TWI358024B - Non-volatile memory storage system and method for - Google Patents

Description

1358024 PSPD-2007-0039 26148twf.doc/n 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於-種儲存系統，且特別是有·―種 非揮發性記憶體儲存祕及讀取其擴充唯讀記憶體影像的 【先前技術】

數位相機、手機相機與MP3在這幾年來的成長十分 迅速’使得消費者對儲存媒體的需求也急速增加，^於二 閃記憶體（Flash Memory)具有資料非揮發性、省電、'體 積小與無機械結構等的特性，適合可攜式應用，最適合使 用於這類可攜式由電池供電的產品上。因此，近年快閃記 憶體儲存設備成為電子產品中相當熱門的產品。隨著數位 產品逐漸縮小化的趨勢，如何使得快閃記憶體儲存設備更 輕巧是此領域技術人員所致力的方向。

一般來說，快閃記憶體儲存設備是以連接介面（例如 USB匯流排與PCI匯流排等）連接至主機。值得一提的是， 主機的BIOS在主機開機的過程中是無法開機不支援即插 即用（Plug and Play)匯流排（例如PCI匯流排）的裝置。 因此’倘若在快閃記憶體儲存設備的匯流排不支援即插即 用功能下’快閃記憶體儲存設備必須額外配置擴充 (Expansion )唯讀記憶體（Read 〇nly Memory，ROM )， 其存有開機此裝置的開機碼。由此，在主機BIOS進行開 機的程序中會偵測到擴充唯讀記憶體，並且將擴充唯讀記 1358024 PSPD-2007-0039 26148twf.doc/a 憶體的開機碼拷貝至主機的隨機存取記憶體（Rand〇m Access Memory，RAM)中執行以開機快閃記憶體儲存設 備。之後作業系統才能執行對應的驅動程式以驅動快閃記 憶體儲存設備。然而，此ROM會佔用快閃記憶體儲存設 備的空間，使得快閃記憶體儲存設備無法更有效地縮小。 【發明内容】 本發明提供一種非揮發性記憶體儲存系統，其在無需 擴充（Expansion)唯讀記憶體（Read 〇nly Mem〇ry，R〇M) 下具備擴充唯讀記憶體的功能，由此以有效縮小儲存 的體積與製造成本。 本發明提供-種讀取擴充唯讀記憶體影像的方法，其 能約無需使_外儲存單元儲存擴充唯讀記㈣下具備擴 ==體的功能，由此，以有效縮小刪統的體積 本發明提出一種非揮發性記憶體儲存系統，其包括連 =1、轉發性記賴、緩衝記龍、微㈣器以及虛 擬主控模組。連接介Φ心連接域 性 以館存使用者㈣，其中非揮發性記賴·存供 ϊϊί充唯Μ紐影像。緩衝記鐘用以暫時地儲存擴 與非揮發性記憶體之間的運作:虛擬=組= 控制器提絲充唯敎,_f彡像k關碼給=透過微 在本發明之一實施例中，上述之虛擬主控模組包括： 1358024 PSPD-2007-0039 26148tw£doc/n 位址暫存器與擴充唯讀記憶體存取器。位址暫存器 主機欲讀取擴充唯讀記憶體影像内開機碼的位址和在非捏 :性ίίΠΐ存該擴充唯讀記憶體影像内開機碼的位址 進灯對映。擴充唯讀記憶體存取_以告知主機非揮發性 記憶體儲存系統具有擴充唯讀記憶體影像。擴充 接收用以讀取擴充唯讀記憶體影像内的開 機碼的㉖取彳"、依據該讀取指令提供概暫存器所對映 的位址給微㈣H以及從緩衝記憶體中以位元組為單位读 讀:甘己憶體影像内的開機碼並傳送所讀取的開機碼 給該主機’其中控制ϋ會依據所對映的位址讀取儲存 揮，性德體中的擴充唯讀記憶體影像_開機碼並且將 所璜取的開機媽暫存於緩衝記憶體中。 在本發實關巾，上紅微㈣器會以扇區 、sector )為雜預先讀取擴充唯讀記憶體影像内的開機碼 並且將所預先讀取關柄轉於賴衝記憶體中。 ，士發明之施例中，上述之擴充唯讀記憶體存取 器會參考緩衝H以丨暫存H來讀取健於缓衝記憶體中的 開機碼。 在本發明之-實施例中，上述之非揮發性記 閃記憶體。 在本發明之-實施例中’上述之連接介面為ρα Express連接介面。 在本發明之-實施例中，上述之ρα Εχρ聰連接介 面在資料傳輸的實體層是以—組或多組單通道組成發送端 1358024 PSPD-2007-0039 26I48twf.doc/n 與接收端。 本發明提供-種讀取擴充唯讀記憶體影像的方法，复 中擴充唯讀記，itnf彡像是儲存⑽揮發性記憶贿存ς 中儲存使时資料的轉發性記憶體内，此讀取擴充唯許 記憶體影像的方法包括從與轉發性記賴齡系統連^ ，主機中触用以讀取擴充唯讀記舰影像内的開機碼的 項取扎々。之後，依據讀取訊息中欲讀取擴充唯讀記憶體 影像内的開機碼驗址躺丨欲棘擴充唯讀記憶體影像 内的開機碼躲儲存在非揮發性記題巾的健，並且將 讀取指令和賴_位址傳送給非揮雜記舰儲存系統 的微控制H。接著’將欲讀取擴充唯讀記憶體影像内的開 機碼讀取至非揮發性記憶體儲存系統的緩衝記憶體。最 後，從緩衝S己憶體中傳送欲讀取擴充唯讀記憶體影像内的 開機碼給主機，其中從非揮發性記憶體中讀取擴充唯讀記 憶體影像内的開機碼是以扇區為單位，並且從緩衝記憶體 中傳送欲讀取擴充唯讀記憶體影像内的開機碼給主機是以 位元組為單位。 在本發明之一實施例中，上述之讀取擴絲讀記憶體 影像的方法更包括以扇區（sector)為單位預先讀取擴充唯 讀記憶體影像内的開機碼並且將所預先讀取的内容暫存於 緩衝記憶體中。 ' 本發明因採用以非揮發性記憶體儲存系統内用以儲 存使用者㈣的鱗躲記，隨讀麵充唯讀記憶體影 像，而無需使用額外儲存媒體來記錄擴充唯讀記憶體影 8 1358024 PSPD-2007-0039 26l48twf.doc/n 像，因此可有效地縮小鍺存系統的體積並且有效地 存系統的製造成本。 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂下文特 舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。 f實施方式】 本發明是透過將擴充唯讀記憶體影像（image) 在非揮發性記憶體儲存設備的非揮發性記憶體中以取代 ^技射的舰唯讀記顏，由此減少神發 存設備的體積以及降低製造成本。_是，由於主= 取擴充唯讀記憶體的方式（例如缝元組為單位） /、非揮發性記憶體儲存設備中微控制器讀取 =方式（例如以扇區（sector)為單位）是不同二因= 發明中實作虛擬主控模組（ViftualHGst)來 與微控制器之間的溝诵於桠，德、 句機 中的隱版仏ΐϋ 傳讀充唯讀記憶體影像 記^儲。再者’由於在根據本發明的非揮發性 f體儲存5又備中不具有獨立擴充唯讀記憶體，因此卢擬 ==會更用以使主機識別此非揮發性記憶體儲存:備 憶體影像的功能。以下將配合範例= 統的=根據本發明實施例緣示非揮發性記憶體儲存系 制器m包括微控 連接；丨面120、非揮發性記憶體13〇、緩衝記憶 1358024 PSPD-2007-0039 26148twf.doc/n 體140以及虚擬主控模組i5〇。 微控制g 110用以控制非揮發性記憶體儲存系統刚 的整體運作，例如協調連接介面12G、非揮發性記憶體13〇 以及虛擬主控模、组140之間的運作以進行資料的儲存、声 取與抹除等。 °胃 連接介面120用以透過匯流排3〇〇連接於主機。

在本實施例中，連接介面120為PCI Express介面，因此亦 可稱為PCI Express連接介面120。然而，必須 發明不限於此，連接介面12G可以是其他適合的資料傳輸 介面，特別是主機200的基本輸入輸出系統㈧奶匕 input/output system, BIOS)或 EFI (Extensible Firmware

Interface)所無法支援的資料傳輸介面。此外，在本發明 實施例中，PCI Express連接介面120在資料傳輪的實體層 是以一組單通道（lane)組成發送端（Τχ)與接收端， 然而必須瞭解的是本發明亦可應用於使用多組單工通道 (Multi-Lanes )作資料傳輸。

非揮發性記憶體130是非揮發性記憶體儲存系統1〇〇 中用以儲存使用者資料的元件。值得一提的是，在本實施 例中非揮發性記憶體130會有一保留區用以儲存供主機 2〇〇讀取的擴充唯讀記憶體影像，其中擴充唯讀記憶體影 像中的内容是用以開機非揮發性記憶體儲存系統1〇〇的開 機碼。 具體來說，由於主機200的BIOS無法辨識PCI Express 介面的裝置，因此當使用PCI Express連接介面110的非揮 1358024 PSPD-2007-0039 26148twf.doc/n 發性記憶體儲存系統100與主機200電性連接時，開機碼 是用以提供給主機200的BIOS以致能非揮發性記憶體儲 存系統100,之後才能透過作業系統上的驅動程式來驅動 非揮發性記憶體儲存系統100。在此，提供PCI Express介 面裝置之開機碼的擴充唯讀記憶體影像亦可稱為PCI Express擴充唯讀記憶體影像。在本實施例中，非揮發性記 憶體130是快閃記憶體 然而，必須瞭解的是其他非揮發 性記憶體亦可適用於本發明。 緩衝記憶體140是用以暫時地儲存主機2〇〇與非揮發 性s己憶體之間傳送的使用者資料，或者暫時地儲存系統資 料（例如韌體碼）以加速微控制器11〇的執行運作。特別 是，在本發明實施例中，緩衝記憶體14〇會暫時地儲存欲 傳送給主機200之PCI Express擴充唯讀記憶體影像内的開 機碼。在本實施例中，緩衝記憶體u〇d為靜態隨機存取記 憶體（staticrandom access memory，SRAM)。然而，必須 瞭解的是，本發明不限於此，動態隨機存取記憶體 (Dynamic Random Access memory, DRAM )、磁阻式記憶 體（Magnetoresistive Random Access Memory, MRAM )、 相變化記憶體（Phase Change Random Access Memory， PRAM)或其他適合的記憶體亦可應用於本發明。

虛擬主控模組150是以勃體實作並且用以使主機2〇〇 識別出非揮發性記憶體儲存系統1〇〇具有擴充唯讀記憶體 影像，並且提供擴充唯讀記憶體影像内的開機碼。具體來 說，本發明實施例的非揮發性記憶體儲存系統1〇〇是pCI i 11 1358024 PSPD-2007-0039 26148twf.doc/n

Express介面的範例下，虛擬主控模組15〇是用以讓主機 200識別出非揮發性記憶體儲存系統1〇〇為具有 Express擴充唯讀記憶體影像的PCI Express介面的裂置， 並且傳送PCI Express擴充唯讀記憶體影像内的開機碼給 主機200。在此，在本實施例中虛擬主控模組15〇亦可稱 為虛擬PCI Express主控模組150。 值得一提的是，在PCI Express介面的規格中會定義 特定的暫存器（register)存放擴充唯讀記憶體在實體記憶 體的位址，由此主機200的m〇S才能夠讀取出開機碼^ 開機以使得非揮發性記憶體儲存系統100。然而，如上所 述由於主機200的BIOS讀取擴充唯讀記憶體的方式是以 位το組為單位，而非揮發性記憶體儲存系統1〇〇中微控制 ，U〇讀取非揮發性記憶體的是以扇區（512位元組）為 單位。因此，根據本發明實施例的虛擬主控模組15〇會提 供位址對映的功能，以利擴充唯讀記憶體影像的讀取。曰例 如，虛擬PCI Express主控模組15〇包括位址暫存器151 與擴充唯讀記憶體存取器152 (如圖2所示）。 位址暫存器151用以將主機200欲讀取之pClExpress 擴充唯讀記憶體影像的位址和在非揮發性記憶體130中儲 存PfI Express擴充唯讀記憶體影像的位址進行對映。換言 之’备主機200欲讀取1>(：1£^{)1^沾擴充唯讀記憶體影像的 開機碼時，位址暫存器151會將主機2〇〇欲讀取此開機碼 的位址對映為非揮發性記億體13〇所對應的位址。 擴充唯讀記憶體存取器152是用以提供上述告知主機 12 1358024 PSPD-2007-0039 26148twf.doc/n 200非揮發性記憶體儲存系統1〇〇具有pcI取㈣怒擴充唯 讀記憶體影像的功能。除此之外，擴充唯讀記憶體存取器 152可攸主機200中接收用以讀取pci Express擴充唯讀記 憶體影像的開機碼的讀取指令，並提供此讀取指令給微控 制器110。 之後，微控制器no會從擴充唯讀記憶體存取器152 中接收到s賣取指令以及從位址暫存器151的唯讀記憶體位 址暫存器151-1得到主機200之]51〇8欲讀取的對映位址。 依此’微控制器110會依據對映位址以扇區為單位讀取儲 存在非揮發性s己憶體130中的PCI Express擴充唯讀記憶體 影像的開機碼，並且將所讀取的開機碼暫存於緩衝記憶體 14〇中。換言之，微控制器110在透過位址暫存器151的 ^讀記憶體位址暫存器m-丨得知主機200的BI0S所要 讀取的位址範圍後，即可從非揮發性記憶體130中讀取對 應的開機碼。 接著’擴充唯讀記憶體存取器15 2會從緩衝記憶體i 4 〇 中以位歧為單位讀取ρα Εχρ·擴充唯讀記憶體影像 的開機碼並傳送給主機200。 ι由於主機200之BI〇S讀取PCI Express擴充唯讀記憶 體影像的開機碼的動作一般會先讀取開機碼的標頭（一般 為3位疋組）以判斷開機碼長度後，接著再連續讀取所有 開機碼（一般為8K位元組）。因此，在本發明另一實施 例=，在主機200的BI0S還在讀取開機碼的標頭或所請 求讀取的開機碼期間，微控制器110更會以扇區（sector) 13 1358024 PSPD-2007-0039 26148twf.d〇c/n 為單位連續預先讀取將PCI Express擴充唯讀記憶體影像 内未項取的開機碼，並健存於緩衝記憶體丨中。基此， 由於微控制器110已先將p Cj Expre s s擴充唯讀記憶體影像 内所有的開機碼儲存在緩衝記憶體14〇中，因此可加迷主 機200之BIOS讀取開機碼的速度。 值得一提的是，微控制器110在將ρα Express擴充 唯讀記憶體影像内的開機碼儲存於緩衝記憶體⑽後會

過位址暫存ϋ⑸的緩衝H索引暫存器151_2來讀取暫 於緩衝記憶體140中的開機碼。 于 圖3疋根據本發明實施例繪示讀取擴充唯讀記憶體 像的流程圖。 、 '參照® 3 ’當主機的BI〇s透過擴充唯讀記憶 體存取益152識別出非揮發性記憶體儲存系統觸為具 PCI Exp職擴充唯讀記憶體影像的襄置時。在步驟& 接收用以讀取擴充唯讀記憶體影像的 接著’在步驟S303中依據該讀取訊息中欲讀取 Repress擴充唯讀記憶體影像内之開機碼的位址判斷 對應儲存在轉發性記憶體14G _他。紐 指令和所對應驗址傳送給轉發性記憶魏统1 扇並且將欲讀取的開機碼以 2為早购取轉揮發性記憶體料祕胸 憶體140中（步驟、曰a / 、衝〇己 你-… ）取後’從緩衝記憶體140中以 位^且為單位傳送欲讀取的開機碼給主機聊（㈣ 1358024 PSPD-2007-0039 26148twf.doc/n S309)。 本發明另一實施例中，讀取擴充唯讀記憶體影像的流 程更包括以扇區（sector)為單位預先讀取PCIExpress擴 充唯讀记憶體影像的其他開機碣，並且將所預先讀取的開 機碼暫存於緩衝記憶體140中，以加速主機2〇〇的BIOS 讀取開機碼的速度。

练上所述，本發明是使用儲存系統中既有的非揮發性 記憶體來儲存擴充唯讀記憶體影像，因此在非揮發性記憶 體配置BIOS無支援的連接介面下提供不需額外的儲存媒 體來健存開機碼。由此’可有效降低儲存祕的製造成本， 並且有效縮小儲存系統的體積以達更微小化的目的。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明’任何所屬技觸域巾具有通常知識者，在不 脫離本發明之精神和範_，t可作些許之更動與潤飾， 因此本發明之保護·當視後附之中請專利範圍所界定者 為進。

【圖式簡單說明】 圖1是姆本剌實關__發性記憶 統的方塊圖。 圖2是根據圖丨繪示虛擬主控模組的方塊圖。 像的==根據本發財施猶示触擴輕讀記憶趙影 15 1358024 PSPD-2007-0039 26148twf.doc/n 【主要元件符號說明】 100 :非揮發性記憶體儲存系統 110 :微控制器 120 :連接介面 130 :非揮發性記憶體 140 :緩衝記憶體 150 :虛擬主控模組

151 :位址暫存器 151-1 :緩衝器索引暫存器 151-2 :缓衝器索引暫存器 152 :擴充唯讀記憶體存取器 200 :主機 300 :匯流排 S301、S303、S305、S307、S309 :讀取擴充唯讀記憶 體影像的步驟

J 16

Claims (1)

1358024 r 詩?月也修正替換頁 100-8-26 十、申請專利範圍： 1·一種非揮發性記憶體儲存系統，包括： 連接介面，用以連接主機； ，揮發性記憶體’用以儲存使用者資料，其中該 發性^憶體更儲存供該主機讀取的擴充唯讀記憶體影像； 像；緩衝記憶體’用以暫時地儲存該擴充唯讀記憶體影 發性間S連::面、該緩衝記憶體與該非揮 •V ，模組’用以映射該主機欲讀取之該擴充唯讀 體位址rr在該非揮發_ 兄唯己隐體影像内之開機碼的一位址，並且读 f制11提供該擴充唯讀記憶體影像内之該職碼給 季％，第1項所述之非揮發性記憶體儲存 糸、，先，其中，亥虛擬主控模組包括： 卄 旦址暫存將該域欲讀取該擴充唯如情和 ，内開機碼的位址和在 唯讀=體影像内開機碼的位==存擴充 記憶___非揮發性 糸、、先/、有5亥擴充唯讀記憶體影像， 取^ mi充唯讀記M存取11從触機接收用以读 讀以的開機碼的讀取指令、依“ 及從該缓給該微控制器以 體影像内的開機石馬並僂、^為單位漬取該擴充唯讀記憶 其中该控制器會依據所對映的位址讀取彳^在該非 17 1358024 PSPD-2007-0039 26148twfdoc/n 揮發^記紐t的該誠唯讀峨體影像内的麟碼並且 將所讀取的開機碼暫存於該緩衝記憶體中。 / 3.如巾料鄉圍第2項職之轉發性記憶體儲存 糸統其中該微控制器會以扇區（⑽沉）為單位預先讀取 該擴充唯讀記憶體景彡像__碼並且將職先讀取 機碼暫存於該緩衝記憶體中。 7 4.如巾請專利翻第3項所述之非揮發性記憶體儲存

系^中該擴充唯讀記憶體存取器會參考緩衝器索引暫 存咨來讀取暫存於該緩衝記憶體中的開機碼。 5·如申請專利範圍第1項所述之非揮發性 系統，其找非揮發性記,隨為㈣記健。μ者存 / 6.如申請專利範圍第i項所述之非揮發性記憶體儲存 系統，其中該連接介面為PCIExpress連接介面。 / 7·如中請專利翻第6項所述之非揮發性記憶體儲存

系統’其中該PCI Express連接介面在資料傳輸的實體層是 以一組或多組單通道組成發送端與接收端。 8. —種讀取擴充唯讀記憶體影像的方法，其中該擴充 唯讀記憶體影像是儲存在非揮發性記憶體儲存系統中儲存 使用者資料的非揮發性記憶體内，該讀取擴充唯讀記憶體 影像的方法包括： 從與該非揮發性記憶體儲存系統連接的主機中接收 用以讀取該擴充唯讀記憶體影像内的開機碼的讀取指令； 依據該讀取訊息中欲讀取該擴充唯讀記憶體影像内 的開機碼的位址判斷出欲讀取該擴充唯讀記憶體影像内的 18 PSPD-2007-0039 26148twf.doc/, 開機碼對^儲存在該非揮發性記憶體中的位址； 憶體映躲_送給該#揮發性記 從該緩衝記憶體令傳送欲讀取該擴充唯 像内的開機碼給該主機， °己隐體影 其中是從該非揮發性記憶體中讀 的開機瑪是以扇區為單位’並且從 是以位元組為單Ξ 憶體影像内的開機碼給該主機 Θ#9·如申5月專利範圍第8項所述之讀取擴充唯讀記憶體 =f方法’更包括以扇區（sector)為單位預先讀取該擴 唯項5己憶體影像内的開機石馬並且將所預先讀取的内容暫 存於該緩衝記憶體中。