EMMC/UFS卡及其提高EMMC/UFS卡读性能的方法.pdf

本发明涉及计算机信息技术领域，尤其涉及一种EMMC/UFS卡及其提高EMMC/UFS卡读性能的方法，通过在EMMC/UFS控制器芯片中加入一个嵌入式MASK只读存储器，并将具有不同操作系统的移动终端设备上电后需要加载的数据分为主数据和相对于主数据的辅助数据，数据存储至嵌入式MASK只读存储器中，辅助数据存储至NAND闪存中，当任一移动终端设备上电后，判断该移动终端设备需要加载的数据是否存储于嵌入式MASK只读存储器中，若是，则从嵌入式MASK只读存储器加载数据，因为从嵌入式MASK只读存储器中的读取数据的速度要比在NAND闪存中读取数据的速度快，从而提高移动终端设备系统的即时启动速度。

1.  一种EMMC/UFS卡，应用于移动终端设备中，其特征在于，包括：
EMMC/UFS控制器；
存储器；与所述EMMC/UFS控制器连接，且所述存储器中存储有所述移动终端设备上电后需要加载的主数据和相对于该主数据的辅助数据；
其中，所述存储器包括NAND闪存和集成在所述EMMC/UFS控制器上的嵌入式MASK只读存储器，且所述主数据存储在所述嵌入式MASK只读存储器中，所述辅助数据存储在所述NAND闪存中。

2.  如权利要求1所述的EMMC/UFS卡，其特征在于，所述主数据包括移动终端设备的不同操作系统/系统级的应用程序的相同内容或非更新内容。

3.  如权利要求1所述的EMMC/UFS卡，其特征在于，所述UFS卡上的所述存储器还包括NOR闪存或SD卡。

4.  一种提高EMMC/UFS卡读取性能的方法，应用于移动终端设备中，其特征在于，所述EMMC/UFS卡包括EMMC/UFS控制器和存储器，且所述存储器包括NAND闪存和集成在所述EMMC/UFS控制器上的嵌入式MASK只读存储器，所述方法包括：
步骤S1：预先将若干具有不同操作系统的移动终端设备上电后 需要加载的数据分为主数据和相对于该主数据的辅助数据，并将所述主数据存储至所述嵌入式MASK只读存储器中，将所述辅助数据存储至所述NAND闪存中；
步骤S2：当任一所述移动终端设备上电后，判断所述移动终端设备需要加载的数据是否存储于所述嵌入式MASK只读存储器中，若是，则从所述嵌入式MASK只读存储器中加载数据。

5.  如权利要求4所述的方法，其特征在于，若所述移动终端设备需要加载的数据不存储于所述嵌入式MASK只读存储器中，则从所述NAND闪存中加载数据。

6.  如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述主数据包括移动终端设备的不同操作系统/系统级的应用程序的相同内容或非更新内容。

7.  如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述非更新内容转变为更新内容时，所述更新内容存储至NAND闪存且标记有效，将存储于所述嵌入式MASK只读存储器中的非更新内容标记无效。

8.  如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S2中，通过地址映射表判断所述移动终端设备需要加载的数据是否存储于所述嵌入式MASK只读存储器中。

EMMC/UFS卡及其提高EMMC/UFS卡读性能的方法
技术领域
本发明涉及计算机信息技术领域，尤其涉及一种EMMC/UFS卡及其提高EMMC/UFS卡读性能的方法。
背景技术
随着智能手机和平板电脑行业的快速发展，引发电子产品的更新换代，对存储硬件提出了更高的要求。多媒体播放、高清摄像、导航，各色各样的应用以及外观轻薄小巧的发展趋势，要求存储硬件高容量、高稳定性和高读写速度的同时，需要存储芯片在主板上占用更小的面积。目前在手机中用到的存储产品一般为NAND闪存(Flash)，当手机客户在导入数据的时候，都需要每家公司的产品和技术特性重新设计，过去并没有哪个技术能够通用于所有厂商的NAND Flash芯片，而且每次NAND Flash制程技术的更新换代，手机客户都要重新设计通讯的电压，时序以及接口命令等，这些随着不同厂商和不同制程技术而不同。因此1997年出现了一种嵌入式多媒体卡(Embedded Multi Media Card，简称EMMC)，EMMC是将NAND Flash芯片和控制器封装成BGA(球栅阵列封装)封装芯片，采用统一闪存接口来管理闪存，可节省电路板的面积，客户在设计新产品时，也不需要考虑内置的NAND Flash生产厂商和纳米制程的不同，便于手机客户设计 的程序和产品，保证产品的稳定性和一致性。
EMMC的基本结构具体为将EMMC控制器和NAND Flash芯片封装在一块芯片内，EMMC控制器由错误检查与纠正模块、坏块管理模块和损耗均衡模块等组成。系统在读写EMMC里面存储的数据时只能执行读操作或只能执行写操作，不能同时进行读和写操作，而且随着频率的增高，接口当前的数据速率并不能显著提高，因此三星提出了UFS(Universal Flash Storage)结构，EMMC和UFS结构如图1a和图1b所示。UFS结构和EMMC的结构大致相同，由UFS控制器和存储器组成，这里的存储器不仅包括NAND Flash，也包括NOR Flash，SD卡等。UFS相对EMMC，在读写数据时可以同时进行读写操作，而且读取的速度也比EMMC高。无论现在的智能手机和平板电脑等设备采用的是EMMC卡或UFS卡，系统在读写数据时的基本步骤是首先将数据从EMMC或者UFS卡中放入内存中，再将数据放入片上缓存中，由处理器执行，如图2所示。
EMMC/UFS卡中存储的数据包括用户数据，固件程序，操作系统等，这些数据都存放在EMMC/UFS卡的NAND Flash中。现在基于智能手机的主流操作系统有很多。对于不同的操作系统，它们之间的差异很大，但是对于同一种操作系统而言(这里以andriod为例)，有以下特征：
对于不同的手机生产厂商的操作系统都是根据谷歌发布的标准andriod源码修改的，如三星公司的TouchWiz操作系统，HTC公司的Sense操作系统，华为的Emotion操作系统，小米的MIUI操作系 统和魅族的Flyme操作系统，这些操作系统是不同的，但是这些操作系统中存在相同的部分，比如内核，因为这是由谷歌发布的标准andriod系统决定的，如图3所示。
对于同一个操作系统而言，如MIUI操作系统，在每次操作系统更新的时候某些特定的部分是永远不更新或者大部分时间都不更新的。
智能手机的操作系统一般都存储在EMMC/UFS卡的NAND Flash芯片中，系统在上电后加载操作系统，首先将操作系统从NAND Flash中导入内存中，再从内存放入片上缓存中，将系统放在NAND Flash中会带来以下几个问题：操作系统放入NAND Flash中，会占据NAND Flash的一部分空间，减小NAND Flash的存储密度；操作系统放入NAND Flash中，当要加载操作系统时，需要将操作系统导入内存，再从内存放入片上的缓存中，这样系统启动的速度就比较慢，做不到即时启动；从NAND Flash中加载操作系统到内存再到片上缓存有一定的能量消耗；而这些缺陷均是本领域技术人员所不期望的。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明公开一种提高EMMC/UFS卡读性能的方法，以解决现有技术中系统的启动速度较慢的缺陷。
本发明为解决上述问题所采用的技术方案为：
一种EMMC/UFS卡，应用于移动终端设备中，其中，包括：
EMMC/UFS控制器；
存储器；与所述EMMC/UFS控制器连接，且所述存储器中存储有所述移动终端设备上电后需要加载的主数据和相对于该主数据的辅助数据；
其中，所述存储器包括NAND闪存和集成在所述EMMC/UFS控制器上的嵌入式MASK只读存储器，且所述主数据存储在所述嵌入式MASK只读存储器中，所述辅助数据存储在所述NAND闪存中。
较佳的，上述的EMMC/UFS卡，其中，所述主数据包括移动终端设备的不同操作系统/系统级的应用程序的相同内容或非更新内容。
较佳的，上述的EMMC/UFS卡，其中，所述UFS卡上的所述存储器还包括NOR闪存或SD卡。
一种提高EMMC/UFS卡读取性能的方法，应用于移动终端设备中，其中，所述EMMC/UFS卡包括EMMC/UFS控制器和存储器，且所述存储器包括NAND闪存和集成在所述EMMC/UFS控制器上的嵌入式MASK只读存储器，所述方法包括：
步骤S1：预先将若干具有不同操作系统的移动终端设备上电后需要加载的数据分为主数据和相对于该主数据的辅助数据，并将所述主数据存储至所述嵌入式MASK只读存储器中，将所述辅助数据存储至所述NAND闪存中；
步骤S2：当任一所述移动终端设备上电后，判断所述移动终端设备需要加载的数据是否存储于所述嵌入式MASK只读存储器中，若是，则从所述嵌入式MASK只读存储器中加载数据。
较佳的，上述的方法，其中，若所述移动终端设备需要加载的数据不存储于所述嵌入式MASK只读存储器中，则从所述NAND闪存中加载数据。
较佳的，上述的方法，其中，所述主数据包括移动终端设备的不同操作系统/系统级的应用程序的相同内容或非更新内容。
较佳的，上述的方法，其中，所述非更新内容转变为更新内容时，所述更新内容存储至NAND闪存且标记有效，将存储于所述嵌入式MASK只读存储器中的非更新内容标记无效。
较佳的，上述的方法，其中，步骤S2中，通过地址映射表判断所述移动终端设备需要加载的数据是否存储于所述嵌入式MASK只读存储器中。
上述发明具有如下优点或者有益效果：
本发明公开了一种EMMC/UFS卡及其提高EMMC/UFS卡读性能的方法，通过在EMMC/UFS控制器芯片中加入一个嵌入式MASK只读存储器，并将具有不同操作系统的移动终端设备上电后需要加载的数据分为主数据和相对于主数据的辅助数据，数据存储至嵌入式MASK只读存储器中，辅助数据存储至NAND闪存中，当任一移动终端设备上电后，判断该移动终端设备需要加载的数据是否存储于嵌入式MASK只读存储器中，若是，则从嵌入式MASK只读存储器加载数据；因为从嵌入式MASK只读存储器中的读取数据的速度要比在NAND闪存中读取数据的速度快，从而提高移动终端设备系统的即时启动速度。
具体图说明
通过阅读参照以下图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制图，重点在于示出本发明的主旨。
图1a和图1b是现有技术中EMMC和UFS的结构示意图；
图2是现有技术中系统执行EMMC/UFS中数据的结构示意图；
图3是现有技术中基于andriod系统的不同操作系统中相同部分的结构示意图；
图4是本发明中的EMMC的结构示意图；
图5是本发明中嵌入式MASK只读存储器存储不同操作系统的数据的结构示意图；
图6是本发明中NAND闪存中存储有操作系统或系统级应用程序的结构示意图；
图7～图9是本发明中嵌入式MASK只读存储器存储有数据的结构示意图；
图10是本发明中系统执行操作系统/系统级的应用程序的流程示意图；
图11是本发明中非更新内容发生变化后的存储的结构示意图。
具体实施方式
下面结合图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。
随着半导体工艺的发展，嵌入式MASK ROM(即嵌入式MASK只读存储器)的面积越来越小，容量越来越大，可以用来存储越来越多的数据，而且MASK ROM的读取速度比NAND Flash(即NAND闪存)快，因此可以集成到EMMC/UFS控制器中，用来存储数据，从而提高EMMC/UFS卡的读取速度，如图4所示。
加入嵌入式MASK ROM的EMMC/UFS卡的基本结构如图4所示，其中只示出EMMC的基本结构，两者基本结构相同，另外UFS卡上的存储器还包括NOR Flash或SD卡(即SD Card)，这样的EMMC/UFS卡包括两种存储设备NAND Flash和嵌入式MASK ROM以及封装接口。因此我们可以将存储在NAND Flash中的用户的一部分数据放入嵌入式MASK ROM中(在本发明的实施例中，将后续加载的数据分为主数据以及相对于主数据的辅助数据，其中主数据包括移动终端设备的不同操作系统/系统级的应用程序的相同内容或非更新内容，其余内容均为辅助数据)，比如操作系统和系统级的应用程序等数据，下面我们以操作系统为例分两个方面来说明这种方法的应用，系统级的应用程序情况相同，不再赘述。
对于同一种操作系统来说(这里以andriod为例)，我们分以下两个方面来说明：
不同的andriod手机生产厂商，操作系统基本不同，但是它们肯定存在相同内容，比如内核，因此我们可以把这些相同的部分放入嵌 入式MASK ROM中，这样当执行移动终端设备的操作系统时，可以直接从嵌入式MASK ROM中加载，而不用从NAND Flash中加载，而从嵌入式MASK ROM中加载的速度要比从NAND Flash中加载的速度快，因此可以提高系统的启动速度，提高用户体验。
对于同一个andriod操作系统的手机生产厂商，每次更新操作系统时，操作系统中的某些特定的部分永远保持不变或者大部分时间都不更新(即非更新)，因此我们可以将这些部分放入嵌入式MASK ROM中，由于这些部分永远不变或者大部分时间都不更新，这样会导致这些数据所在的存储块的擦写次数远远低于其他存储块，在均衡损耗算法下，这些部分所在存储块需要转移到其他擦写次数较高的存储块中，造成了不必要的擦写。本发明中将移动终端设备的不同操作系统/系统级的应用程序的相同内容或非更新内容放在嵌入式MASK ROM中，可以避免不必要的擦写，从而提高NAND Flash的性能。
对于不同的操作系统，比如andriod，IOS，Windows Phone等，每种操作系统之间基本都不相同，但每一种操作系统都有上面提到的两个特点，因此当嵌入式MASK ROM容量足够大时，我们可以将每一种操作系统中的满足以上所述两点特性的数据内容都放入嵌入式MASK ROM中，如图5所示。假设andriod系统(即图5中第一系统)中满足以上所述两点特性的数据内容为A，IOS系统(即图5中第二系统)中满足以上所述两点特性的数据内容为B，我们把A和B这两部分内容都放入嵌入式MASK ROM中，这样如果EMMC/UFS卡用于andriod系统时，数据内容A被激活，其他部分不被激活，虽 然有一定的冗余浪费，但是提高了andriod系统的启动速度，提高了EMMC/UFS读性能；如果EMMC/UFS卡用于IOS系统时，数据内容B被激活，其他部分不被激活，提高了IOS系统的启动速度，如果EMMC/UFS应用于其他操作系统，情况相同，不再赘述。这样无论以后EMMC/UFS卡应用于哪种操作系统，都可以提高系统的启动速度。
如果EMMC/UFS卡中的嵌入式MASK ROM只用来存储一种操作系统(以andriod为例)中满足上述两点特性的数据内容，那么会有一定的局限性，因为嵌入式MASK ROM只存储andriod系统中的这些数据时，这些EMMC/UFS卡只能提高andriod系统的启动速度，对于其他操作系统来说并不能提高启动速度，因此会对这些只存储andriod系统中满足以上所述两点特性的数据的EMMC/UFS有一定的库存压力；而如果EMMC/UFS卡中的嵌入式的MASK ROM中存储有多种操作系统中满足上述两点特性的数据内容，例如andriod、IOS、Windows Phone等，那么EMMC/UFS用于andriod系统的智能设备时可以提高andriod系统的启动速度，用于IOS系统的智能设备时可以提高IOS系统的启动速度，用于Windows Phone系统的智能设备时可以提高Windows Phone的启动速度，因此只要EMMC/UFS卡的嵌入式MASK ROM中存储有相应操作系统的满足以上两点特性的数据，就可以提高相应系统的启动速度，而且嵌入式的MASK ROM的利用率也达到100％。
一般情况下，操作系统或者系统级的应用程序存储在 EMMC/UFS中的NAND Flash中，假设操作系统或者系统级的应用程序为数据X，满足以上所述两个特性的数据为数据Y，具体如图6所示，FTL中地址映射表中数据Y的地址为addr1，相应的地址映射表如表一所示：

表一
当把满足以上两点特性的数据Y放入嵌入式的MASK ROM时，具体如图7所示，而FTL中的地址映射表的数据也要做相应的修改，此时FTL中地址映射表中数据Y的地址为addr2，相应的地址映射表如表二所示。

表二
下面我们举两个例子分别说明以上两种情况。对于同一种操作系统来说(以andriod为例)，这里我们以MIUI系统(即第三系统)和 Flyme系统(即第四系统)为例，对于MIUI系统和Flyme系统来说，这些系统的内核都是由Google发布的标准andriod系统的内核Core_A(即内核A)所决定的，而对于MIUI系统或者Flyme系统来说，这些操作系统存在某些大部分时间都不更新的部分，假设MIUI系统大部分时间都不更新的内容为MIUI_A(即第三系统A)，Flyme系统大部分时间都不更新的内容为Flyme_A(即第四系统A)，一般情况下Core_A、MIUI_A和Flyme_A这些数据都存储于NAND Flash中，当读取这些数据的时候直接从NAND Flash中读取，本发明中我们把Core_A、MIUI_A和Flyme_A放入嵌入式的MASK ROM中，更新FTL中的地址映射表，并标记NAND Flash中的Core_A、MIUI_A、Flyme_A无效，这样当要读取这些部分时可以直接从嵌入式的MASK ROM中读取，从而提高了系统的启动的速度，如图8所示。
对于不同的操作系统来说(以andriod和IOS为例)，andriod系统和IOS系统基本都不相同，但是它们都有上文提到的两个特点，假设IOS系统的内核为Core_B(即内核B)，大部分时间都不更新的部分为IOS_B(即第二系统B)，对于andriod系统来说，我们在上面的例子中已经做了分析，对于IOS系统来说，我们也可以将IOS的内核Core_B和大部分时间都不更新的部分IOS_B放入嵌入式MASK ROM中，更新FTL中的地址映射表，标记NAND Flash中相应的部分无效。这样当EMMC/UFS应用于MIUI系统时，嵌入式MASK ROM中存储的Core_A和MIUI_A会被激活，其他部分不被激活； 当EMMC/UFS应用于Flyme系统时，嵌入式MASK ROM中存储的Core_A和Flyme_A会被激活，其他部分不被激活；当EMMC/UFS应用于IOS系统时，嵌入式MASK ROM中存储的Core_B和IOS_B会被激活，其他部分不被激活，如图9所示，对于其他操作系统和andriod/IOS相同。
因此，当操作系统或者系统级的应用程序满足以上两点特性的数据存储在嵌入式MASK ROM中时，则用于提高EMMC/UFS卡读取性能的步骤概括为：
步骤S1、预先将若干具有不同操作系统(在本发明的实施例中，该不同的操作系统除了多种操作系统之外还包括具有部分不同内容的同一操作系统)的移动终端设备上电后需要加载的数据分为主数据和相对于主数据的辅助数据，并将主数据存储至嵌入式MASK ROM中，将辅助数据存储至NAND Flash中。
步骤S2、当任一移动终端设备上电后，根据地址映射表判断移动终端设备需要加载的数据是否存储于嵌入式MASK ROM中，若是，则从嵌入式MASK ROM加载数据(从嵌入式MASK ROM中加载操作系统/系统级的应用程序到内存中，再从内存中加载到片上缓存中，由处理器执行)，否则从NAND Flash加载数据，如图10所示。
前面我们提到同一种操作系统在每次更新中有些部分永远保持不变或者大部分时间不更新，因此我们将这些部分放入嵌入式MASK ROM中，但是如果操作系统中这些大部分时间都不更新的部分在某次操作系统更新时发生了改变(即非更新内容转换为更新内容)，而 嵌入式MASK ROM是只可读不可写的，所以并不能重新往嵌入式MASK ROM里面写数据，所以这时就需要将更新内容写入NAND Flash中(有效内容)，非更新内容仍然存储于嵌入式MASK ROM中，并重新更新FTL中的地址映射表，使存储于嵌入式MASK ROM中的非更新内容无效。下面我们举个例子说明。
我们以IOS系统为例，假设IOS系统中大部分时间都不更新的部分为IOS_B(即第二系统B)，IOS_B存储在EMMC/UFS的嵌入式MASK ROM中。假设IOS_B在某次操作系统更新时发生了变化，那么由于嵌入式的MASK ROM只可读不可写，所以更新的内容必须存储在NAND Flash中，同时更新FTL中的地址映射表，并标记嵌入式MASK ROM中的IOS_B无效，设置NAND Flash中的IOS_B有效，当要读取IOS_B时直接从NAND Flash中读取，具体如图11所示。
综上所述，本发明公开了一种EMMC/UFS卡及其提高EMMC/UFS卡读性能的方法，通过在EMMC/UFS控制器芯片中加入一个嵌入式MASK只读存储器，并将具有不同操作系统的移动终端设备上电后需要加载的数据分为主数据和相对于主数据的辅助数据，数据存储至嵌入式MASK只读存储器中，辅助数据存储至NAND闪存中，当任一移动终端设备上电后，判断该移动终端设备需要加载的数据是否存储于嵌入式MASK只读存储器中，若是，则从嵌入式MASK只读存储器加载数据；因为从嵌入式MASK只读存储器中的读取数据的速度要比在NAND闪存中读取数据的速度快，从而提高移动终端设备系统的即时启动速度。
本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。