CN1612119A - 固态存储器的安全存储系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种固态存储器的安全存储系统及方法，该系统包括一固态存储器、一中央处理器及一总线。该固态存储器包括多个数据块，每一数据块包括多张数据页及一错误校验页。该数据页包括多个数据字节、一冗余校验字节及一冗余校验互补字节。该方法可针对一数据页的数据生成一冗余校验码及一冗余校验互补码，用于对该数据页的数据进行冗余校验；同时对一数据块的数据进行奇偶校验；并对错误数据位进行修正；进而将被覆盖的正确数据恢复存储。利用上述的系统及方法，可避免文件数据不正确写入固态存储器时将原先正确数据覆盖所造成无可挽救的状况，并将被覆盖的正确数据恢复存储，确保了数据的正确完整性。

Description

固态存储器的安全存储系统及方法

【技术领域】

本发明涉及一种固态存储器的安全存储系统及方法，尤其是涉及一种安全的且可以将被覆盖的正确数据恢复的存储方法。

【背景技术】

对于一存储系统而言，有两个重要因素：快速读写数据的能力及可靠存取数据的能力。目前一种被广泛用于确保数据存取可靠性的方法是：对被存储数据进行冗余校验码(CRC)校验，每次向存储系统写入数据时，按特定方法生成相关数据的冗余校验码。上述存储系统可以是使用半导体、磁、光作为存储介质的存储器产品，例如可擦写半导体只读存储器，包括闪存(Flash Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)等。闪存是一种固态的可覆写的存储器，其运作方式就像随机存取存储器与硬盘的混合体，适合于在各种设备中存储数据。虽然这些存储器都能在中途发生断电或操作方式不当等状况下保存数据，但是存入存储器中的数据很可能会不完整，使正确数据被覆盖，不能保证被存储数据的正确完整性。

目前关于存储数据的技术很多，例如美国专利商标局于1998年3月19日公告的第5,754,566号专利，名称为“Method And Apparatus ForCorrecting A Multilevel Cell Memory By Using Interleaving”，该发明提供一种可以在多级存储器单元中生成错误纠错码(ECC)的装置及方法，该错误纠错码分别存储于多个数据字节中，将为每一数据字节生成一错误纠错码并存储于具有N个字节的存储器单元中。这种方法对于一些存储成本较高的存储器如闪存(FLASH ROM)而言，其存储代价很高，并且对数据的错误进行检查及修正的能力也不强。因此实在有必要提出一种新的能对存储数据正确恢复的解决方法，本发明正是为了适应上述存储系统的不足而提供的一套新的解决方法，该方法提供了一个既安全且可以将被覆盖的正确数据恢复的可靠的存储方式。

【发明内容】

针对先前技术所存在的不足，本发明的主要目的在于提供一种固态存储器的安全存储系统及方法。存储系统一般都会有一些设定或记录数据，甚至是系统软件，存储于存储器里，但是在中途断电或操作方式不当等状况下，数据有可能会不完整的存入存储器中，使正确数据被抹除。本发明即用于避免上述的状况，提供一种将被覆盖的正确数据恢复的可靠的存储方式，以确保数据的正确完整性。

为达成上述发明的目的，本发明提供一种固态存储器的安全存储系统，该系统包括：一固态存储器(MEMORY)、一中央处理器(CPU)及一总线(BUS)，其中该固态存储器包括多个数据块，每一存储器区块具有1MByte容量的存储空间，用于存储相应数据，该数据块包括多张数据页(DATA PAGE)及一错误校验页(PARITY CHECK PAGE)。每一数据页具有4KByte容量的存储空间，该数据页包括多个数据字节、一冗余校验字节及一冗余校验互补字节。该冗余校验字节存储有一冗余校验码(CRC)。该冗余校验互补字节存储有一冗余校验互补码(CRC′)。该错误校验页包括一奇偶校验字节存储有一奇偶校验码(PARITY CODE)；该中央处理器通过总线对固态存储器可进行读写与控制操作，生成被存储数据的冗余校验码并将其存储于相应校验码区，并能够对相应的数据进行错误检查及修正。其中，中央处理器利用错误校验页对该存储器区块的数据做奇偶校验，利用冗余校验为每一数据页的数据做错误检查与修正，进行正确数据的恢复，确保数据的正确完整性；该总线，用于配合中央处理器对固态存储器的数据进行相应的读写与控制操作。

本发明还提供一种固态存储器的安全存储方法。其通过一中央处理器来生成冗余校验码、冗余校验互补码及奇偶校验码，对相应数据进行错误检查及修正后再进行存储操作，以确保数据的正确完整性，该方法包括如下步骤：(a)中央处理器将一数据页的各数据字节的数据值加总后，再与一冗余附加数求和得一冗余校验码CRC的值，可运用相应的算法：CRC＝(D[001]+D[002]+D[003]+...+D[FFE])+0X94，使CRC的值恒等于“0XFF”；(b)中央处理器计算所述的冗余校验码CRC的十六进制补数CRC′的值；(c)中央处理器读取一存储器区块的数据字节的数据，生成一奇偶校验码存储于一错误校验页的相应的奇偶校验字节中，并设定奇偶校验方式；(d)中央处理器利用冗余校验方式与奇偶校验方式同时对一横向数据与一纵向数据交错进行错误检查；(e)当中央处理器检查到一数据错误时，其即可对相应错误数据位进行修正，利用所述的错误校验页做正确数据恢复。

通过上述的系统及方法，能够利用奇偶校验和冗余校验的检查方式同时对固态存储器中的数据进行横向与纵向交错的错误检查，并对错误数据位进行修正。因此，可避免文件数据不正确写入固态存储器时(如写入中途发生断电或操作方式不当等状况)将原先正确数据覆盖所造成无可挽救的状况，并将被覆盖的正确数据恢复存储，确保了数据的正确完整性。

【附图说明】

图1是本发明固态存储器的安全存储系统硬件架构图。

图2是本发明固态存储器的安全存储系统的固态存储器存储空间示意图。

图3是本发明固态存储器的安全存储系统的固态存储器的存储器区块存储空间示意图。

图4是本发明固态存储器的安全存储系统的存储器区块的数据页存储空间示意图。

图5是本发明固态存储器的安全存储系统的数据错误检查及修正示意图。

图6是本发明固态存储器的安全存储方法流程图。

【具体实施方式】

如图1所示，是本发明固态存储器的安全存储系统硬件架构图。该安全固态存储器存储系统包括一固态存储器(MEMORY)1、一中央处理器(CPU)2及一总线(BUS)3。其中，固态存储器1可为一闪存(FLASH ROM)，用于存储数据。中央处理器2可通过总线3对固态存储器1中的数据进行读写与控制操作，或通过总线3从外部数据源(图中未画出)接收数据并将其存储于固态存储器1中，生成被存储数据的冗余校验码并将其存储于相应校验码区，并能够对相应数据进行错误检查及修正，且能够对数据按每一位进行加法运算、求补数运算及按位比对运算。该总线3，用于配合中央处理器2对固态存储器1中的数据进行相应的读写与控制操作。

如图2所示，是本发明固态存储器的安全存储系统的固态存储器存储空间示意图。一固态存储器1，其在逻辑上被划分为多个存储器区块(MEMORY BLOCK)10，每一存储器区块10具有1MByte容量的存储空间，用于存储相应数据。

如图3所示，是本发明固态存储器的安全存储系统的固态存储器的存储器区块存储空间示意图。一固态存储器1的存储器区块10，该存储器区块10具有1MByte容量的存储空间，其在逻辑上被划分为多张数据页(DATA PAGE)101及一错误校验页(PARITY CHECK PAGE)102。每一数据页101和错误校验页102均具有4KByte容量的存储空间，数据页101用于存储多笔数据、冗余校验码及冗余校验互补码；错误校验页102用于存储奇偶校验码，其用于完成1Mbyte数据的奇偶校验，该奇偶校验可选用奇(ODD PARITY)校验或偶(EVENPARITY)校验，该错误校验页102还可用于正确数据的恢复。

如图4所示，是本发明固态存储器的安全存储系统的存储器区块的数据页存储空间示意图。一存储器区块10的4KByte存储容量的数据页101，其字节地址分别在逻辑上被划分为001、002、003...FFE、FFF，该地址所存储的数据分别为：D[001]、D[002]、D[003]...冗余校验互补字节1012、冗余校验字节1011。该冗余校验字节1011，用于存储一冗余校验码(CRC)；该冗余校验互补字节1012，用于存储一冗余校验互补码(CRC′)。计算该冗余校验码CRC可采用相应的算法：CRC＝(D[001]+D[002]+D[003]+...+D[FFE])+0X94，且使CRC的值恒等于“0XFF”。其中D[001]、D[002]、D[003]...D[FFE]分别为第001、第002、第003...第FFE个存储地址中的数据，“0X94”为一冗余附加数，表示十六进制数94。该冗余校验互补字节1012是中央处理器2计算出的冗余校验码CRC的十六进制补数CRC′的值，例如CRC的值为“0XFF”，则CRC′的值为“0X00”。因此，中央处理器2根据冗余校验码与冗余校验互补码的互补关系的正确与否来检查数据的正确性，并对错误数据位进行修正。一个字节(BYTE)由八个位(BIT)组成：B1、B2、B3...B8，该位的地址存储空间用于存储相应位“0”或“1”，以组成相应数据。

如图5所示，是本发明安全固态存储器的安全存储系统的数据错误检查及修正示意图。中央处理器2根据固态存储器1的存储器区块10的错误校验页102进行奇偶(PARITY)校验，该奇偶校验可选用奇(ODD PARITY)校验或偶(EVEN PARITY)校验。本实施例采用偶校验来描述：当相对应数据的字节中含有奇数个的“1”时，同位位为“1”；当相对应数据的字节中含有偶数个的“1”时，同位位为“0”。在数据被送至中央处理器2前通过奇偶校验，同位位及对应8位数据同时被写入固态存储器1中。如果奇偶校验检测到偶数个的“1”，数据被视为有效，同位位被去除，此后8位数据被送至中央处理器2处理；如果与位检查检测到奇数个的“1”，数据被视为无效并产生PARITY错误。如图5所示，如果其中一存储器区块10的多张数据页101的纵向数据(B1、B2、B3...B8)按每一位(BIT)加总后得奇数个“1”，而错误校验页102中对应的同位却为“0”，则对应数据页101中数据被视为无效并产生PARITY错误。中央处理器2根据数据页101中的冗余校验码和冗余校验互补码的互补关系的正确与否来确定相应数据页101中的横向数据(D[001]、D[002]、D[003]...D[FFE])是否有错误。因此，完成了奇偶(PARITY)校验和冗余校验同时对固态存储器1的纵向数据与横向数据交错的错误检查，并对相应错误的数据进行修正。该横向数据错误检查是指中央处理器2利用数据页101的冗余校验码和冗余校验互补码对数据页101中的横向数据进行冗余校验；该纵向数据错误检查是指中央处理器2利用错误校验页102中的奇偶校验码对数据块10中的纵向数据进行奇偶校验。在本实施例中的错误位“EEROR BIT”为“1”即为被检查出的错误位，其将被改写为“0”，并用存储器区块10中的错误校验页102进行正确数据的恢复，以达到对数据进行错误检查及修正的目的，从而保证了数据的正确完整性。

如图6所示，是本发明固态存储器的安全存储方法流程图。首先对本图所用的助记符说明如下：

SUM，代表一存储器区块10的数据按每一位相加的和；

CRC，代表一数据页101的冗余校验码，可采用的算法为：CRC＝(D[001]+D[002]+D[003]+...+D[FFE])+0x94，其存储于数据页101的冗余校验字节1011的地址FFF中；

CRC′，代表CRC的十六进制补数，作为一数据页101的冗余校验互补码，其存储于数据页101的冗余校验互补字节1012的地址FFE中；

D[4K-2]，代表一数据页101的第4K-2个数据字节地址的数据，其中K＝1，2，...，n，n为自然数。

首先，中央处理器2将固态存储器1的存储器区块10中数据页101的各数据值加总，再与一冗余附加数“0X94”求和后得CRC的值，并计算其十六进制补数得CRC′的值(步骤S1)。例如CRC的值为“0XFF”，而CRC′的值是否为“0X00”，接着中央处理器2判断CRC′的值与D[4K-2]的值是否相等(步骤S2)，若CRC′值与D[4K-2]值不相等，则程序转向由中央处理器2将固态存储器1的存储器区块10中的各数据按每一位加总得SUM值，并设定错误校验页102的奇偶校验方式为偶校(本发明采用偶校来描述，步骤S3)。接着判断SUM值是否为偶数个“1”(步骤S4)。若SUM值是奇数个“1”，则在错误校验页102的相应位的地址中写入“1”，即中央处理器2做SUM＝SUM+1运算后(步骤S5)，接着将固态存储器1中数据页101中的错误数据位做错误修正并存储(步骤S7)，最后程序结束；在步骤S3中，若SUM值是偶数个“1”，则在错误校验页102的相应位的地址中写入“0”，即中央处理器2做SUM＝SUM+0运算(步骤S6)后，程序转向步骤S7。在步骤S2中，若CRC′与A[4K-2]相等，则中央处理器2将固态存储器1的存储器区块10中的各数据按每一位加总得SUM值，并设定错误校验页102的奇偶校验方式为偶校验(步骤S8)。接着判断SUM值是否为偶数个“1”(步骤S9)，若SUM值是奇数个“1”，则在错误校验页102的相应位的地址中写入“1”，即中央处理器2做SUM＝SUM+1运算后(步骤S10)，接着程序转向判断SUM值是否等于“0”(步骤S12)，如SUM值不等于“0”，则中央处理器2将固态存储器1中错误校验页102中的错误数据位做错误修正并存储(步骤S13)，最后程序才结束；如SUM值等于“0”，说明存储于错误校验页102中的错误数据位没有错误数据，无需作正确数据的恢复，则程序直接转向结束。在步骤S9中，若SUM值是偶数个“1”，则在错误校验页102的相应位的地址中写入“0”，即中央处理器2做SUM＝SUM+0运算(步骤S11)后，接着程序转向步骤判断SUM值是否等于“0”(步骤S12)，如SUM值不等于“0”，则程序转向步骤S13；如SUM值等于“0”，则程序直接结束。通过上述方法，可完成冗余校验和奇偶校验分别对存储于固态存储器1中的一横向数据与一纵向数据进行交错的错误检查，并对错误数据位进行修正，从而完成了把被覆盖的正确数据恢复的存储过程，确保了数据的正确完整性。

Claims (13)

1.一种固态存储器的安全存储系统，用于恢复被覆盖的正确数据，其特征在于，该系统包括：

一固态存储器，该固态存储器连接于一中央处理器，其在逻辑上被划分为多个存储器区块，该存储器区块包括：

多张数据页，该数据页包括多个数据字节、一冗余校验字节及一冗余校验互补字节；及

一错误校验页，该错误校验页包括一奇偶校验字节。

2.如权利要求1所述的固态存储器的安全存储系统，其特征在于，所述的存储器区块的存储空间容量为一固定值。

3.如权利要求1所述的固态存储器的安全存储系统，其特征在于，所述的数据页及所述的错误校验页的存储空间容量均为一固定值。

4.如权利要求1所述的固态存储器的安全存储系统，其特征在于，所述的奇偶校验字节，用于存储一奇偶校验码。

5.如权利要求1所述的固态存储器的安全存储系统，其特征在于，所述的冗余校验字节，用于存储一冗余校验码，而且所述的冗余校验互补字节，用于存储一冗余校验互补码。

6.如权利要求5所述的固态存储器的安全存储系统，其特征在于，所述的冗余校验码和所述的冗余校验互补码具备互补关系，其用于对所述的数据页中的数据进行错误检查及修正。

7.一种固态存储器的安全存储方法，用于恢复被覆盖的正确数据，其特征在与，该方法包括以下步骤：

中央处理器将一数据页的各数据字节的数据按每一位加总后，再与一冗余附加数求和得一冗余校验码CRC；

中央处理器计算所述的冗余校验码CRC的十六进制补数CRC′的值；

一中央处理器读取一存储器区块的数据字节的数据，生成一奇偶校验码存储于一错误校验页的相应奇偶校验字节地址中，并设定奇偶校验方式；

中央处理器利用冗余校验方式与奇偶校验方式分别对一横向数据与一纵向数据交错进行检查；及

当检查到一数据错误时，该中央处理器即对相应的错误数据位进行修正，利用所述的错误校验页进行正确数据的恢复。

8.如权利要求7所述的固态存储器的安全存储方法，其特征在于，所述的冗余附加数为十六进制数“0X94”。

9.如权利要求7所述的固态存储器的安全存储方法，其特征在于，计算所述的冗余校验码CRC的值，使其恒等于“0XFF”，相应算法可采用：CRC＝(D[001]+D[002]+D[003]+…+D[FFE])+0X94，其中D[001]、D[002]、D[003]…D[FFE]分别为第001、第002、第003…第FFE个地址中的数据。

10.如权利要求7所述的固态存储器的安全存储方法，其特征在于，所述的CRC′表示冗余校验互补码，与所述的冗余校验码共同进行所述的数据页的横向数据的冗余校验。

11.如权利要求7所述的固态存储器的安全存储方法，其特征在于，所述的修正是指将错误数据位的数值“1”改为“0”，或将错误数据位的数值“0”改写为“1”。

12.如权利要求7所述的固态存储器的安全存储方法，其特征在于，所述的错误校验页用于完成所述的存储器区块的纵向数据的奇偶校验。

13.如权利要求12所述的固态存储器的安全存储方法，其特征在于，所述的奇偶校验可选用奇校验或偶校验。