TWI708250B

TWI708250B - 控制閃存卡存取的電腦程式產品及方法及裝置

Info

Publication number: TWI708250B
Application number: TW109109902A
Authority: TW
Inventors: 張竣傑; 黃興郎
Original assignee: 慧榮科技股份有限公司
Priority date: 2020-03-25
Filing date: 2020-03-25
Publication date: 2020-10-21
Also published as: TW202137219A

Abstract

本發明涉及一種控制閃存卡存取的方法，由橋接積體電路的處理單元執行，包含：從主機端接收主機讀取或寫入命令後，通過溫度監控積體電路判斷母板的溫度是否超過閥值；當母板的溫度超過閥值時，請求閃存卡進入休眠狀態；以及當母板的溫度不超過閥值時，指示閃存卡執行相應於主機讀取或寫入命令的操作。橋接積體電路和溫度監控積體電路設置在母板上，閃存卡插入母板上的卡槽，以及橋接積體電路通過母板中的電路耦接溫度監控積體電路和閃存卡。

Description

控制閃存卡存取的電腦程式產品及方法及裝置

本發明涉及儲存裝置，尤指一種控制閃存卡存取的電腦程式產品及方法及裝置。

通用序列匯流排（Universal Serial Bus，USB）記憶碟是一種資料儲存裝置，包含整合了USB介面的閃存，通常是可卸載、可重複寫入，而且很小。儲存容量可以從16千兆位元組（Gigabytes，GB）到1兆兆位元組（Terabytes，TB）不等。USB記憶碟通常用來做電腦檔案的儲存、資料備份等。然而，隨著閃存的資料存取速度提升，USB記憶碟的溫度可能高於可容許的操作範圍，造成讀取或寫入命令在執行時發生不可預期的錯誤。因此，本發明提出一種控制閃存卡存取的電腦程式產品及方法及裝置，用於解決如上所述的問題。

有鑑於此，如何減輕或消除上述相關領域的缺失，實為有待解決的問題。

本說明書涉及一種電腦程式產品，用於控制閃存卡存取，包含由橋接積體電路的處理單元載入並執行的程式碼：從主機端接收主機讀取或寫入命令後，通過溫度監控積體電路判斷母板的溫度是否超過閥值；當母板的溫度超過閥值時，請求閃存卡進入休眠狀態；以及當母板的溫度不超過閥值時，指示閃存卡執行相應於主機讀取或寫入命令的操作。

本說明書另涉及一種控制閃存卡存取的方法，由橋接積體電路的處理單元執行，包含：從主機端接收主機讀取或寫入命令後，通過溫度監控積體電路判斷母板的溫度是否超過閥值；當母板的溫度超過閥值時，請求閃存卡進入休眠狀態；以及當母板的溫度不超過閥值時，指示閃存卡執行相應於主機讀取或寫入命令的操作。

本說明書更另涉及一種控制閃存卡存取的裝置，包含：主機介面，耦接主機端；裝置介面，耦接閃存卡；輸入輸出介面，耦接溫度控制積體電路；以及處理單元，耦接主機介面、裝置介面和輸入輸出介面。處理單元通過主機介面從主機端接收主機讀取或寫入命令後，通過輸入輸出介面判斷溫度監控積體電路是否偵測到母板的溫度超過閥值；當母板的溫度超過閥值時，通過裝置介面請求閃存卡進入休眠狀態；以及當母板的溫度不超過閥值時，通過裝置介面指示閃存卡執行相應於主機讀取或寫入命令的操作。

橋接積體電路和溫度監控積體電路設置在母板上，閃存卡插入母板上的卡槽，以及橋接積體電路通過母板中的電路耦接溫度監控積體電路和閃存卡。

上述實施例的優點之一，通過如上所述的溫度監控積體電路的設置以及相關於溫度偵測與反應的步驟或操作的執行，可避免NAND閃存卡因溫度過高而失效。

本發明的其他優點將搭配以下的說明和圖式進行更詳細的解說。

以下說明為完成發明的較佳實現方式，其目的在於描述本發明的基本精神，但並不用以限定本發明。實際的發明內容必須參考之後的權利要求範圍。

必須了解的是，使用於本說明書中的“包含”、“包括”等詞，用以表示存在特定的技術特徵、數值、方法步驟、作業處理、元件以及/或組件，但並不排除可加上更多的技術特徵、數值、方法步驟、作業處理、元件、組件，或以上的任意組合。

於權利要求中使用如“第一”、“第二”、“第三”等詞是用來修飾權利要求中的元件，並非用來表示之間具有優先順序，前置關係，或者是一個元件先於另一個元件，或者是執行方法步驟時的時間先後順序，僅用來區別具有相同名字的元件。

必須了解的是，當元件描述為“連接”或“耦接”至另一元件時，可以是直接連結、或耦接至其他元件，可能出現中間元件。相反地，當元件描述為“直接連接”或“直接耦接”至另一元件時，其中不存在任何中間元件。使用來描述元件之間關係的其他語詞也可類似方式解讀，例如“介於”相對於“直接介於”，或者是“鄰接”相對於“直接鄰接”等等。

參考圖1。使用者將通用序列匯流排（Universal Serial Bus，USB）記憶碟（USB Memory Drive）130插入電腦主機110的USB埠115後，可從電腦主機110中的儲存裝置備份資料到USB記憶碟130，複製USB記憶碟130中的資料到電腦主機110中的儲存裝置，或者執行其他資料存取操作。USB記憶碟130包含大容量的NAND閃存卡，可以從16千兆位元組（Gigabytes，GB）到1兆兆位元組（Terabytes，TB）不等。隨著存取速度的提升，NAND閃存卡在資料存取時容易發熱。然而，為了攜帶方便， USB記憶碟130會被製造到盡可能小而造成散熱不易，造成NAND閃存卡會因為溫度過高而讓資料存取發生不可預期的錯誤，甚至讓NAND閃存卡失效。NAND閃存卡失效可能會讓電腦主機110在資料存取的過程中因得不到USB記憶碟130的回應而誤以為USB記憶碟130毀損。雖然本發明實施例描述USB介面連接上電腦主機110作為示例，所屬技術領域人員也可以應用到使用其他介面連接上電腦主機110的記憶碟，例如IEEE1394等，本發明並不因此侷限。於另一些實施例中，所屬技術領域人員可將電腦主機110替代地實施為筆記型電腦（Laptop PC）、平板電腦、手機、數位相機、數位攝影機等電子產品，本發明並不因此侷限。

為解決如上所述的問題，本發明實施例在USB記憶碟130中加上溫度監控積體電路（Integrate Circuit，IC），用於偵測USB記憶碟130在資料存取時的溫度，並且在溫度超過閥值時執行避免NAND閃存卡失效的操作。詳細來說，參考圖2A。USB記憶碟130包含USB連接器210和母板230，母板230的一端連接USB連接器210。母板230的一面上設置橋接積體電路（Bridge IC）250，橋接IC 250通過母板230中的電路耦接USB連接器210。參考圖2B，母板230的另一面上設置溫度監控IC 290和卡槽260，溫度監控IC 290通過母板230中的電路耦接橋接IC 250，而閃存卡270可被放置入卡槽260中並通過母板230中的電路耦接橋接IC 250。閃存卡270包含閃存控制器280和閃存模組。通常，母板230的尺寸小於3公分乘2公分時會發生散熱不易的情形。

參考圖3。電腦主機（以下簡稱主機端）110包含中央處理器330，而USB記憶碟（以下簡稱記憶碟）130包含橋接IC 250。記憶碟130另包含溫度監控IC 290，而閃存卡270包含閃存控制器280及閃存模組310。從一方面來說，橋接IC 250扮演中央處理器330的裝置端角色，可通過USB通訊協定和中央處理器330溝通。從另一方面來說，橋接IC 250扮演閃存卡270的主機端角色，可通過快速周邊元件互聯（peripheral component interconnect express，PCI-E）、通用快閃記憶儲存（Universal Flash Storage UFS）、快速非揮發記憶體（Non-Volatile Memory Express NVMe）、嵌入式多媒體卡（Embedded Multi-Media Card eMMC）等通訊協定和閃存控制器280溝通。閃存控制器280和閃存模組310可以雙倍資料率（Double Data Rate DDR）通訊協定彼此溝通，例如，開放NAND快閃（Open NAND Flash Interface ONFI）、雙倍資料率開關（DDR Toggle）或其他通訊協定。中央處理器330可使用多種方式實施，如使用通用硬體（例如，單一處理器、具平行處理能力的多處理器、圖形處理器或其他具運算能力的處理器），並且在執行軟體以及/或韌體指令時，提供之後描述的功能。

橋接IC 250可通過積體電路間匯流排（Inter-Integrated Circuit，I2C Bus）和通用輸入輸出接腳（General-Purpose Input/Output，GPIO Pin）連接溫度監控IC 290。橋接IC 250可提供時鐘訊號CLK給溫度監控IC 290，用來啟動溫度監控IC 290。橋接IC 250可通過I2C匯流排的資料線DATA來將閥值設定到溫度監控IC 290中的寄存器。溫度監控IC 290會不斷感測母板230中特定位置的溫度，並且在感測到溫度超過寄存器中設定的閥值時，通過GPIO接腳發出警告訊號（ALERT）給橋接IC 250，使得橋接IC 250可據以執行避免NAND閃存卡失效的操作。

參考圖4。橋接IC 250包含處理單元430、隨機存取記憶體（Random Access Memory，RAM）450、主機介面470、裝置介面480、輸入輸出介面490，並且這些元件430、450、470、480和490以匯流排架構（Bus Architecture）410彼此耦接。匯流排架構410用於讓元件430、450、470、480和490之間能夠傳遞資料、位址、控制訊號等。處理單元430可使用多種方式實施，如使用通用硬體（例如，單一處理器、具平行處理能力的多處理器、圖形處理器或其他具運算能力的處理器），並且在執行軟體以及/或韌體指令時，提供之後描述的功能。處理單元430通過主機介面470從主機端110接收主機命令，例如讀取命令（Read Command）、寫入命令（Write Command）、抹除命令（Erase Command）等，排程並執行這些命令。RAM 450可實施為動態隨機存取記憶體（Dynamic Random Access Memory，DRAM）、靜態隨機存取記憶體（Static Random Access Memory，SRAM）或上述兩者的結合，用於配置空間作為資料緩衝區，儲存從主機端110讀取並即將寫入閃存卡270的使用者資料（也可稱為主機資料），以及從閃存卡270讀取並即將輸出給主機端110的使用者資料。RAM 450另可儲存執行過程中需要的資料，例如，變數、資料表等。

閃存模組310提供大量的儲存空間，通常是數百個GB，甚至是數個TB，用於儲存大量的使用者資料，例如高解析度圖片、影片等。閃存模組310中包含控制電路以及記憶體陣列，記憶體陣列中的記憶單元可包含單層式單元（Single Level Cells，SLCs）、多層式單元（Multiple Level Cells，MLCs）三層式單元（Triple Level Cells，TLCs）、四層式單元（Quad-Level Cells，QLCs）或上述的任意組合。處理單元430通過裝置介面480與閃存控制器280溝通，用於寫入指定邏輯位置的使用者資料，以及讀取指定邏輯位置的使用者資料，邏輯位置可以邏輯區塊位址（Logical Block Address，LBA）表示。

輸入輸出介面490包含如上所述的I2C匯流排和GPIO接腳。處理單元430通過輸入輸出介面490設定閥值到溫度監控IC 290，以及從溫度監控IC 290接收警告訊號，其指出目前母板230的溫度已經超過閥值。處理單元430可在主機端110初始化記憶碟130時設定閥值到溫度監控IC 290，且閥值可設為攝氏70度到90度之間的任意數值。

搭配溫度監控IC 290的設置，本發明實施例提出一種控制閃存卡存取的方法，由處理單元430載入和執行相關韌體或軟體指令時實施。參考圖5，詳細步驟說明如下：

步驟S510：通過主機介面470從主機端110接收讀取或寫入命令（也可稱為主機讀取或寫入命令）。

由於一個主機讀取或寫入命令可指示讀取或寫入一段長的使用者資料，因此實施例所述的方法可將整個主機讀取或寫入命令的執行依據LBA區段分成數個批次，並且於執行前或者每個批次執行完後進行母板230的溫度監控。例如，可將LBA#100到LBA#399的資料讀取命令分成三個批次執行，第一批次執行LBA#100到LBA#199的資料讀取操作，第二批次執行LBA#200到LBA#299的資料讀取操作，而第三批次執行LBA#300到LBA#399的資料讀取操作。

步驟S520：判斷母板230的溫度是否超過閥值。如果是，則進行步驟S550的處理。否則，進行步驟S530的處理。處理單元430可通過輸入輸出介面490的指定GPIO腳位判斷溫度監控IC 290是否發出警告訊號，一但偵測到警告訊號，則代表母板230的溫度已經超過閥值。

步驟S530：執行一段LBA區間的主機讀取或寫入命令。處理單元430可通過裝置介面480發出相應於這段LBA區間的主機讀取或寫入命令的一系列指令，指示閃存控制器280執行特定操作。針對一段LBA區間的資料讀取，處理單元430可通過裝置介面480發出此段LBA區間的讀取指令給閃存控制器280，用於從閃存卡270讀取此段LBA區間的使用者資料；暫存讀取的使用者資料在RAM 450；並且回覆此段LBA區間的使用者資料給主機端110。針對一段LBA區間的資料寫入，處理單元430可通過主機介面470從主機端110取得欲寫入的此LBA區間的使用者資料；暫存取得的使用者資料在RAM 450；通過裝置介面480發出此段LBA區間的寫入指令給閃存控制器280，用於將此段LBA區間的使用者資料寫入閃存卡270；並且通過主機介面470回覆寫入完成的訊息給主機端110。

步驟S540：判斷是否完成主機讀取或寫入命令。如果是，則結束整個流程。否則，進行步驟S520的處理。

步驟S550：請求閃存卡270進入休眠狀態。例如，處理單元430可通過裝置介面480發出指令給閃存控制器280，請求讓閃存卡270進入UFS定義的冬眠狀態（Hibernate State）。當閃存卡270進入冬眠狀態時，橋接IC 250和閃存控制器280之間以及閃存控制器280和閃存模組310之間會少有訊息交換，並且閃存控制器280和閃存模組310中的元件也幾乎不工作，使得母板230的溫度可以下降。

當閃存卡270進入休眠狀態後，實施例所述的方法可每隔一段時間就檢查母板230的溫度是否降到閥值以下，一旦母板230的溫度降到閥值以下，則繼續未完成的資料讀取或寫入操作。

步驟S560：經過一段等待時間。處理單元430可設定計數器來計數一段時間。當計數器到達此段時間時，發出訊號通知處理單元430。

步驟S570：判斷母板230的溫度是否超過閥值。如果是，則進行步驟S560的處理。否則，進行步驟S580的處理。處理單元430可通過輸入輸出介面490的指定GPIO腳位判斷溫度監控IC 290是否發出警告訊號，一但偵測到警告訊號，則代表母板230的溫度依然超過閥值。

步驟S580：請求將閃存卡270從休眠狀態中喚醒，用於繼續未完成的主機讀取或寫入命令的執行。例如，處理單元430可通過裝置介面480發出指令給閃存控制器280，請求讓閃存卡270從冬眠狀態中喚醒。

本發明所述的方法中的全部或部分步驟可以計算機指令實現，例如特定硬體的驅動程式等。此外，也可實現於其他類型程式。所屬技術領域人員可將本發明實施例的方法撰寫成計算機指令，為求簡潔不再加以描述。依據本發明實施例方法實施的計算機指令可儲存於適當的電腦可讀取媒體，例如DVD、CD-ROM、USB碟、硬碟，亦可置於可通過網路（例如，網際網路，或其他適當載具）存取的網路伺服器。

雖然圖2、3中包含了以上描述的元件，但不排除在不違反發明的精神下，使用更多其他的附加元件，已達成更佳的技術效果。此外，雖然圖5的流程圖採用指定的順序來執行，但是在不違反發明精神的情況下，熟習此技藝人士可以在達到相同效果的前提下，修改這些步驟間的順序，所以，本發明並不侷限於僅使用如上所述的順序。此外，熟習此技藝人士亦可以將若干步驟整合為一個步驟，或者是除了這些步驟外，循序或平行地執行更多步驟，本發明亦不因此而侷限。

雖然本發明使用以上實施例進行說明，但需要注意的是，這些描述並非用以限縮本發明。相反地，此發明涵蓋了熟習此技藝人士顯而易見的修改與相似設置。所以，申請權利要求範圍須以最寬廣的方式解釋來包含所有顯而易見的修改與相似設置。

110:電腦主機 115:USB埠 130:USB記憶碟 210:USB連接器 230:母板 250:橋接IC 270:閃存卡 280:閃存控制器 290:溫度監控IC 310:閃存模組 330:處理單元 410:匯流排架構 430:處理單元 450:RAM 470:主機介面 480:裝置介面 490:輸入輸出介面 S510~S580:方法步驟

圖1為依據本發明實施例的通用序列匯流排記憶碟的使用示意圖。

圖2A、2B為依據本發明實施例的通用序列匯流排記憶碟的外觀示意圖。

圖3為依據本發明實施例的主機端和通用序列匯流排記憶碟的方塊圖。

圖4為依據本發明實施例的橋接積體電路和外部元件的方塊圖。

圖5為依據本發明實施例的控制閃存卡存取的方法流程圖。

S510~S580:方法步驟

Claims

一種電腦程式產品，用於控制閃存卡存取，包含由一橋接積體電路的一處理單元載入並執行的程式碼：從一主機端接收一主機讀取或寫入命令後，通過一溫度監控積體電路判斷一母板的一溫度是否超過一閥值；當上述母板的上述溫度超過上述閥值時，請求一閃存卡進入一休眠狀態；以及當上述母板的上述溫度不超過上述閥值時，指示上述閃存卡執行相應於上述主機讀取或寫入命令的操作，其中，上述橋接積體電路和上述溫度監控積體電路設置在上述母板上，上述閃存卡插入上述母板上的一卡槽，以及上述橋接積體電路通過上述母板中的電路耦接上述溫度監控積體電路和上述閃存卡。
一種控制閃存卡存取的方法，由一橋接積體電路的一處理單元執行，包含：從一主機端接收一主機讀取或寫入命令後，通過一溫度監控積體電路判斷一母板的一溫度是否超過一閥值；當上述母板的上述溫度超過上述閥值時，請求一閃存卡進入一休眠狀態；以及當上述母板的上述溫度不超過上述閥值時，指示上述閃存卡執行相應於上述主機讀取或寫入命令的操作，其中，上述橋接積體電路和上述溫度監控積體電路設置在上述母板上，上述閃存卡插入上述母板上的一卡槽，以及上述橋接積體電路通過上述母板中的電路耦接上述溫度監控積體電路和上述閃存卡。
如請求項2所述的控制閃存卡存取的方法，包含：當上述閃存卡進入上述休眠狀態後，週期性通過上述溫度監控積體電路判斷上述母板的上述溫度是否超過上述閥值；以及當上述母板的上述溫度不超過上述閥值時，請求上述閃存卡從上述休眠狀態中喚醒，用於繼續未完成的上述主機讀取或寫入命令的執行。
一種控制閃存卡存取的裝置，包含：一主機介面，耦接一主機端；一裝置介面，耦接一閃存卡；一輸入輸出介面，耦接一溫度控制積體電路；以及一處理單元，耦接上述主機介面、上述裝置介面和上述輸入輸出介面，用於通過上述主機介面從上述主機端接收一主機讀取或寫入命令後，通過上述輸入輸出介面判斷上述溫度監控積體電路是否偵測到一母板的一溫度超過一閥值；當上述母板的上述溫度超過上述閥值時，通過上述裝置介面請求上述閃存卡進入一休眠狀態；以及當上述母板的上述溫度不超過上述閥值時，通過上述裝置介面指示上述閃存卡執行相應於上述主機讀取或寫入命令的操作，其中，上述裝置和上述溫度監控積體電路設置在上述母板上，上述閃存卡插入上述母板上的一卡槽，以及上述裝置通過上述母板中的電路耦接上述溫度監控積體電路和上述閃存卡。
如請求項4所述的控制閃存卡存取的裝置，其中，當上述母板的上述溫度超過上述閥值時，上述處理單元發出一指令給上述閃存卡中的一閃存控制器，請求讓上述閃存卡進入一冬眠狀態。
如請求項4所述的控制閃存卡存取的裝置，其中，當上述閃存卡進入上述休眠狀態後，上述處理單元週期性通過上述輸入輸出介面判斷上述溫度監控積體電路是否偵測到上述母板的上述溫度超過上述閥值；以及當上述母板的上述溫度不超過上述閥值時，上述處理單元通過上述裝置介面請求上述閃存卡從上述休眠狀態中喚醒，用於繼續未完成的上述主機讀取或寫入命令的執行。
如請求項4至6中任一項所述的控制閃存卡存取的裝置，其中，上述母板的尺寸小於3公分乘2公分。
如請求項4至6中任一項所述的控制閃存卡存取的裝置，其中，上述裝置、上述溫度監控積體電路、上述母板和上述閃存卡組合成一記憶碟。
如請求項8所述的控制閃存卡存取的裝置，其中，在上述記憶碟初始化時，上述處理單元設定上述閥值到上述溫度監控積體電路中。
如請求項9所述的控制閃存卡存取的裝置，其中，上述閥值為攝氏70度到90度之間的任意數值。