[发明专利]一种提高NVM擦写效率的方法

说明书

本发明提出一种提高NVM擦写效率的方法，该方法除使用一般的缓存机制缓存待写入数据之外，还加入了LRU算法用于优化CACHE中的页面置换方法，使得频繁更新的数据能够一直存储在CACHE中，加快写的效率，同时频繁更新的数据在修改时也不用每次都从NVM中读取，进一步加快写的效率。本发明主要解决NVM存储的寿命问题以及更新数据的效率问题，通过间接减少NVM的擦写次数来提高NVM的寿命，同时通过减少NVM的读的次数提高整体写性能与功耗。

技术领域

本发明涉NVM存储与更新技术领域，以及智能卡、SE、MCU等需要用到NVM擦写的所有芯片。PC机端作为对比测试也可以使用本发明中提到的方法。

背景技术

一般芯片中都会有NVM作为存储代码和数据使用，在实际使用当中会有更新数据的需求。但由于目前NVM的技术，擦写次数有限，长时间擦写会使得芯片NVM报废，同时应用层对于指令的执行时间有苛刻的要求，所以需要通过减少NVM的擦写次数来提高寿命，加快指令处理时间。

一般减少NVM擦写次数的方法是定义N页RAM(称之为CACHE，下同)，单页大小和NVM的单页大小相同，假如是N＝6页(本文的其他描述有关于CACHE页数总大小的都按照6页来描述)。当准备执行写行为时，先根据写入的地址计算待写页号PN，然后从CACHEPN[i](其中0≤i＜6，下同)中查找有没有相同的PN，找到相同的直接更新CACHE[i]，没找到则查看CACHE中是否存满了用户待写入数据，如果存满了则执行把数据全部进行提交到NVM的行为，然后再把待写入的页的内容从NVM中读取到CACHE中，然后再根据传入的修改数据修改这页CACHE。待这条指令结束时，再把这页CACHE提交到NVM中，并清空CACHE。

这样做虽然可以有效减少擦写NVM的次数，但是如果写入数据比较多，且处于不同页，并且不同页的数量大于6，则依然会出现多次擦写NVM的情况。且每条指令结束后，全部数据提交后，下一条指令执行写操作时，依然需要先把数据读到CACHE再修改。

因此，为了进一步提高擦写性能，减少擦写次数，在CACHE满了之后，此时并不能把所有CACHE都提交到NVM中，而是需要选择一页最久未更新的CACHE页进行提交，然后把新的需要写入的页读到该页CACHE中，然后进行修改。与此同时，在每条指令结束前进行CACHE提交时，提交之后不应该清空CACHE，但是需要每页置一个标记，标明该页数据不需要提交，当下条指令写入的数据正好处于CACHE中时，直接修改CACHE，而不再需要从NVM中读取一整页数据，加快整体性能，降低整体功耗。

发明内容

在具体讲解发明内容之前先介绍一些基本概念，有助于理解整个发明内容。

1、NVM一般指FLASH或E2P，其中E2P可以按字节进行更新，FLASH只能按页更新，且必须先擦再写。本文提到的NVM一般指FLASH。

2、NVM中存储的数据，掉电之后不丢失，RAM中存储的数据掉电之后丢失，更新NVM的时间很长，且只能按页更新；更新RAM的时间很短，可以按字节更新。

3、更新NVM会产生很大的功耗，读NVM也会产生功耗，而读写RAM的功耗很低。

4、NVM擦写有次数限制，一般单页是10W次，当擦写次数超过此限制时，数据将不可写入，如果软件没有做其他处理，芯片将无法继续使用；RAM没有限制，可以写无数次。

5、CACHE是一种RAM缓存，本质是RAM，大小以NVM一页为单位，一页大小必须是2的幂次，一般是512。每一个CACHE页都会对应某一个物理页中的一整页数据，同时附加两个数据，一个是该页对应的物理页号，记做CACHEPN，一个是该页的更新标记，记做CACHEFLAG。

我们执行读写数据的原则是功耗尽量低，速度尽量快，尽可能少的擦写FLASH次数，尽可能少的读FLASH次数。