專利名稱：一種ic存儲(chǔ)卡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路，尤其是涉及一種IC存儲(chǔ)卡。
背景技術(shù)：
存儲(chǔ)卡是一種具有微處理器及數(shù)據(jù)信息處理能力的新型存儲(chǔ)工具，存儲(chǔ)卡的核心是其中一個(gè)具有中央處理器集成電路芯片，及由隨機(jī)存儲(chǔ)器(以下簡(jiǎn)稱RAM)、只讀存儲(chǔ)器(以下簡(jiǎn)稱ROM)、電可擦除電可編程存儲(chǔ)器(以下簡(jiǎn)稱EEPROM)和幾十個(gè)字節(jié)的可編程ROM(以下簡(jiǎn)稱PROM)構(gòu)成的內(nèi)存。通過(guò)其片內(nèi)操作系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱COS)組成的監(jiān)控程序，將所有的數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合，形成文件系統(tǒng)，可以完成各特定功能。
從七十年代以來(lái)，儲(chǔ)存卡內(nèi)部的基本結(jié)構(gòu)多年來(lái)始終是由CPU，ROM，RAM，EEPROM等部件組成的一個(gè)完整的計(jì)算系統(tǒng)，其中ROM用作COS程序代碼的載體。數(shù)據(jù)主存儲(chǔ)器則采用EEPROM，這種傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在著許多不利之處COS使用ROM方式存儲(chǔ)，一旦作完掩膜后，就不能再更改。因?yàn)镽OM存儲(chǔ)是依靠芯片物理特性存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，如果開發(fā)商或用戶想修改COS，就必須要重新制作掩膜，不僅使費(fèi)用大大增加，更延長(zhǎng)了開發(fā)周期，并且由于ROM是依靠硅片物理特性存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，現(xiàn)在使用普通的半導(dǎo)體逆向分析工程，可以獲取原來(lái)存儲(chǔ)的代碼。此外，因?yàn)镽OM存儲(chǔ)是不可修改的，而在某些特殊應(yīng)用場(chǎng)合，用戶希望卡片售出后仍然可以對(duì)加密算法或其他程序?qū)嵤┥?jí)，即在線升級(jí)或在線可編程，使用ROM則是不可能實(shí)現(xiàn)的。
數(shù)據(jù)主存儲(chǔ)器傳統(tǒng)上采用EEPROM。它具有制作工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，可字節(jié)擦寫，但是EEPROM體積偏大，在用于大于128K字節(jié)的存儲(chǔ)要求來(lái)說(shuō)，其體積過(guò)大而難于制作。
一般的存儲(chǔ)卡執(zhí)行指令的方式是順序執(zhí)行，也就是說(shuō)，按照輸入指令先后的順序，一條接一條的執(zhí)行，后一條指令必須等到前一條指令執(zhí)行結(jié)束才可以開始執(zhí)行，指令執(zhí)行的效率不是很高。
傳統(tǒng)的閃速IC存儲(chǔ)卡是通過(guò)多根地址線和并行輸入輸出接口對(duì)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)訪問(wèn)，但是隨著存儲(chǔ)容量的擴(kuò)大，數(shù)據(jù)總線位數(shù)的增加，所需要的地址輸入和數(shù)據(jù)輸入輸出引腳數(shù)目也不斷增加。假如主存儲(chǔ)器容量為4M比特，數(shù)據(jù)總線寬度8位的話，那么需要19位的地址引腳，16位的輸入輸出引腳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種IC存儲(chǔ)卡，旨在克服存儲(chǔ)數(shù)據(jù)不能修改；存儲(chǔ)體積過(guò)大；指令執(zhí)行的效率不高以及數(shù)據(jù)輸入輸出引腳數(shù)目增加的技術(shù)問(wèn)題。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，本發(fā)明的技術(shù)方案包括主存儲(chǔ)單元，比較單元，第一控制單元和包括其內(nèi)的第一指令寄存單元，第二控制單元和包括其內(nèi)的第二指令寄存單元，選通單元，第一緩沖單元，第二緩沖單元，輸入輸出接口單元；指令輸入后，設(shè)備可以將指令暫時(shí)存于第一指令寄存單元或者第二指令寄存單元，通過(guò)比較單元，A類的指令被送往第二控制單元執(zhí)行，B類指令被送往第一控制單元執(zhí)行，第一控制單元控制信號(hào)通過(guò)選通單元送往第一緩沖單元，第一緩沖單元再跟主存儲(chǔ)單元進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，第二控制單元產(chǎn)生的控制信號(hào)通過(guò)選通單元送往第二緩沖單元，第二緩沖單元再跟主存儲(chǔ)單元進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；指令輸入后，設(shè)備還可以通過(guò)比較單元直接與主存儲(chǔ)單元進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，同時(shí)，用戶也可以通過(guò)輸入輸出接口分別的訪問(wèn)第一緩沖單元，第二緩沖單元中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)；所述主存儲(chǔ)單元是包括其內(nèi)的編程單元的閃速存儲(chǔ)單元，所述第一緩沖單元和第二緩沖單元是靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)單元，所述輸入輸出接口單元是支持串行通訊協(xié)議的接口單元，所述第一控制單元和第二控制單元是基于兩個(gè)不同時(shí)鐘環(huán)境的控制單元。
本發(fā)明的有益效果為與ROM相比較，閃速存儲(chǔ)單元在系統(tǒng)中電可擦除和可重復(fù)編程；與EEPROM相比較，閃速存儲(chǔ)單元具有成本低、密度大的特點(diǎn)；由于使用了雙緩沖單元的結(jié)構(gòu)，通過(guò)合理設(shè)計(jì)指令系統(tǒng)，控制單元及數(shù)據(jù)通路，可以實(shí)現(xiàn)指令的并行執(zhí)行，從而提高指令的執(zhí)行效率，加快數(shù)據(jù)訪問(wèn)的速度；相比傳統(tǒng)的并行接口閃速IC存儲(chǔ)卡，用于數(shù)據(jù)總線輸入輸出接口只有兩個(gè)，輸入和輸出，專用的地址引腳可以全部省略，所有的指令，地址以及數(shù)據(jù)均由輸入引腳輸入，也就是說(shuō)只需要兩個(gè)引腳就可以滿足地址數(shù)據(jù)輸入輸出的需要。


圖1是電路模塊功能邏緝框圖；圖2是IC存儲(chǔ)卡的數(shù)據(jù)通路圖；圖3是指令的偽流水線執(zhí)行模式；圖4是指令執(zhí)行流程圖；
圖5是IC存儲(chǔ)卡的指令列表；具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述如圖1所示本發(fā)明的技術(shù)方案包括主存儲(chǔ)單元1，比較單元2，第一控制單元3和包括其內(nèi)的第一指令寄存單元31，第二控制單元4和包括其內(nèi)的第二指令寄存單元41，選通單元5，第一緩沖單元6，第二緩沖單元7，輸入輸出接口單元8；指令輸入后，設(shè)備可以將指令暫時(shí)存于第一指令寄存單元31或者第二指令寄存單元41，通過(guò)比較單元2，A類的指令被送往第二控制單元4執(zhí)行，B類指令被送往第一控制單元3執(zhí)行，第一控制單元產(chǎn)生的控制信號(hào)通過(guò)選通單元5送往第一緩沖單元6，第一緩沖單元6再跟主存儲(chǔ)單元1進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，第二控制單元產(chǎn)生的控制信號(hào)通過(guò)選通單元5送往第二緩沖單元7，第二緩沖單元7再跟主存儲(chǔ)單元1進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；指令輸入后，設(shè)備還可以通過(guò)比較單元2直接與主存儲(chǔ)單元1進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；同時(shí)，用戶也可以通過(guò)輸入輸出接口8分別的訪問(wèn)第一緩沖單元6，第二緩沖單元7中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。
所述主存儲(chǔ)單元1是包括其內(nèi)的編程單元11的閃速存儲(chǔ)單元，所述第一緩沖單元6和第二緩沖單元7是靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)單元，所述輸入輸出接口單元8是支持串行通訊協(xié)議的接口單元，所述第一控制單元3和第二控制單元4是基于兩個(gè)不同時(shí)鐘環(huán)境的控制單元。
控制單元產(chǎn)生的控制信號(hào)通過(guò)選通單元控制系統(tǒng)總線的數(shù)據(jù)流向，確保在兩個(gè)指令同時(shí)運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)資源之間的數(shù)據(jù)通訊不發(fā)生錯(cuò)誤?？刂茊卧O(shè)計(jì)的主要思想是采用兩個(gè)時(shí)鐘系統(tǒng)，一個(gè)為用戶輸入的外部時(shí)鐘系統(tǒng)，另一個(gè)是芯片內(nèi)部的時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生的時(shí)鐘系統(tǒng)，以這兩個(gè)時(shí)鐘系統(tǒng)，設(shè)計(jì)兩個(gè)基于異步時(shí)鐘的控制單元，從而保證兩個(gè)控制單元在執(zhí)行指令期間不互相影響。其中第一控制單元3用于執(zhí)行B類指令，第二控制單元4用于執(zhí)行A類指令。當(dāng)不執(zhí)行A類指令時(shí)，將內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器關(guān)閉，以降低功耗，在有A類指令需要執(zhí)行時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)開啟內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器，使A類指令正常執(zhí)行，執(zhí)行結(jié)束時(shí)時(shí)鐘發(fā)生器又自動(dòng)關(guān)閉。
所述編程單元11是支持以頁(yè)和塊為操作對(duì)象的指令格式為8位指令編碼的24位存儲(chǔ)地址的若干位數(shù)據(jù)的且使指令的每位依次通過(guò)單獨(dú)一根引腳串行輸入的可用軟件進(jìn)行修改的操作系統(tǒng)的編程單元。
所述主存儲(chǔ)單元1是容量4M比特的儲(chǔ)存單元分為4塊的每塊128頁(yè)的每頁(yè)1024字節(jié)的起始64頁(yè)有寫保護(hù)功能以及編程單元11為64K的閃速存儲(chǔ)器，第一緩沖單元6和第二緩沖單元7各為容量1024k字節(jié)的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器。
如圖2所示用戶訪問(wèn)主存儲(chǔ)單元1主要有三種途徑。第一是直接通過(guò)輸入輸出接口單元8與主存儲(chǔ)單元進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，第二是間接通過(guò)第一緩沖單元6與主存儲(chǔ)單元1進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，第三是間接通過(guò)第二緩沖單元7與主存儲(chǔ)單元1進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。同時(shí)，用戶也可以通過(guò)輸入輸出接口單元8分別的訪問(wèn)兩個(gè)緩沖單元中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。具體數(shù)據(jù)通路的選擇由用戶輸入的指令確定。
如圖3所示用戶輸入的指令根據(jù)操作的對(duì)象，可以分為兩類，稱之為A類和B類。這兩類的指令可以單獨(dú)執(zhí)行，也可以在A類指令執(zhí)行期間，系統(tǒng)仍然可以接受并執(zhí)行的無(wú)沖突的B類指令，對(duì)該期間輸入的有沖突的指令則實(shí)現(xiàn)自動(dòng)屏蔽。通過(guò)使用這種偽流水線，提高了指令執(zhí)行的效率，縮短了存儲(chǔ)卡讀寫數(shù)據(jù)的時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)這樣的流水線，硬件電路方面采用了雙緩沖單元的結(jié)構(gòu)。在其中某一個(gè)緩沖單元與主存儲(chǔ)單元交換數(shù)據(jù)的時(shí)候，外部設(shè)備仍然可以與另一個(gè)緩沖單元進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。一種典型的應(yīng)用就是，外部設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)到第一緩沖單元6，然后第一緩沖單元6往主存儲(chǔ)單元寫入數(shù)據(jù)，在此同時(shí)，外部設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)到第二緩沖單元7，在第一緩沖單元6寫主存儲(chǔ)單元結(jié)束后，緊接著第二緩沖單元7往主存儲(chǔ)器寫入數(shù)據(jù)，同時(shí)，外部設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)到第一緩沖單元6，這樣循環(huán)操作，可以將數(shù)據(jù)在更短的時(shí)間內(nèi)寫入主存儲(chǔ)單元。
如圖4所示每條指令的都是由引腳低有效的片選輸入(以下簡(jiǎn)稱CS)的下降沿開始，指令首先通過(guò)輸入輸出串行接口輸入設(shè)備，每條指令的操作碼為8位，輸入計(jì)數(shù)至8時(shí)，設(shè)備對(duì)輸入的操作碼進(jìn)行譯碼，同時(shí)作出判斷，如果當(dāng)前沒有A類指令運(yùn)行，那么設(shè)備開始運(yùn)行該指令。如果當(dāng)前有A類指令正在運(yùn)行，那么判斷輸入的指令是否會(huì)與正在運(yùn)行中的指令發(fā)生沖突，沒有沖突的指令將被執(zhí)行，有沖突的指令將被丟棄，同時(shí)設(shè)備跳到指令運(yùn)行結(jié)束的狀態(tài)。這里的沖突主要是系統(tǒng)資源沖突。系統(tǒng)資源沖突就是當(dāng)這兩條指令要同時(shí)訪問(wèn)同一個(gè)系統(tǒng)資源時(shí)，(所謂的資源就比如靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)單元，閃速存儲(chǔ)單元等硬件設(shè)備)，就產(chǎn)生了資源沖突。判斷沖突的主要設(shè)計(jì)思想是在有A類指令運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)為每一個(gè)資源作上標(biāo)記，表明該資源是否處于工作狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)接受到B類指令時(shí)，通過(guò)譯碼可以判斷該B類指令是否需要訪問(wèn)正在工作的資源，是的話，則認(rèn)為該指令為有沖突指令，設(shè)備將丟棄該指令，不于執(zhí)行；否則認(rèn)為該指令合法，繼續(xù)執(zhí)行該條指令。指令執(zhí)行開始首先輸入24位起始地址，緊接著是輸入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)輸入以高位作為起始位，每輸入8位，設(shè)備內(nèi)部的地址寄存器自增一，這樣周而復(fù)始，直至所有的數(shù)據(jù)輸入并存貯完成。用戶要結(jié)束輸入數(shù)據(jù)，需要停止引腳串行時(shí)鐘上的時(shí)鐘信號(hào)，在引腳CS的上升沿來(lái)臨時(shí)，設(shè)備認(rèn)為一條B類指令執(zhí)行結(jié)束。同時(shí)開始啟動(dòng)內(nèi)部時(shí)鐘，運(yùn)行A類指令，通常A類指令的運(yùn)行時(shí)間比較長(zhǎng)。在此期間，設(shè)備可以繼續(xù)接受指令，重復(fù)上述過(guò)程。
如圖5所示主儲(chǔ)存單元容量4M比特，儲(chǔ)存單元分為4塊，每塊1 28頁(yè)，每頁(yè)1024字節(jié)，起始64頁(yè)有寫保護(hù)功能。指令操作的對(duì)象可以是單個(gè)字節(jié)，也可以是頁(yè)，甚至是塊。該存儲(chǔ)卡提供了豐富的指令系統(tǒng)，可以滿足用戶對(duì)儲(chǔ)存卡的各種操作要求，同時(shí)專門設(shè)計(jì)的指令系統(tǒng)更是方便了用戶操作。指令具體格式為8位指令編碼，24位存儲(chǔ)地址，若干位數(shù)據(jù)；指令由通用輸入端SI串行輸入。在讀指令方面，除了提供一般存儲(chǔ)卡支持的頁(yè)讀，讀第一緩沖單元6或第二緩沖單元7，讀狀態(tài)寄存器之外，該發(fā)明還提供了一個(gè)功能強(qiáng)大的讀連續(xù)陣列指令。在保證外部時(shí)鐘不停止的情況下，該指令可以從隨機(jī)指定的任意起始地址開始，按照地址遞增依次從主存儲(chǔ)單元1中讀出數(shù)據(jù)，直到外部時(shí)鐘停止。該指令不受頁(yè)或塊邊界的限制，讀到存儲(chǔ)單元最后一個(gè)地址時(shí)，自動(dòng)跳回首地址。通過(guò)這條指令，用戶只需僅僅一個(gè)指令，就可以讀出整個(gè)存儲(chǔ)單元的內(nèi)容。在擦寫指令方面，該儲(chǔ)存卡提供的都是針對(duì)頁(yè)或塊的指令，合理使用這些指令的組合可以加快存儲(chǔ)卡的擦寫速度。此外，為了保證存儲(chǔ)卡擦寫的正確性，該存儲(chǔ)卡還提供了數(shù)據(jù)比較和自動(dòng)重寫兩條指令。
權(quán)利要求
1.一種IC存儲(chǔ)卡，包括比較單元(2)，第一控制單元(3)和包括其內(nèi)的第一指令寄存單元(31)，第二控制單元(4)和包括其內(nèi)的第二指令寄存單元(41)，選通單元(5)，其特征在于還包括主存儲(chǔ)單元(1)，第一緩沖單元(6)，第二緩沖單元(7)，輸入輸出接口單元(8)；指令輸入后，設(shè)備可以將指令暫時(shí)存于第一指令寄存單元(31)或者第二指令寄存單元(41)，通過(guò)比較單元(2)， A類的指令被送往第二控制單元(4)執(zhí)行，B類指令被送往第一控制單元(3)執(zhí)行，第一控制單元產(chǎn)生的控制信號(hào)通過(guò)選通單元(5)送往第一緩沖單元(6)，第一緩沖單元(6)再跟主存儲(chǔ)單元(1)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，第二控制單元產(chǎn)生的控制信號(hào)通過(guò)選通單元(5)送往第二緩沖單元(7)，第二緩沖單元(7)再跟主存儲(chǔ)單元(1)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；指令輸入后，設(shè)備還可以通過(guò)比較單元(2)直接與主存儲(chǔ)單元(1)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；同時(shí)，用戶也可以通過(guò)輸入輸出接口(8)分別的訪問(wèn)第一緩沖單元(6)，第二緩沖單元(7)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種IC存儲(chǔ)卡，其特征在于所述主存儲(chǔ)單元(1)是包括其內(nèi)的編程單元(11)的閃速存儲(chǔ)單元；所述第一緩沖單元(6)和第二緩沖單元(7)是靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)單元，所述輸入輸出接口單元(8)是支持串行通訊協(xié)議的接口單元，所述第一控制單元(3)和第二控制單元(4)是基于兩個(gè)不同時(shí)鐘環(huán)境的控制單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種IC存儲(chǔ)卡，其特征在于所述編程單元(11)是支持以頁(yè)和塊為操作對(duì)象的指令格式為8位指令編碼的24位存儲(chǔ)地址的若干位數(shù)據(jù)的且使指令的每位依次通過(guò)單獨(dú)一根引腳串行輸入的可用軟件進(jìn)行修改的操作系統(tǒng)的編程單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種IC存儲(chǔ)卡，其特征在于所述主存儲(chǔ)單元(1)是容量4M比特的儲(chǔ)存單元分為4塊的每塊128頁(yè)的每頁(yè)1024字節(jié)的起始64頁(yè)有寫保護(hù)功能以及編程單元(11)為64K的閃速存儲(chǔ)器，第一緩沖單元(6)和第二緩沖單元(7)各為容量1024k字節(jié)的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器。
全文摘要
一種IC存儲(chǔ)卡，其主存儲(chǔ)單元及編程單元均采用閃速存儲(chǔ)單元，兩個(gè)靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)單元，串行輸入輸出接口，指令輸入后，設(shè)備將指令暫時(shí)存于指令寄存單元，A類的指令被送往控制單元二執(zhí)行，B類指令被送往控制單元一執(zhí)行，執(zhí)行期間，控制單元產(chǎn)生的控制信號(hào)通過(guò)選通器控制系統(tǒng)總線的數(shù)據(jù)分別流向兩個(gè)靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)單元，確保在兩個(gè)指令同時(shí)運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)資源之間的數(shù)據(jù)通訊不發(fā)生錯(cuò)誤。該卡可以降低芯片成本，提高擴(kuò)容升級(jí)方便性，加快指令執(zhí)行效率，以及方便用戶修改數(shù)據(jù)，可應(yīng)用在數(shù)據(jù)采集卡、報(bào)稅機(jī)、出租車計(jì)價(jià)器、讀卡機(jī)、稅控加油機(jī)、MP3等方面。
文檔編號(hào)G06K19/07GK1521691SQ03115330
公開日2004年8月18日 申請(qǐng)日期2003年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月9日
發(fā)明者尚為兵, 王丞, 印義言 申請(qǐng)人:上海華園微電子技術(shù)有限公司