[发明专利]基于通用串行总线的PC闪存盘的体系结构

说明书

本申请是申请号为008000509.5、国际申请日为2000年3月20日的 PCT申请PCT/US00/07087的分案申请。

技术领域

本发明与半导体存储设备有关，具体地说与利用USB PC总线连 接到主机平台的可擦和可编程的非易失存储模块有关。

背景技术

可擦和可编程的非易失存储模块，以下简称为闪速存储器(flash  memory)或闪存设备(flash devices)，在该技术领域内已知用来存储信 息。闪存设备包括由闪速型浮栅晶体管构成的电可擦和可编程的只读 存储器(EEPROM)，在功能和性能上是与EPROM存储器类似的非 易失存储器，但有一个附加功能，允许一个线路中的可编程操作擦除 存储器的一些页面。实现这样的闪存设备的一个例子在美国专利 No.5,799,168中给出，该专利在这里列作参考。

闪存设备与传统的存储磁盘相比具有比较便宜的优点，所需的 功率也比较小。然而，在一个闪存设备中，要改写存储器的一个以前 写过的区域而不对这个区域先进行页擦除是不行的。闪存设备的这个 限制导致它们与典型的现有操作系统程序不兼容，因为数据不能写入 闪存设备内的一个先前已经写入数据的存储区域，除非首先对这个区 域进行擦除。需要一种诸如在1993年3月5日申请的美国专利 No.5,404,485中所揭示的那样的软件管理系统来管理闪存设备的这些 功能，这个专利在这里列作参考。

当前，这些闪存设备还有另一个限制，它们必须或者静态地连接 到主机平台上，或者利用PCMCIA(国际个人计算机存储卡协会)接 口动态地接拆。这两种实现都有缺点，其中包括使用困难和成本高。

一种较为有益的实现要遵从如在USB规范1.1中所描述的USB标 准，这个规范在这里列作参考。USB标准为最终用户提供了较小的格 式因子和较大的运用方便，同时降低了实现成本。这个标准规定为一 个由诸如Compaq、Microsoft、IBM、Intel一些公司推行的工业中广 泛应用的标准，作为对PC体系结构的一个扩展，面向计算机电话一 体化(CTI)、用户和工业应用。规定USB标准的体系结构所用的准 则包括PC(个人计算机)外围扩展方便，成本低，支持高达12Mb/s的 传送率，以及完全支持实时数据、语音、音频和压缩视频。这个标准 还提供了协议的灵活性，可用于以混合模式进行等时数据传送和异步 消息传送，用商品设备技术进行一体化，以及提供一种可迅速集成入 任何给定主机产品的标准接口。此外，这个USB标准为接电缆和加添 连接器提供了单个模型，使得电功能的所有细节，包括总线终接，都 与最终用户隔离。通过这个标准，那些外围设备可以自我标识，支持 将功能自动映射为一个驱动器。此外，这个标准还使所有外围设备能 动态地可接拆和可重新配置。

按照USB标准构成的系统用三个独立的定义范围描述：USB互 连，USB设备，以及USB主机平台。USB互连是USB设备与主机平台 连接和通信的方式。相关的功能和组件包括总线布局(拓朴)，这是 USB设备与主机平台之间的连接模型。

USB物理互连具有一个迭层星形布局。在每个星的中央是一个 集线器。每个线段是一个在主机平台与一个集线器或功能之间或者在 主机平台与一个连接到另一个集线器或功能的集线器之间的点对点连 接。

就性能叠层(capability stack)来说，在系统内每一层执行的 USB任务包括一个数据流模型和一个调度表。数据流模型是在系统内 数据通过USB在数据发生端与数据用户之间移动的方式。调度表确定 接入共享的互连。这样调度使等时数据传送得到支持，从而省去了仲 裁开销。

USB本身是一种轮询总线。主机平台上的主机控制器启动所有 数据传送。所有总线事项涉及发送最多三种分组。每个事项在主机控 制器按照预定计划的方式发送一个说明事项的类型和方向、USB设备 地址和端点号码的USB分组时开始。这种分组称为“令牌分组(token  packet)”。这种分组所针对的USB设备通过对相应地址段解码选 取各自分组。在一个给定的事项中，数据或者从主机平台传送给一个 设备或者从一个设备传送给主机平台。数据传送的方向在令牌分组内 规定。事项的发起端然后发送一个数据分组，或者表示发起端没有数 据要传送。通常，目的端用一个握手分组响应，表示传送是否成功。