存储设备及其数据读写方法技术

本发明专利技术提供一种存储设备及其数据读写方法，其中，所述存储设备至少包括：相变存储器芯片；耦合到所述相变存储器芯片的相变存储器接口控制模块；耦合到外部设备的SD接口控制模块；以及耦合到所述相变存储器接口控制模块和所述SD接口控制模块的存储控制器，用于响应来自于所述SD接口控制模块的数据读取或写入命令，并通过所述相变存储器接口控制模块控制对所述相变存储器芯片的读取或写入。本发明专利技术的存储设备为基于相变存储器的SD卡，采用相变存储器芯片作为存储介质，可以进行随机读写。另外，相较于FLASH，坏块管理和ECC纠错等操作也更加简单，实现了坏块屏蔽功能，且具有抗疲劳的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微纳电子学
，特别是涉及一种。
技术介绍
相变存储器(PhaseChange Random Access Memory,PCRAM)是一种新型非易失随机存储器，其基本原理是以硫系化合物作为存储介质，通过电能或热能的作用使相变材料在多晶(低阻)与非晶(高阻)状态之间相互转化，并利用两种状态之间的差值来表征二进制数据。PCRAM在工艺上与CMOS标准工艺完全兼容，并且具有操作速度快，抗疲劳特性好和微缩性等特点，在低压、低功耗、高速、高密度和嵌入式存储等方面有非常广阔的商业前景。PCRAM被认为是最有可能取代闪存(FLASH)的下一代非易失性存储器，其相较于FLASH在随机读写和抗疲劳性(耐写能力为16次)方面具有优势。 SD 卡(Secure Digital Memory Card，安全数码卡)是基于 SD 接口技术和 FLASH存储技术的一种非易失性存储卡。SD卡具有体积小、功耗低、口线少、操作方便等特点，是目前消费数码产品应用最广泛的存储卡。SD卡的主要存储介质为Nand FLASH，其具有高密度、写带宽大等特点，但是Nand FLASH读写均以块为单位，在写入数据前必须进行块擦除操作，无法实现“重写”(将“O”或“I”写入任意单元，而不管单元的初始状态)，且抗疲劳特性较差(耐写能力为14次)。 因此，现在亟需一种能够改善SD卡写入数据前必须进行块擦除操作、无法实现“重写”等缺陷的存储设备。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种，用于解决现有技术中SD卡写入数据前必须进行块擦除操作、无法实现“重写”的问题。 为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种存储设备，其中，所述存储设备至少包括: 相变存储器芯片； 耦合到所述相变存储器芯片的相变存储器接口控制模块，用于控制对所述相变存储器芯片的操作； 耦合到外部设备的SD接口控制模块，用于处理所述存储设备与所述外部设备之间的数据通信； 耦合到所述相变存储器接口控制模块和所述SD接口控制模块的存储控制器，用于响应来自于所述SD接口控制模块的数据读取或写入命令，并通过所述相变存储器接口控制模块控制对所述相变存储器芯片的读取或写入。 优选地，所述存储控制器至少包括: 内部存储器，用于缓存写入所述相变存储器芯片的数据； 耦合到所述内部存储器的内部存储器控制模块，用于根据需要写入所述相变存储器芯片的数据来控制所述内部存储器资源的分配； 耦合到所述内部存储器控制模块的2(1:模块，用于对所述相变存储器芯片读取或写入数据的编解码进行数据纠错； 0嫩控制模块，用于控制所述存储设备内部数据的读取或写入； 耦合到所述内部存储器控制模块、所述2(1:模块和所述0嫩控制模块的1⑶，用于控制所述内部存储器控制模块、所述2(1:模块和所述0嫩控制模块的各种操作。 优选地，所述30接口控制模块通过外部总线耦合到所述外部设备，所述存储设备与所述外部设备采用串行或并行的方式进行数据通信。 优选地，所述外部总线为外部30数据总线或外部数据总线。 本专利技术还提供一种如上所述的存储设备的数据读写方法，其中，所述存储设备的数据读写方法至少包括: 对相变存储器芯片的存储空间进行划分，至少形成索引区和数据区；其中，所述数据区至少包括若干个相同长度的物理扇区，对所述数据区按扇区进行读取或写入； 在所述索引区内预设一相变存储器转换层，用于记录逻辑扇区地址与所述数据区中实际的物理扇区地址之间的映射关系，并在对所述相变存储器芯片进行数据读取或写入时实现逻辑扇区地址和物理扇区地址的转换； 在所述数据区内预设一动态交换块，用于缓存写入所述相变存储器芯片的数据；其中，所述动态交换块映射到所述数据区的一个物理块，所述物理块至少包括一个物理扇区； 在存储控制器通过30接口控制模块接收到由逻辑块地址和块数据组成的数据写入命令时，所述逻辑块地址通过所述相变存储器转换层转换为所述数据区中的实际物理块地址，所述存储控制器将所述实际物理块地址发送到相变存储器接口控制模块，以驱动所述相变存储器芯片的数据写入；所述相变存储器接口控制模块在接收到所述实际物理块地址后，将所述块数据写入到所述动态交换块映射的物理块中，然后将所述逻辑块地址重映射到所述动态交换块对应的物理块地址，并将所述动态交换块重映射到所述实际物理块地址对应的实际物理块，更新所述相变存储器转换层，以实现所述块数据的写入更新。 优选地，在存储控制器通过30接口控制模块接收到由逻辑块地址和块长度组成的数据读取命令时，所述逻辑块地址通过所述相变存储器转换层转换为所述数据区中的实际物理块地址，所述存储控制器将所述实际物理块地址和所述块长度发送到相变存储器接口控制模块，以驱动所述相变存储器芯片的数据读取；所述相变存储器接口控制模块在接收到所述实际物理块地址和所述块长度后，直接读取所述实际物理块地址对应的实际物理块中的块数据，以实现所述块数据的读取。 优选地，所述索引区至少包括主索引表和与所述主索引表内容相同的备份及校验索引表，对所述索引区以字为单位直接进行写入；所述相变存储器转换层至少包括:位于所述主索引表内的地址映射表和动态交换扇区表，所述地址映射表用于记录逻辑扇区地址与所述数据区中实际的物理扇区地址之间的映射关系，所述动态交换扇区表用于记录所述动态交换块和其当前映射的物理块之间的映射关系。 优选地，对相变存储器芯片的存储空间进行划分时，还形成冗余区；其中，所述冗余区至少包括若干个完整的冗余物理块，用于替换所述数据区中出现损坏的物理块。 如上所述，本专利技术的，具有以下有益效果: 本专利技术的存储设备为基于相变存储器的30卡，采用相变存储器芯片作为存储介质，可以进行随机读写，即可以按位进行“重写”，同时也可以以一定大小的单元块为单位进行“重写”。另外，相较于？“別，坏块管理和2(1:纠错等操作也更加简单，实现了坏块屏蔽功能，且具有抗疲劳的特点。 本专利技术的存储设备的数据读写方法，在对数据区写入数据时，并不是直接写入逻辑扇区当前对应的实际物理扇区内，而是先将要写的数据写入动态交换块对应的物理块内，在通过改变映射关系实现写入操作。通过这样的方式，实现了逻辑扇区与物理扇区的动态对应，这样在对同一逻辑扇区进行多次操作的时候，写入操作次数能够分布在不同的物理扇区，因而能减少损坏扇区的出现，提升芯片寿命。同时，在写入发生错误时，由于写入的是动态交换块对应的物理块，实际物理扇区的数据未遭到破坏，因而能够一定程度地避免数据丢失，恢复到写入错误之前的状态，有利于存储设备的稳定性。 【附图说明】 图1显示为本专利技术第一实施方式的存储设备示意图。 图2显示为本专利技术第二实施方式的存储设备的数据读写方法的流程示意图。 图3显示为本专利技术第一实施方式的存储设备中相变存储器芯片的存储空间划分示意图。 图4显示为本专利技术第二实施方式的存储设备的数据读写方法的示例性原理图。 元件标号说明 100 相变存储器芯片 200 相变存储器接口控制模块 300 存储控制器 301 内部存储器 302 内部存储器控制模块 303 200 模块 304 0嫩控制模块 30本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储设备，其特征在于，所述存储设备至少包括：相变存储器芯片；耦合到所述相变存储器芯片的相变存储器接口控制模块，用于控制对所述相变存储器芯片的操作；耦合到外部设备的SD接口控制模块，用于处理所述存储设备与所述外部设备之间的数据通信；耦合到所述相变存储器接口控制模块和所述SD接口控制模块的存储控制器，用于响应来自于所述SD接口控制模块的数据读取或写入命令，并通过所述相变存储器接口控制模块控制对所述相变存储器芯片的读取或写入。

【技术特征摘要】
1.一种存储设备，其特征在于，所述存储设备至少包括: 相变存储器芯片； 耦合到所述相变存储器芯片的相变存储器接口控制模块，用于控制对所述相变存储器芯片的操作； 耦合到外部设备的SD接口控制模块，用于处理所述存储设备与所述外部设备之间的数据通信； 耦合到所述相变存储器接口控制模块和所述SD接口控制模块的存储控制器，用于响应来自于所述SD接口控制模块的数据读取或写入命令，并通过所述相变存储器接口控制模块控制对所述相变存储器芯片的读取或写入。2.根据权利要求1所述的存储设备，其特征在于，所述存储控制器至少包括: 内部存储器，用于缓存写入所述相变存储器芯片的数据； 耦合到所述内部存储器的内部存储器控制模块，用于根据需要写入所述相变存储器芯片的数据来控制所述内部存储器资源的分配； 耦合到所述内部存储器控制模块的ECC模块，用于对所述相变存储器芯片读取或写入数据的编解码进行数据纠错； DMA控制模块，用于控制所述存储设备内部数据的读取或写入； 耦合到所述内部存储器控制模块、所述ECC模块和所述DMA控制模块的MCU，用于控制所述内部存储器控制模块、所述ECC模块和所述DMA控制模块的各种操作。3.根据权利要求1所述的存储设备，其特征在于，所述SD接口控制模块通过外部总线耦合到所述外部设备，所述存储设备与所述外部设备采用串行或并行的方式进行数据通?目。4.根据权利要求3所述的存储设备，其特征在于，所述外部总线为外部SD数据总线或外部MMC数据总线。5.一种如权利要求1所述的存储设备的数据读写方法，其特征在于，所述存储设备的数据读写方法至少包括: 对相变存储器芯片的存储空间进行划分，至少形成索引区和数据区；其中，所述数据区至少包括若干个相同长度的物理扇区，对所述数据区按扇区进行读取或写入； 在所述索引区内预设一相变存储器转换层，用于记录逻辑扇区地址与所述数据区中实际的物理扇区地址之间的映射关系，并在对所述相变存储器芯片进行数据读取或写入时实现逻辑扇区地址和物理扇区地址的转换； 在所述数据区内预设一动...

【专利技术属性】
技术研发人员：王月青，陈小刚，蔡道林，宋志棠，李喜，陈一峰，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31