CN114987058B - 耗材芯片及其数据读写方法、耗材容器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耗材芯片及其数据读写方法、耗材容器，该耗材芯片包括集成电路模块，设置有控制器以及随机存取存储器；基板上还设置有铁电存储器，铁电存储器设置于集成电路模块外；集成电路模块还设置有先进先出存储器，控制器将写入至随机存取存储器的目标数据存储到先进先出存储器中，并通过先进先出存储器将目标数据写入铁电存储器。该方法包括耗材芯片的集成电路模块将设置于集成电路模块外的铁电存储器中的初始数据写入到集成电路模块中的随机存取存储器；获取写入到随机存取存储器的目标数据，将目标数据写入到集成电路模块的先进先出存储器中，并通过先进先出存储器将目标数据写入铁电存储器。本发明能够提升目标数据写入的准确性。

Description

耗材芯片及其数据读写方法、耗材容器

技术领域

本发明涉及打印耗材的技术领域，具体地，是一种耗材芯片以及这种耗材芯片的数据读写方法，还涉及应用这种耗材芯片的耗材容器。

背景技术

电子成像设备作为常见的办公设备，为现代化办公提供了极大的方便，常见的电子成像设备包括打印机、复印机等，现有的打印机分为喷墨打印机以及激光打印机，喷墨打印机使用容纳有墨水的墨盒作为耗材容器向纸张喷射墨水，以在纸张上形成需要打印的文字或图案；激光打印机则使用容纳有碳粉的碳粉盒作为耗材容器在介质上形成需要打印的文字或图案。

参见图1，现有一种彩色喷墨打印机具有机壳11，图1所示的喷墨打印机省略了机壳11的托板。机壳11内设有喷墨打印机的机芯12，并设有一根滑杆，打印字车14在电机(图1中不可见)的带动下沿着滑杆往复运动。打印字车14内设有芯片主控电路板(图1中不可见)，芯片主控电路板通过排线13与机芯12进行通信。

打印字车14上可拆卸地安装有多个墨盒15，不同墨盒15内容纳有不同颜色的墨水。墨盒15的结构如图2所示。墨盒15具有盒体16，盒体16围成容纳墨水的腔体，腔体的下端设有出墨口17，腔体内的墨水通过出墨口17流出，并向打印字车14的供墨针供墨。

墨盒15的盒体16的外壁上安装有一块芯片18，芯片18具有基板，基板的一侧设有多个连接端子19，用于与打印字车14上的触针电连接。基板的另一侧设有存储器(图2中不可见)，通常，该存储器为非易失性存储器，如EEPROM或者FLASH，其存储有与墨盒相关的信息，包括可变信息与不变信息，可变信息是随打印操作会不断变化的信息，如墨水余量、打印时长、打印纸张数量等信息，不变信息是不会随打印操作变化的信息，如墨盒型号、适用的喷墨打印机型号、墨水颜色等。

墨盒15安装到喷墨打印机的打印字车14后，喷墨打印机给芯片18上电，并读取存储在芯片18的存储器内的数据，判断墨盒15型号是否合适、墨盒15内剩余墨水量是否充足等。只有判断墨盒15型号合适且墨盒15内有充足的墨水后，喷墨打印机才能执行打印工作。

随着存储技术的发展，现有的一些耗材芯片开始使用嵌入式铁电存储器。由于铁电存储器利用晶体的铁电效应，能够在极短的时间内完成状态翻转，相比于传统的EEPROM现有较长的擦写时间，铁电存储器的读写速度都非常快，能够提高耗材芯片与打印机之间的通信速度。

如果将铁电存储器集成在耗材芯片的集成电路模块内，对于集成电路模块的生产工艺要求非常高，生产成本也很高，因此，一些耗材芯片采用其他存储器替代铁电存储器，例如使用随机存取存储器(SRAM)替代铁电存储器。但由于随机存取存储器是易失性存储器，掉电后数据将会丢失，为此，需要在耗材芯片上额外增加电池，在喷墨打印机不向耗材芯片供电时，通过电池向随机存取存储器供电，以避免随机存取存储器的数据丢失。然而，由于电池体积较大，将增加耗材芯片的体积，且电池容易发生漏液等情况，影响耗材芯片使用的安全性。

现有的另一种解决方案是在耗材芯片上设置有随机存取存储器以及EEPROM，应用随机存取存储器的高速读写频率可以满足喷墨打印机高速读写数据的要求，因此，耗材芯片使用随机存取存储器与喷墨打印机进行数据的读写，并且在喷墨打印机读写完毕后，迅速将随机存取存储器的数据转存至EEPROM，这样，在喷墨打印机停止向耗材芯片供电后，由EEPROM对数据进行存储，以避免数据丢失。

然而，随机存取存储器向EEPROM写入数据时，需要将数据一行一行的回写到EEPROM当中，但由于EEPROM的擦写操作需要较长的时间，写入的数据越多则需要消耗的电能越多。为了满足随机存取存储器向EEPROM写入数据时电能消耗的需求，往往还需要在耗材芯片上设置电容等储能元件。如果电容的电容量太大，则容易影响下一次通信时正常的上电时序。

现有的另一种耗材芯片则设置在芯片的集成电路模块内设置随机存取存储器，并在集成电路模块外设置铁电存储器，耗材芯片使用随机存取存储器与喷墨打印机进行通信，当喷墨打印机将数据写入到随机存取存储器后，耗材芯片将存储在随机存取存储器的数据转移到铁电存储器上。然而，喷墨打印机与铁电存储器的通信时序、通信速度并不同于喷墨打印机与随机存取存储器的通信时序、通信速度，采用该方法容易导致写入到随机存取存储器的数据出错，影响喷墨打印机的工作。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种生产成本低、体积小且有效避免数据写入出错的耗材芯片。

本发明的第二目的是提供上述耗材芯片的数据读写方法。

本发明的第二目的是提供应用上述耗材芯片的耗材容器。

为实现本发明的第一目的，本发明提供的耗材芯片包括基板，基板上设置有集成电路模块，集成电路模块内设置有控制器以及随机存取存储器；并且，基板上还设置有铁电存储器，铁电存储器设置于集成电路模块外；集成电路模块还设置有先进先出存储器，控制器将写入至随机存取存储器的目标数据存储到先进先出存储器中，并通过先进先出存储器将目标数据写入铁电存储器。

由上述方案可见，铁电存储器设置在集成电路模块外，能够降低集成电路模块的设计成本。耗材芯片与喷墨打印机进行通信时，可以使用随机存取存储器作为主存储器进行数据读写，目标数据可以通过先进先出存储器转存至外部的铁电存储器，使用铁电存储器保持数据，避免断电后数据丢失的问题。

另外，由于设置了先进先出存储器对喷墨打印机的数据读写数据进行协调，即使喷墨打印机向耗材芯片写入数据的速度较快，通过先进先出存储器缓存数据，再将目标数据通过先进先出存储器转存至铁电存储器，可以确保写入到铁电存储器的数据准确性，避免影响喷墨打印机的工作。

一个优选的方案是，集成电路模块还设置有串行通信接口，先进先出存储器通过串行通信接口向铁电存储器写入目标数据。

由此可见，通过串行通信接口可以确保目标数据能够按照规定的地址写入到铁电存储器中，避免数据写入错误的问题发生。

进一步的方案是，铁电存储器包括存储工作区以及配置区，存储工作区为加密存储器，配置区为非加密存储区。

这样，配置区可以用于存储模拟配置、数字配置、加密配置以及冗余数据等数据，控制器可以直接读取这些数据，而不需要经过解密即可以获取，提升数据读取效率。针对运行逻辑等需要保密的数据，则存储于存储工作区中，确保运行逻辑等保密数据存储的安全性。

为实现上述的第二目的，本发明提供的耗材芯片数据读写方法包括耗材芯片的集成电路模块将设置于集成电路模块外的铁电存储器中的初始数据写入到集成电路模块中的随机存取存储器；获取写入到随机存取存储器的目标数据，将目标数据写入到集成电路模块的先进先出存储器中，并通过先进先出存储器将目标数据写入铁电存储器。

由上述方案可见，铁电存储器可以在掉电时存储耗材余量等数据，因此，在耗材芯片上电后，先将铁电存储器所存储的初始数据写入到随机存取存储器，喷墨打印机可以直接从随机存取存储器中读取数据。并且，当喷墨打印机需要写入目标数据时，可以将数据写入到先进先出存储器，再由先进先出存储器写入到铁电存储器中，从而确保喷墨打印机与耗材芯片之间的通信速度。

一个优选的方案是，获取待写入到随机存取存储器的目标数据后，还执行：判断先进先出存储器所存储的数据量是否超过预设阈值，如是，执行防溢出操作。

由此可见，一旦先进先出存储器所存储的数据较多并且即将溢出时，通过执行防溢出操作可以避免先进先出存储器的数据溢出而导致数据丢失的情况发生。

进一步的方案是，防溢出操作包括：将先进先出存储器向铁电存储器写入数据的速度提升，优选的，将铁电存储器的读写频率提升。

由此可见，通过提高铁电存储器的读写频率，从而提高向铁电存储器写入数据的速度，可以更快的将目标数据写入到铁电存储器，能够有效避免先进先出存储器的数据溢出。

可选的方案是，防溢出操作包括：将目标数据写入一个预设的缓存区中，再将缓存区的数据写入铁电存储器。

可见，通过先将目标数据缓存，然后再将缓存的数据写入铁电存储器，可以避免在短时间内向先进先出存储器写入过多数据的情况，能够有效避免先进先出存储器的数据溢出。

可选的方案是，防溢出操作包括：如尚未写入到铁电存储器的目标数据再次被改写，则先进先出存储器直接将再次改写后的数据直接写入铁电存储器。

如果尚未写入的数据再次被改写，则不再向铁电存储器写入该尚未写入且已经被改写的数据，从而减少写入的数据量，铁电存储器所需要存储的数据将有所减少，能够避免先进先出存储器数据溢出的情况发生。

为实现上述的第三目的，本发明提供的耗材容器包括壳体，壳体形成耗材容纳腔，并且，壳体的侧壁上设置上述的耗材芯片。

附图说明

图1是现有喷墨打印机的结构示意图。

图2是现有墨盒的结构示意图。

图3是本发明耗材芯片实施例的电原理图。

图4是本发明耗材芯片实施例中控制器与铁电存储器进行数据交互的示意框图。

图5是本发明耗材芯片实施例中铁电存储器的配置区存储数据的示意图。

图6是本发明耗材芯片数据读写方法实施例的流程图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的耗材芯片可拆卸的安装到耗材容器上，本发明的耗材容器可以是安装到喷墨打印机上的墨盒，也可以是安装到激光打印机上的碳粉盒。下面以安装到喷墨打印机上的墨盒为例进行说明。

耗材芯片实施例：

本实施例的耗材芯片具有一块基板，基板外侧的表面上设置有多个连接端子，基板内侧的表面上设置有集成电路模块20，参见图3，集成电路模块20内设置有模拟电路21、数字控制逻辑模块22以及随机存取存储器31，其中，模拟电路21与数字控制逻辑模块22构成本实施例的控制器，用于控制数据的读取与写入。

耗材芯片上还设置有铁电存储器32，本实施例中，铁电存储器32设置于集成电路模块20外，但铁电存储器32可以设置在基板上，可以理解，铁电存储器32与集成电路模块20是设置在同一块电路板上的两个不同的模块。

集成电路模块20内还设置有通信接口23，喷墨打印机40通过通信接口23与模拟电路21进行数据交互，例如发出读取随机存取存储器31数据的指令等。并且，通信接口23内设置有串行通信接口24，集成电路模块20通过串行通信接口24与铁电存储器32进行数据交互，因此，对于铁电存储器32的数据写入或者读取，是以串行的方式进行写入或者读取的。

数字控制逻辑模块22内设置有先进先出存储器(FIFO)25，从随机存取存储器31向铁电存储器32写入数据时，所写入的数据通过先进先出存储器25写入到铁电存储器32，即数据先写入到先进先出存储器25，再通过先进先出存储器25将数据写入到铁电存储器32。

由于铁电存储器32是非易失性存储器，即掉电后数据不会丢失，而随机存取存储器31是易失性存储器，即掉电后数据会丢失，因此，本实施例中，铁电存储器32用于在耗材芯片掉电状态下存储数据，例如耗材余量等数据。由于随机存取存储器31的数据读写频率非常高，因此，在喷墨打印机40读写数据时，使用随机存取存储器31作为主存储器与喷墨打印机40进行数据交互。

铁电存储器32存储有配置数据以及运行逻辑等数据，由于运行逻辑等数据是需要保密的数据，如果不对这些需要保密的数据进行加密处理，容易导致数据泄露而影响耗材芯片工作的安全性。为此，铁电存储器32被划分为两个存储区，参见图4，铁电存储器32被划分为存储工作区35以及配置区36，其中，存储工作区35用于运行逻辑等需要加密的数据，因此，数字控制逻辑模块22需要通过解密模块37对存储在存储工作区35的数据进行解密，而数字控制逻辑模块22向存储工作区35写入数据时，则需要通过加密模块38将数据加密后写入。加密模块38可以采用已知的加密算法对写入到存储工作区35的数据进行加密，相应的，解密模块37需要使用对应的解密算法对存储工作区35的数据进行解密。

并且，需要写入随机存取存储器31中的目标数据则是需要经过加密存储的数据，因此，目标数据是需要经过加密模块38的加密后存储到存储工作区35中。当铁电存储器32向随机存取存储器31发送数据时，则需要将数据通过解密模块37后才能输出至数字控制逻辑模块22。

参见图5，配置区36用于模拟配置、数字配置、加密配置以及冗余数据等配置数据，配置区36是不需要加密的存储区，因此，数字控制逻辑模块22可以直接对配置区36的数据进行读写操作，并不需要进行加密或者解密的操作。具体的，配置区36存储的数据包括模拟配置(共A比特，用于存储模拟配置相关数据)、数字配置(共B比特，用于存储数字配置相关数据)、加密配置(共C比特，用于存储实际加密存储工作区的密钥)、冗余数据(共D比特，用于存储随机数)。铁电存储器32的数据可以通过烧录的方式写入，其中配置区36的数据中，冗余数据实际是随机产生的随机数，而模拟配置是根据实际铁电存储器32的工艺、电压、温度偏差调整得到的配置值，每个铁电存储器可能不完全相同。数字配置用于存放数字配置，各个铁电存储器32的加密配置可以是相同的。如图5所示，上述不同的配置信息存储在不同的区域。虽然各个铁电存储器的加密配置的数据是相同的，但加上冗余随机数、模拟配置、数字配置后，可以通过打乱各个数据排序的方式增加数据存储的安全性。通过增加冗余随机数D的位数，配置区36的数据集排列更为无序。数字控制逻辑模块22把配置区36的数据整体读入后，对各个区域的数据进行识别，并进行重新排序后获得配置区36的有效数据。可见，本实施例通过增加冗余数据并通过乱序的方式来提高数据被破解的难度，尤其是提高密钥数据被破解的难度，可以提升配置区36的数据安全性。

耗材芯片的数据读写方法实施例：

下面结合图6介绍耗材芯片的数据读写方法。在墨盒初次安装到喷墨打印机前，先通过烧录的方式向铁电存储器写入耗材芯片的初始数据，例如耗材余量等数据。当耗材芯片初次上电后，首先，执行步骤S1，将存储在铁电存储器的数据写入到随机存取存储器中。例如，通过串行通信接口将铁电存储器的数据读入到随机存取存储器。当喷墨打印机读取数据，喷墨打印机将发送需要读取的数据的地址给控制器，控制器根据所读取数据的地址从随机存取存储器中获取对应的数据并且将所获取的数据发送至喷墨打印机。

然后，执行步骤S2，判断喷墨打印机是否发出写入目标数据的指令。当喷墨打印机需要改写随机存取存储器的数据时，向耗材芯片写入需要改写的目标数据的存储地址以及目标数据的具体数值。如果喷墨打印机没有向耗材芯片写入目标数据，则继续等待。如果喷墨打印机向耗材芯片写入目标数据，喷墨打印机40通过通信接口23将数据写入到随机存取存储器31，随机存取存储器31还执行步骤S3，将所接收到目标数据写入到铁电存储器32。

由于喷墨打印机40向随机存取存储器31写入目标数据的速度与喷墨打印机40将数据写入到铁电存储器32的速度是不相同的，如果直接将目标数据从喷墨打印机40写入到铁电存储器32，有可能导致直接写入到铁电存储器32的数据读写速度过快或者过慢而导致数据写入不准确的问题。因此，本实施例中，耗材芯片通过先进先出存储器25实现将目标数据从随机存取存储器31写入到铁电存储器32。具体的，执行步骤S4，数字控制逻辑模块22获取从喷墨打印机40写入到随机存取存储器31的目标数据的存储地址，通过先进先出存储器25将目标数据的地址以及对应的数据通过串行通信接口24发送至铁电存储器32。由于先进先出存储器25可以根据铁电存储器32的读写速度调节数据写入的速度，从而避免因读写数据不匹配而导致数据无法准确写入的问题。

由于短时间内将大量的数据写入到先进先出存储器25，容易导致先进先出存储器25的数据溢出，因此，本实施例需要执行防溢出判断以及防溢出操作。具体的，需要执行步骤S5，判断先进先出存储器25所存储的数据量是否超过预设阈值，例如，预设阈值是先进先出存储器25容量的80％，如果没有超出阈值，则执行步骤S7，如果超过预设阈值，则表示先进先出存储器25即将溢出，需要执行防溢出操作，即执行步骤S6。

具体的，防溢出操作可以有多种方式：第一种方式是将先进先出存储器向铁电存储器写入数据的速度提升，例如，将铁电存储器的读写频率提升。这样，铁电存储器能够以更高的速度写入数据，能够尽快将大量数据写入铁电存储器，能够有效避免先进先出存储器数据溢出的问题。

第二种方式是，将目标数据写入一个预设的缓存区中，再将该缓存区的数据写入铁电存储器。例如，在随机存取存储器中划分出一个缓存区，将待写入先进先出存储器的数据预先存放在该缓存区中，避免短时间向先进先出存储器写入大量的目标数据。

第三种方式是，如尚未写入到铁电存储器的目标数据再次被改写，则先进先出存储器直接将再次改写后的数据直接写入铁电存储器。例如，喷墨打印机40需要对随机存取存储器中某一个地址的数据进行连续改写，则针对该地址的数据，先进先出存储器应该需要对此写入。在防溢出操作中，对于尚未写入到铁电存储器的目标数据，如果该地址的数据再次被改写，则不会将改写前的数据写入铁电存储器，而是直接将最新的数据写入铁电存储器，即直接写入最后接收到的数据，从而减少先进先出存储器所需要存储的数据量。并且，由于先进先出存储器每次向铁电存储器写入数据还需要包括数据头，这些数据头实际上也占用一定的存储空间。减少向铁电存储器写入数据的次数，还可以减少所存储的数据头的数量，还能够进一步有效防止先进先出存储器溢出的情况发生。

最后，执行步骤S7，判断目标数据是否完全写入到铁电存储器，如果没有完全写入，则返回执行步骤S3，继续将目标数据写入到先进先出存储器25，通过先进先出存储器将目标数据写入到铁电存储器。

由于本实施例在集成电路模块内设置随机存取存储器，由于随机存取存储器的数据读写速度很快，可以满足喷墨打印机高速读写数据的要求。另外，集成电路模块内并没有集成铁电存储器，能够降低集成电路模块的生产工艺难度，从而降低耗材芯片的生产成本。此外，为了避免因为喷墨打印机向随机存取存储器与铁电存储器的数据读写速度不一致而导致数据不能够准确写入的问题，通过设置先进先出存储器能够有效解决这一问题。

并且，通过铁电存储器存储目标数据，在耗材芯片断电后，目标数据并不会丢失，在耗材芯片下一次上电时，可以从铁电存储器读取上次存储的数据，在耗材芯片不设置电池或者大电容等情况下实现耗材芯片与喷墨打印机之间的高速通信。

耗材容器实施例：

本实施例可以是墨盒或者碳粉盒，该耗材容器包括壳体，壳体形成耗材容纳腔，用于容纳墨水或者碳粉等打印耗材。并且，壳体的侧壁上设置上述的耗材芯片。

最后需要强调的是，本发明不限于上述实施方式，例如铁电存储器配置区所存储的数据的变化，或者耗材芯片内部结构的变化等，这些改变也应该包括在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.耗材芯片，包括：

基板，所述基板上设置有集成电路模块，所述集成电路模块内设置有控制器以及随机存取存储器；

其特征在于：

所述基板上还设置有铁电存储器，所述铁电存储器设置于所述集成电路模块外；

所述集成电路模块还设置有先进先出存储器，所述控制器将写入至所述随机存取存储器的目标数据存储到所述先进先出存储器中，并通过所述先进先出存储器将所述目标数据写入所述铁电存储器；

所述铁电存储器包括存储工作区以及配置区，所述存储工作区为加密存储器，所述配置区为非加密存储区，所述配置区包含有模拟配置、数字配置、加密配置以及冗余数据，所述模拟配置、所述数字配置、所述加密配置以及所述冗余数据在所述配置区中乱序排序。

2.根据权利要求1所述的耗材芯片，其特征在于：

所述集成电路模块还设置有串行通信接口，所述先进先出存储器通过所述串行通信接口向所述铁电存储器写入所述目标数据。

3.耗材芯片的数据读写方法，其特征在于，包括：

耗材芯片的集成电路模块将设置于所述集成电路模块外的铁电存储器中的初始数据写入到所述集成电路模块中的随机存取存储器；

获取写入到所述随机存取存储器的目标数据，将所述目标数据写入到所述集成电路模块的先进先出存储器中，并通过所述先进先出存储器将所述目标数据写入所述铁电存储器；

所述铁电存储器包括存储工作区以及配置区，所述存储工作区为加密存储器，所述配置区为非加密存储区，所述配置区包含有模拟配置、数字配置、加密配置以及冗余数据，所述模拟配置、所述数字配置、所述加密配置以及所述冗余数据在所述配置区中乱序排序。

4.根据权利要求3所述的耗材芯片的数据读写方法，其特征在于：

获取写入到所述随机存取存储器的目标数据后，还执行：

判断所述先进先出存储器所存储的数据量是否超过预设阈值，如是，执行防溢出操作。

5.根据权利要求4所述的耗材芯片的数据读写方法，其特征在于：

所述防溢出操作包括：

将所述先进先出存储器向所述铁电存储器写入数据的速度提升。

6.根据权利要求5所述的耗材芯片的数据读写方法，其特征在于：

将所述先进先出存储器向所述铁电存储器写入数据的速度提升包括：将所述铁电存储器的读写频率提升。

7.根据权利要求4所述的耗材芯片的数据读写方法，其特征在于：

所述防溢出操作包括：

将所述目标数据写入一个预设的缓存区中，再将所述缓存区的数据写入所述铁电存储器。

8.根据权利要求4所述的耗材芯片的数据读写方法，其特征在于：

所述防溢出操作包括：

如尚未写入到所述铁电存储器的所述目标数据再次被改写，则所述先进先出存储器直接将再次改写后的数据直接写入所述铁电存储器。

9.耗材容器，包括：

壳体，所述壳体形成耗材容纳腔；

其特征在于：

所述壳体的侧壁上设置如权利要求1或2所述的耗材芯片。

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