专利名称：一种新型的快擦写存储器结构及操作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型的快擦写存储器(Flash Memory)结构及操作方法，其可使正常操作下的快擦写存储器性能与电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)更为接近，并提升至436倍(当数据分配块为256字节)或870倍(当数据分配块为128字节)，当改写时，不会因停电、当机、抽换快擦写存储器等事故，造成数据大量丢失，以充分发挥快擦写存储器的功能，且能保留在一定时间内(由剩余的存储空间大小而定)数据修改的相关记录，而在追踪或恢复数据时，能提供相当的数据，令操作者可轻易查寻到所需的数据，或将丢失的数据复原。
一般传统的快擦写存储器在正常操作中，要改写文件分配表及数据本身时，需先擦除整个数据块，才能进行改写的操作。
现以修改16位文件分配表为例，如欲修改其中一项，即改写一个字串时，例如TOSHIBA的TC58F400快擦写存储器，其改写文件分配表时，需经过下列的过程A.读入要擦除的块(需读入16K数据)。
B.擦除原来的块(要消耗1500ms以上)。
C.在存储器中改写一个字串(WORD)。
D.把存储器中的数据写回，写入16K数据要16μs*16000＝256ms。
由上看出，改写一个字串(WORD)竟用了1750ms，而且在这一希时间内，数据基本上都处于危险状态。如上所述可知，传统的缺点如下1.传统的系统在正常操作中，要频繁地改写文件分配表和数据本身时，由于快擦写存储器固有的改写方式，必须先擦除整个数据块，如此频繁地擦除及复制数据块的动作，常会造成整个结构及操作方法的性能急剧下降，且对快擦写存储器的寿命也有一定的影响。
2.在改写的过程中，如发生停电、当机、抽换快擦写存储器等情形，会造成数据大量丢失，更严重的是可能会破坏整个快擦写存储器中的文件分配表，从而摧毁整个快擦写存储器中的数据。
鉴于上述传统的快擦写存储器在改写时所存在的一些缺陷，本发明提供一种新型的快擦写存储器结构及操作方法。
本发明的一个目的是提供一种新型的快擦写存储器结构，以使正常情形操作下快擦写存储器性能，可与电可擦除可编程只读存储器更为接近，进而可提升其性能至436倍(当数据分配块为256字节)或870倍(当数据分配块为128字节)。
本发明的另一目的是提供一种新型的快擦写存储器结构，在改写时，不会因停电、当机、抽换快擦写存储器等情形，造成数据大量丢失，充分发挥快擦写存储器的特性，并提高系统的稳定性。
本发明的又一目的是提供一种新型的快擦写存储器结构，能保留在一定时间内(由剩余的存储空间大小而定数据修改的相关记录，而在追纵或恢复数据时，能提供相当的数据，令操作者可轻易查寻到所需的数据，或将丢失的数据复原。
本发明的再一目的是提供一种新型的快擦写存储器的操作方法，其主要在改写时，把改写内容及旧的分配块内原有的内容合成后，写入新的分配块中，同时更改索引指向新的分配块，以新的分配块替代旧的分配块，如此，不但不须先擦除整个数据分配块，且不会因停电、当机、抽换快擦写存储器等情形，造成数据大量丢失。
本发明的再一目的是提供一种新型的快擦写存储器的操作方法，其能够保留在一定时间(由剩余的快擦写存储器的存储空间大小而定)内的数据修改的相关记录，以便在追踪时，可提供适当的数据。
为能对本发明的特扌及其功效，作更进一步的认识与理解，兹举实施例配合附图，详细说明如下
图1A是本发明实施时的示意图一。
图1B是本发明实施时的示意图二。
图1C是本发明实施时的示意图三。
图2A是本发明的文件分配表的结构示意图。
图2B是本发明结构的一实施例。
图3是本发明主从式文件分配表(FAT)工作原理的示意图。
图4是本发明废弃分配块回收工作原理的示意图。
图5A是本发明逻辑页初始化的示意图。
图5B是本发明逻辑页交换时的示意图。
图6是本发明进行写入快擦写存储器中的流程图。
图7是本发明在改写数据或文件分配表的流程图。
图8是本发明回收废弃的数据分配块的流程图。
图9是本发明在进行逻辑页交换时的流程图。
本发现提供了一种新型的快擦写存储器结构及操作方法，请参照图1A、1B、1C图，其主要是一种针对快擦写存储器在改写时要大片擦除的缺陷，而在改写时，采用建立索引的方式，尽量以小片的分配块复制来替代大片擦除，简单而言，即是在改写时，把要改写的内容和旧的分配块原有的内容合成后，写入新的分配块中，同时更改索引指向新的分配块，以新的分配块替代旧的分配块。
本发明的结构包含有主从式文件分配表(FAT)及逻辑页，其中，逻辑页是以快擦写存储器的擦除块为逻辑页为依据，把整块快擦写存储器分为一系列的逻辑页，并为每个页加一个逻辑页号以识别，其中有一页为交换页(如第5A、B所示)。
另，主从式文件分配表则是在快擦写存储器中建立两份一样的文件分配表，在本实施例中为FAT1和FAT2。其中，FAT1为主文件分配表(FAT)，作为数据记录的依据，而FAT2为从文件分配表，作为主文件分配表修正时之用，再将文件分配表(FAT)分散在每个逻辑页中，以分散擦除操作的风险(如图2A所示)。请参照图2B所示，其主要将TOSHIBA的型号为TC58F400的快擦写存储器(其擦除块的大小为16K)依上述方式建立分配表。
请参照图3所示，当中央处理单元配合内具有主从式分配表及逻辑页结构的快擦写存储器工作时，其主要是将主从式文件分配表(FAT)由主资料分配表(FAT)和从资料分配表(FAT)的单一的链状结构，以互补构成的树状结构替代，其每一块(含三个分配块)代表一个文件分配表(FAT)；其宁，第一分配块表示该文件分配表(FAT)本身所代表的数据分配块，在数据结构及操作方法中实际上不存在，其是由该文件分配表(FAT)本身所在位置隐含表示的；而第二分配块则是指文件分配表(FAT)指向的下一个文件分配表(FAT)，这是一般已知的文件分配表的结构，也就是主文件分配表(FAT)；另，第三分配块即是所谓的从文件分配表(FAT)。
为能进一步了解上述操作，兹举一实施例说明如下例如欲将0x801的数据分配块中的内容更新时，中央处理单元(图中未示)需先由已预先建立有主从式文件分配表的快擦写存储器的从文件分配表中，得到一新的数据分配块(例如0x900)，并在0x801数据分配块的从文件分配表(FAT)中，记下新的数据分配块(例如0x900)，再将0x801数据分配块中有用的内容和要写入的内容复制至新的数据分配块，再让新的数据分配块中的主文件分配表(FAT)指向0x801数据分配块的主文件分配表(FAT)所指向的地方。
当中央处理单元在进行分析快擦写存储器中的文件分配表(FAT)时，如果该数据分配块的从资料分配表(FAT)为空，则依通常的操作方法沿主文件分配表(FAT)表键分析下去如果该数据分配块的从文件分配表(FAT)不为空，则用从文件分配表(FAT)指向新的数据分配块替代原块。
这种情况本身也可以形成链表，如图3所示，其中0x802→0x901→0x902就是由于多次修改形成的修改链表。
由前述可知，只要还有空间，中央处理单元无需如已知的一样进行耗时的擦除操作，只要搬动小片的数据就好了。如此，不但可节省更新内容的时间，且无需先擦除大片的数据，就能进行改写的动作。
但如中央处理单元在分析文件分配表，得不到新的数据分配块时，中央处理单元即会对在快擦写存储器中的文件分配表，进行回收废弃的数据分配块(如图4中的0x801，0x802，0x901)的工作；一般而言，中央处理单元会进行回收废弃的数据分配块的情况，有两种情形其一是中央处理单元(CPU)空闲待，这时可以在中央处理单元未在处理其它工作时，启动回收废弃的数据分配块的程序，做回收工作。
其二是分配新的数据分配块失败时，也会启动回收废弃的数据分配块的程序，进行回收的工作。
而回收废弃的数据分配块的工作原理，则是由中央处理单元扫描快擦写存储器内整个文件分配表(包括主资文件分配表及从文件分配表)，如果发现某个数据分配块的从文件分配表不为空时，即修改该数据分配块的主文件分配表的索引，使之直接指向修改后的正确的数据分配块，不断重复上述步骤，直到所有索引指向正确的文件分配表，再删除所有上述从文件分配表不为空的文件分配表(如力4所示)。
请参照图5A所示，当逻辑页配合主从式文件表工作而进行交换时，中央处理单元台将与其配合的快擦写存储器中所有的逻辑页先予以初始化，并在各分配块中分别作一个数组，这些数组是以逻辑页号依序排列，其内容为该页的真实地址，再将交换页置于这些逻辑页的最后，将逻辑页号和该分配块在页中的编号混合而成，这样不管该逻辑页被搬到甚么地方，我们都可以通过文件分配表，知道要操作的分配块在哪个逻辑页中的什么地方，且可以知道该逻辑页在什么地方，如此，当中央处理单元在改写快擦写存储器的内容时，其主要为进行页交换的工作，而不是将更改的数据写入原来数据所在的位置上。
再者，请参照图5B所示，复制存储器中的新数据至交换页中，再交换交换页和擦除页的地址，如此，擦除页就要成了新的交换页，而擦除交换，也清除了它的逻辑页号标志。
再者，本发明的一种新型的快擦写存储器的操作方法，是配合前述的新型快擦写存储器的结构而进行的流程，其流程的步步骤如下请对照图7所示，当中央处理单元欲更新快擦写存储器中的数据料时，首先，中央处理单元至快擦写存储器已预先建立的主从式文件分配表中查找分配块，并判断所找到的分配块是否会发生写入的冲突，如否，就直接将更新数据写入该分配块中，如此，即可结束工作。
如是，则中央处理单元会继续找寻其它的分配块，如得到一个新的分配块时，中央处理单元会先读入存储有旧数据的原分配块中的内容，再修改原分配块中的内容，并将欲更新的部分加入后，将已经修改后的内容一起写入新的分配块中，继而再将原分配块主资料分配表的索引复制至新的分配块的主资料分配表后，修改原分配块的从文件分配表的索引方向，使其指向新的分配块，如此，即完成改写的工作。
至于，如何进行查询下一个分配块的动作，请参照图6所示，由该分配块原先数据所在的分配块主文件分配表检索得到的另一分配块，只要检索到的分配块的从文件分配表不为空，就用从文件分配表指向的分配块替代原来的分配块，如此循环下去，直到找到空的分配块。如检索到的分配块的从资料分配表为空，即结束找寻的动作。
再者，如所有的分配块都查寻过，而未能找到有空的分配块时，中央处理单元即会进行废弃分配块回收的工作，如未能得到任何回收的分块块，即出现失败的信息，并结束工作。
反之，如能成功得到回收的分配块，则将回收的分配块变成一个新的分配块。
至于如何进行废弃分配块回收的工作，请参照图8所示。首先，搜索所有在快擦写存储器中的逻辑页，如将所有的逻辑页搜索完毕，即结束搜索工作。
如否，则进行逻辑页的交换动作，而在进行逻辑页的交换工作时，中央处理单元会依实际操作情形，来判断是对快擦写存储器发出停止操作的要求，以使中央处理单元不致被占用过久，进而影响正常的工作。如是，即停止工作；如否，则继续搜索在快擦写存储器中的逻辑页，同时进行逻辑页的交换工作。
至于如何进行逻辑页的交换工作，请参照图9所示。首先由中央处理单元判断是否加锁成功，如否，则继续进行进行加锁的工作，直至成功为止。
如是，则可使处理过程不致被中断，并继续进行搜索逻辑页中原有的分配块，并由中央处理单元判断是否已将该逻辑页中所有的分配块搜寻完毕。如是，则读入旧的逻辑页的文件分配表，并将其中所有的从资料分配表中的数据清空空后，将修改的内容写入至新的逻辑页的文件分配表的位置，复制旧的逻辑页的逻辑页号至新的逻辑页的相对应位置，再进行旧的逻辑页的页址与新的逻辑页的页址的交换，然后将旧的逻辑页中之的先所建立的数据擦除，再进行解锁工作，完成后，即可结束工作。
如否，则中央处理单元会继续判断搜寻到的分配表的从文件分配表是否为空，如是，则将该分配块复制至新的逻辑页的相对应位置上，直到所有的分配块搜寻完毕。
综上所述，本发明的一种新型的快擦写存储器的结构及操作方法，不但可改进已知技术的各种缺点，且在使用上能增进功效，具有实用等特性。
权利要求
1.一种新型的快擦写存储器结构，其包含有逻辑页，将整块快擦写存储器分为一系列的逻辑页，并为每个页加一个逻辑页号以便识别，其中有一页为交换页；主从式文件分配表，其主要将在快擦写存储器中建立两份一样的文件分配表，其中，主文件分配表作为数据记录的依据，而从文件分配表则作为主文件分配表修正时之用。
2.如权利要求1所述的快擦写存储器，其特征在于，主从式文件分配表可分散在每个逻辑页中，以分散操作的风险。
3.一种新型的快擦写存储器的操作方法，其特征在于，包含下列步骤第一步骤中央处理单元至快擦写存储器已预先建立的主从式文件分配表中查寻其中的分配块第二步骤当中央处理单元得到新的分配块时，会先读入储存有原有数据的原分配块中的内容后，再修改原分配块中的内容，并将欲更新的部分加入；第三步骤将经第二、三步骤修改后的内容一起写入新的分配块中；第四步骤复制原分配块主文件分配表的索引至新的分配块的主文件分配表；第五步骤修改原分配块的从文件分配表的索引方向，使其指向新的分配声，如此，即完成改写的工作。
4.如权利要求3所述的快擦写存储器的操作方法，其特征在于，中央处理单元在找寻分配块的过程中，判断所找到的分配块是否会发生写入冲突，如否，就直接将更新数据写入到该分配块中；如是，则中央处理单元会继续寻找新的分配块的动作。
5.如权利要求3所述的快擦写存储器的操作方法，其特征在于，中央处理单元在找寻新的分配块时，可由该分配块原先数据所在的分配块的主文件分配表检索得到另一分配块，只要检索到的分配块的从文件分配表不为空，就用从文件分配表指向的分配块替代原来的分配块，如此循环下去，直到找到空的分配块。
6.如权利要求3所述的快擦写存储器的操作方法，其特征在于，中央处理单元如未能得到新的分配块时，即会进行废弃分配块回收的动作，如未能得到任何回收的分配块，即结束工作；反之，如能成功得到回收的分配块，则将回收的分配块变成一个新的分配块。
7.如权利要示6所述的快擦写存储器的操作方法，其特征在于，中央处理单元在进行废弃分配块回收的工作时，进一步包含下列步骤首先，搜索所有在快擦写存储器中的逻辑页，如将所有的逻辑页搜索完毕，即结束搜索的工作；如否，则进行逻辑页的交换动作，而在进行逻辑页的交换动作时，中央处理单元会依实际操作情形，来判断是否对快擦写存储器发出停止操作的要求，以便中央处理单元不致被占频过久，进而影响正常的操作，如是，即停止工作；如否，则继续搜索在快擦写存储器中的逻辑页，同时进行逻辑页的交换动作。
8.如权利要求7所述的快擦写存储器的操作方法，其特征在于，中央处理单元在进行逻辑页的交换工作时，进一步包含下列步骤首先，由中央处理单元判断是否加锁成功，如否，则继缝进行进行加锁的工作，直至成功为止；如是，则可使处理过程不致被中断，并继续进行搜索逻辑页中所有的根本块，并由中央处理单元判断是否巳将该逻辑页中所有的分配块搜寻完毕，如是，则读入旧的逻辑页的文件分配表，并将其中所有的从文件分配表中的资料清空后，将修改的内容写入至新的逻辑页的文件分配表的位置，复制旧的逻辑页的逻辑页号至新的逻辑页的相对应位置，再进行旧的逻辑页的页址与新的选辑页的页址的交换后，将旧的选辑页中的原先所建立的数据擦除，再进行解锁的工作，完成后，即可结束工作；如否，则中央处理单元会继续判断搜寻到的分配块的从文件分配表是否为空，如是，则将该分配块复制至新的逻辑页的相对应位置上，直到所有的分配块搜寻完毕。
全文摘要
一种新型的快擦写存储器结构及操作方法,是针对快擦写存储器在改写时要大片擦除的缺陷所作的改进,在改写时采用建立索引的方式,尽量以小片分配块的复制来替代大片擦除。简单而言,即是改写时,将改写的内容与旧的分配块原有的内容合成后写入新的分配块,同时更改索引,使其指向新的分配块,以新的分配块替代旧的分配块,以便在数据写入时,不会因停电、当机、扫换快擦写存储器等事故,造成数据大呈丢失,进而能提高系统的稳定性。
文档编号G06F12/02GK1273392SQ9910638
公开日2000年11月15日 申请日期1999年5月7日 优先权日1999年5月7日
发明者赖振兴, 杨凯 申请人:英业达集团(南京)电子技术有限公司