[發(fā)明專利]一種提高NVM擦寫效率的方法

有效

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• 申請日: 2022-02-16
• 公開（公告）號: CN114510198B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何迪
• 申請（專利權(quán)）人: 北京中電華大電子設(shè)計有限責任公司
• 主分類號: G06F3/06
• 分類號: G06F3/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提出一種提高NVM擦寫效率的方法，該方法除使用一般的緩存機制緩存待寫入數(shù)據(jù)之外，還加入了LRU算法用于優(yōu)化CACHE中的頁面置換方法，使得頻繁更新的數(shù)據(jù)能夠一直存儲在CACHE中，加快寫的效率，同時頻繁更新的數(shù)據(jù)在修改時也不用每次都從NVM中讀取，進一步加快寫的效率。本發(fā)明主要解決NVM存儲的壽命問題以及更新數(shù)據(jù)的效率問題，通過間接減少NVM的擦寫次數(shù)來提高NVM的壽命，同時通過減少NVM的讀的次數(shù)提高整體寫性能與功耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉NVM存儲與更新技術(shù)領(lǐng)域，以及智能卡、SE、MCU等需要用到NVM擦寫的所有芯片。PC機端作為對比測試也可以使用本發(fā)明中提到的方法。

背景技術(shù)

一般芯片中都會有NVM作為存儲代碼和數(shù)據(jù)使用，在實際使用當中會有更新數(shù)據(jù)的需求。但由于目前NVM的技術(shù)，擦寫次數(shù)有限，長時間擦寫會使得芯片NVM報廢，同時應(yīng)用層對于指令的執(zhí)行時間有苛刻的要求，所以需要通過減少NVM的擦寫次數(shù)來提高壽命，加快指令處理時間。

一般減少NVM擦寫次數(shù)的方法是定義N頁RAM(稱之為CACHE，下同)，單頁大小和NVM的單頁大小相同，假如是N＝6頁(本文的其他描述有關(guān)于CACHE頁數(shù)總大小的都按照6頁來描述)。當準備執(zhí)行寫行為時，先根據(jù)寫入的地址計算待寫頁號PN，然后從CACHEPN[i](其中0≤i＜6，下同)中查找有沒有相同的PN，找到相同的直接更新CACHE[i]，沒找到則查看CACHE中是否存滿了用戶待寫入數(shù)據(jù)，如果存滿了則執(zhí)行把數(shù)據(jù)全部進行提交到NVM的行為，然后再把待寫入的頁的內(nèi)容從NVM中讀取到CACHE中，然后再根據(jù)傳入的修改數(shù)據(jù)修改這頁CACHE。待這條指令結(jié)束時，再把這頁CACHE提交到NVM中，并清空CACHE。

這樣做雖然可以有效減少擦寫NVM的次數(shù)，但是如果寫入數(shù)據(jù)比較多，且處于不同頁，并且不同頁的數(shù)量大于6，則依然會出現(xiàn)多次擦寫NVM的情況。且每條指令結(jié)束后，全部數(shù)據(jù)提交后，下一條指令執(zhí)行寫操作時，依然需要先把數(shù)據(jù)讀到CACHE再修改。

因此，為了進一步提高擦寫性能，減少擦寫次數(shù)，在CACHE滿了之后，此時并不能把所有CACHE都提交到NVM中，而是需要選擇一頁最久未更新的CACHE頁進行提交，然后把新的需要寫入的頁讀到該頁CACHE中，然后進行修改。與此同時，在每條指令結(jié)束前進行CACHE提交時，提交之后不應(yīng)該清空CACHE，但是需要每頁置一個標記，標明該頁數(shù)據(jù)不需要提交，當下條指令寫入的數(shù)據(jù)正好處于CACHE中時，直接修改CACHE，而不再需要從NVM中讀取一整頁數(shù)據(jù)，加快整體性能，降低整體功耗。

發(fā)明內(nèi)容

在具體講解發(fā)明內(nèi)容之前先介紹一些基本概念，有助于理解整個發(fā)明內(nèi)容。

1、NVM一般指FLASH或E2P，其中E2P可以按字節(jié)進行更新，F(xiàn)LASH只能按頁更新，且必須先擦再寫。本文提到的NVM一般指FLASH。

2、NVM中存儲的數(shù)據(jù)，掉電之后不丟失，RAM中存儲的數(shù)據(jù)掉電之后丟失，更新NVM的時間很長，且只能按頁更新；更新RAM的時間很短，可以按字節(jié)更新。

3、更新NVM會產(chǎn)生很大的功耗，讀NVM也會產(chǎn)生功耗，而讀寫RAM的功耗很低。

4、NVM擦寫有次數(shù)限制，一般單頁是10W次，當擦寫次數(shù)超過此限制時，數(shù)據(jù)將不可寫入，如果軟件沒有做其他處理，芯片將無法繼續(xù)使用；RAM沒有限制，可以寫無數(shù)次。

5、CACHE是一種RAM緩存，本質(zhì)是RAM，大小以NVM一頁為單位，一頁大小必須是2的冪次，一般是512。每一個CACHE頁都會對應(yīng)某一個物理頁中的一整頁數(shù)據(jù)，同時附加兩個數(shù)據(jù)，一個是該頁對應(yīng)的物理頁號，記做CACHEPN，一個是該頁的更新標記，記做CACHEFLAG。

我們執(zhí)行讀寫數(shù)據(jù)的原則是功耗盡量低，速度盡量快，盡可能少的擦寫FLASH次數(shù)，盡可能少的讀FLASH次數(shù)。