber hinaus ermittelt das Speichersystem Abweichungen der Schwellenspannung einer Speicherzelle unabhängig von einem normalen Speicherzugriff. Zu diesem Zweck führt das Speichersystem, unabhängig von normalen Leseoperationen, eine Säuberungs-Operation aus. Wird ein Sektor des Speichers gesäubert, werden dessen Zellen überprüft, um festzustellen, ob deren Toleranzen eingehalten werden; wenn nicht, werden sie mit den korrekten Toleranzen überschrieben. Sollte die Zelle als unprogrammierbar erachtet werden, wird diese dargestellt. Weiterhin sei erwähnt, dass EP 0 392 895 ein Verfahren beschreibt, um fehlerhafte Zellen darzustellen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigt:
1 – eine Datenverarbeitungsschaltung
1 zeigt eine Datenverarbeitungsschaltung, welche einen nicht flüchtigen Speicher 10, einen Mikroprozessor 12, eine Triggerschaltung 13, eine Fehlerkorrekturschaltung 14, einen Adressenmultiplexer 15, einen Datenmultiplexer (nicht dargestellt), einen Fehlerabbildungsspeicher 17, einen Korrekturspeicher 18 sowie einen Korrekturmultiplexer 19 aufweist. Der Mikroprozessor 12 weist einen, mit dem Adressendecoder über den Adressenmultiplexer 15 verbundenen Adressenausgang auf. Speicher 10 weist einen, mit dem Mikroprozessor 12 über den Korrekturmultiplexer 19 verbundenen Datenausgang sowie einen, mit dem Mikroprozessor 12 über den Datenmultiplexer (nicht dargestellt) verbundenen Dateneingang auf. Der Fehlerabbildungsspeicher 17 weist einen, mit dem Adressenausgang von Mikroprozessor 12 verbundenen Eingang, einen, mit dem Korrekturspeicher 18 verbundenen Korrekturadressenausgang sowie einen, mit dem Korrekturmultiplexer 19 verbundenen Steuerausgang auf. Die Triggerschaltung 13 weist einen, mit der Fehlerkorrekturschaltung 14 verbundenen Ausgang auf. Die Fehlerkorrekturschaltung 14 weist einen, mit einem Adresseneingang von Speicher 10 über den Adressenmultiplexer 15 verbundenen Adressenausgang, einen, mit dem Korrekturspeicher 18 verbundenen Datenausgang sowie einen, mit dem Fehlerabbildungsspeicher 17 verbundenen Ausgang auf.
Bei normalem Betrieb führt der Mikroprozessor 12 dem Speicher 10 Adressen zu, der wiederum die adressierten Daten zu dem Mikroprozessor 12 rücküberträgt. Der Fehlerabbildungsspeicher 17 vergleicht jede von dem Mikroprozessor 12 ausgegebene Adresse mit den Adressen, bei welchen die Fehlerkorrekturschaltung 14 signalisiert hat, dass korrigierte Daten vorhanden sind. Sollte der Mikroprozessor eine Adresse in Speicher 10 verwendet haben, für welche korrigierte Daten vorhanden sind, gibt der Fehlerabbildungsspeicher die entsprechende Adresse in dem Korrekturspeicher 18 aus und signalisiert dem Korrekturmultiplexer 19, den Mikroprozessor 12 mit den korrigierten Daten von Fehlerkorrekturspeicher 18 statt den Daten von Speicher 10 zu versehen. Sollten keine korrigierten Daten zur Verfügung stehen, signalisiert der Fehlerabbildungsspeicher 17 dem Korrekturmultiplexer 19, den Mikroprozessor 12 mit den Daten von Speicher 10 zu versehen.
Triggerschaltung 13 triggert Fehlerkorrekturschaltung 14. Triggerschaltung 13 kann auf verschiedene Arten getriggert werden, z.B. wenn festgestellt wird, dass begonnen wurde, eine Versorgungsspannung an die Datenverarbeitungsschaltung anzulegen. Triggerschaltung 13 kann unter Verwendung einer Timerschaltung (nicht dargestellt) oder mit einem korrekten Signal von Mikroprozessor 12 ebenfalls periodisch getriggert werden. Fehlerkorrekturschaltung 14 liest nach Triggerung durch Triggerschaltung 13 Daten und Fehlerkorrekturinformationen aus Speicher 10 aus. Fehlerkorrekturschaltung 14 ermittelt Fehler und berechnet, falls erforderlich, korrigierte Daten. Um den zusätzlichen Speicher-Overhead für Fehlerkorrekturinformationen in Speicher 10 zu reduzieren, werden gemeinsame Fehlerkorrekturinformationen für relativ große Datenblöcke vorgesehen. Das heißt, dass der komplette Block und die Fehlerkorrekturdaten gelesen werden müssen, um festzustellen, ob Fehler vorliegen, und zu ermitteln, wie diese zu korrigieren sind. Bei einem Matrixcode sind die Daten zum Beispiel in Zeilen und Spalten aus Bits logisch organisiert, und es sind Paritätsdaten vorgesehen, um einzelne Zeilen und Spalten, welche Fehler enthalten, zu ermitteln; an dem Schnittpunkt von Zeilen und Spalten, die Fehler enthalten, werden fehlerhafte Daten lokalisiert. Es müssen die gesamte Matrix und Paritäten gelesen werden, um die Fehler zu ermitteln und zu korrigieren. Die Fehlerkorrekturschaltung 14 schreibt die korrigierten Daten in den Korrekturspeicher 18 ein. Die Fehlerkorrekturschaltung 14 schreibt ebenfalls Informationen in den Fehlerabbildungsspeicher 17 ein, wobei die Adresse der korrigierten Daten in Speicher 10 und Korrekturspeicher 18 benannt wird.
Die Fehlerkorrektur unter Verwendung von Fehlerkorrekturinformationen aus Speicher 10 nimmt wesentlich mehr Zeit in Anspruch als das Lesen einzelner Daten. Das Durchführen einer Fehlerkorrektur mit solchen Korrekturinformationen für einen großen Block würde daher bei Verwendung derselben zum Lesen einzelner Daten einen enormen Overhead verursachen. Daher werden, wenn erforderlich, Fehler während einzelner Leseoperationen unter Verwendung des Fehlerabbildungsspeichers 17 und Fehlerkorrekturspeichers 18, nicht jedoch mit Hilfe von Fehlerkorrekturinformationen aus Speicher 10 korrigiert. Die Fehlerkorrekturinformationen aus Speicher 10 werden bei Programmen, welche auf einzelne Speicherplätze zugreifen (d.h. bei Korrekturoperationen, die unabhängig von solchen Programmen verlaufen können), ausschließlich asynchron verwendet.
In einem Ausführungsbeispiel kann der Speicher 10 Informationen enthalten, welche eine Erkennung, jedoch keine Korrektur von Fehlern in einzelnen Dateneinheiten aus einer, in einer einzelnen Zugriffsoperation gelesenen Dateneinheit (zum Beispiel einem Paritätsbit) ermöglichen. Hierdurch kann der Prozessor bei Ermitteln eines Fehlers eine Fehlerkorrekturoperation unter Verwendung von Fehlerkorrekturinformationen für einen Datenblock beginnen. Durch regelmäßige Durchführung einer Fehlerkorrektur (z.B. bei Rücksetzung, bei Inbetriebnahme oder periodisch) wird die Notwendigkeit einer solchen „Laufzeit"-Korrektur minimiert.
Mikroprozessor 12 kann einen Sperrausgang (nicht dargestellt) aufweisen, welcher mit der Triggerschaltung 13 verbunden ist, um eine Triggerung der Fehlerkorrektur zu unterbinden, wenn der Mikroprozessor 12 Vorgänge ausführt, welche unter Echtzeitbedingungen ausgeführt werden müssen. Alternativ oder darüber hinaus kann der Adressenmultiplexer 15 einem Zugang zu Speicher 10 von Mikroprozessor 12 gegenüber einem Zugang von Fehlerkorrekturschaltung 14 Vorrang geben.
Die Schaltung von 1 kann in eine Halbleiteranordnung integriert sein. Der Mikroprozessor 12 kann innerhalb oder außerhalb dieser Anordnung vorgesehen sein. Die Funktion von Triggerschaltung 13 und Fehlerkorrekturschaltung 14 kann alternativ mittels eines, über Mikroprozessor 12 ausgeführten Computerprogramms realisiert werden. Die Ausführung dieses Programms kann unabhängig von dem Zugang zu Speicherplätzen durch normale Programme des Mikroprozessors, zum Beispiel in Reaktion auf periodische Unterbrechungen, oder bei (Einschalt-) Rücksetzung des Mikroprozessors 12 begonnen werden.

Claims

Datenverarbeitungsschaltung, welche aufweist: – einen nicht flüchtigen Speicher (10), – Fehlerkorrektur-Rechenmittel (14) zum Berechnen einzelner, korrigierter Daten, um einen Fehler in einer einzelnen Dateneinheit in dem nicht flüchtigen Speicher (10) zu korrigieren, wobei die einzelnen korrigierten Daten aus einer Kombination mehrerer, aus dem nicht flüchtigen Speicher (10) ausgelesener Dateneinheiten berechnet werden, – einen Datenkorrekturspeicher (18) zur Speicherung der einzelnen, korrigierten Daten, eine, mit dem Datenkorrekturspeicher verbundene Speicherzugriffseinheit (17, 19), um die einzelnen, korrigierten Daten auszugeben, wenn die einzelne Dateneinheit, welche fehlerhaft ist, gelesen wird, – Fehlerkorrektur-Triggermittel (13) zur Ansteuerung der Fehlerkorrektur-Rechenmittel (14), um die Berechnung unabhängig von dem Auslesen der einzelnen Daten aus dem nicht flüchtigen Speicher (10) durchzuführen, wobei die Datenverarbeitungsschaltung dadurch gekennzeichnet ist, dass – die Speicherzugriffseinheit (17, 19) einen Korrektur-Multiplexer (19) aufweist, welcher mit dem nicht flüchtigen Speicher (10) und dem Datenkorrekturspeicher (18) verbunden ist, um korrigierte Daten, sofern vorhanden, aus dem Datenkorrekturspeicher (18) bereitzustellen und, wenn keine korrigierten Daten vorhanden sind, Daten aus dem nicht flüchtigen Speicher (10) bereitzustellen, und dass die Fehlerkorrektur-Rechenmittel (14) für den nicht flüchtigen Speicher (10) bei Programmen, welche auf einzelne Speicherplätze zugreifen, bei normaler Verwendung lediglich asynchron eingesetzt werden.
Datenverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1, welche eine Rücksetzschaltung aufweist, um die Schaltung in einen, der normalen Datenverarbeitung vorausgehenden Ausgangszustand zurückzuversetzen, wobei die Fehlerkorrektur-Triggermittel (13) durch die Rücksetzung getriggert werden.
Datenverarbeitungsschaltung nach Anspruch 2, wobei die Rücksetzschaltung aktiviert wird, sobald damit begonnen wird, der Schaltung Leistung zuzuführen.
Datenverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1, welche eine Zeitsteuerungsschaltung aufweist, um die Fehlerkorrektur-Triggermittel (13) bei Betrieb der Schaltung periodisch zu aktivieren.
Datenverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1, die in einem Gehäuse vorgesehen ist, welches einen, mit den Triggermitteln (13) verbundenen, externen Anschluss aufweist, um die Berechnung einzuleiten.
Datenverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1, welche eine Programmausführungseinheit aufweist, die eine Anweisung zur Aktivierung der Triggermittel (13) vorsieht.
Datenverarbeitungsschaltung nach Anspruch 6, wobei die Programmausführungseinheit mit einem oder mehreren Vorgangsbearbeitungsprogrammen programmiert ist, wobei die Programmausführungseinheit so vorgesehen ist, dass sie die Anweisung nur dann ausführt, wenn keines der Vorgangsbearbeitungsprogramme ausgeführt wird.