一種可就地執(zhí)行的非揮發(fā)存儲器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可就地執(zhí)行的非揮發(fā)存儲器，包括：存儲芯片組，其包括至少一個閃存芯片，實現存儲與讀取數據；控制模塊，其與所述存儲芯片組連接，控制并實現在所述存儲芯片組中讀取指令與數據執(zhí)行。本發(fā)明克服了NAND閃存的缺陷，使可就地執(zhí)行的存儲器的成本大幅度下降，且存儲空間得到提高。
【專利說明】一種可就地執(zhí)行的非揮發(fā)存儲器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及可就地執(zhí)行的存儲器體系結構，尤其一種可就地執(zhí)行的非揮發(fā)存儲器。
【背景技術】
[0002]大容量非易失存儲器的速度比處理器的速度慢很多，如果處理器直接訪問大容量非易失存儲器的話，處理器的大量的時間都會處于等待的狀態(tài)，實際速度會很慢。為了提高速度，大量的系統(tǒng)都采用了如圖1所示的小容量高速緩存。高速緩存中存儲的是大容量的存儲器中當前經常被訪問的數據；當處理器需要某個數據時，如果它已經在高速緩存中，這個數據就可以直接從高速緩存送給處理器，而不需要訪問大容量存儲器；只有當數據不在高速緩存中的時候，才需要訪問大容量非易失存儲器；而且一旦一個大容量非易失存儲器中數據被訪問，它就會被拷貝到高速緩存中，以加速后續(xù)可能的重復訪問。由于大容量非易失存儲器的速度比處理器慢得太多，實際的高速緩存可能有2級甚至3級。
[0003]高速緩存大大提高了系統(tǒng)的性能，但代價是非常復雜的體系結構。就地執(zhí)行是指處理器可以直接從非易失存儲器中取指令和數據執(zhí)行，是一種相對簡單的體系結構，如圖2所示。圖2表示XIP存儲其的結構，所謂的XIP是eXecute In Place的簡寫，即芯片就地執(zhí)行，指應用程序可以直接在flash閃存內運行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。但是，Flash的存儲器訪問周期要比RAM大得多，在使用XIP技術后可能會降低程序的運行速度，不過由于CPU的指令預取機制以及Cache機制，實際使用起來并不會明顯降低應用程序的運行速度。
[0004]現在多數XIP技術基本上用的都是NOR閃存，因為NOR閃存的傳輸效率很高，可以隨機存取，在I?4MB的小容量時具有很高的成本效益。NOR閃存的缺點是容量小，寫入和擦除速度慢。NAND閃存能供給極高的單元密度，寫入和擦除的速度很快，而且擦寫次數是NOR閃存的10倍左右。利用NAND閃存做XIP存儲器的困難在于，由于一些電氣特性的原因，NAND閃存只保證地址模塊是好的，其他的塊并不保證，固然出錯的幾率比較低，還是有出錯的可能，因而代碼可能無法繼續(xù)準確地執(zhí)行。
[0005]根據以上分析，如果能克服NAND閃存缺點，將NAND閃存應用于XIP存儲器，不僅XIP的空間大幅增加，系統(tǒng)的成本也將大幅下降。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明克服了現有技術中無法使用NAND閃存實現可就地執(zhí)行的存儲器的缺陷，提出了一種可就地執(zhí)行的非揮發(fā)存儲器。
[0007]本發(fā)明一種可就地執(zhí)行的非揮發(fā)存儲器，包括:存儲芯片組，其包括至少一個閃存芯片，實現存儲與讀取數據；控制模塊，其與所述存儲芯片組連接，控制并實現在所述存儲芯片組中讀取指令與數據執(zhí)行。
[0008]本發(fā)明提出的可就地執(zhí)行的非揮發(fā)存儲器中，所述閃存芯片為NAND閃存，所述NAND閃存中的存儲單元串包括4個、8個或16個存儲單元；所述閃存芯片通過局部位線與存儲單元連接。
[0009]本發(fā)明提出的可就地執(zhí)行的非揮發(fā)存儲器中，所述局部位線上最多連接4096個所述存儲單元。
[0010]本發(fā)明提出的可就地執(zhí)行的非揮發(fā)存儲器中，在所述存儲芯片組中所述閃存芯片的數量為兩個或兩個以上時，所述閃存芯片上下堆疊設置。
[0011]本發(fā)明提出的可就地執(zhí)行的非揮發(fā)存儲器中，進一步包括至少一個電荷泵模塊，所述存儲芯片組與所述電荷泵模塊連接，所述電荷泵模塊為所述閃存芯片提供閃存擦除和編程所需的電壓。
[0012]本發(fā)明提出的可就地執(zhí)行的非揮發(fā)存儲器中，所述控制模塊包括協(xié)調處理單元，其實現測試功能和協(xié)調所述非揮發(fā)存儲器的內部工作狀態(tài)。
[0013]本發(fā)明提出的可就地執(zhí)行的非揮發(fā)存儲器中，所述控制模塊包括存儲管理單元，其監(jiān)測所述存儲芯片組的異常與損耗情況，和對所述閃存芯片進行糾錯和平衡損耗。
[0014]本發(fā)明提出的可就地執(zhí)行的非揮發(fā)存儲器中，所述控制模塊包括緩存單元，其使所述存儲芯片組能進行批量的數據傳輸。
[0015]本發(fā)明提出的可就地執(zhí)行的非揮發(fā)存儲器中，所述控制模塊進一步包括內核單元，所述內核單元實現所述控制模塊的維護與升級。
[0016]本發(fā)明的整合了 NAND閃存工藝和高速的邏輯工藝各自的優(yōu)勢，實現大容量的基于NAND閃存可就地執(zhí)行的快速非揮發(fā)存儲器。本發(fā)明根據NAND閃存的電氣特性，設計了NAND閃存的設置方式，克服NAND閃存的缺陷，使可就地執(zhí)行的存儲器的成本大幅度下降，且存儲空間得到提聞。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為現有的小容量聞速緩存的不意圖。
[0018]圖2為現有的可就地執(zhí)行存儲器的結構示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明可就地執(zhí)行的非揮發(fā)存儲器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]結合以下具體實施例和附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。實施本發(fā)明的過程、條件、實驗方法等，除以下專門提及的內容之外，均為本領域的普遍知識和公知常識，本發(fā)明沒有特別限制內容。
[0021]本發(fā)明克服了 NAND閃存存在的電氣特性的缺陷，通過以下結構獲得可就地執(zhí)行的非揮發(fā)存儲器。本發(fā)明可就地執(zhí)行的非揮發(fā)存儲器由存儲芯片組I及與其連接的控制模塊2構成，如圖3所示。
[0022]存儲芯片組I中包括至少一個閃存芯片11。更為具體地，本發(fā)明中選用NAND閃存作為閃存芯片11。本實施例中，存儲芯片組I可通過以下三種存儲器結構中的一種或多種任意組合實現本發(fā)明的可就地執(zhí)行的非揮發(fā)存儲器。
[0023]1、通過減少閃存芯片11中存儲單元串的存儲單元數量至4個、8個或16個，從而提高閃存芯片11的驅動能力，提高數據讀出速度。[0024]2、通過減少了局部位線上連接的存儲單元的數量，每一根位線上的局部位線連接1024至4096個存儲單元，從而減小了局部位線的長度及其電容，提高了存儲芯片組I的數據讀出速度。
[0025]3、本實施例還通過將閃存芯片11上下堆疊設置并配有至少一個電荷泵模塊3。上下堆疊的閃存芯片11與同一個電荷泵模塊3連接，上下堆疊的多個閃存芯片11共享一個電荷泵模塊3，以減少芯片面積與芯片的功耗。優(yōu)選地，為了減少上下堆疊的閃存芯片11之間的熱串擾，同一時刻內只利用一個閃存芯片11進行數據讀寫。上下堆疊的閃存芯片11構成的存儲芯片組I和電荷泵模塊3均由先進的邏輯工藝實現的控制模塊2實現控制。
[0026]本發(fā)明中，控制模塊2采用硬件實現，由于使用的是比NAND工藝先進的邏輯工藝，控制模塊2的面積很小，還補償了為了提高讀出速度而導致的存儲芯片面積增加。如圖3所示，控制模塊2包含協(xié)調處理單元21。協(xié)調處理單元21根據非揮發(fā)存儲器的環(huán)境自動設置內部參考電壓和電流，補償溫度、工藝和電源電壓變化對性能的影響，實現調節(jié)非揮發(fā)存儲器內部的工作狀態(tài)，提高了非揮發(fā)存儲器工作的可靠性。協(xié)調處理單元21還實現了內嵌的測試功能，能大幅度縮減非揮發(fā)存儲器的測試時間。
[0027]控制模塊2還包含存儲管理單元22。存儲管理單元22監(jiān)測與糾正存儲芯片組I在工作中的情況與錯誤，其中包括對NAND閃存的糾錯管理、壞塊管理和損耗平衡等模式，以達到本發(fā)明可就地執(zhí)行的非揮發(fā)存儲器達到更高的處理速度。
[0028]控制模塊2還包括緩存單元23。緩存單元23可使存儲芯片組I在傳輸數據時能實現批量的數據傳輸。
[0029]控制模塊2還包括一個內核單元24，以方便對控制模塊2中的固件進行更新、定制和維護等。
[0030]采用本發(fā)明的方法，在相同的芯片面積條件下，可就地執(zhí)行的存儲容量可以增加2倍，隨機讀寫速度可達100ns，順序讀寫速度可達IOns ;本發(fā)明在滿足可就地執(zhí)行所需的速度的同時，增加了存儲容量，減小了芯片成本。
[0031]本發(fā)明的保護內容不局限于以上實施例。在不背離發(fā)明構思的精神和范圍下，本領域技術人員能夠想到的變化和優(yōu)點都被包括在本發(fā)明中，并且以所附的權利要求書為保護范圍。
【權利要求】
1.一種可就地執(zhí)行的非揮發(fā)存儲器，其特征在于，包括: 存儲芯片組(I)，其包括至少一個閃存芯片(11)，實現存儲與讀取數據； 控制模塊(2)，其與所述存儲芯片組(I)連接，控制并實現在所述存儲芯片組(I)中讀取指令與數據執(zhí)行。
2.如權利要求1所述的可就地執(zhí)行的非揮發(fā)存儲器，其特征在于，所述閃存芯片(11)為NAND閃存，所述NAND閃存中的存儲單元串包括4個、8個或16個存儲單元；所述閃存芯片(11)通過局部位線與存儲單元連接。
3.如權利要求2所述的可就地執(zhí)行的非揮發(fā)存儲器，其特征在于，所述局部位線上最多連接4096個所述存儲單元。
4.如權利要求1所述的可就地執(zhí)行的非揮發(fā)存儲器，其特征在于，在所述存儲芯片組(I)中所述閃存芯片(11)的數量為兩個或兩個以上時，所述閃存芯片(11)上下堆疊設置。
5.如權利要求1所述的可就地執(zhí)行的非揮發(fā)存儲器，其特征在于，進一步包括至少一個電荷泵模塊(3)，所述存儲芯片組(I)與所述電荷泵模塊(3)連接，所述電荷泵模塊(3)為所述閃存芯片(11)提供閃存擦除和編程所需的電壓。
6.如權利要求1所述的可就地執(zhí)行的非揮發(fā)存儲器，其特征在于，所述控制模塊(2)包括協(xié)調處理單元(21)，其實現測試功能和協(xié)調所述非揮發(fā)存儲器的內部工作狀態(tài)。
7.如權利要求1所述的可就地執(zhí)行的非揮發(fā)存儲器，其特征在于，所述控制模塊(2)包括存儲管理單元(22)，其監(jiān)測所述存儲芯片組(I)的異常與損耗情況，和對所述閃存芯片(II)進行糾錯和平衡損耗。
8.如權利要求1所述的可就地執(zhí)行的非揮發(fā)存儲器，其特征在于，所述控制模塊(2)包括緩存單元(23)，其使所述存儲芯片組(I)能進行批量的數據傳輸。
9.如權利要求1所述的可就地執(zhí)行的非揮發(fā)存儲器，其特征在于，所述控制模塊(2)進一步包括內核單元(24)，所述內核單元(24)實現所述控制模塊(2)的維護與升級。
【文檔編號】G11C16/06GK103617809SQ201310656045
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月6日 優(yōu)先權日:2013年12月6日
【發(fā)明者】易敬軍, 陳邦明 申請人:上海新儲集成電路有限公司