TWI418991B - 針對智慧型儲存交換器所設計的快閃記憶體系統 - Google Patents

Description

針對智慧型儲存交換器所設計的快閃記憶體系統

本發明係關於一種在固態硬碟(solid-state disks,SSD)尤其是快閃記憶體裝置(隨身碟)中，在不同的延伸模式下經由資料線路、指令線路、狀態線路及控制線路來存取快閃記憶體裝置的方法及其系統。

按，小型易攜帶性的裝置，如個人數位助理(PDA)、多功能手機、數位相機、音樂播放器等，已經相當廣泛地普及於市面，前述的小型裝置中常應用有中央處理單元(CPU)、微處理器及大量儲存記憶體(如：硬碟或快閃記憶體)，因此，前述各元件的成本與體積常常主導這些小型裝置的設計方向。

第1A圖係為一電路原理結構圖，其中揭露了一電子資料儲存媒介在一啟始程式上的描述，該電子資料儲存媒介具有指紋辨識功能，且能被一外部電腦9經由一輸入/ 輸出(input/output)介面電路5(以下簡稱輸入/ 輸出電路5)以存取資料，而該輸入/ 輸出電路5可以是通用序列匯流排(Universal Serial Bus,USB)或其他類似的介面，該電子資料儲存媒介能位於該外部電腦的內部或外部，一讀卡機6可被該外部電腦9連接，或代替該外部電腦9，而透過主電腦與USB附接SCSI(USB-Attached-SCSI,UAS)匯流排相連結，該UAS匯流排中整合有兩對不同的差分序列匯流排：第一對差分序列匯流排的第一腳位帶正訊號，第二腳位帶負訊號；及第二對差分序列匯流排的第一腳位帶正訊號，第二腳位帶負訊號。

一讀卡機6，能容納一卡體1，該讀卡機6的介面可連接各種標準的匯流排，如SD(Secure Digital)匯流排、CF(Compact Flash)卡、序列進階技術附接(Serial Advanced Technology Attachment,SATA)匯流排及SAS(Serial SCSI)匯流排等。

該電子資料儲存媒介封裝在一卡體1中，該卡體1中尚包含一執行單元2、一儲存裝置3、一安全及加密/ 解密單元4(以下簡稱安全單元4)、一輸入/ 輸出電路5以及一電力來源7，該儲存裝置3可以是儲存資料檔案的快閃記憶體裝置，該安全單元4可以由AES(Advanced Encryption Standard)、IEEE 1667、指紋或其他種類的安全功能來實現，諸如加密功能、解密功能、密碼的確認及管理等功能，該執行單元2係連結到其他元件，且能在各種模式下進行操作，如編程模式、資料檢索模式、資料重置模式等，該電力來源7可以是一個直流對直流(DC-DC)電源轉換器，能將高壓電源(如：5伏特)轉換成低壓電源(如：3.3伏特或1.8伏特)，以供其他元件使用。

該電子資料儲存媒介封裝在該卡體1中，該卡體1中尚包含該執行單元2、該儲存裝置3、該安全單元4以及該輸入/ 輸出電路5，通常附加功能可以增進裝置的實用性，例如支援音頻播放；當該安全單元4整合有音頻播放的功能時，即能增加裝置的整體安全性，該儲存裝置3可以是固態快閃記憶體，而不一定是硬碟，使用快閃記憶體能提供比硬碟更輕的重量、更低的耗電及更好的硬度；資料檔案，諸如音頻、影像及文字等，均需要安全性的保護，同樣的，具選擇性的特色，諸如顯示音頻/ 影像的能力則可能取代指紋辨識的特徵，而增加了裝置的選擇性。

硬碟及其他大量儲存裝置可以由固態大量儲存裝置取代或補足，諸如快閃記憶體，快閃記憶體係使用非揮發記憶單元，諸如電子可改寫式可編程唯讀記憶體(EEPROM)，但電子可改寫式可編程唯讀記憶體在位元組層級上不能隨機執行，相對的，整個頁面或512位元組的扇區或更多資料可以被一起讀取或寫入，如同單獨一頁一樣；NAND快閃記憶體通常被當作用來儲存資料的空間，而在NAND快閃記憶體的同一儲存空間中的頁面會被同時清除，且對於NAND快閃記憶體的寫入動作可能會受到限制，例如在兩次清除資料的動作之間，對每一頁僅只能寫入一次。

前述的小型可攜式電子裝置常可以連結到一主電腦，如個人電腦(PC)，當使用一個專用連接器時，通常會優先選擇具有標準擴充通道的連接器，通用序列匯流排(USB)常被用來連結可攜式快閃記憶體裝置及個人電腦。

USB 3.0匯流排標準使用兩對能分時雙工及雙向傳輸的差分傳輸線，但不能在同一時間傳輸，因此當資料需要被同時雙向送出時，裝置的效能表現會受到限制，由於較舊的USB 2.0標準會提供主機(如：個人電腦)控制匯流排的能力，使主機成為匯流排的主控者，因此當USB裝置插入主機後，即成為主機的從屬裝置，該主機上的USB控制器會產生資料傳輸指令，並等待USB裝置回應，或傳送請求資料到主機，或將主機資料寫入到USB裝置的記憶體中。

通常一個主機系統包含有數種不同的匯流排，例如，一個主機可能有一個快捷外設互聯標準(Peripheral Components Interconnect Express,PCI-E)匯流排、一個通用序列匯流排、一個整合裝置電路(Intergrated Device Electronics,IDE)匯流排以及一工業標準架構(AT)匯流排，而週邊設備使用小型電腦系統介面(Small-Computer System Interface,SCSI)，並透過USB連接到主機，一般稱之為USB附接SCSI(UAS)。

一些通道由於協定規格的修改而增強其功能，例如USB原有的版本為2.0，而在新的USB3.0版本中，係藉由使用全雙工差分匯流排以及消除輪詢增加其效能，而在未來，當介面需要更大的頻寬(如：40 Gbps)，甚至銅線已不足支援其所需速度時，高頻寬的光纖，無論是單模或雙模都可以被使用。

在USB使用光纖通訊協定的狀態下，位於電子快閃記憶卡內部的一個快閃記憶體控制器可選擇性地操作各種模式，包含編程模式、資料檢索模式及資料重置模式等，當該快閃記憶體控制器在編程模式下，快閃記憶體控制器會驅動該輸入/ 輸出電路，以接收從主機電腦傳輸的資料檔案，並且將資料檔案儲存於快閃記憶體裝置中，在編程模式下，當快閃記憶體控制器驅動該輸入/ 輸出電路，以接收從主機電腦傳輸的資料檔案，並且將資料檔案儲存於快閃記憶體的實體位址，其對應於主機電腦對快閃記憶體控制器送出的USB光學協定的寫入指令，其中指令包含邏輯位址以及傳送長度。

當快閃記憶體控制器在資料檢索模式下，快閃記憶體控制器會驅動該輸入/ 輸出電路從快閃記憶體裝置讀取資料檔案後傳輸到主機電腦，資料檢索模式是指快閃記憶體控制器讀取來自於主機電腦的USB光學協定讀取指令，包含邏輯位址及傳送長度等，並驅動該輸入/ 輸出電路讀取位於快閃記憶體的實體位址資料檔案傳送至主機電腦上的邏輯位址；當快閃記憶體控制器在接收USB光學協定寫入指令後，快閃記憶體控制器即會啟動資料重置模式，使用判斷邏輯對於儲存在快閃記憶體裝置上的資料進行初始化，並將一個或多個記憶體單元從快閃記憶體裝置清除。

由一種匯流排型式轉換成另一種匯流排型式的裝置稱之為橋接器，一般傳統主機並不具備較新的匯流排協定，除非傳統主機仍處於可運行的狀態，且其先前所設計的匯流排與新的匯流排協定是可相容的；當所有的協定層都存在且需要通過時，通常會導致橋接器執行較為緩慢，資料封包必需經過各協定層一層層地向上傳輸，而后再經由另外一個協定層一層層地向下傳輸，當一個主機系統上出現多種匯流排標準時，複數個橋接器會被依序使用，導致多重橋接器裝置進行多重連續格式轉換時，會因而增加延遲時間。

美國專利公告第11/926,636號專利主要揭露了一種具有新的USB 3.0之橋接器，或稱之為增強型USB(Enhaced USB,EUSB)。

第1B圖係一關於EUSB接收器支援單模EUSB通訊的結構圖，一EUSB卡934可以被插入一主機951的EUSB接收器950中，該主機951可以是一個手機或是數位相機等其他裝置，一EUSB接收器950，能支援單模EUSB通訊。

該主機951內設有一個處理器系統968，其中包含EUSB處理及非輪詢的執行程式，一EUSB協定處理器960，能執行協定處理流程，並針對主機處理器系統968透過協定903轉換成EUSB或USB 3.0

一EUSB卡934，係一種含有一個支援EUSB通訊插頭的EUSB裝置，該EUSB卡934中設有一EUSB協定處理器980，用以執行裝置初始化及協定回應程式，一單用途匯流排973，可使用EUSB協定將EUSB協定處理器980的執行資料傳輸到一EUSB插頭970，使資料最終被儲存在快閃記憶體990)。

第1C圖係指一個USB UAS讀卡機，包含有一個快閃序列暫存匯流排840平行於中央處理器匯流排的結構圖，一個或多個快閃記憶卡控制器850、854同時與中央處理器匯流排838及快閃序列暫存匯流排840連接，當一個快閃記憶卡被插入、嵌入或安裝進讀卡機200的接口A，快閃記憶卡控制器850可以傳送資料，同時當另一個快閃記憶卡插入讀卡機200的接口B，快閃記憶卡控制器854亦可傳送資料；中央處理器810可以透過中央處理器匯流排838的主機埠815傳送指令到各快閃記憶卡控制器850、854的從機埠851、855。

固態硬碟(SSD)對於指令、狀態及控制碼有附加的線路，並讓資料線路在較高頻寬下傳遞資料是勢在必行的，且使用額外的線路對於延伸模式的控制是必要的，當EUSB或USB 3.0可行時，對於延伸模式使用附加的線路(如：UAS模式)是必要的，對於那些傳統主機，利用資料線路傳送指令、狀態及控制來支持傳統主機系統如USB 2.0，這同樣是必要的。

本發明係一種針對智慧型儲存交換器所設計的USB附接SCSI快閃記憶體系統，且包含附加的指令線路，狀態線路和控制線路，在本發明之一具體實施例中，一電子快閃記憶卡內係設有一快閃記憶體控制器，該快閃記憶體控制器可以在編程模式、資料檢索模式及資料重置模式中進行選擇性操作，當該快閃記憶體控制器在編程模式下，該快閃記憶體控制器能依據來自該主機電腦對該快閃記憶體控制器所下的指令，其指令可以是通用序列匯流排(USB)批量傳輸(Bulk-Only Transfer,BOT)寫入指令或USB附接SCSI(USB-Attached-SCSI,UAS)寫入指令，驅動一輸入/ 輸出介面，以接收從一主機電腦傳來的資料檔案，且將所接收的資料檔案儲存於該電子快閃記憶卡的一快閃記憶體裝置中，並將資料檔案位於該快閃記憶體裝置中的實體位址，包括邏輯位址及傳送長度等，儲存在該快閃記憶體裝置中；當該快閃記憶體控制器在資料檢索模式下，該快閃記憶體控制器能依據來自主機電腦的USB BOT讀取指令或UAS讀取指令，從該快閃記憶體裝置讀取資料檔案，包括其邏輯址址及傳送長度等，並驅動該輸入/ 輸出介面電路，將所讀取的資料檔案傳輸至該主機電腦；而當該快閃記憶體控制器在資料重置模式下，該快閃記憶體控制器能依據來自主機電腦的USB BOT寫入指令或UAS寫入指令，使用判斷邏輯對儲存在該快閃記憶體裝置中的資料檔案執行初始化，以將該快閃記憶體中的一個或多個記憶體單元清除。

在本發明之另一具體實施例中，一USB快閃裝置使用批量傳輸(Bulk-Only Transfer,BOT)協定以在電腦間高速傳輸資料，BOT傳輸協定是一種比CBI傳輸協定更有效率且更快速的傳輸協定，因為除了預設控制終端外，透過UAS所傳輸的指令、資料及狀態皆有賴於批量傳輸終端。

在本發明之又一具體實施例中，一USB快閃裝置使用USB附接SCSI(UAS)傳輸協定以在電腦間高速傳輸資料，UAS傳輸協定是一種比BOT傳輸協定更有效率且更快速的傳輸協定，因為除了預設控制終端外，透過UAS所傳輸的指令、資料及狀態皆有賴於批量傳輸終端的指令、狀態、資料的輸入及資料的輸出。

因為對於快閃記憶體裝置的存取與驗證來說，快閃記憶體裝置中資料的儲存與讀取是必要的，而速度同時也是評量快閃記憶體裝置表現的主要考量之一，因此，在本發明之又另一具體實施例中，即實現了一種利用雙通道平行序列埠以交叉存取在電子資料快閃記憶卡中的快閃記憶體的方法，透過該方法，該電子資料快閃記憶卡中的存取速度將會比使用任何傳統方法的存取速度更快。

一般傳統電子資料快閃記憶卡係使用單通道(8-bit)資料匯流排以連接一個快閃記憶體，然而若使用多通道資料匯流排來連接快閃記憶體，即能有更多的資料可同時寫入快閃記憶體中，或自快閃記憶體中被讀取出來，進而提昇快閃記憶體的存取速度；舉例來說，相較於單通道(8-bit)資料匯流排，雙通道(16-bit)資料匯流排可以讓快閃記憶體的存取速度加倍，而四通道(32-bit)資料匯流排則可以讓執行速度增加到四倍，以此類推；使用雙通道資料頻寬的電子資料快閃記憶卡可以藉由一個具有16-bit頻寬的快閃記憶體來實現，或是經由單一控制器來控制兩個具有8-bit頻寬的快閃記憶體來實現，或是如第10-12圖所示，經由兩個不同的控制器分別控制兩個具有8-bit頻寬的快閃記憶體來實現。

為便　貴審查委員能對本發明目的、技術特徵及其功效，做更進一步之認識與瞭解，茲舉實施例配合圖式，詳細說明如下：

本發明係針對固態硬碟(SSD)快閃記憶體架構的一種技術改良，接下來的敘述可讓任何熟悉本發明相關領域之人士，據以製造及使用本發明，且能達到特殊應用的規範以及要求；然而，接下來所敘述的各具體實施例，不應視為本發明之限制，按凡任何依據本發明所揭露之技術內容，可輕易思及之變化或結構之修飾，或利用其他結構或裝置加以實現之等效變化，均應屬不脫離本發明之保護範疇。

第2圖係顯示一個擴充USB裝置連接到一個EUSB主機，當位於主機上的應用程式32需要讀取EUSB儲存裝置20中的快閃記憶體30所儲存的資料時，應用程式32會送出一個讀取資料的請求到裝置模組34，裝置模組34中的驅動程式會啟動EUSB的批量傳輸(Bulk-Only Transfer,BOT)及UAS命令執行層36，EUSB批量傳輸及UAS命令執行層36會對一個使用批量傳輸的USB植入一個包含EUSB資料數據及標頭的讀取指令，該讀取指令中尚包括有一CRC循環檢查碼(Cyclical-redundancy-check checksum,CRC checksum)。

當EUSB實體層39對資料封包加入一個訊框並執行8b/10b編碼時，EUSB連結層38會加入一個序列號碼及其他的CRC循環檢查碼，嗣，訊框資料封包從主機透過輸出差分組線25被送往EUSB儲存裝置20。

EUSB類比前端設備42檢測到由輸出差分組線25傳來的資料，即產生時脈，並送出序列資料到一可產生並聯資料字串的串並聯轉換器44，並聯資料字串可由訊框及封包偵測器46檢驗並定址訊框及封裝的起迄點，標頭及資料數據可被批量傳輸接收器49定址，ECC產生暨檢查器48會檢查CRC循環檢查碼以進行錯誤偵測，資料數據可被寫入扇區緩衝區28。

微控制器26檢驗來自批量傳輸接收器49的標頭及資料數據並偵測讀取指令，微控制器26驅動快閃記憶體介面40來執行對快閃記憶體30的讀取動作，並將快閃記憶體30中所讀出的快閃資料(flash data)傳送到扇區緩衝區28，在扇區緩衝區28上的快閃資料會被組合成資料數據以及一個由批量傳輸接收器49產生的標頭，並透過輸入差分組線24依各階層順序回傳到主機，安全及加密/解密單元33(以下簡稱安全單元33)，可以由AES(Advanced Encryption Standard)、IEEE 1667、指紋或其他種類的安全功能，諸如加密、解密、密碼確認及管理等功能來實現，電力來源37可以是一個直流對直流(DC-DC)電源轉換器，能將高壓電源(如：5伏特)轉換成低壓電源(如：3.3伏特或1.8伏特)，以供其他元件使用。

相位閉鎖迴路27(phase-locked loop,PLL)可以被一個外部震盪器所驅動(圖中未示)，並產生一個內部時脈，以供給微控制器26或其他元件(如：扇區緩衝區28)，微控制器26係控制EUSB韌體35的操作，其中EUSB韌體35包含了批量傳輸接收器49、錯誤檢查糾正(Error Checking and Correcting,ECC)產生暨檢查器48(以下簡稱為ECC產生暨檢查器48)、訊框及封包偵測器46、串並聯轉換器44及EUSB類比前端設備42。

當主機支援USB附接SCSI(USB-Attached-SCSI,UAS)時，UAS協定傳送/ 接收器47會被驅動，而批量傳輸(BOT)接收器49則不會被驅動，在UAS模式下，指令、狀態及控制碼均由不同的線路發送，而在BOT模式下，指令、狀態及控制碼則僅經由資料線路發送，當指令、狀態及控制碼經由資料線路發送時，因被分配到的頻寬較低，所以會造成某些資料封包被延遲發送，如此，UAS可以獲得比BOT更高的頻寬。

韌體35可以在列舉過程中，藉由高保全性裝置，諸如帶有數位認證方法的AES(Advanced Encryption Standard)128/192/256或IEEE 1667裝置的主機，實現安全程序，如果該裝置未設定密碼，位於主機上的USB 3.0驅動會要求使用者建立複雜密碼，並將密碼加密後儲存於該裝置上，當一個密碼已經被設定在該裝置上，主機執行該裝置上的內容之前，會向使用者詢問密碼，並比對使用者所輸入的密碼是否與已儲存編碼的密碼相符，當密碼輸入錯誤次數過多(如：5次)的情況下，則該裝置將自行格式化而使得內容無法讀取；除此，本發明所主張的執行密碼的驗證程序，是不需經由任何按鍵及動作的引導，即於電腦螢幕呈現密碼要求。使用者輸入密碼後，立刻由快閃記憶體裝置之控制晶片執行密碼驗證。

第3圖顯示一個主機透過一個高階整合PCIE對EUSB橋接器連結到EUSB裝置的結構圖，主機電腦220透過一個高階整合PCIE對EUSB橋接器290連接到一個EUSB裝置(圖中未示)，高階整合PCIE對EUSB的橋接器290透過一個內含兩對全雙工傳輸差分組線的EUSB匯流排連接到一個EUSB裝置，主機電腦220中的軟體應用程式222使用高階整合PCIE對EUSB的橋接器290來讀取EUSB裝置的快閃記憶體內所儲存的資料，該資料係透過第一次轉PCIE執行序轉換為EUSB執行序，橋接器可被整合在固態硬碟(SSD)或主機或任何一個獨立裝置上。

軟體應用程式222使用高階應用程式設計介面(application-programming interface,API)呼叫並送出I/O請求，那些I/O請求係透過高階整合PCIE對EUSB的橋接器290在一個高層轉換成一個PCIE對EUSB封包，並傳送到EUSB裝置以讀取快閃記憶體，I/O請求並未轉成實體PCIE訊號，因此能跳過位於主機電腦220上的PCIE傳輸層228、PCIE資料連結層232以及PCIE實體層234，進而減少封包延遲的機會。

PCI隨插即用模組224係初始化、列舉及配置連結至主機上全部的PCIE裝置和通訊埠，包含直接高階PCIE連接至高階整合PCIE對EUSB的橋接器290，PCI軟體驅動模組226管理PCI匯流排產生回應給軟體應用程式222高階請求的傳輸訊號，亦包含直接高階PCIE連接至高階整合PCIE對EUSB的橋接器290。

高階PCIE請求由PCI軟體驅動模組226直接送至高階整合PCIE對EUSB的橋接器290中的高階直接橋接轉換器模組294。

高階直接橋接轉換器模組294將PCI軟體驅動模組226所發出的PCIE請求中的PCIE資料數據轉換為EUSB數據資料，任何對於快閃記憶體的植入指令將被高階直接橋接轉換器模組294認定為資料來處理。

轉換過的EUSB資料數據從高階直接橋接轉換器模組294送至EUSB傳輸層246，並加上EUSB標頭及CRC循環檢查碼，並送回EUSB資料連結層248，再加上序列編號及另外的CRC循環檢查碼，最後EUSB實體層249執行訊框化、編碼化、序列化以及實體驅動，並連結EUSB裝置中的EUSB匯流排上的差分輸出線。

對於傳統電腦來說，透過PCIE對EUSB橋接器連接到傳統主機是比較有效率的，位於主機電腦220上的各層228,232,234及位於高階整合PCIE對EUSB的橋接器290中的各層236，238,242層均會增加額外的延遲及等待時間，這些額外的延遲可透過位於第3圖中的高階直接橋接轉換器模組294直接接收來自於PCI軟體驅動模組226的PCIE資料數據及請求來消除。

跳過主機上的PCIE傳輸層228、PCIE資料連結層232及PCIE實體層234可減少延遲，同樣的，跳過高階整合PCIE對EUSB的橋接器290上的PCIE實體層236、PCIE資料連結層238及PCIE傳輸層242亦能減少延遲。

同樣的，從UAS到USB的直接轉換亦可不需經由PCIE轉入及轉出的，跳過PCIE轉換可減少延遲的時間，這個概念可被應用在使用USB 3.0(之前稱為EUSB)並支持UAS模式的固態硬碟中的實體層傳輸。

第4A圖係一個主機使用USB對SATA橋接器來存取一個SATA介面的固態硬碟，主機250係透過USB 3.0或USB 2.0連接USB實體匯流排256，以對週邊裝置260進行通訊。

週邊裝置260儲存資料於SATA固態硬碟254中，USB對SATA橋接器252將來自於USB實體層的USB指令及資料轉換成SATA指令及資料，並透過SATA匯流排258送至SATA固態硬碟254。

SATA匯流排258可以支援操作速度達1.5 Gbps的串列高技術配置(Serial AT-Attachment I,SATA I)第一代、操作速度達3 Gbps的SATA II、操作速度達6Gbps的SATA III，SATA固態硬碟254能被當作SCSI磁碟機，並允許主機250可以使用UAS模式或是UAS協定，序列附接SCSI(Serial-Attached SCSI,SAS)可能被交替地使用，橋接器252可被視為一個USB對SAS橋接器，匯流排258可被視為SAS介面，而固態硬碟254可被視為SAS固態硬碟。

第4B圖係一個主機使用USB控制器存取一個非揮發性儲存器，主機250透過USB 3.0或USB 2.0，經由USB實體匯流排256對週邊裝置261進行通訊，週邊裝置261將資料儲存在非揮發性儲存器255(Non-Volatile Memory,NVM)，非揮發性儲存器255被組織成兩個或更多的通道，以允許同步或重疊存取來增加產能。

USB控制器253將來自於USB實體層256的USB指令及資料轉換成快閃記憶體指令及資料，並透過快閃記憶體匯流排259送至非揮發性儲存器255，資料透過USB控制器253或映射邏輯(圖中未示)映射到非揮發性儲存器255的多重通道組中。

第5圖顯示一台主機使用智慧型儲存交換器來對多重非揮發性儲存器裝置(muitiple NVD)進行存取，主機250透過USB 3.0或USB 2.0，經由USB實體匯流排256對週邊裝置268進行通訊。

週邊裝置268將資料儲存在多重非揮發性儲存器裝置251中，USB介面262將來自於USB實體層256的USB指令及資料轉換成智慧型儲存交換器270的SATA指令及透過匯流排257送至多重非揮發性儲存器裝置251的資料。

智慧型儲存交換器270映射資料到多重非揮發性儲存器裝置251以重壘存取來增加產能。

第6圖係一個資料管理器對多顆固態硬碟進行存取，主機250使用USB 3.0協定與資料管理器10通訊，資料管理器10可被當成一個對每一個通道提供RAID 1功能的智慧型儲存交換器，在一些具體實施例中，資料管理器10也支援RAID 0,5,6，由控制器278控制的資料/ 指令切換器272可以透過資料集線器274且指定使用資料線路來傳輸資料，在批量傳輸(BOT)模式下(一般稱為大量傳輸模式)，資料/ 指令切換器272也透過資料集線器274對指令及狀態指定使用資料線路來傳輸，然而，在UAS模式下，當從位於指令/ 狀態暫存器276的狀態線路讀取狀態訊息時，資料/ 指令切換器272指定使用位於指令/ 狀態暫存器276的指令線路來傳輸指令，若指令與狀態未在資料線路上阻擋資料傳輸，則UAS模式會比BOT模式具有更高的產能。

資料集線器274以及指令/ 狀態暫存器276都連接到多個USB控制器280，每一個USB控制器280可以控制多顆固態硬碟282，每個具有多顆固態硬碟282的USB控制器280因而具有磁碟陣列(RAID)功能性，USB控制器280可以被SATA、USB 2.0或SAS控制器所取代。

第7圖顯示一台對USB 3.0及USB 2.0模式裝置同時支援UAS及BOT模式的主機，應用層942可以執行對於固態硬碟操作954請求動作的應用程式，固態硬碟操作954可以包含格式化及寫入固態硬碟(WR指令)、讀取固態硬碟資料(RD指令)讀取固態硬碟容量(RD MSG指令)以及刪除固態硬碟或執行一些其他智慧型功能(MSG指令)，固態硬碟操作954可視為UAS指令。

UAS指令可透過傳輸層944被載入資料數據或是儲存於記憶體暫存區956的任何資料，資料可被分為USB封包、協定標頭以及由協定層946所加入的CRC循環檢查碼。

資料連結層948可進一步的分割來自記憶體暫存區956的資料讀取數據，並加入一個序列號碼及其他的檢查碼，實體層952加入訊框化，並透過其中一個USB 3.0/ 2.0的插座950從主機250把訊框進行實體傳送。

第8圖顯示多重線路的外圍設備同時支援UAS及BOT模式，主機透過USB插頭972連接至UAS/BOT快閃記憶體裝置902，並在UAS或BOT模式下傳送資料及指令，當一個封包被安排序列號碼及CRC循環檢查碼，並由資料連結層968確認資料時，實體層962將會控制增加或移除訊框化的動作，協定層964移除協定標頭及CRC循環檢查碼，並偵測在數據中的指令及資料或UAS協定。

指令被載入到指令/狀態排序器985(Command queue,CQ)，指令可被重新排序以增加非揮發性儲存器裝置994的產能和效能，主機上的資料被載入到資料輸出線路982，同時資料從非揮發性儲存器裝置994被讀取至資料輸入線路984以形成封包，並透過協定層964傳輸至主機，當UAS/BOT偵測器996偵測到主機正處於BOT模式時，指令同樣會經由協定層964被載入到資料輸出線路982，並在資料輸入線路984讀取狀態。

當UAS/BOT偵測器996偵測到主機正處於UAS模式時，指令經由協定層964被載入到指令線路976，並經由狀態線路978讀取狀態，當UAS模式被偵測到時，指令與狀態並未經由資料線路982，984傳送，因此能增加資料線路的效率，UAS/BOT偵測器996偵測到由主機發出的新指令的第一位元組(辨識碼)為特定值時，如0x01，指令裡指令描述區塊(command descriptor block,CDB)的第一位元組符合UAS指令操作控制碼時，該偵測器判斷為UAS模式。

控制資訊透過控制線路974被送出，控制資訊可同時被UAS及BOT模式所使用，裝置列舉時，控制資訊被用來初始化及設定裝置控制參數，透過控制線路974進行配置以使控制線路974獲得裝置的能力資訊。

線路974,976,978,982,984可被當作資料實體暫存器，透過直接被智慧型儲存交換器900傳輸，或透過智慧型儲存交換器900執行記憶體965中的指令/狀態暫存區963與記憶體暫存區966。

在USB 2.0下，資料封包被限制在0.5仟位元組，而當USB 3.0時，資料封包被限制於1仟位元組，然而，智慧型儲存交換器900以及非揮發性儲存器裝置994可以更有效率的操作大量資料區塊，記憶體暫存區966將來自資料輸出管線982較小的資料封包結合成大於8仟位元組的封包，並送至智慧型儲存交換器900，記憶體暫存區966也接收來自於智慧型儲存交換器900的大於8仟位元組的封包，並分割成1千位元組或0.5仟位元組的封包並寫入資料輸入線路984。

在UAS模式下，在傳輸到智慧型儲存交換器900的指令/ 狀態排序器985之前，指令可以先從指令線路976讀取，並寫入至指令/ 狀態暫存區963，來自位於智慧型儲存交換器900裡指令/ 狀態排序器985的狀態首先會被寫入指令/ 狀態暫存區963，然後再被寫入到狀態線路978，而在BOT模式下，這些指令及狀態使用位於記憶體暫存區966的資料儲存區塊，並經由使用資料線路982,984來傳輸。

智慧型儲存交換器900使用直接記憶體存取(direct-memory access,DMA)引擎992來傳輸大於8仟位元組的資料區塊到記憶體暫存區966和非揮發性儲存器裝置994，智慧型儲存交換器900包含映射邏輯，以利於將重新映射啟始LBA指令成重新定址的LBA指令，並送至非揮發性儲存器裝置994，加密器988寫入到非揮發性儲存器裝置994前，可選擇性的加密資料以及對讀取自非揮發性儲存器裝置994的資料進行解密，智慧型功能處理器986解碼智慧型能指令並執行解碼過的操作，智慧型指令包括對於非揮發性儲存器裝置994所有的指令，自動監控分析報告技術指令常被用於診斷和自我測試。

第9圖顯示一種USB對SATA的橋接器，USB接頭60插入至USB主機後並接收來自USB 2.0實體層79或USB 3.0實體層78的USB封包(取決於由主機所使用的協定版本是USB 2.0或USB 3.0)，資料暫存於先進先出系統76中，並由USB 3.0終端控制器52或USB 2.0終端控制器53來執行。

USB對SATA橋接器70包含控制碼及資料的USB封包經由USB 3.0終端控制器52或USB 2.0終端控制器53脫除標頭以及CRC循環檢查碼後，再轉換成SATA訊號，SATA主機控制器54用來控制SATA -2實體層56作為SATA對SSD下行通道的介面，主控制器72(Master Control Unit,MCU)將先進先出系統76中所偵測到的資料數據轉換成SATA指令，程式記憶體66是主控制器72的緩衝區，替主控制器72提供操作功能。

安全以及加密/ 解密單元62(以下簡稱安全單元62)可以由AES(Advanced Encryption Standard)、IEEE 1667、指紋或其他種類的數位認證安全功能來實現，諸如加密、解密、密碼確認及管理等，控制暫存器64能替USB對SATA橋接器70載入包含USB及SATA的控制資訊，序列外設接口控制器68(Serial-Peripheral Interface,SPI)提供一個外部除錯裝置，用來對USB對SATA橋接器70進行除錯及升級操作映像檔，通用型之輸入輸出58(General-purpose input-output,GPIO)在編程時被設定用以驅動發光二極體(LEDs)和其他指示燈或用來作除錯或是偵測功能的輸入訊號，SATA-2實體層56執行實體訊號用來傳輸資料，主控制器72所使用時脈來自於震盪器74，用以控制位於USB對SATA橋接器70內的各式元件。

第10圖顯示一種SATA-2控制器，SATA-2控制器100透過SATA-2實體層104連接至第9圖的USB對SATA橋接器70，通用型之輸入輸出158(General-purpose input-output,GPIO)擁有第9圖中通用型之輸入輸出58的類似基本功能，能提供中央處理器112的輸入/ 輸出，控制資訊可以透過SATA指令更改晶片配置暫存器156的設置，中央處理器112的時脈週期來自於震盪器114，且透過匯流排110從SATA-2實體層104傳送資料到多重快閃記憶體控制器和ECC引擎120，快閃記憶體132被多重快閃記憶體控制器和ECC引擎120透過快閃記憶體介面130所控制，快取106是一個選擇性的儲存設備，用以緩衝收發自匯流排的資料。

第11圖顯示一種RAID SATA系統，第9圖的USB對SATA橋接器70透過SATA介面連接至一個RAID控制器105，RAID控制器105分配資料到磁區，並儲存資料在每一個快閃記憶體132的實體裝置，每一個快閃記憶體132可被一個SATA控制器142及快閃記憶體介面130的頻道執行，根據RAID設定，部份頻道常被重疊使用。

第12圖顯示一種具多個SATA頻道的USB對SATA橋接器，第9圖的USB對SATA橋接器70透過多個SATA介面連接到多個通道，每一個通道都有SATA控制器142及快閃記憶體132的快閃記憶體介面130。

第13圖強調帶有UAS/BOT切換功能的整合型橋接器，在USB主機上使用RAID技術來控制多重SATA頻道，RAID橋接器300具有BOT/UAS切換器302、RAID控制器304及SATA實體層306。

BOT/UAS切換器302接收來自於主機的USB封包，並偵測UAS或BOT模式，當SATA實體層306連接到多個SATA快閃記憶體裝置的多個SATA介面時，RAID控制器304會對多餘的儲存區複製資料。

第14圖強調使用BOT模式下，對於一個寫入指令的訊息傳輸流程，對於一個寫入，主機透過資料輸出線路982送出寫入指令到裝置，接著再透過資料輸出線路送出寫入資料到裝置，裝置寫入這個資料到內部緩衝記憶體，並透過資料輸入線路984送出一個關於寫入指令完成的訊息回主機，接著主機送出下一個讀取指令，裝置定位所請求的資料，並透過資料輸入線路送回讀取資料及一個關於讀取指令完成的訊息到主機。

接著主機再送出下一個寫入指令及寫入資料，裝置寫入這個資料到內部緩衝記憶體後，會送出一個成功訊息回主機，之後再將資料寫入快閃記憶體。

在BOT模式下操作，主機必須在送出下一個指令之前，等待至該裝置送出一個指令被成功完成的訊息，指令可以被序列的派送與執行，為了等待最後一個指令去完成，主機USB通道有時會閒置因而降低產能。

第15圖強調在UAS模式下的訊息傳輸流程，USB 3.0在UAS模式下支援複雜序列傳輸，主機可派送多個指令而不需要等待裝置完成最後一個指令，由於等待裝置完成指令的同時，新指令可以被傳送，因此主機對裝置的USB匯流排可以更有效率的利用。

在這個範例中，主機透過第8圖的指令線路976送出三個寫入指令，即寫入指令1、寫入指令2及寫入指令3，各寫入指令中包含資料的啟始邏輯磁區位址(logical block address,LBA)、資料傳輸長度、標籤(TAG)和其他資訊，在送出寫入指令1、寫入指令2及寫入指令3後，主機隨後送出與寫入指令1及寫入指令3相對應的寫入資料1及寫入資料3，如第15圖所示，寫入資料2在這些一系列的指令中並未送出，裝置已準備緩衝區給資料1和資料3，但沒有替資料2準備緩衝區，可能是資料2的傳輸長度較長或執行序較低，因此被裝置延遲發送，裝置將寫入資料1及寫入資料3儲存在緩衝區後，接著將寫入資料1及寫入資料3寫入到快閃記憶體。

接著主機發出三個讀取指令，即讀取指令1、讀取指令2及讀取指令3，各讀取指令中包含資料的啟始邏輯磁區位址和資料傳輸長度，裝置開始從快取區或是較慢的快閃記憶體中讀取請求資料，但讀取資料的順序並不需要與讀取指令的發送順序相同。

接著，主機進一步送出寫入指令4及讀取指令4，雖然裝置的讀取資料3比讀取資料2先準備好，但是裝置發現讀取資料1、2、3並全部送回主機，這可能是因為讀取資料是在快取中被讀取到，而讀取資料2則是從快閃記憶體被讀取，或是從另一區因其他執行序而處於忙碌狀態的記憶體中被讀取。

當裝置準備好接收時，主機最後送出寫入資料4和寫入資料2，裝置將讀取資料儲存在緩衝序中，之後再寫入至快閃記憶體，最後讀取資料4被裝置讀取並透過USB匯流排傳輸至主機。

當在UAS模式下，在裝置處理最後一個指令之前，或甚至在寫入資料送出之前，主機就可以送一個新指令，該裝置在處理指令及寫入資料上有相當的彈性，當寫入的資料儲存在暫存區後，只要資料有相依性，例如同樣的LBA被寫入兩次，它可以在之後的任意時間或任意順序再送往快閃記憶體，裝置可以任意順序送回讀取資料，不一定要依所接收到指令順序送回。

位於主機與裝置間的USB匯流排可以被有效率的利用，在當裝置在處理較早期的指令時，仍可傳送額外的指令，這樣提高使用率的作法是可行的。

第16A圖及第16B圖強調在UAS模式的寫入與讀取傳輸流程，在第15圖所示的每個傳送都如同第16A圖及第16B圖所示一樣，進行一些資訊的交換。

第16A圖顯示一個使用UAS模式寫入指令流程，主機送出一個寫入指令訊息給裝置，其中包含啟始邏輯磁區位址(LBA)及資料長度，當第8圖所示的UAS/BOT偵測器996偵測到由主機發出的新指令的第一位元組(辨識碼)為特定值(如：0x01)，且指令裡的指令描述區塊(command descriptor block,CDB)的第一位元組符合UAS指令操作控制碼時，該偵測器判斷為UAS模式，在UAS模式下，寫入指令能從第8圖所示的指令線路976被讀取，並寫入至第8圖所示的指令/狀態暫存區963中。

裝置產生一個寫入就緒(write ready,RDY)訊息後，將其置入狀態線路978並送回給主機，主機再透過資料輸出線路982送出寫入資料，當寫入資料過長時，主機會將寫入資料切割成幾個封包送給裝置，並儲存在記憶體暫存區966，當收到的寫入資料的位元組與寫入指令裡的資料長度相符時，裝置會產生一個完成(DONE)狀態訊息，將其置入狀態線路978並送回給主機，至此，稱為完成一個主機寫入指令。

第16B圖顯示一個使用UAS模式讀取指令的流程，主機送出一個讀取指令訊息給裝置，其中包含LBA啟始位置及資料長度，當第8圖所示的UAS/BOT偵測器996偵測到由主機發出的新指令的第一位元組(辨識碼)為特定值(如：0x01)，且指令裡的指令描述區塊(command descriptor block,CDB)的第一位元組符合UAS指令操作控制碼時，該偵測器判斷為UAS模式，在UAS模式下，讀取指令能從第8圖所示的指令線路976被讀取，並寫入至第8圖所示的指令/狀態暫存區963中。

裝置發現讀取資料並傳送到內部緩衝區，再傳送到記憶體暫存區966，同時產生一個寫入就緒(RDY)訊息，將其置入狀態線路978並送回給主機，使主機開始等待讀取資料，雖然主機並未被其他指令而延遲，但當讀取資料過長時，裝置會將讀取資料切割成幾個封包，接著，裝置透過USB匯流排，從資料輸入線路984送出讀取資料封包到主機。

當送出的讀取資料的位元組與讀取指令裡的資料長度相符時，裝置會產生一個完成(DONE)狀態訊息，將其置入狀態線路978並送回給主機，至此，稱為完成一個主機讀取指令。

在第16A-B圖所傳遞各式訊息，能如同第15圖所示般，交互傳遞不同指令，而第16B圖所示的訊息可以在穿插在第16A圖所示的訊息間，例如，將第16B圖所示的讀取指令置於第16A圖所示的寫入資料傳送之前，當傳送與接收的路徑相互獨立時，兩邊的資料即可以在同一時間傳遞。

指令排序器(Command queue,CQ)達到指令排序極限時，每個指令的啟始部份會被送出到裝置，每個指令的資料區不能與其它指令的資料區混合傳送，當裝置回應讀取/寫入指令時，資料輸入線路與資料輸出線路可以同時用來傳輸資料。

第17圖強調清除指令的資訊，主機在UAS模式操作時，當第8圖所示的UAS/BOT偵測器996偵測到主機在UAS模式時，主機會送出一個清除區塊1(ERASE BLK 1)之指令到裝置，並接著傳送清除區塊2(ERASE BLK 2)之指令，裝置從指令線路976儲存這些指令，並確認區塊1並未被使用且已經就緒；同時區塊2由於被其他指令執行而在忙碌的狀態，因此並未就緒，裝置產生一個寫入就緒(RDY)訊息以回應清除區塊1的指令，以及一個未就緒(NRDY)訊息以回應清除區塊2的指令；而這兩個訊息係透過狀態線路978被送回主機，裝置則開始清除快閃記憶體區塊1。

再過一段時間，主機重新再送出一個清除區塊2之指令給裝置，清除區塊2之指令一樣會被置入指令線路976，裝置發現區塊2未在忙碌的狀態，便會就清除區塊2之指令回傳一個寫入就緒(RDY)訊息，經由狀態線路978送回主機，裝置則開始清除快閃記憶體區塊2。

清除作業是一種長時間的操作，最後，區塊1被清除，裝置會就清除區塊1之指令產生一個完成(DONE)訊息，將其置入狀態線路978並送回給主機，接著，區塊2也完成清除，裝置會就清除區塊2之指令產生一個完成(DONE)訊息，將其置入狀態線路978並送回主機，其他的指令可以在這段時間執行，例如讀取及寫入其他區塊或快取資料。

第18圖強調兩個有同樣位置和資料的指令間之資料依附性，一連串從主機送出的指令，包括寫入指令資料1及後續的讀取指令資料1，二者係對同一資料(DATA 1)進行存取，例如，為了確認資料是否寫入，於是在寫入資料後再讀取出來。

當主機送出寫入指令1時，裝置會回送寫入就緒訊息1，主機在送出資料後，會再送出一個或多個寫入資料1傳輸的訊息，裝置將資料儲存於緩衝區，再將資料寫入到快閃記憶體中，當資料存於緩衝區時，裝置會產生寫入1完成的訊息給主機。

當主機送出讀取指令1時，裝置會回送寫入就緒訊息讀取1，主機會等待裝置送出一個或多個讀取資料1傳輸的訊息，然而，由寫入與讀取的LBA啟始位置與資料長度判斷，當讀取資料與寫入資料重疊時，裝置必需等待，直到寫入指令裡的所有資料已經儲存到內部緩衝區後，才能回應讀取指令，一旦寫入資料1傳輸完成，裝置會就讀取資料1產生一個或多個封包，並將封包如同讀取資料1傳輸的訊息一樣傳送回主機，主機儲存讀取資料1，當資料傳送完畢，裝置會產生一個讀取1完成的訊息到主機。

第19A圖及第19B圖顯示在主機和裝置之間的USB連結所使用的多種通道，如第19A圖所示，主機310連結到多個裝置314、316，每一個連結都是雙向性的，其中一對是由主機傳送訊號至裝置，而另一對由裝置傳送訊號至主機，封包係以一連串的差別資料位元從主機上的T0+、T0-的腳位傳送到裝置上的R+、R-腳位，當連接到裝置#0314時，封包一樣也會以一連串的差別資料位元經由裝置的T+、T-腳位傳送到主機上的R0+、R0-。

當連接到裝置#M316時，封包會以一連串的差別資料位元經由主機的TM+、TM-腳位傳送到裝置上的R+、R-腳位，封包一樣也會以一連串的差別資料位元經由裝置上的T+、T-線路傳回到主機的RM+、RM-腳位，主機可以分別針對不同的裝置同時管理每一個連接及傳送的動作。

如第19B圖所示，主機320只有一個連結，而該連結為一個埠倍增器318，主機封包以一連串的差別資料位元從主機的T+，T-腳位送出到埠倍增器318的R+，R-腳位，封包一樣也會以一連串的差別資料位元由埠倍增器318的T+，T-腳位傳送回主機的R+，R-腳位。

埠倍增器318連接多個裝置314，316，每一個連接都是雙向式，且每個連接的其中一對是由埠倍增器318傳送訊號至裝置，而另一對為裝置傳送訊號至埠倍增器318，再傳至主機，封包會以一連串的差別資料位元經由埠倍增器318的T0+，T0-腳位傳送到裝置314上的R+，R-腳位，當連接到裝置#0314時，封包亦以一連串的差別資料位元經由裝置314上的T+，T-線路傳回到埠位置器的RM+，RM-腳位。

當連接到裝置#M316時，封包會以一連串的差別資料位元經由埠倍增器318的TM+，TM-腳位傳送到裝置上的R+，R-腳位，封包亦以一連串的差別資料位元經由裝置上的T+，T-線路傳送到埠倍增器318的RM+，RM-腳位，埠倍增器318可以分別針對不同的裝置同時管理每一個連接及傳送的動作。

第20A-B圖係UAS寫入指令的流程圖，在第20A圖，主機送出一個寫入指令到裝置，並由裝置偵測到為UAS模式，如果裝置已經準備好接收資料，並在資料暫存區內有空間(步驟330)，裝置就會送出一個寫入就序狀態訊息給主機(步驟332)，如果裝置未就緒(步驟330)，則裝置會等待到裝置就緒，在達到主機的延時設定長度後(步驟334)，主機即會假設裝置仍未就緒或指令遺失，接著會重送寫入指令給裝置(步驟336)。

當主機接收到裝置的寫入就序狀態訊息(步驟332)，主機會送出寫入資料給裝置的資料輸出線路(步驟338)，資料可以被分割數個封包(步驟340)以便於傳送大量資料，當裝置接收到所有的資料後(步驟342)，程序延伸到第20B圖，從資料輸出線路接收到的資料將被移至如第8圖所示的記憶暫存區966。

裝置送出一個確認(acknowledgement,ACK)訊息給主機(步驟344)，並指出所有資料已成功被接收，裝置使用存放於如第8圖所示的記憶暫存區966中的資料，並把8個1KB的USB封包組合成一個8KB的快閃記憶體頁面(步驟348)，如此，裝置移動一個8KB的資料數據，將會比移動8個或更多分割的封包要來得有效率，接著裝置再將資料寫入快閃記憶體中(步驟346)。

第21A-C圖係裝置處理UAS模式指令的流程圖，BOT模式指令並不會在第2圖1流程裡執行；在第21A圖中，如第8圖所示的UAS/BOT偵測器996，偵測到由第8圖所示的指令線路976所接收的指令，當該指令的辨識碼符合UAS指令第一位元組，同時指令描述區塊(command descriptor block,CDB)的第一位元組也符合UAS操作控制碼時(步驟352)，若由指令線路976所接收的指令是讀取指令，則執行如第21C圖所示的流程；若是寫入指令，則執行如第21B圖所示的流程(步驟354)，從主機送來的SCSI指令和指令描述區塊(command descriptor block,CDB)可以被解碼並決定是讀取或寫入的動作。

第21B圖係一個由裝置執行寫入指令的流程圖，智慧型儲存交換器會對如第8圖所示的記憶體暫存區966檢查是否有足夠的空間容納從主機來的資料(步驟356)，寫入指令包含資料大小，而記憶體暫存區966至少必須有足夠的閒置空間放置該資料(8KB的快閃記憶體的頁面)，當有足夠的閒置空間時，裝置會透過如第8圖所示的狀態線路978，送出一個寫入就序狀態訊息給主機(步驟358)，在BOT模式，寫入就序狀態訊息會被如第8圖所示的資料輸入線路984所傳送，主機的寫入資料會透過資料輸出線路982送出，之後再送往記憶體暫存區966(步驟360)。

裝置上的智慧型儲存交換器在UAS模式下會透過狀態線路978傳送一個感測(SENSE)狀態訊息給主機，或在BOT模式下使用如第8圖所示的資料輸入線路984傳送，如果有必要，在記憶體暫存區966的資料可以被加入雜訊資料或加密編碼，智慧型儲存交換器使用寫入指令裡所包含的啟始邏輯磁區位址(LBA)，將資料映射到在快閃記憶體所要寫入的實體位置(步驟364)，寫入資料稍後可以寫入到快閃記憶體內，或是留在記憶體暫存區內快取，或是在另一個暫存區或是另一個快取位置，並將寫入資料位於該快閃記憶體、記憶體暫存區中的實體位址，包括邏輯位址及傳送長度等，儲存在該快閃記憶體裝置中的一個索引表中。

第21C圖係一個由裝置執行讀取指令的流程，智慧型儲存交換器使用讀取指令裡所包含的啟始邏輯磁區位址，利用前述的索引表或其他目錄來定位資料的位置(步驟376)，從快閃記憶體或快取中讀出的特定資料會被移至如第8圖所示的記憶體暫存區966中，如果有必要，位於記憶體暫存區966的資料會被去除雜訊資料或加密解碼(步驟368)，智慧型儲存交換器會透過如第8圖所示的狀態線路978，傳送一個寫入就序狀態訊息回主機(步驟370)，在BOT模式，寫入就序狀態訊息訊息會透過資料輸入線路傳送。

智慧型儲存交換器從記憶體暫存區966將讀取資料傳送到如第8圖所示的資料輸入線路984，然後傳送到主機(步驟372)，智慧型儲存交換器把在記憶體暫存區966裡的8KB的快閃記憶體頁面分割成1KB的封包，以便藉由資料輸入線路984透過USB傳送回主機。

裝置上的智慧型儲存交換器在UAS模式下會透過狀態線路978傳送一個感測(SENSE)狀態訊息給主機(步驟374)，或在BOT模式下使用資料輸入線路984傳送。

第22圖為一裝置處理UAS讀取指令的流程圖，主機送出一個讀取指令，並由裝置偵測為UAS模式，如果該裝置就緒並執行讀取指令(步驟430)，裝置就會從快閃記憶體或從快取或其他暫存區中讀取資料，並將資料移至記憶體暫存區966，接著該裝置送出寫入就序狀態訊息給主機(步驟342)，如果該裝置未就緒(步驟430)，則裝置會等待到裝置就緒，在達到主機的延時設定長度後(步驟434)，主機即假設裝置仍未就緒或指令遺失，接著重送讀取指令給裝置(步驟436)。

當主機從裝置接收到寫入就序狀態訊息(步驟432)時，裝置將資料從如第8圖所示的記憶體暫存區966移至如第8圖所示的資料輸入線路984(步驟438)，且將8KB的資料數據分割成數個小於1KB的USB封包數據後送入資料輸入線路984(步驟440)，嗣，裝置透過資料輸入線路984送出資料到主機，當所有的資料都被裝置送出時(步驟442)，裝置會送出一個成功(SUCCESS)訊息給主機(步驟446)，表示資料已成功傳送完畢。

第23A圖-C係描述一連串排序的指令及其資料相依性，在第23A圖，主機使用UAS模式送出一連串的寫入與讀取指令到裝置，而每一個指令的指令結構、啟始邏輯磁區位址及資料長度都會被儲存在如第8圖所示的指令排序器985中，而指令排序器985裡的指令排序可以被智慧型儲存交換器重新排序。

第23B圖係對應於第23A圖的資料及指令對照示意圖，寫入指令1是一個在啟始邏輯磁區位址3寫入10個封包的指令，寫入指令2是一個在啟始邏輯磁區位址5寫入20個封包的指令，啟始邏輯磁區位址3同樣也在啟始邏輯磁區位址3寫入，但只寫入5個封包的指令，僅管在啟始邏輯磁區位址空間上，資料有重疊，但這三筆寫入指令仍分別儲存在如第8圖所示的記憶體暫存區966。

讀取指令4是一個從啟始邏輯磁區位址5讀取寫入資料2裡頭10個封包的指令，讀取指令5是一個從啟始邏輯磁區位址3讀取寫入資料3裡的頭5個封包的指令，在寫入資料1中的部份資料被屏蔽，是由於寫入資料3的資料比寫入資料1的資料要來得新。

第23C圖顯示在記憶體暫存區裡的資料如何對應到指令序列器裡的指令，寫入資料1,2,3對應到在指令指列器985的寫入指令寫入指令1,2,3，這些資料分別儲存在如第8圖所示的記憶體暫存區966中，讀取指令4從記憶體暫存區966讀取寫入資料2，同時讀取指令5從記憶體暫存區966讀取寫入資料3。

第24圖強調整合1 KB的USB封包成8KB的有效數據以便於寫入快閃記憶體，USB 3.0封包規格為1KB大小，而USB 2.0為512位元組，這些較小的封包是透過資料輸出線路982傳送，然而，快閃記憶體系統的快閃記憶體有較寬的資料路徑及大量的區塊，所以系統必須對大量數據進行更有效率的使用，當資料輸出線路982送出8個以上的1KB封包，會在記憶體暫存區966合併成8KB的封包，接著8KB的封包會被快閃記憶體控制器傳送並寫入到快閃記憶體的區塊。

第25A-B圖使用UAS及USB協定來傳遞訊息，在第25A圖，主機使用UAS協定來建立一個寫入指令，UAS寫入指令被送至USB協定層，然後產生1KB或更小的USB資料封包，再透過實體層，從主機送至裝置。

裝置是透過實體介面送出USB狀態執行封包(transaction packet,TP)給主機，作為回應USB封包的確認回條，裝置從USB封包抽取UAS指令，並經由指令線路傳送UAS指令，以及在UAS協定層執行。

裝置上的UAS層產生寫入就緒狀態訊息，並將寫入就緒狀態訊息送入狀態線路，並封裝成USB資料封包傳送回主機，主機是透過實體介面送出USB狀態執行封包給裝置，作為回應USB封包的確認回條，主機從USB封包抽取UAS就緒狀態，並經由主機狀態線路傳送UAS就緒訊息。

第25B圖為主機回應裝置的發送資料時序，資料被分為兩個封包，分別為資料1及資料2，這兩個封包分別透過主機的資料輸出線路傳送，主機的USB層將資料封包分割成數個小於1KB的資料封包後，再透過實體介面送至裝置，裝置透過實體介面送出USB狀態執行封包(transaction packet,TP)給主機，作為回應USB封包的確認回條。

裝置從來自資料輸出線路982的USB封包抽取資料，將其結合成一個大於8KB的封包，並儲存於如第8圖所示的記憶體暫存區966，當資料1及資料2封包被裝置還原時，裝置會透過狀態線路978傳送一個感測(SENSE)狀態訊息給主機，感測狀態訊息會再被包裝成USB封包後再送給主機，主機抽取感測訊息並送至主機UAS層的處理器。

第26圖為主機操作流程圖，主機埠偵測到USB裝置(步驟702)，主機驅動列舉裝置並決定儲存層級(步驟704)，驅動詢問主機作業系統，以便指派裝置的磁碟機名稱及標示為卸除式磁碟(步驟706)，當裝置移除時(步驟710)，驅動會詢問主機作業系統移除裝置的磁碟機名稱(步驟708)。

當使用者開始控制或是由其他應用程式對於這個裝置存取資料(步驟712)時，驅動會轉換資料並傳送到裝置，當資料內容是關於主機系統時，由主機產生的指令即包含指令配置(步驟716)，當內容是關於儲存時，指令即關於讀取或寫入快閃記憶體，使用邏輯磁區定址對實體磁區(LBA對PBA)定址映射方式(步驟718)，當內容是關於製造商時，對於控制器的指令就可以被送出(步驟720)。

當內容資料從主機傳送到裝置(步驟722)，則執行緒可以從步驟710開始重覆執行，當沒有使用者控制或是輸入發生時，則執行緒從步驟710開始重覆執行。

第27圖為裝置操作流程圖，當裝置插入主機並由主機供電時，裝置開始初始化及檢查本身的快閃記憶體組態及型式(步驟740)，當操作系統映像檔儲存在快閃記憶體(步驟744)，則操作系統映像檔由快閃記憶體儲存器被讀出(步驟742)，並寫入到程式記憶體中並執行。

裝置由主機列舉後(步驟746)，將收到由主機發送的指令(步驟748)，當指令是關於主機系統時，快閃記憶體使用實體磁區定址(PBA)方式進行讀或寫的動作(步驟750)，當指令是關於儲存時，快閃記憶體會使用邏輯磁區定址對實體磁區(LBA對PBA)定址映射方式(步驟752)，當指令是關於製造商時，則快閃記憶體會用PBA方式進行讀或寫的動作，當新的操作系統映像檔被儲存在快閃記憶體(步驟756)，操作系統從快閃記憶體讀取並寫入到程式記憶體中並執行(步驟758)，其他指令可以從步驟748執行。

第28圖為保全性操作流程圖，由如第2圖所示的韌體35執行這個程序，當USB 3.0裝置插入到主機上的一個主機埠(步驟770)，在列舉的過程中，主機偵測到該裝置為高度保全裝置，例如帶有數位認證方法的AES(Advanced Encryption Standard) 128/192/256或IEEE 1667裝置。

如果該裝置未設定密碼(步驟774)，則位於主機上的USB 3.0驅動會要求使用者建立複雜密碼(步驟776)並將複雜密碼加密後儲存於該裝置上，當一個密碼已經被設定在該裝置上(步驟774)，主機執行裝置上的內容之前，主機會詢問使用者密碼(步驟780)並判斷是否與已儲存編碼的密碼相符(步驟782)，在讀取時，內容會被解密；而在寫入時，內容會被加密(步驟784)。

當密碼確認失敗時(步驟782)，會開始計算失敗次數(步驟786)，並判斷是否達到最大容許失敗次數(步驟788)，當密碼輸入錯誤的次數太多(如：5次)，則該裝置將自行格式化而使得內容無法讀取(步驟790)。

除前述實施例外，發明人經由深思熟慮，尚有其他實施例能實現本發明，例如，改換各式不同匯流排的規格以及非揮發性儲存器(NVM)、快閃記憶體、控制器等，USB 3.0或是其他版本的USB也許是可以修改的，各式的匯流排的時區及順序是可以被支援的。

當收到寫入未就緒狀態訊息時，主機可以進入暫停或睡眠模式，主機的睡眠模式是對應於鎖定的EUSB裝置，而不是所有的USB裝置，例如，主機有許多頻道，每一個頻道都由不同的EUSB裝置來執行，只有對應到忙碌EUSB裝置的頻道是會被暫停的，主機上的其他頻道則持續運作，當主機進入暫停模式時，目前的傳輸狀態是不需要被儲存的，而當傳輸暫停時，主機會重新開始傳輸，由於不需儲存狀態變數，降低了主機暫停模式的複雜度；除了上述所提到的USB或其他種類的匯流排，SD、MircoSD、MMC或microMMC介面同樣也可以應用在這項發明中，除了使用SD匯流排，其他的匯流排也可以應用，例如Memory Stick(MS)，Compact Flash(CF)，IDE匯流排等，可以加入或替代額外腳位，一個具有多個匯流排協定及獨立的辨識腳位的晶片是可以選擇的匯流排介面，其中或具有可編程的暫存器。

當一個磁區定義為512位元組時，一頁的大小可能是其他的規格，如1K、2K、4K、8K等，快閃記憶體的區塊可能4頁或8頁或64頁或是其他數字，這都取決實體快閃記憶體顆粒及使用狀態。

當本發明所提到的USB控制器，也可用SD、MMC、PCIE或其他的控制器代替，擁有多個介面功能的結合型控制器也可以替代的。

模式的邏輯設計可以由腳位是否供電的狀態決定，而不是用特定腳位的狀態來決定，一部份腳位的結合狀態或連續狀態可以藉由更改模式的初始化，或是由內部暫存器來控制，例如配置暫存器可以設定該模式。

微控制器、UAS及USB元件，如協定層、通訊介面、DMA、快閃記憶體控制器、執行管理器和其他控制器等，這些元件的功能都可以透過不同的方法實現，這些功能可以經編程後，由CPU或其他處理器執行，或特定的硬體、韌體組合下實踐，這些功能有許多部份是可以被替代後執行的。

資料與指令可以被指令在各式不同的路徑上，例如透過資料埠暫存器、先進先出(FIFO)、或其他緩衝區、CPU暫存器及緩衝區、DMA暫存器及緩衝區和快閃記憶體暫存器及緩衝區，當其他緩衝區被使用時，一部份緩衝區可以跳過或忽略，虛擬或邏輯緩衝區會比實體緩衝區要來得常用。

當主機在一個執行緒中傳送標準USB指令及資料傳輸到USB傳輸器時，使用EUSB可以更省電，其他執行類型或各式型態都可以被定義為特定的目的，那些執行包含快閃記憶體-控制器-請求、快閃記憶體-控制器-回應、開機-載入-請求、開機-載入-回應、控制-程式-請求、控制-程式-回應、快閃記憶體-記憶體-請求、快閃記憶體-記憶體-回應，快閃記憶體-記憶體-請求/ 回應將包含後面所列出的請求/ 回應組線：快閃記憶體辨識、讀取、寫入、清除、後台複製、重置、寫入頁、快取寫入及讀取狀態，對於UAS特定的指令同樣需要開發。

主機可以是個人電腦(PC)、可攜式電子裝置、數位相機、手機、個人數位助理(PDA)或其他電子裝置，而RAM區的各式功能在經過一段時間後仍可以更改的。

各式種類的資料通道及快閃記憶體區塊可以被替代，如4、5、8、16、32、64、128、256位元，或其他寬度的資料通道，巢狀或分段結構的替代通道亦可以由內部或外部微處理器所使用，用在USB快閃記憶體微處理器裡的兩個或多個內部及快閃記憶體通道，因而增加產能，更多複雜的交換核心用來替代內部通道，磁碟陣列(RAID)可以用來處理在通道或快閃記憶體裝置上過多的儲存空間，當結合1KB的USB封包成8KB數量時，其他數據及封包大小是可以被取代的，部份封包可能遠小於最大容量，造成在數據裡有閒置空間，或是數據的大小不固定。

實體層可以透過預先指派的腳位來接收實體訊號，預先指派的腳位可以依據快閃記憶卡上的腳位，指派腳位包含一組兩對的差分序列匯流排：第一對差分序列匯流排中第一腳為+訊號，第二腳為-訊號；及第二對差分序列匯流排中第一腳為+訊號，第二腳為-訊號。

在特定的設計裡，額外的差分序列通道可以增加效能，像是透過增加組線如高速序列差分訊號線。

快閃記憶體儲存晶片或區塊可以由結構區分為多層式儲存(multi-level-logic,MLC)與單層式儲存(single level cells,SLC)，相變記憶體(phase change memory)能如同快閃記憶體一樣被用，在快閃記憶體區塊上有很多不同的方法去進行資料驗證，類似於錯誤修正碼檢查(ECC)，資料重新排序可以調整資料之間的相依性，以避免排序時造成記憶體位址重疊，集線器或切換器像是第19B圖所示的埠倍增器318，可以與其他元件整合在一起，例如智慧型儲存交換器或是一顆獨立運作的晶片，集線器/ 切換器同樣也可以被UAS/USB單晶片快閃記憶體裝置整合，一個單晶片裝置指是各式的封裝晶片或裸片可以同時堆疊，並共享I/O腳位或是共用模組。

本發明的背景知識，包含問題或發明的環境及材料等背景資訊，並不等同於申請人的背景知識，本發明所述的任何方法或執行程序係關於裝置的實施或電腦整合，可以由機器、電腦或是其他裝置執行，執行時必須要有人員與機器的協助，且其所產生的有型的結果，包含透過電腦螢幕、投影機、擴大機裝置或其他媒體裝置等顯示裝置將結果呈現，也包含複製印出，電腦控制及其他機器也是另一個有型的結果；以上所描述的任何優點或益處不一定能應用在本專利所有的具體化設計，並非結構上的限制，且本發明所運用的手段及功能的主張，並不以所描述的結構及呈現的功能，尚包含類似的結構，例如，釘子與螺絲釘是不一樣的結構，但在固定這項手段上卻是有同樣的功能，因此，訊號也許是傳統的電子訊號，但也可能是在光纖裡傳送的光學訊號。

對於本發明前敘的具體實施例設計，係由圖式及文字呈現，但本發明所揭露的詳盡內容，並不應視為本發明之限制，按凡任何熟悉本發明相關領域之人士，依據本發明所揭露之技術內容，可輕易思及之變化或修飾，或利用其他元件或裝置加以實現之等效變化，均應屬不脫離本發明之保護範疇。

10．．．資料管理器

20．．．EUSB儲存裝置

24．．．輸入差分組線

25．．．輸出差分組線

26．．．微控制器

27．．．相位閉鎖迴路

28．．．扇區緩衝區

30、132．．．快閃記憶體

32．．．應用程式

33、62．．．安全單元

34．．．裝置模組

35．．．韌體

36．．．UAS命令執行層

37．．．電力來源

38．．．EUSB連結層

39、249．．．EUSB實體層

40．．．快閃記憶體介面

42．．．EUSB類比前端設備

44．．．串並聯轉換器

46．．．訊框及封包偵測器

47．．．UAS協定傳送/ 接收器

48．．．ECC產生暨檢查器

49．．．批量傳輸接收器

52．．．USB 3.0終端控制器

53．．．USB 2.0終端控制器

54．．．SATA主機控制器

56、104．．．SATA-2實體層

58、158．．．通用型之輸入輸出

60．．．USB接頭

64．．．控制暫存器

66．．．程式記憶體

68．．．序列外設接口控制器

70．．．USB對SATA橋接器

72．．．主控制器

74、114．．．震盪器

76．．．先進先出系統

78．．．USB 3.0實體層

79．．．USB 2.0實體層

100．．．SATA-2控制器

105、304．．．RAID控制器

106．．．快取

110、257．．．匯流排

112．．．中央處理器

120．．．多重快閃記憶體空制器和ECC引擎

130．．．快閃記憶體介面

142．．．SATA控制器

156．．．晶片配置暫存器

220．．．主機電腦

222．．．軟體應用程式

224．．．PCI隨插即用模組

226．．．PCI軟體驅動模組

228、242．．．PCIE傳輸層

232、238．．．PCIE資料連結層

234、236．．．PCIE實體層

246．．．EUSB傳輸層

248．．．EUSB資料連結層

250、310、320．．．主機

251．．．多重非揮發性儲存器裝置

252．．．USB對SATA橋接器

253、280．．．USB控制器

254．．．SATA固態硬碟

255．．．非揮發性儲存器

256．．．USB實實體匯流排

258．．．SATA匯流排

259．．．快閃記憶體匯流排

260、261、268．．．週週邊裝置

262．．．USB介面

270．．．智慧型儲存交交換器

272．．．資料/ 指令切換器

274．．．資料集線器

276．．．指令/ 狀態暫存器

278．．．控制器

282．．．固態硬碟

290．．．高階整合PCIE對EUSB的橋接器

294．．．高階直接橋接轉換器模組

302．．．BOT/UAS切換器

306．．．SATA實體層

300．．．RAID橋接器

314、316．．．裝置

318．．．埠倍增器

900．．．智慧型儲存交換器

902．．．UAS/BOT快閃記憶體裝置

942．．．應用層

944．．．傳輸層

946、964．．．協定層

948、968．．．資料連結層

950．．．USB 30/ 20的插座

952、962．．．實體層

956、966．．．記憶體暫存區

963．．．指令/ 狀態暫存區

965．．．記憶體

972．．．USB插頭

974．．．控制線路

976．．．指令線路

978．．．狀態線路

982．．．資料輸出線路

984．．．資料輸入線路

985．．．指令/狀態排序器

986．．．智慧型功能處理器

988．．．加密器

992．．．直接記憶體存取引擎

994．．．非揮發性儲存器裝置

996．．．UAS/BOT偵測器

第1A圖係一電路原理結構圖；

第1B圖係一關於EUSB接收器支援單模EUSB通訊的結構圖；

第1C圖係指一個USB UAS讀卡機；

第2圖係顯示一個擴充USB裝置連接到一個EUSB主機；

第3圖顯示一個主機透過高階整合PCIE對EUSB橋接器連結到EUSB裝置的結構圖；

第4A圖顯示一個主機使用USB對SATA橋接器來存取一個SATA介面固態硬碟；

第4B圖顯示一個主機使用USB控制器存取一個非揮發性儲存器；

第5圖顯示一個主機使用智慧型儲存交換器來對多重非揮發性儲存器裝置進行存取；

第6圖顯示一個資料管理器對多顆固態硬碟進行存取；

第7圖顯示一個對USB 3.0及USB 2.0模式裝置同時支援UAS及BOT模式的主機；

第8圖顯示多重線路的外圍設備同時支援UAS及BOT模式；

第9圖顯示一種USB對SATA的橋接器；

第10圖顯示一種SATA-2控制器；

第11圖顯示一種RAID SATA系統；

第12圖顯示一種具多個SATA頻道的USB對SATA橋接器；

第13圖顯示一種帶有UAS/BOT切換功能的整合型橋接器；

第14圖強調在BOT模式下，對於一個寫入指令的訊息傳輸流程；

第15圖強調在UAS模式下的訊息傳輸流程；

第16A圖顯示一個使用UAS模式寫入指令流程；

第16B圖顯示一個使用UAS模式讀取指令的流程；

第17圖強調清除指令的資訊；

第18圖強調兩個有同樣位置和資料的指令間之資料依附性；

第19A圖顯示在主機和裝置之間的USB連結所使用的多種通道；

第19B圖顯示在主機和裝置之間的USB連結所使用的多種通道；

第20A圖顯示UAS寫入指令的流程圖；

第20B圖顯示UAS寫入指令的流程圖；

第21A圖顯示裝置處理UAS模式指令的流程圖；

第21B圖顯示一個由裝置執行寫入指令的流程圖；

第21C圖顯示一個由裝置執行讀取指令的流程；

第22圖顯示一個裝置處理UAS讀取指令的流程圖；

第23A圖顯示一連串排序的指令及其資料相依性；

第23B圖顯示一個資料及指令對照示意圖；

第23C圖顯示在記憶體暫存區裡的資料如何對應到指令序列器裡的指令；

第24圖強調整合1 KB的USB封包成8KB的有效數據以便於寫入快閃記憶體；

第25A圖顯示使用UAS及USB協定來傳遞訊息；

第25B圖顯示主機回應裝置的發送資料時序；

第26圖顯示主機操作流程圖；

第27圖顯示裝置操作流程圖；及

第28圖顯示保全性操作流程圖。

900．．．智慧型儲存交換器

902．．．UAS/BOT快閃記憶體裝置

964．．．協定層

968．．．資料連結層

962．．．實體層

966．．．記憶體暫存區

963．．．指令/狀態暫存區

965．．．記憶體

972．．．USB插頭

974．．．控制線路

976．．．指令線路

978．．．狀態線路

982．．．資料輸出線路

984．．．資料輸入線路

985．．．指令/狀態排序器

986．．．智慧型功能處理器

988．．．加密器

992．．．直接記憶體存取引擎

994．．．非揮發性儲存器裝置

996．．．UAS/BOT偵測器

Claims (22)

1. 一種電子式快閃記憶卡，係透過主機電腦被存取，並有能力建立通訊連結，該電子式快閃記憶卡包含：一卡體，作為電路板基座；一建置在卡體上的快閃記憶體裝置，包含用來儲存資料檔案的多重非揮發性儲存器，至少可以被規劃為多種記憶體區塊、多重頁面、多重磁區的記憶體單元，並包含多層式儲存或單層式儲存其中之一的快閃記憶體裝置；一建置於卡體上的輸入/ 輸出介面電路，用來與一主機電腦建立通訊，該輸入/ 輸出介面電腦包含一個通用序列匯流排介面電路並可以使用通用序列匯流排附接小型電腦系統介面協定來傳送資料檔案；及一建置於卡體上的快閃記憶體控制器，並以電路連接該快閃記憶體裝置及輸入/ 輸出介面電路，該快閃記憶體控制器包含：一處理單元，其內具有決定支援何種快閃記憶體裝置的模式；一索引表，用來儲存大量邏輯位置及大量實體位址，使得各該實體位址被指派給相關的邏輯位址，而每一個實體位址對應到該快閃記憶體裝置中的記憶體單元；在資料寫入模式的情況下，當該快閃記憶體控制器啟動該輸入/ 輸出介面電路從該主機電腦接收資料檔案，並儲存資料檔案到該快閃記憶體裝置裡的實體位址的狀態下，該位址關聯邏輯位址，並將來自主機電腦的標準通用序列匯流排/通用序列匯流排附接小型電腦系統介面寫入指令送至快閃記憶體控制器；在資料檢索模式的情況下，在該快閃記憶體控制器收到從主機電腦發出的標準通用序列匯流排/通用序列匯流排附接小型電腦系統介面讀取指令，且其中包含邏輯啟始位置及傳送長度的狀態下，啟動該輸入/輸出介面電路從該快閃記憶體裝置裡的實體位址讀取資料，該位址關聯邏輯位址，將讀取送回至該主機電腦；及在資料重置模式的情況下，即將該快閃記憶體裝置裡的一個或多個的記憶體單元清除資料，在收到標準通用序列匯流排/通用序列匯流排附接小型電腦系統介面寫入指令後，資料重置模式開始初始化，並由該快閃記憶體控制器使用判斷邏輯，對儲存在該快閃記憶體裝置上的資料執行清除的動作；該快閃記憶體控制器尚包含：一實體層，其電氣連接至該輸入/輸出介面電路，透過該輸入/輸出介面電路產生或接收實體訊號；一資料連結層，其電氣連接至該實體層，透過該輸入/輸出介面電路配置資料封包後依序送出；一協定層，其電氣連接至該資料連結層，由該輸入/輸出介面電路接收資料封包，並抽取資料與指令，且由該輸入/輸出介面電路送出資料及狀態訊息；一通用序列匯流排附接小型電腦系統介面偵測器，用來標示為通用序列匯流排附接小型電腦系統介面模式，且藉由判斷該協定層所接收到的指令中的通用序列匯流排附接小型電腦系統介面辨識碼與通用序列匯流排附接小型電腦系統介面操作碼，以決定是否為通用序列匯流排附接小型電腦系統介面模式；一資料輸出線路，其接收從該協定層所收到的資料封包，並儲存由該主機經該輸入/ 輸出介面電路傳送的資料封包；一資料輸入線路，其接收從該協定層所送出的資料封包，並儲存經該輸入/ 輸出介面電路傳送到該主機的資料封包；一指令線路，其接收從該協定層所收到的指令，當標示為通用序列匯流排附接小型電腦系統介面模式的狀態下，在通用序列匯流排附接小型電腦系統介面模式下操作，並儲存由該主機經該輸入/ 輸出介面電路傳送的指令；及一狀態線路，其接收從該協定層所送出的狀態訊息，當標示為通用序列匯流排附接小型電腦系統介面模式，在通用序列匯流排附接小型電腦系統介面模式下操作，並儲存經該輸入/ 輸出介面電路傳送到該主機的狀態訊息。
2. 一種具有通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面及批量傳輸作用的快閃記憶卡，包含：一通用序列匯流排連接器，可以連接到一主機；一實體層，其電氣連接至通用序列匯流排連接器，透過該通用序列匯流排連接器產生或接收實體訊號；一資料連結層，其電氣連接至該實體層，透過該通用序列匯流排連接器配置資料封包後依序送出；一協定層，其電氣連接至該資料連結層，由該通用序列匯流排連接器接收資料封包，並抽取資料與指令，且由該通用序列匯流排連接器送出資料及狀態訊息；一通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面/批量傳輸偵測器，用來標示為通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式，且藉由判斷該協定層所接收到的指令中的通用序列匯流排附接小型電腦系統介面辨識碼與通用序列匯流排附接小型電腦系統介面操作碼，以決定是否為通用序列匯流排附接小型電腦系統介面模式；一資料輸出線路，其接收從該協定層所收到的資料封包，並儲存由該主機經該通用序列匯流排連接器傳送的資料封包；一資料輸入線路，其接收從該協定層所送出的資料封包，並儲存經該通用序列匯流排連接器傳送到該主機的資料封包；一指令線路，其接收從該協定層所收到的指令，當標示為通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式的狀態下，在通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式下操作，並儲存由該主機透過該通用序列匯流排連接器傳送的指令；一狀態線路，其接收從該協定層所送出的狀態訊息，當標示為通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式的狀態下，在通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式下操作，並儲存經該通用序列匯流排連接器傳送到該主機的狀態訊息；在通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式未被標示，且該通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面/批量傳輸快閃記憶體裝置的操作為批量傳輸模式的情況下，資料輸出線路便會用來儲存指令；在通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式未被標示，且該通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面/批量傳輸快閃記憶體裝置的操作為批量傳輸模式的情況下，資料輸入線路便會用來儲存狀態訊息；在通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式被標示的情況下，指令是儲存在該指令線路中；而在通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面未被標示的情況下，指令是儲存在該資料輸出線路中。
3. 如請求項2所述之快閃記憶卡，更包含：一智慧型儲存交換器，對一多重非揮發性儲存器裝置進行儲存資料，在該智慧型儲存交換器接收到儲存於資料輸入線路的資料封包的情況下，其會對該多重非揮發性儲存器裝置進行寫入，且回應寫入指令，在該智慧型儲存交換器從該多重非揮發性儲存器裝置讀取資料的情況下，其會將資料封包透過資料輸出線路送出，且回應讀取指令。
4. 如請求項3所述之快閃記憶卡，更包含：一記憶體暫存區，其電氣連接至該智慧型儲存交換器、資料輸入線路及資料輸出線路，該記憶體暫存區對於資料封包提供緩衝區以及向該智慧型儲存交換器傳送資料。
5. 如請求項4所述之快閃記憶卡，其中資料封包從該資料輸出線路寫入到該記憶體暫存區，並結合成資料數據後送至該智慧型儲存交換器；在該記憶體暫存區收到來自於該智慧型儲存交換器的資料數據的情況下，把資料封包寫入該資料輸入線路；資料數據的最大容量至少是資料封包最大容量的8倍；及該智慧型儲存交換器可以輸入及輸出大量的資料數據。
6. 如請求項5所述之快閃記憶卡，更包含：一控制線路，其電氣連接至該協定層，並儲存從該主機透過該通用序列匯流排連接器發送的控制訊息，並對該智慧型儲存交換器送出控制訊息。
7. 如請求項5所述之快閃記憶卡，更包含：一指令/ 狀態暫存區，係設在一記憶體中，且能提供一記憶體暫存作用，係儲存從該指令線路來的指令以及從該狀態線路來的狀態，且暫存在該指令/ 狀態暫存區的指令與狀態訊息會傳送到智慧型儲存交換器。
8. 如請求項5所述之快閃記憶卡，更包含：一加密/ 解密器，位於智慧型儲存交換器中，在傳輸到記憶體暫存區前，且資料要寫入該多重非揮發性儲存器裝置時進行資料加密，而當資料從該多重非揮發性儲存器裝置讀取時進行解密。
9. 如請求項5所述之快閃記憶卡，其中儲存在指令線路裡的指令包含邏輯磁區位址以及資料傳輸長度，智慧型儲存交換器送出修正邏輯磁區位址到該多重非揮發性儲存器裝置，而該修正邏輯磁區位址即為智慧型儲存交換器重新映射後的啟始邏輯磁區位址。
10. 如請求項9所述之快閃記憶卡，更包含：一指令/狀態排序器，係間接電氣連接至協定層，且儲存由該主機透過該通用序列匯流排連接器發送的指令，並儲存啟始邏輯磁區位址以及資料傳送長度。
11. 如請求項5所述之快閃記憶卡，其中當該主機為通用序列匯流排2.0版本，不支援通用序列匯流排3.0版本時，該通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面/批量傳輸偵測器標示為批量傳輸模式。
12. 如請求項5所述之快閃記憶卡，其中當該多重非揮發性儲存器裝置使用一序列進階技術附接匯流排連接到該智慧型儲存交換器時，稱該多重非揮發性儲存器裝置為序列進階技術附接多重非揮發性儲存器裝置。
13. 如請求項5所述之快閃記憶卡，其中該多重非揮發性儲存器裝置被多重頻道分配，並可同時被該智慧型儲存交換器存取。
14. 如請求項5所述之快閃記憶卡，其中資料數據是以磁碟陣列配置的方式存取在該多重非揮發性儲存器裝置中，而該智慧型儲存交換器包含一磁碟陣列控制器，以便於分配資料到該多重非揮發性儲存器裝置中。
15. 一種電子式快閃記憶交換卡，包含：一通用序列匯流排連接器，係與一主機相電氣連接；一實體層，係電氣連接至該通用序列匯流排連接器，並透過該通用序列匯流排連接器產生或接收實體訊號；一資料連結層，係電氣連接至該實體層，並透過該通用序列匯流排連接器配置資料封包後依序送出；一協定層，係電氣連接至該資料連結層，且接收由該通用序列匯流排連接器收到的資料封包，並抽取資料與指令，且透過該通用序列匯流排連接器送出資料及狀態訊息；一通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面/批量傳輸偵測器，係藉由該協定層所接收到的指令中的通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面辨識碼與通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面操作碼以判斷是否為通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式；一資料輸出線路，係電氣連接至該協定層，且接收由該協定層所收到的資料封包，並儲存由該主機透過該通用序列匯流排連接器所傳送的資料封包；一資料輸入線路，係電氣連接至該協定層，且接收由該協定層所送出的資料封包，並儲存經該通用序列匯流排連接器傳送到該主機的資料封包；一指令線路，係電氣連接至該協定層，且結合從該協定層所收到的指令，當標示為通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式的狀態下，在通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式下操作，並儲存由該主機透過該通用序列匯流排連接器傳送的指令；一狀態線路，係電氣連接至該協定層，且結合從該協定層所送出的狀態訊息，當標示為通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式的狀態下，該狀態線路會儲存經該通用序列匯流排連接器傳送到該主機的狀態訊息；當通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式未被標示的狀態下，該通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面/批量傳輸快閃記憶體裝置的操作便為批量傳輸模式，該資料輸出線路便會用來儲存指令；當通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式未被標示的狀態下，且該通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面/批量傳輸快閃記憶體裝置的操作為批量傳輸模式時，該資料輸入線路便會用來儲存狀態訊息；當通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式被標示的狀態下，指令是儲存在該指令線路中；而當通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面未被標示的狀態下，指令是儲存在該資料輸出線路中；一智慧型儲存交換器，係控制儲存資料的一多重非揮發性儲存器裝置，該智慧型儲存交換器在接收到儲存於該資料輸入線路的資料封包時，對該多重非揮發性儲存器裝置進行寫入，並回應寫入指令，該智慧型儲存交換器自該多重非揮發性儲存器裝置讀取資料時，會透過該資料輸出線路送出資料封包，以回應讀取指令；及當通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式被標示的狀態下，指令是儲存在該指令線路功能中；而當通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面未被標示的狀態下，指令是儲存在該資料輸出線路中。
16. 如請求項15所述之電子式快閃記憶交換卡，尚包含：一記憶體，係電氣連接至該智慧型儲存交換器、資料輸入線路和資料輸出線路，其內設有一記憶體暫存區，該記憶體暫存區的作用係對資料封包提供緩衝區，及對該智慧型儲存交換器傳送資料。
17. 如請求項16所述之電子式快閃記憶交換卡，其中該記憶體暫存區具有一合併功能，且將該資料輸出線路所讀取到的資料封包，合併成資料數據，再傳送至該智慧型儲存交換器；在該記憶體暫存區接收到該智慧型儲存交換器的資料數據時，將資料封包寫入該資料輸入線路；資料數據的最大容量至少是資料封包最大容量的8倍；及該智慧型儲存交換器的功能能輸入及輸出大量的資料數據。
18. 如請求項15所述之電子式快閃記憶交換卡，尚包含：一雙模式快閃記憶體橋接器，包含：一主機匯流排，可連接到主機，並使用主機通道協定；一訊框及封包偵測器，係將資料訊框化後，透過該主機匯流排傳送，以及偵測透過該主機匯流排所收到的資料封包的訊框；一個錯誤檢查糾正產生暨檢查器，係產生檢查碼並加入至資料封包後，將資料封包透過該主機匯流排傳送，以及確認透過該主機匯流排所收到的資料封包的檢查碼是否相符；一個批量傳輸收發器，係使用主機匯流排協定裡的批量傳輸模式，並透過該主機匯流排來接收及產生資料封包；在批量傳輸模式下，且前一個指令在該主機匯流排裡未處理完畢的狀態下，下一個指令透過該主機匯流排送出時會產生延遲，因為在批量傳輸模式下，指令的順序是緊密的；一通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面收發器，係使用主機通道協定裡的通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式，並透過該主機匯流排以接收或產生資料封包；在通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式下，且前一個指令在該主機匯流排裡已發送完畢的狀態下，下一個指令透過該主機匯流排送出時則不會產生延遲，因為在通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式下，指令的順序是可調整的；一資料輸出線路，在批量傳輸模式下，係透過該主機匯流排接收及儲存從該批量傳輸收發器送出的資料封包及指令，在通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式下，係透過該主機匯流排，接收及儲存從該通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面收發器送出的資料封包及指令；一資料輸入線路，在批量傳輸模式下，係透過該主機匯流排儲存資料封包及指令，並將資料封包及指令傳送至該批量傳輸收發器，在通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式下，係透過該主機匯流排儲存資料封包及指令，並將資料封包及指令傳送至該通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面收發器；一指令線路，在通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式下，係透過該主機匯流排接收來自該通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面收發器的指令並儲存；一狀態線路，在通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式下，係儲存狀態，並透過主機通道傳送狀態到該通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面收發器；一快閃記憶體介面，將一快閃記憶體中的資料儲存到一非揮發性儲存器中，以在斷電後仍能保存資料；及一快閃記憶體控制器，結合該快閃記憶體、該資料輸出線路、該資料輸入線路、該指令線路及該狀態線路，以發送資料到該快閃記憶體儲存。
19. 如請求項15所述之電子式快閃記憶交換卡，其中該實體層能透過預先指派的腳位，以接收實體訊號，且預先指派的腳位係依據該電子式快閃記憶交換卡上的腳位，指派腳位包含一組兩對差分序列通道，包含：一第一對差分序列通道，其中第一腳為+訊號，第二腳為-訊號；及一第二對差分序列通道，其中第一腳為+訊號，第二腳為-訊號。
20. 一種具通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面和批量傳輸作用的主機，包含：一通用序列匯流排連接器，係與一快閃記憶卡相電氣連接；一實體層，係電氣連接至該通用序列匯流排連接器，並透過該通用序列匯流排連接器產生或接收實體訊號；一資料連結層，係電氣連接至該實體層，並透過該通用序列匯流排連接器配置資料封包後依序送出；一協定層，係電氣連接至該資料連結層，且接收由該通用序列匯流排連接器收到的資料封包，並抽取資料與指令，且透過該通用序列匯流排連接器送出資料及狀態訊息；一通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面/批量傳輸偵測器，係藉由該協定層所接收到的指令中的通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面辨識碼與通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面操作碼以判斷是否為通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式；一資料輸入線路，係電氣連接至該協定層，且接收由該協定層所收到的資料封包，並儲存由該快閃記憶卡透過該通用序列匯流排連接器所傳送的資料封包；一資料輸出線路，係電氣連接至該協定層，且接收由該協定層所送出的資料封包，並儲存經該通用序列匯流排連接器傳送到該快閃記憶卡的資料封包；一指令線路，係電氣連接至該協定層，且結合從該協定層所收到的指令，當標示為通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式的狀態下，在通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式下操作，並儲存由該主機透過該通用序列匯流排連接器傳送的指令；一狀態線路，係電氣連接至該協定層，且結合從該協定層所送出的狀態訊息，當標示為通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式的狀態下，該狀態線路會經該通用序列匯流排連接器接收來自該快閃記憶卡的狀態訊息；當通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式未被標示的狀態下，該快閃記憶卡的操作便為批量傳輸模式，該資料輸出線路會用來儲存指令；當通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式未被標示的狀態下，該快閃記憶卡的操作便為批量傳輸模式，該資料輸入線路便會用來儲存狀態訊息；及當通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式被標示的狀態下，指令是儲存在該指令線路中；而當通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面未被標示的狀態下，指令是儲存在該資料輸出線路中。
21. 一種具有通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面的主機，包含：一通用序列匯流排連接器，係與一快閃記憶卡相電氣連接；一實體層，係電氣連接至該通用序列匯流排連接器，並透過該通用序列匯流排連接器產生或接收實體訊號；一資料連結層，係電氣連接至該實體層，並透過該通用序列匯流排連接器配置資料封包後依序送出；一協定層，係電氣連接至該資料連結層，且接收由該通用序列匯流排連接器收到的資料封包，並抽取資料與指令，且透過該通用序列匯流排連接器送出資料及狀態訊息；一通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面偵測器，用來標示為通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式，於指令中產生通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面辨識碼與通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面操作碼，並透過該協定層傳送；一資料輸入線路，係電氣連接至該協定層，且接收由該協定層所收到的資料封包，並儲存由該快閃記憶卡經該通用序列匯流排連接器傳送的資料封包；一資料輸出線路，係電氣連接至該協定層，且接收由該協定層所送出的資料封包，並儲存經該通用序列匯流排連接器傳送到該快閃記憶卡的資料封包；一指令線路，係電氣連接至該協定層，且結合從該協定層所收到的指令，當標示為通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式的狀態下，在通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式下操作，並儲存由該主機透過該通用序列匯流排連接器傳送的指令；一狀態線路，係電氣連接至該協定層，且結合從該協定層所送出的狀態訊息，當標示為通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式的狀態下，該狀態線路會儲存經該通用序列匯流排連接器接收來自該快閃記憶卡的狀態訊息；當通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式未被標示的狀態下，該資料輸出線路便會用來儲存指令；當通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式未被標示的狀態下，該資料輸入線路便會用來儲存狀態訊息；及當通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面模式被標示的狀態下，指令是儲存在該指令線路中。
22. 一種具通用序列匯流排及通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面的讀卡系統，包含：一具通用序列匯流排及通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面的主機電腦，係與另一主機電腦相電氣連接；一具通用序列匯流排及通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面的讀卡機，係與該具通用序列匯流排及通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面的主機電腦及一讀卡機介面匯流排相電氣連接；該具通用序列匯流排及通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面的主機電腦係與一組兩對差分序列通道相電氣連接，包含：一第一對差分序列通道，其中第一腳為+訊號，第二腳為-訊號；及一第二對差分序列通道，其中第一腳為+訊號，第二腳為-訊號；該讀卡機介面匯流排係使用一或多個快閃記憶卡；該具通用序列匯流排及通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面的讀卡機包含：一中央處理單元，用來執行控制該具通用序列匯流排及通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面的讀卡機的程序；一中央處理單元匯流排，由該中央處理單元控制；一記憶體，其內具有一記憶體暫存區，用以對該具通用序列匯流排及通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面的讀卡機中的快閃資料提供緩衝區及儲存資料；一快閃記憶卡控制器，控制含有快閃記憶體的快閃記憶卡，以儲存快閃資料，並有一從屬埠與該中央處理單元匯流排相電氣連接，用以接收該中央處理單元的指令，並有一個主控埠與一快閃記憶體序列緩衝區匯流排相電氣連接，用來傳送快閃記憶體資料給該記憶體暫存區；一序列連結，係電氣連接至該具通用序列匯流排及通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面的讀卡機及該具通用序列匯流排及通用序列匯流排連接器附接小型電腦系統介面的主機電腦，一序列引擎，透過該序列連結，序列地傳送和接收快閃記憶體資料，該序列引擎有一個從屬埠結合通道，用來接收該中央處理單元的指令；並有一個主控埠電氣連接至該快閃記憶體序列緩衝區匯流排，用來傳送快閃記憶體資料至該記憶體暫存區；及該快閃記憶體序列緩衝區匯流排係經由該中央處理單元匯流排傳輸快閃記憶體資料及指令至該快閃記憶卡控制器及該序列引擎。