CN102890966B - 低电力应用中擦除储存于非易失性存储器中的数据的方法和*** - Google Patents
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Abstract
使用多个部分擦除操作执行对存储于非易失性存储器中的数据的擦除。每一部分擦除操作具有短于可靠擦除存储于存储位置的数据所需的擦除操作的最小时长的时长。然而，所述多个部分擦除操作的时长的总和足以可靠擦除存储于存储位置的数据。在一范例中，在部分擦除操作期间，施加电压于所述记忆存储晶体管以移除存储于晶体管的电荷存储层上的一些但不一定所有的电荷。在多个部分擦除操作之后，足够的电荷从所述电荷存储层移除以确保可靠擦除数据。
Description
相关申请的交叉参考
本申请要求2011年3月8日提出的、名称为“低电力应用中使用的非易失性存储器”的美国临时专利申请案第61/450,516的优先权，该案的全部内容以引用方式并入本申请中。
背景技术
非易失性存储器(NVM)为许多应用，诸如个人音乐装置设备、数码相机和电脑硬盘驱动器，提供了灵活和低成本的数据存储。这些存储器中的许多存储器在领域中既是可写的又是可擦除的，以允许数据在后期制作中被改变。
这些存储器的写入和擦除通常具有不同的电流设定档(current profiles)，在电流设定档下，一操作需要的电流基本上大于其他操作需要的电流。此外，两个操作中的一个操作通常比另一个操作基本上需要较长的时间。如示范例，来自德州仪器(TexasInstruments)的MSP430F543XA微控制器包括192kB的配置成页的快闪存储器。根据MSP430F543XA数据表(SLAS655B-2010年1月-2010年10月修订)，擦除512B的页需要1.8V下高达2mA电流，耗时32ms，总共需要约115.2uJ的能量。然而，写入存储器的一字节可用很小的能量完成：1.8V下5mA，耗时85us，总共需要0.77uJ的能量。
一般地，在NVM中存储新值需要写入和擦除两操作；因而，改变所述值所需的最小能量由写入能量或擦除能量中的任一较大者设定。在可用能量受限的应用(例如，残骸电源(scavenged power supply))中，使用现有技术通常不可能同时满足写入和擦除能量需求。
附图说明
在下面的详细说明和附图中揭示本发明的各种实施例。
图1示出了具有非易失性存储器的***的一实施例的框图。
图2示出了部分快闪擦除操作的一实施例的时序图。
图3示出了用于控制远程光的***的一实施例的框图。
图4示出了非易失性存储器配置的一实施例的框图。
图5示出了写入非易失性存储器的过程的流程图。
图6示出了保留一次性使用的数(NONCE)于非易失性存储器中的过程的流程图
图7示出了在快闪擦除操作期间信号的相对时序的时序图。
图8是示范性存储器晶体管的截面图，所述示范性存储器晶体管可用作非易失性存储器的一部分。
具体实施方式
本发明能以许多方式实施，包括作为过程、设备、***、组成物(composition ofmatter)、计算机可读介质，所述计算机可读介质诸如计算机可读存储介质或计算机网络，在所述计算机网络中程序指令通过光纤或通信链路发送。在本说明书中，这些实施方式或本发明可采取的任何其他形式可被称为技术。诸如处理器或存储器的被描述为配置成执行任务的组件，包括临时配置成在给定时间执行任务的通用组件，或被制成用以执行任务的特定组件。被描述为具有配置处理器执行功能的程序设计的处理器，包括配置成基于存储在机器可读介质(诸如非过渡介质(non-transitory medium))上的机器可读指令而执行功能的处理器，以及存储指令于有限状态机(FSM)中的处理器。一般地，在本发明范围内可改变所揭示过程的步骤顺序。
下面随图示本发明原理的附图提供对本发明一或多个实施例的详细说明。本发明结合这些实施例描述，但本发明不限于任何实施例。本发明的范围仅受权利要求限制，且本发明包含许多替换方式、修改和等效方式。为了提供对本发明的彻底理解，在下面的说明中提出许多特定细节。提供这些细节是为了示范目的，且本发明可在没有一些或所有这些特定细节的情况下根据权利要求实施。为了清楚的目的，在技术领域中涉及本发明的已知技术材料未作详细描述，以使本发明不被不必要的模糊。
揭示了改变非易失性存储器中的值。在一些实施例中，非易失性存储器是由残骸电源、另一类型的受限电源或类似电源供电的较大***的一部分。在一些实施例中，非易失性存储器是包括用于传达信息至远程位置的收音机(radio)的***的一部分。
图1是示出了具有非易失性存储器的***的一实施例的框图。在所示范例中，***100包括非易失性存储器110、收音机102、处理器104和能量源106。收音机102连接至天线103，天线103在各实施例中包含偶极天线(dipole antenna)、芯片天线(chip antenna)、通过对印刷电路板上的走线图样化制成的天线或任何其他适合发射或接收电磁波的结构。在一些实施例中，非易失性存储器110包含NAND快闪存储器、NOR快闪存储器或基于电荷捕获的存储器(例如，基于硅氧化氮氧化硅(SONOS)的快闪存储器)。在各种实施例中，非易失性存储器110包括电气可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁阻随机存取存储器(MRAM)、铁电RAM(FRAM)、相位改变存储器(PRAM)或任何其他适合的非易失性存储器。收音机102包括用于发射***100的数据至远程位置的收音机122的发射机。收音机122耦合至天线123。在各实施例中，收音机102也包括接收来自收音机122的数据的接收机。在各种实施例中，收音机122发送已接收来自收音机102的封包的确认、诸如在进一步通信中使用的信道标识的配置数据、设置数据(provisioning data)或任何其他适当的数据。
在一些实施例中，收音机102根据电气和电子工程师协会(IEEE)标准802.15.4(2003)或IEEE 802.15.4(2006)建立的技术传输数据包。在各种实施例中，收音机102使用以下中任意一个来传输数据包：各种IEEE 802.11协议、超宽频通信(UWB)、蓝牙、蓝牙低能量、使用频率、振幅和相位调制或它们的组合的专属协议或任何其他适合的无线电通信方法。在一些实施例中，在无线电发射机的基准振荡器中使用石英晶体，以确保收音机在期望的信道中心频率发射或接收。
在一些实施例中，***100用作灯开关，发射数据包至远程位置，以指示灯应被开启、被关闭或亮度应调整。在一些实施例中，***100用作紫蜂草案标准(ZigBee DraftStandard)：草案紫峰绿色电力规范(ZigBee Green Power Specification)(紫蜂文件号095499)规定的***的一部分。
在一些实施例中，能量源106包含输出电能的能量收集机108。可选的，能量源106可包括诸如电池、电容器或类似物的能量存储单元，所述能量存储单元可存储能量收集机108收集的能量。能量收集机108通过换能器从外部源获取其能量。换能器是将一种类型的能量转换成另一种类型的能量的装置。所述转换可以是在电气的、机械的、磁的、光子的、光伏的、或任何其他形式的能量之间。在一些实施例中，能量收集机108通过改变耦合至线圈的磁场(例如，电动能量转换器可从恩诺迅(EnOcean)ECO 100运动转换器中找出)从机械能(例如，按按钮、开闭开关或旋转刻度盘)获取其能量。在一些实施例中，能量收集机108通过压电换能元件(例如，诸如PZT或石英晶体的压电陶瓷)从机械能获取其能量。在一些实施例中，使用磁铁接近线圈将震荡能量(例如，来自电动机的失衡)转换成电能，所述震荡能量引起磁铁和线圈的相对运动。在一些实施例中，热能通过帕尔帖(Peltier)装置(例如，恩诺迅(EnOcean)的ECT 310热转换器)或使用塞贝克(Seebeck)效应的装置(诸如，热电偶)被转换成电能。在各种实施例中，能量收集机108从风能、盐度梯度(salinity gradients)、动能、电容换能器、磁换能器、压电换能器、热电换能器、光伏换能器、射频换能器(例如，耦合至整流器的天线，和用来将天线或线圈的入射RF能量转换成集成电路可使用的电能的电容器)、电化换能器、或任何其他适合的换能器。在一些实施例中，电容器或电化电池耦合至换能器以存储供后面使用的能量。
在一些实施例中，能量源106包含能量收集机，所述能量收集机通过将能量从4-20mA电流回路中移除来获取其能量。虽然4-20mA电流回路可认为是线路供电的，但在通信完整性受不利影响之前，仅可从回路中的任意点提取一定量的能量。
在一些实施例中，处理器104通过连接三分离组件的印刷电路板而耦合至非易失性存储器110且耦合至收音机102。在一些实施例中，处理器104、收音机(radio)102和非易失性存储器110中的一或多个集成于单件硅上，以提供较低的功率消耗和较小的***尺寸。在一些实施例中，处理器、收音机和非易失性存储器中的一或多个利用诸如***级封装(SIP)的封装技术或借助于低温共烧陶瓷技术(LTCC)封装到一起。
在一些实施例中，结合作为诸如RFC2617的安全协议的一部分，非易失性存储器用来加密存储或保留一次性使用的数(NONCE)。NONCE用于防止重复攻击。在一些实施例中，非易失性存储器用来结合加密来保留NONCE，其中加密作为诸如在紫峰绿色电力规范(紫蜂文件号095499)A.1.5.4.1构建AESNONCE中描述的安全协议的一部分。安全协议在防止未经授权的用户进行通信或窃听通信上是有用的。保留有效的NONCE依赖于先前NONCE知识，因而依赖于存储先前NONCE值于存储器中。非易失性存储器刚好特别适用于***电力间歇情况下的NONCE存储。
在一些实施例中，非易失性存储器110是快闪存储器。快闪存储器使用热电子注入来写入且通过注入电子至记忆存储单元(memory storage cell)(诸如，晶体管)的电荷存储层(例如，浮置栅极)上存储数据。图8显示可用作非易失性存储器的一部分的示范记忆存储晶体管800的截面视图。记忆存储晶体管(memory storage transistor)800可形成于半导体基板809中，且可分别包括形成于基板809内的源极和漏极区域805和807。电荷存储层803(诸如，浮置栅极)形成于半导体基板809的、在将源极和漏极区域分隔开的区域之上的表面上。控制栅极801形成于电荷存储层803之上。在一些实施例中，电荷存储层803是与控制栅极801电气隔离的浮置栅极，而在其他范例中，电荷存储层803是电荷阱(chargetrap)，所述电荷阱由与控制栅极801接触或紧密接近的绝缘层(诸如，氮化硅)形成。在一实施例中，非易失性存储器的字线(word line)电气耦合至控制栅极801，而非易失性存储器的源线和位线分别耦合至源极和漏极区域。
在快闪存储器的范例中，数据通过在晶体管的控制栅极801和漏极807之间施加大的电压差以引起量子隧道、由此从电荷存储层803移除电荷(例如，电子)而擦除。一般地，擦除快闪存储器中的存储位置(存储器页)需要在控制栅极801和漏极807之间施加预定时间量的大的电压差。预定时间量可由快闪存储器的制造商或供应商规定，且可对应于擦除操作的最小持续时间以确保存储位置被可靠擦除。
快闪存储器被组织成存储页或区块，页的大小是体系结构特定的，且通常范围在128字节与4096字节之间，但可遇到比这些值更大或更小的大小。快闪存储器能以与1位一样小的数据量写入；然而快闪存储器通常通过擦除整页来擦除。擦除快闪页通常设定所有位为1(例如，通过移除存储于记忆存储晶体管的电荷存储层上的所有或大体上所有电荷)，且写入快闪位设定为0(例如，通过使电荷存储于记忆存储晶体管的电荷存储层上，以使存储于电荷存储层上的电荷超过电荷阈值)。如果一位已被编程为0(或其他适当的逻辑状态)，则整页可需要擦除以重新设定该位为1(或其他适当的逻辑状态)。在一些实施例中，擦除快闪页设定所有位为0，而写入快闪位设定位为1。在一些实施例中，基于电荷存储层的电压幅值或电位和/或基于流经记忆存储晶体管的电流的电流强度来测量电荷的阈值(或确定存储器单元的逻辑状态的其他阈值)。虽然写入快闪位消耗少量能量，但擦除整页消耗大量能量。例如，擦除特定快闪存储器的2kB快闪页可需要3.6V下6.5mA电流20ms或468uJ；写入32位字可需要1.8V下10mA 20us或0.36uJ。在许多应用中，擦除操作所需的大量能量不可用。在一些实施例中，存在足够的能量来执行页擦除操作，但这样做会使留下执行额外期望任务(诸如与远程节点通信、存储数据于存储器中等)的能量不够。在一些实施例中，可用来执行快闪擦除的能量数量少于需要执行擦除操作的能量。
图2是示出了两不同的快闪擦除操作的实施例的时序图：上面的图显示完全快闪擦除操作200，而下面的图显示部分快闪擦除操作202。在所示范例中，完全快闪擦除操作200具有等于220的时长，结果造成快闪存储器的一页在具有时长220的时段结束时完全擦除。快闪擦除操作200可分成多个部分擦除操作202；部分擦除操作202被多个间隔204隔开，使得后续部分擦除操作202彼此之间间隔间隔204，因而对应于非邻接(和非重叠)的时段。在部分擦除操作202中，快闪存储器置于擦除模式中一时段，该时段具有时长206的时长。相比于快闪擦除操作200，快闪处于擦除模式的时间量被减小，使得时长206小于时长220。在部分擦除期间，通过从存储器单元移除电荷(例如，电子)，量子隧道在具有时长206的每一时段开始擦除快闪存储器单元，但是每一部分擦除操作并不完全地擦除数据(即，一些电荷，不必要是所有电荷从存储器单元移除)。重复多个周期的部分擦除可提供足够的累积时间供量子隧道通过移除足量电荷而完全擦除存储器单元，以确保存储器单元可靠停留在擦除状态，所述累积时间测量为执行部分擦除操作的时段的时长206的总和。
完全快闪擦除200操作一般通过在时长220期间在存储器单元的控制栅极和漏极之间同时的施加第一电压或第一电流而执行。第一电压可具有第一电压幅值，及第一电流可具有第一电流强度。部分快闪擦除操作220一般通过在一系列的多个时长206期间，在存储器单元的控制栅极和漏极间施加第二电压或第二电流而执行。在一些范例中，第二电压具有与第一电压相同的幅值，或第二电流具有与完全快闪擦除操作200中使用的第一电流强度相同的电流强度。然而，在其他范例中，第二电压可具有比第一电压更大或更小的幅值，及第二电流可具有比第一电流更大或更小的电流强度。一般地，第二电压的幅值在作为部分快闪擦除操作202的一部分的所有时长206内都是相同的，及第二电流的强度在为部分快闪擦除操作202的一部分的所有时长206都是相同的。然而，在一些实施例中，第二电压的幅值和/或第二电流的强度在部分快闪擦除操作202的不同时长206间是可变化的。
在一些实施例中，当按下灯开关时，进行部分擦除操作，由此激活能量收集机；间隔204可表示灯开关按压的时间。在一些实施例中，当光伏能量收集机接收到足够的外界光以给部分擦除操作供电时，进行部分擦除操作；间隔204可表示曝光时间。在其他实施例中，当光能量收集机的电容器中存储有足够的能量(或电荷)以给部分擦除操作供电时，进行部分擦除操作；间隔204可表示充电时间间隔，电容器在此充电时间间隔内积累能量。
通过将快闪擦除操作分解成多个部分擦除操作202，一旦已执行且完成预定数目的部分擦除操作(或可选的，一旦已执行且完成擦除操作的总预定时长)，快闪可被可靠地擦除。由于每一部分擦除操作具有比完全快闪擦除操作的时长220较短的时长206，执行每一部分擦除所需的能量数量小于执行完全快闪擦除操作所需的能量数量。
在一些实施例中，作为NONCE认证的一部分，快闪存储器可用作存储数的缓冲器。快闪存储器一般具有固定的大小，使得预定数目的最近NONCE值被存储于缓冲器中。存储较旧的NONCE值的缓冲器的一部分(超过预定数量)可被擦除以建立新的NONCE值的存储空间。在范例中，快闪存储器可包括至少两个存储器页，每一页包括预定数目的存储位置(例如，存储器字)。快闪存储器可存储新的NONCE值于第一存储页中，而存储旧的NONCE值的第二存储页被擦除。第一存储页可通过若干存储器写入操作或周期而填充，而第二存储页可通过若干部分擦除操作或周期而擦除。为了使第二存储页在与填充第一存储页所需周期数目相同的周期数目内被完全擦除，完全擦除第二页所需的部分擦除操作的数目可需要等于(或小于)填充第一存储页的周期数目。在一些实施例中，完全擦除快闪存储器的一页所需的部分擦除周期数目N小于或等于按字P计的页的大小，所述页的大小由在每一供电周期写入的字数M划分。
在一些实施例中，第一和第二快闪页被分配用于数据存储。数据写入第一页且第二页通过多个部分擦除周期被擦除。在一些实施例中，每次在第一页被写入时在第二页上执行部分擦除周期，直至第一页写满，此时第二页完全擦除。接着，第二页被写入且第一页通过多个快闪擦除周期被擦除，直至第二页写满。一般地，计数器可用来追踪第二页已经过的部分擦除周期数目(和/或第二页已经过的部分擦除操作的总时长)，以便确定第二页是否已经历了完全擦除存储于其上的数据所需的预定数目的部分擦除周期(或完全擦除存储于其上的数据所需的部分擦除操作的预定总时长)。然而，如果完全擦除存储于第二页中的数据所需的部分擦除周期数目等于用于填充第一存储页的写入周期数目，且如果对于在第一页上执行的每个写入周期在第二页上执行部分擦除周期，则不需要计数器。取而代之的是，当存储器的第一页写满时，第二页可被隐含地确定为已经经历预定数目的部分擦除周期。
在一些实施例中，擦除非易失性存储器依赖于电荷泵的启动以获得比芯片可用最大正常电压更大的电压。由于电荷泵通常会花一些时间来到达期望电压，擦除存储页所需的部分擦除时长206的总和可能需要比为了立即擦除存储页而执行的快闪擦除操作的时长220更长。
需要适当擦除快闪存储器以确保存储的数据仍有效和可靠。快闪存储器单元的不充分擦除可造成存储器损坏。过度的擦除可损坏快闪存储器或造成可允许的写入/擦除周期数目减少。在一些实施例中，快闪存储器设计具有最小和最大擦除时间的规格。在一些实施例中，快闪存储器设计具有典型擦除时间的规格。在一些实施例中，部分擦除操作的时长连同设计规格被用来计算适当操作和擦除快闪存储器的页(或其他部分)所需的部分擦除周期的数目。电荷泵的开启时间和关闭时间以及在擦除操作中涉及的其他电路组件也可被包括在总的部分擦除时长(即，对应于部分擦除时长206的总和的总时长)和/或完全擦除快闪存储器的页所需的部分擦除周期的数目的计算中。在一些实施例中，部分擦除操作202是固定时长206，使得在部分擦除操作202中的所有部分擦除时长206具有相同的固定时长。在一些实施例中，部分擦除操作是变化的时长，使得在部分擦除操作202中的不同部分擦除时长206具有不同的时长。在能量收集机(energy harvester)输出的能量数量可变化的应用中，部分擦除操作具有变化的时长是有用的。在一实施例中，能量收集机具有公知尺寸的电容器存储元件，所述电容器存储元件耦合至能量收集机输出。具有基准的模拟数字转换器(ADC)用来使用电压分割器测量电源电压(例如，能量收集机的电容器存储元件两端的电压)，所述电压分割器的端部耦合至电源和地，所述电压分割器的中间部耦合至ADC输入。可用能量的数量可通过1/2*CV2确定，其中C是电容器存储元件的电容，及V是ADC测量的电源电压。在所存储的能量数量较大的情况下，可分配给部分擦除操作较长的时长206。如果电容器或能量收集机中存储的、提供擦除操作的能量不足，擦除时长206可减少或甚至消除。当使用可变擦除时间时，在每一部分擦除操作期间执行的部分擦除时间的数量可写入至非易失性存储器。一旦总的累积部分擦除时间(依据非易失性存储器中的写入)足够，存储器视为擦除。
图3示出了用于控制远程灯的***的实施例的框图。在所示出的例子中，***300作为紫峰(ZigBee)绿色电力设备使用。***300包括处理器304、非易失性存储器310、无线电(radio)收发器302和能量收集机308。能量收集机308在按钮320按下时使用电动能量转换来提供能量脉冲。该能量来源于施加在按钮320上的机械力。在按钮320按下时，处理器被初始化，读取非易失性存储器以确定一NONCE，并经由收发器302通过电磁波传输使用该NONCE编码的数据包到达远程节点322。此时，NONCE被增大并被存储到存储器。通过控制器332控制灯330的远程节点322，接收来自收发器302的数据包。在多个实施例中，控制器332调节到灯330的线路功率的流量来调整亮度；控制器332转换到灯330的线路功率的开或关。
图4示出了非易失性存储器配置的实施例的框图。在示出的例子中，非易失性储存器(该非易失性储存器对应于图3中的非易失性存储器310)包括三个存储页：如图4所示的410A、410B和410C；页410A、410B、410C构成循环(circular)缓冲器。如图4所示，每个页被分解为6432-字节的区域420。每个32-字节区域420包括NONCE值422；静态安全密钥424；属性字段426；网络ID 428(例如个人局域网ID)；循环冗余验证(CRC)430；数据序列号(DSN)字段432，此处该DSN字段用来过滤重复的数据包；和标记字段434。在多个实施例中，某些上述字段并不是区域420的部分，区域420包括另外的参数，区域420在大小上大于32字节，区域420在大小上小于32字节。在按下按钮时，页410A、410B、410C中的一个的一个区域420被写入，并且在页410A、410B、410C中的另一个上执行部分擦除。在任何给定时间，页410A、410B、410C中的一个页被写入，一个页正在被擦除，并且一个之前被擦除过的页是“清空的”并准备被写入。在本实施例中，该部分擦除的时长设定为等于总的快闪(flash)擦除时间20ms的1/64的常数值：312.5us。在本实施例中，每页需要64次部分擦除循环以被擦除，并且每次按下按钮导致快闪存储器中32字节的区域的写入，使得每次一个页被写满时，快闪存储器中的一个新页被擦除。部分快闪擦除被应用到一个正确(proper)的页，直到当前被写入的页写满为止，因而确保在正在擦除的页上执行正确数量的部分快闪擦除循环。通过结合诸如数据宽度和页的大小的因素选择部分擦除历，当目前正在被写入的页被写满时，擦除状态可以隐含(implicitly)的确定为完成。通过开始快闪擦除操作、开启计时器(例如对应于时长206)、及在计时器期满时停止快闪擦除操作来执行每次的部分擦除。在一些实施例中，计时器是处理器302的部分并且控制由处理器302执行。
在应用电能时，处理器在页410A、410B、410C中确定哪个快闪页被写入、哪个快闪页被擦除、哪个快闪页被清空。在一些实施例中，使用从页的起始偏移已知距离的标签(或存储在存储器中的其他标志)来快速的确定(identify)哪个页被写入、哪个页被擦除、哪个页被清空。根据需要对部分快闪擦除的时长进行调整以确保在使用标签时存储器能够被正确的擦除。在一些实施例中，页的第一位预留做为标签标记物并在该页是正在被写入的页时被设置(被写入0)。图5是示出了写入到非易失性存储器的过程的流程图。在示出的例子中，在502中，读取每页的第一位。在504中，确定应被写入的页和应被擦除的页。如果所有三个位都被擦除，则在页A中标签被设置为0，并且数据被写入到页A而部分擦除应用到页C。如果在页A中标签被设置为0且在页B中标签被擦除，则数据被写入到页A且部分擦除应用到页C。如果在页B中标签被设置为0且在页C中标签被擦除，则数据被写入到页B且部分擦除应用到页A。如果在页C中标签被设置为0且在页A中标签被擦除，则数据被写入到页C且部分擦除应用到页B。在正确的页被选出用于写入后，通过搜索选出页找到最后写入的字，在选出的页上确定数据被写入的位置，如步骤506中示出的。在多个实施例中，使用顺序检索或对半检索(binary search)在选出页上找到下一个可用的空闲空间。在步骤508中，数据被写入到适当的位置。在步骤510中，确定页是否写满。如果页写满(例如，由于该页的最后一个字刚刚被写入)，那么在步骤512中，下一页的标签被设置以使下一次的数据被写入，处理器可以基于标签确定将被写入的新页，就此避免不必要的搜索整个页以找到可用的空闲存储空间。
在一些实施例中，快闪从不被擦除，而NONCE通过温度计码(thermometer code)保存。使用温度计码允许处理器基于在非易失性存储器中写入的最后一个位的地址/位置确定NONCE值。特别的，每当使用NONCE传输数据包或消息时，在非易失性存储器中的位按照地址/位置顺序(order)被写入。因此，当第一个数据包或消息使用NONCE传输时，非易失性存储器中的第一个字节(例如，具有地址0)被写入，并且当第二个数据包或消息被传输时，第二个字节(例如，具有地址1)被写入，等等。每当数据包被传输也会增加的NONCE值可以因此基于最后写入的位的地址被确定。例如，如果第三个位(例如，具有地址2)是在非易失性存储器中写入的最后一个位，NONCE值可以从地址确定(例如，NONCE＝2)。在一些实施例中，使用温度计码可以避免需要计数器来记录NONCE值，和/或记录大量完成的部分擦除操作的数目。
更普遍的，图6示出了在非易失性存储器中保存NONCE的过程的流程图。在示出的例子中，在步骤602中，为NONCE计数器分配的存储器的一部分在诸如最后检测或者晶片探测的生产时间中被擦除。在步骤604中，流程是停止的，直到需要NONCE为止，例如，使用需要使用NONCE的安全协议的数据包将要传输。在步骤606中，通过顺序检索或二进位检索找出在分配的存储器中写入的最后一个位，NONCE值被读取。当前字是包括写入的最后一个位的字。NONCE的值是这样确定的：自当前字的所分配的存储器的起始的地址偏置乘以该字(words)的宽度，所述宽度以位为单位，然后将当前字中写入的最后一个位的位号加到这个值上。例如，如果在分配的存储器中写入的最后一个位是存储器中第零个字(也就是说，第一个字编号为0)的第三个位，且存储器存储32-位的字，那么NONCE的值等于0*32+3＝3。在另一个实施例中，如果写入的最后一个位是在存储器中第七个字的第30个位，且存储器存储32-位的字，那么NONCE的值等于7*32+30＝254。在步骤608中，NONCE通过在当前字中写入下一个位增加。如果当前字已经被写满，下一个字的第一个位被写入。在NONCE增加后，流程回到步骤604。
图7示出了在快闪擦除操作过程中的信号的相对时序(timing)的时序图。在示出的例子中，快闪存储器IP块与微处理器一起集成在硅集成电路上。X-地址行选择信号702连同地址启动信号704选出哪个页将被部分擦除。擦除启动信号706连同非-易失性存储启动信号708导致擦除操作开始。为了确保快闪存储器没有损坏并且为了确保仅仅想要的页被擦除，附图标记752、756和758指示的建立和保持时间(times)相适应(met)。附图标记754指出了有效擦除时间，在该有效擦除时间中，X-地址行选择信号702、地址启动信号704、擦除启动信号706、非-易失性存储启动信号708都设置为逻辑高值。在一些实施例中，部分擦除操作的建立和保持时间等于快闪擦除操作的建立和保持时间；也就是，执行快闪IP完全擦除操作需要的最小的建立和保持时间(时段752、756、758)可能需要满足执行部分擦除操作。这提供了可靠的快闪操作的益处。在时序发生器中通过调整时间长度(length time)控制有效擦除时间的时长754，从该时长，非-易失性存储启动信号708变高直到当擦除启动信号706变低时。在一些实施例中，微处理器写入寄存器，该寄存器控制负责计录754的时间长度的计数器。在调整有效擦除时间至小于快闪擦除操作的时间时，保持和快闪擦除操作关联的建立和保持时间导致了有效和可靠的快闪行为。
在一些实施例中，不包括用于与远程节点的通信的收音机(radio)。在一些实施例中，使用诸如红外光发光二极管的光学传感器或诸如压电式传感器的声传感器执行与远程节点的通信。在一些实施例中，不与远程节点进行通信。在一些实施例中，非易失性存储器被包括在处理器和能量收集机中，被配置了一段时间，并稍后为分析数据而被收集(collected)。例如，在一些实施例中，温度传感器、处理器、非易失性存储器、和太阳能收集机被配置在船运集装箱内；处理器开启周期的温度测量并在非易失性存储器中记录温度以确保集装箱的内容没有被损坏。
虽然前面的实施例出于清楚理解的目的已经在一些细节中进行了描绘，但是本发明不受这些提供的细节的限制。有很多可供选择的实施本发明的方式。公开的实施例是说明性的而不限制性的。
Claims (29)
1.一种擦除存储于非易失性存储器中的数据的方法，其特征在于，所述方法包括：
在所述非易失性存储器第一页的多个存储位置中的第一存储位置写入M个字的数据；
与所述第一存储位置的写入相关联，在第一时段期间在所述非易失性存储器的第二页执行第一擦除操作；
在所述非易失性存储器第一页的多个存储位置中的至少一个第二存储位置中的每一个写入M个字的数据；
与所述至少一个第二存储位置的写入相关联，在至少一个第二时段期间在所述非易失性存储器的第二页执行第二擦除操作，
其中，所述第一时段和所述至少一个第二时段为非相邻的时段，
其中，所述第一擦除操作的时长短于可靠擦除存储于所述第二页的数据所需的时长，
其中，所述第一时段和所述至少一个第二时段的时长的总和等于或长于擦除存储于所述第二页的数据所需的时长，及
其中，每次M个字的数据被写入到所述第一页的多个存储位置的一个存储位置，就在所述第二页上执行擦除操作，存储在所述第二页中的数据在N个擦除操作中被可靠擦除，N等于或小于所述第一页中的P个字的存储空间与每个写入操作中M个字的数据的比值，使得当所述第一页的P个字的存储空间已经被写入时，确定所述非易失性存储器的第二页被可靠擦除。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述非易失性存储器的第二页包括具有电荷存储层的记忆存储晶体管；
所述在所述第一时段期间执行所述第一擦除操作包括：在所述第一时段期间在具有所述电荷存储层的所述记忆存储晶体管的控制栅极端和漏极端之间施加电压；及
所述在所述至少一个第二时段期间执行所述第二擦除操作包括：在所述至少一个第二时段期间在具有所述电荷存储层的所述记忆存储晶体管的所述控制栅极端和所述漏极端之间施加电压。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
在所述第一时段和所述至少一个第二时段之前，通过使所述第二页的记忆存储单元从第一逻辑状态转变成第二逻辑状态，将数据存储于所述非易失性存储器的所述第二页，
其中，通过使所述记忆存储单元从所述第二逻辑状态转变成所述第一逻辑状态，擦除存储于所述第二页的所述数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
在所述第一时段和所述至少一个第二时段之前，通过使电荷存储于所述第二页的记忆存储晶体管的电荷存储层，将数据存储于所述非易失性存储器的所述第二页，
其中：
所述执行所述第一擦除操作和所述第二擦除操作包括：使电荷从所述记忆存储晶体管的所述电荷存储层移除；
当存储于所述电荷存储层上的所述电荷超过阀值时，所述记忆存储晶体管处于第一逻辑状态；
在执行具有所述第一时段的时长的所述第一擦除操作后，存储于所述电荷存储层上的所述电荷超过所述阀值；及
在执行具有所述第一时段的时长和所述至少一个第二时段的时长总和的时长的擦除操作后，存储于所述电荷存储层上的所述电荷低于所述阀值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
保留总时长的记录，在所述总时长期间擦除操作已被执行；及
当所述总时长超过预定时长时，确定存储于所述非易失性存储器的所述第二页的所述数据被可靠擦除。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
保留多个时段的记录，在所述多个时段期间擦除操作已被执行；及
当所记录的时段数目超过预定时段数目时，确定存储于所述非易失性存储器的所述第二页的所述数据被可靠擦除。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
利用具有能量输出的能量源向所述非易失性存储器供电；
其中，从所述能量源可得到的最大能量输出小于执行擦除操作所需的能量输出，所述擦除操作具有可靠擦除存储于所述第二页的所述数据所需的时长。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
利用具有能量输出的能量源向所述非易失性存储器供电；
其中，从所述能量源可得到的所述能量输出大于执行具有所述第一时段的时长的所述第一擦除操作或具有所述至少一个第二时段中的任一者的时长的所述第二擦除操作所需的能量输出，且小于执行具有可靠擦除存储于所述第二页的所述数据所需的时长的擦除操作所需的能量输出。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，从所述能量源可得到的所述能量输出用来给无线电装置供电，所述无线电装置用来与位于远离所述非易失性存储器处的装置通信。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
在所述第一时段和所述至少一个第二时段之前，存储数据值于所述非易失性存储器的所述第二页；及
使用所存储的数据值产生数据包以通过电磁波传输至远程装置。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非易失性存储器选自于包括以下内容的组：
快闪存储器、基于电荷捕获技术的存储器、电气可擦除可编程只读存储器、磁阻随机存取存储器、铁电RAM、以及相位改变存储器。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非易失性存储器的所述存储位置包括存储页。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非易失性存储器选自于包括以下内容的组：NAND快闪存储器、NOR快闪存储器和基于SONOS的快闪存储器。
14.一种擦除存储于非易失性存储器中的数据的***，其特征在于，所述***包括：
非易失性存储器，其包括用于存储数据的存储空间；
处理器，其耦合至所述非易失性存储器；以及
用于在所述处理器内执行的一组指令，其中所述处理器对所述指令的执行配置所述***成执行包含以下功能的功能：
在所述非易失性存储器第一页的多个存储位置中的第一存储位置写入M个字的数据；
与所述第一存储位置的写入相关联，在第一时段期间在所述非易失性存储器的第二页执行第一擦除操作；
在所述非易失性存储器第一页的多个存储位置中的至少一个第二存储位置中的每一个写入M个字的数据；
与所述至少一个第二存储位置的写入相关联，在至少一个第二时段期间在所述非易失性存储器的第二页执行第二擦除操作，
其中，所述第一时段和所述至少一个第二时段为非相邻的时段，
其中，所述第一擦除操作的时长短于可靠擦除存储于所述第二页的数据所需的时长，
其中，所述第一时段和所述至少一个第二时段的时长的总和等于或长于擦除存储于所述第二页的数据所需的时长，及
其中，每次M个字的数据被写入到所述第一页的多个存储位置的一个存储位置，就在所述第二页上执行擦除操作，存储在所述第二页中的数据在N个擦除操作中被可靠擦除，N等于或小于所述第一页中的P个字的存储空间与每个写入操作中M个字的数据的比值，使得当所述第一页的P个字的存储空间已经被写入时，确定所述非易失性存储器的第二页被可靠擦除。
15.根据权利要求14所述的***，其特征在于，进一步包括：
用于给所述非易失性存储器和所述处理器供电的能量源，其中：
所述非易失性存储器的所述第二页包括具有电荷存储层的记忆存储晶体管；及
在所述第一时段期间执行所述第一擦除操作的功能包括：在所述第一时段期间在具有所述电荷存储层的所述记忆存储晶体管的控制栅极端和漏极端之间施加来自于所述能量源的电压的功能；及
在所述至少一个第二时段期间执行所述第二擦除操作的功能包括：在所述至少一个第二时段期间在具有所述电荷存储层的所述记忆存储晶体管的所述控制栅极和所述漏极端之间施加来自于所述能量源的电压的功能。
16.根据权利要求14所述的***，其特征在于，在所述处理器中的编程进一步配置所述***执行包括以下功能的功能：
在所述第一时段和所述至少一个第二时段之前，通过使所述第二页的记忆存储单元从第一逻辑状态转变成第二逻辑状态，将数据存储于所述非易失性存储器的所述第二页，
其中，通过使所述记忆存储单元从所述第二逻辑状态转变成所述第一逻辑状态，擦除存储于所述第二页的所述数据。
17.根据权利要求14所述的***，其特征在于，在所述处理器中的编程进一步配置所述***执行包括以下功能的功能：
在所述第一时段和所述至少一个第二时段之前，通过使电荷存储于所述第二页的记忆存储晶体管的电荷存储层，将数据存储于所述非易失性存储器的所述第二页，
其中：
执行所述第一擦除操作和所述第二擦除操作的功能包括：使电荷从所述记忆存储晶体管的所述电荷存储层移除的功能；
当存储于所述电荷存储层上的所述电荷超过阀值时，所述记忆存储晶体管处于第一逻辑状态；
在执行具有所述第一时段的时长的所述第一擦除操作后，存储于所述电荷存储层上的所述电荷超过所述阀值；及
在执行具有所述第一时段和所述至少一个第二时段的时长总和的时长的擦除操作后，存储于所述电荷存储层上的所述电荷低于所述阀值。
18.根据权利要求14所述的***，其特征在于，在所述处理器中的编程进一步配置所述***执行包括以下功能的功能：
保留总时长的记录，在所述总时长期间擦除操作已被执行；及
当所述总时长超过预定时长时，确定存储于所述非易失性存储器的所述第二页的所述数据被可靠擦除。
19.根据权利要求14所述的***，其特征在于，在所述处理器中的编程进一步配置所述***执行包括以下功能的功能：
保留多个时段的记录，在所述多个时段期间擦除操作已被执行；及
当所记录的时段数目超过预定时段数目时，确定存储于所述非易失性存储器的所述第二页的所述数据被可靠擦除。
20.根据权利要求14所述的***，其特征在于，进一步包括：
能量源，用于输出能量输出以向所述非易失性存储器和所述处理器供电，
其中，从所述能量源可得到的最大能量输出小于执行擦除操作所需的能量输出，所述擦除操作具有可靠擦除存储于所述第二页的所述数据所需的时长。
21.根据权利要求14所述的***，其特征在于，进一步包括：
能量源，用于输出能量输出以向所述非易失性存储器和所述处理器供电，
其中，从所述能量源可得到的所述能量输出大于执行具有所述第一时段的时长或的所述第一擦除操作或具有所述至少一个第二时段中的任一者的时长的所述第二擦除操作所需的能量输出，且小于执行具有可靠擦除存储于所述第二页的所述数据所需的时长的擦除操作所需的能量输出。
22.根据权利要求21所述的***，其特征在于，从所述能量源可得到的所述能量输出用来给无线电装置供电，所述无线电装置用来与位于远离所述***的装置通信。
23.根据权利要求14所述的***，其特征在于，在所述处理器中的编程进一步配置所述***执行包括以下功能的功能：
在所述第一时段和所述至少一个第二时段之前，存储数据值于所述非易失性存储器的所述第二页；及
使用所存储的数据值产生数据包以通过电磁波传输至远程装置。
24.根据权利要求14所述的***，其特征在于，所述非易失性存储器选自于包括以下内容的组：
快闪存储器、基于电荷捕获技术的存储器、电气可擦除可编程只读存储器、磁阻随机存取存储器、铁电RAM、以及相位改变存储器。
25.根据权利要求14所述的***，其特征在于，所述非易失性存储器选自于包括以下内容的组：NAND快闪存储器、NOR快闪存储器和基于SONOS的快闪存储器。
26.一种改变非易失性存储器中的数据的方法，其特征在于，所述方法包括：
执行写入操作以写入数据至所述非易失性存储器的第一页；
执行多个部分擦除操作以从所述非易失性存储器的第一页擦除所写入的数据，
其中执行所述擦除操作包括：执行多个部分擦除操作，
其中各所述部分擦除操作在多个非相邻的时间间隔之间执行，及
其中，每次M个字的数据被写入到所述非易失性存储器的第二页的多个存储位置的一个存储位置，就在所述第一页上执行擦除操作，存储在所述第一页中的数据在N个部分擦除操作中被可靠擦除，N等于或小于所述第一页中的P个字的存储空间与每个写入操作中M个字的数据的比值，使得当所述第二页的P个字的存储空间已经被写入时，确定所述非易失性存储器的第一页被可靠擦除。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，进一步包括：
保留已经有多少个部分擦除操作在所述第一页上完成的记录。
28.一种用于擦除非易失性存储器中的数据的方法，其特征在于，所述方法包括：
在所述非易失性存储器的第一页上执行擦除操作，其中执行所述擦除操作包括：执行多个部分擦除操作，其中各所述部分擦除操作在多个非相邻的时间间隔之间执行，并且其中所述第一页上的每个部分擦除操作在每次M个字的数据被写入到所述非易失性存储器的第二页的多个存储位置的一个存储位置时执行；及
监测所述非易失性存储器的所述第一页的擦除状态以确定所述第一页是否被可靠擦除，
其中，所述执行多个部分擦除操作包括：执行部分擦除操作直至确定所述第一页被可靠擦除，及
其中，存储在所述第一页中的数据在N个擦除操作中被可靠擦除，N等于或小于所述第二页中的P个字的存储空间与每个写入操作中M个字的数据的比值，使得当所述第二页的P个字的存储空间已经被写入时，确定所述非易失性存储器的第一页被可靠擦除。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，使用计数器执行对所述第一页的擦除状态的监测。
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