CN1436308A

CN1436308A - 用内嵌的循环冗余校验校验eeprom数据的方法

Info

Publication number: CN1436308A
Application number: CN 01802245
Authority: CN
Inventors: 塞缪尔·E·亚历山大; 罗纳德·D·萨尔斯基
Original assignee: Microchip Technology Inc
Current assignee: Microchip Technology Inc
Priority date: 2000-06-22
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2003-08-13
Also published as: EP1295140A2; WO2001098872A2; TW509840B; JP2004501466A; AU2001273605A1; WO2001098872A3; KR20020063159A

Abstract

一种用于确定存储在PROM中数据的完整性的方法和设备，其中PROM配置了至少一个连接到两组块的保持锁存器。第一组块包含数据。第二组块包含对应于第一组块中的数据的CRC信息。一旦从第一数据块中读取数据，则还从对应的CRC块中读取CRC信息。将读取的数据应用于CRC算法以产生当前CRC值。当前CRC值与从对应的CRC块中获得的CRC信息进行比较。如果两个CRC值相同，则数据被认为有效。否则，该数据被认为无效。

Description

用内嵌的循环冗余校验校验EEPROM数据的方法

本发明涉及计算机存储器。更具体地说，本发明涉及校验存储在电子可擦除编程只读存储器(EEPROM)内的数据的完整性的方法及设备。

许多年以来，循环冗余校验(CRC)已经成为计算机产业的组成部分。实际的算法可以在因特网上免费得到。对循环冗余校验的简要介绍已经由加州圣琼斯市(San Jose)的ACI US公司的Ruffin Scott先生写出。他的技术说明可以在http：//www.acius.com/ACIDOC/CMU/CMU79909.HTM上得到。另一个介绍由Eric-Paul Rebel(埃里克-保罗.瑞贝尔)先生写出，并可以在http：//utopia.knoware.nl/users/eprebel/Communication/CRC上得到。但是，对CRC最好的总体介绍是由Rocksoft Pty有限公司的Ross Williams写出。它被称为“CRC误差检测算法的轻松指南”，可以在ftp：//ftp.rocksoft.com/clients/rocksoft/papers/crc_v3.txt上得到。所有文章在这里***用于参考。

存在不同方法来计算用于二进制数据的校验号，以便能够例如在经过某些通信信道发送之后查看数据是否改变。循环冗余校验(CRC)是用于以这种方式保护二进制数据的通用方法。存在不同的CRC，在过去已经导致了命名问题。

CRC发生器可以构建成一件如图1所示的硬件。特定发生器多项式是初始化为0xFFFF的g(x)＝x¹⁶+x¹²+x⁵+x⁰。例如，二进制数据的每个位(b)在用CRC最高有效位“异或”(XOR)运算之后移至CRC寄存器。发生器的这部分确保CRC的循环形态(aspect)。“异或”运算结果也被***CRC位5和12。在处理位b期间，所有当前的CRC位(修正的或未修正的)向左移一位。如果必须处理一字节，则所有8位必须一个接一个地进行处理。最高有效位首先被处理。

人们可以以软件构建CRC发生器，它类似于硬件方案。该方案单独处理每个位。利用C编程语言，源代码可以是：

unsigned short crc＝0xFFFF；unsigned short temp；
				<dp n="d1"/>
    unsigned short byte＝0x5A；//仅仅作为示例unsigned short index；for(index＝0；index＜＝7；index++){temp＝(crc＞＞15)^(byte＞＞7)；crc＜＜＝1；if(temp){crc^＝0x1021；}byte＜＜＝1；}

首先计算b“异或”c15(循环值)。然后CRC位向左移位(c0成为0)。循环值必须在c0、c5和c12中进行处理。如果循环值等于1，则位c0、c5和c12同时通过利用值0001、0000、0010、0001(0x1021)对CRC“异或”来改变。如果循环值等于0，则CRC与值0000 0000 0000 0000进行“异或”运算。用0x0000“异或”CRC不会改变CRC，因此可以跳过。最后，准备处理下一位。

只读存储器(ROM)是具有即使在掉电的情况下也不会改变内容的简单存储器。该内容是在制造期间编写的，并且在以后不可改变的。ROM用于非常高容量控制应用，其中通过在存储芯片内大规模生产程序而获得的简单性、低单件成本是重要的。

其它通用非易失性存储器是PROM、EPROM和EEPROM。可编程只读存储器(PROM)可以通过不可逆处理由用户进行编程；一旦写入，PROM不能改变。可擦除PROM(EPROM)是可以通过强紫外线光的照射允许可逆进行的编程。电可擦除PROM(EEPROM)是可以通过利用重设内部存储单元的更大电流来改变。EPROM和EEPROM十分有用，因为它们可以不受掉电的影响；但是，它们仅能够非常缓慢地进行重新编程(写入)，并仅能够使用有限次的时间量。EEPROM的进一步探讨可以在William D.Brown和Joe E.Brewer所著的“非易失性半导体存储器技术，一个理解和应用NVSM装置的综合指南”(IEEEpress，Piscataway，NJ，1998)的第37-39、42-47、67、115-120、129-133、192-193、309以及352页中得到，这里引用作参考。

由于缺少对编程高电压的良好控制，所以在电池或缺少电池的环境下，EEPROM的操作可能是不确定的。结果，误写入的机会大于具有良好控制的环境的情况。希望知道被存储的数据是否有误。因此本技术需要一种用于确保存储在PROM中的数据的完整性的方法和设备。

本发明通过提供至少一个连接到两组块的保持锁存器(holding latch)来解决本技术的固有问题。第一组块包含数据。第二组块包含对应于第一组块中的数据的CRC信息。一旦从第一数据块中读取数据，则还要从对应的CRC块中读取CRC信息。读取的数据应用于CRC算法以产生当前CRC值。然后将当前CRC值与从对应的CRC块中获得的CRC信息进行比较。如果两个CRC值相同，则认为数据有效。否则，认为该数据无效。基于这个结果，发送适当的信号。

通过以下对结合附图和用于公开目的本发明优选实施例的描述，本发明的其它和进一步的目的、功能和优点将会变得更加清楚。

图1描述现有技术的CRC硬件；

图2是本发明的数据块和CRC块的示意图；

图3是本发明的生成CRC值的方法的流程图；

图4是根据本发明的写入验证(verifiable)信息的方法的流程图；

图5是根据本发明的读取验证信息的方法的流程图；

本发明应用于PROM、EPROM以及EEPROM。但是，本发明可以用于任意存储器类型，在其中希望知道包含在存储器内的数据是否与写入时的数据相同，或者数据在其写入时间和其读取时间之间已经被误用。

用于基于可写EEPROM的RFID标记的防损耗(anti-tearing)实例防损耗问题

术语“防损耗”指在电子装置操作期间该装置与其电源脱离。这个问题特别集中在由智能卡或任何存储装置完成的金融或保安交易中，其中相关的帐户数据存储在卡本身而不是存储在中央数据库中。由ATM卡处理的银行帐户数据存储在银行数据库中，而不是存储在ATM卡本身。这种情况不会存在防损耗问题，因为ATM卡上的数据不会改变。

如果人们具有远程存储的数据库而没有中央数据库，则需要某种安全装置(safeguard)来保证数据正确地从数据库中接收或写入数据库中。这些安全装置需要了解在交易期间以及在交易之间出现的环境条件。如果这些智能卡放在钱夹中或遗留在汽车里，则它们会遇到挤压、扭曲、温度、冲击和湿度的环境因素。包含在这种卡中数据的完整性在这些压力之后不可能被认为是正确的。

本发明利用CRC保护，从而内容的迟后查询可以确定存储的数据与原先写入的数据相同，还是它已经改变。这个概念广泛地由硬盘驱动器部门使用，尽管直至本发明的出现为止，它还没有应用于可编程只读存储器。

EEPROM操作：

EEPROM状态通过将高电压施加于其一定数量的时间来改变。经过薄绝缘层的高电压使得小数量的电荷穿过薄氧化物层。当足够的电荷已经穿过该氧化物层时，EEPROM的浮动栅上的结果电压(resulting voltage)的变化使得数字数据状态改变。数据状态通过导通单元并读取单元电流从EEPROM读取。当栅极上的正电荷引起电流时，n通道单元的浮动栅上的负电荷不会引起电流流动。数据从0变成1或相反情况的点，在某种程度上是任意的，而且依赖于在感应放大器中测量的电流阈值。

EEPROM的另一个方面是其数据的保存。电荷仅可以保存在浮动栅上有限数量的时间，尽管这通常是几百年。因此，我们不会希望在EEPROM开始读取正确值的第一瞬间停止编程单元，因为在以后时间，某些单元可能偏离其状态。电荷损失由于更高的温度而加剧，当然每个单元将会具有不同的电荷损失特性。已知这种如何编程EEPROM的情况，总是希望确保对EEPROM足够好地编程，以便在以后的使用寿命中电荷损失不会使其数据失效。如果不能保护好稳健的编程周期，则在以后只知道有效无效的日期是否足够。本发明解决了有效/无效的状态问题。

无线EEPROM操作：

当电压和操作电源来自RF场(field)时，保证足够高的电压以编程卡中的EEPROM的问题变得更加严重。相对于需要物理电子触面(contact)的卡，近似RF处理(transaction)卡具有方便的优点。具体地说，人们不必向机器交出他们的卡并希望它们将其交还。而且，卡上的物理触面会引起不适当的磨损，并有可能被损坏。RF处理的不利方面是RF场的每个点的场强是未知的，并且随时间可以改变。询问器线圈(interrogator coil)的标记间距和方向将确定场强。标记可以只进入或处于可用的RF场的边缘。标记可以在这个场内移动，或者它可以在试图进行操作时离开该场。如果具有多个询问器线圈则形成场“null(零)”。因此，RF环境的不确定性很难确定高电压和时间是否足够用于适当地完成编程操作。

本发明克服了上述问题中的一些问题。尽管这些“认可”高电压以便EEPROM不会无法编程的方法已经是现有技术的课题，但是那些现有技术的方法不会形成稳健操作。如果人们想要在编程之前执行预检(pre-check)以认定高电压为衰耗(die)，则在编程期间不保证高电压对每个单元是足够的。预检可以工作但高电压可能会在编程期间消失。而且，预检会占用相当数量的时间。例如，如果人们希望对高电压执行预检和后检(post-check)，则这会有用。但是，测试处理突出了有关电压检测方案的另一个不确定性：你如何知道高电压电平和时间对特定单元的成功编程而言是十分足够的？由于处理变化，EEPROM单元甚至可以一位一位地变化，并且真正知道的途径只有之后读取数据。这已经成为智能卡集成电路的公知问题，即确定高电压足够用于编程。本发明的一个安全装置是：在程序处理之后，RF标记在编程之后立刻读取回EEPROM内容。如果询问器不能在处理时间取回正确的数据，则响起警报，从而提醒人们发生了不适当事件。这对于立刻检查很好，但人们如何确定几个月后读取的数据与现在写入的数据相同？这个问题由本发明解决。

现在回到附图。在本发明中，如图2所示存储器被描述成对于每个块都具有数据部分和对应CRC部分。尽管在不脱离所附权利要求的范围和实质的情况下的可选实施例中可以是其它类型的存储器，然而本发明的优选实施例是EEPROM存储器。每个数据块(22、24、26、...、28)具有相关的CRC块(分别为32、34、36、...、38)。另外描述的是保持将要写入存储器中的数据的保持锁存器。这些锁定器是直接用于保持将要写入的数据，并不真正与本发明的方法相关。任何锁定器或其等同装置可用于本发明。

CRC值的生成在图3中描述。首先，数据40通过随后生成CRC值44的CRC计算器发送。在优选实施例中，CRC块将包含在写入命令正在发送到该装置时计算的CRC值。因此，每当写入数据块时，CRC计算器计算在命令正在发送和当编程实际发生时的CRC值，CRC被编程到与数据块有关的CRC块中。这个命令通常包括数据块和数据地址。结果，数据块对应的CRC值将包含与该块本身的数据以及该块的地址相关的信息。

写入操作将包括向装置发送命令，该装置在CRC发生器42于命令期间正在计算CRC值44时会放置将要写入到数据保持锁存器12。注意，正在计算的CRC值44是通常包括写入操作(op)代码、存储地址以及存储数据的完整写入命令。命令(包括数据和块地址)随传输的检查CRC发送。如果结果CRC与检查CRC相匹配，则该结果CRC随块数据装载到一个或多个保持锁存器中。整个保持锁存器数据(附加了CRC值的数据)同时被写入EEPROM。

具体的写入操作在图4中描述。首先，将要写入EEPROM的数据在步骤404中提供。接着，利用提供的数据在步骤406中计算CRC值。之后，在步骤408，将数据写入EEPROM的数据块的数据部分中。最后，在步骤410中，将CRC值写入数据块的CRC部分，并且处理在步骤412结束。

当读取数据块时，读取该数据块和相关的CRC块。读取子***必须会计算该CRC块中的数据，并确定CRC是否正确。随后，为了进行读取处理，读取器子***1)发送读取命令；2)从存储器中读取数据块，包括正常的数据和CRC值；3)为将刚刚读取的数据写入的写入命令计算CRC；以及4)用比较器将计算的CRC与从存储器读出的CRC值进行比较。比较器是现有技术中已知的简单电路，它用于比较两个相同规模的数据。比较器仅仅得出两个数据是否相同。来自比较器的信号可以用于为其它电路提供该数据是有效还是无效的信号。

如果最近计算的CRC值(基于读取的数据)与从存储器读取的CRC值不匹配，则下述条件之一已经发生：1)数据块中的数据已经改变；2)存储在CRC块中的CRC值已经改变；或者3)装置将数据写入错误的块中。在任何情况下，该数据被认为是无效，并且发送适当的信号。例如，如果数据被认为是有效，则可以发送VALID(有效)信号，否则可以发送INVALID(无效)信号。或者，信号仅在数据被认为是有效时发送。在这种情况下，电路必须寻找该信号，而且如果没有出现，则认为数据是有效的，并进行相应的处理。在另一可选实施例中，信号仅在数据被认为是无效时发送。在这种情况下，电路必须寻找该信号，而且如果出现，则认为数据是无效的，并进行相应的处理。

本发明的读取操作在图5中描述。具体地说，操作在步骤504开始，其中数据从EEPROM的数据块的数据部分中读取。接着，在步骤506中，从与先前读取的数据块的数据部分相对应的数据块的CRC部分读取CRC值。本领域的技术人员会理解上述两个读取操作可以减少成单个读取操作，其中读取单个数据流，然后分成数据分量(component)和CRC分量。在任何情况下，当前CRC值在步骤508利用CRC计算器进行计算。比较器在步骤510用于比较当前CRC值(基于读取的数据)和读取的CRC值(基于写入的数据)。在步骤512中确定两个CRC值是否相等(即该数据是否有效)。如果测试为正(是)则执行步骤514，发送VALID信号。否则，执行过程进行到步骤516并发送INVALID信号，而且处理在步骤518结束。本领域的技术人员会理解，在不脱离本发明的实质的情况下，本发明的可选实施例可以仅当确定为有效数据(即，CRC值相等)时或者仅当确定为无效数据(即，CRC值不相等)时发送信号。

因此，本发明很好地用于实现上述目的并获得所述的功能和优点，以及其内在的其它益处。尽管已经叙述和说明了本发明并参照发明的具体优选实施例限定了本发明，但是这种参考不意味着本发明的限制，而且也无法推出这种限制。对于相关领域的普通技术人员而言，本发明可以考虑在形式和/或功能上进行各种变形、改进、修改以及等同替代。本发明说明和描述的优选实施例仅用于示例，而不用于限定发明范围。因此，本发明仅通过所附权利要求的实质和范围来限定，在各方面对等同物给出全面的认识。

Claims

1.一种具有可验证的可编程只读存储器的计算机***，所述计算机***包括：

在所述可编程只读存储器中的至少一个数据块，所述数据块具有数据部分，构建和排列所述数据部分用于存储数据，所述数据块还包括CRC部分，所述CRC部分对应于所述数据部分，构建和排列所述CRC部分用于包含CRC值；

CRC计算器，构建和排列所述CRC计算器用于根据从所述数据部分读取的数据生成当前CRC值；以及

比较器，构建和排列所述比较器用于将当前CRC值与存储在所述CRC部分中的所述CRC值比较；其中根据所述当前CRC值是否等于存储在所述CRC块中的所述CRC值发送信号。

2.如权利要求1所述的计算机***，其中所述可编程只读存储器是PROM。

3.如权利要求1所述的计算机***，其中所述可编程只读存储器是EPROM。

4.如权利要求1所述的计算机***，其中所述可编程只读存储器是EEPROM。

5.如权利要求1所述的计算机***，其中所述所述***还包括连接到所述数据块以及所述CRC块的保持锁存器。

6.一种用于验证从可编程只读存储器中读取的数据的方法，所述方法包括以下步骤：

a)从所述可编程只读存储器中的数据块的数据部分读取数据；

b)从所述数据块的CRC部分读取CRC值，所述CRC部分对应于所述数据部分；

c)利用从所述数据部分读取的所述数据计算当前CRC值；

d)将当前CRC值与从所述数据块读取的所述CRC值比较；

e)发送响应于所述当前CRC值与从所述数据块读取的所述CRC值的比较结果的信号。

7.一种用于将验证数据写入可编程只读存储器的方法，所述方法包括以下步骤：

a)提供数据；

b)根据所述数据计算CRC值；

c)将所述数据写入所述可编程只读存储器的数据块的数据部分；以及

d)将所述CRC值写入所述数据块的CRC部分。

8.一种具有EEPROM存储器的无线射频识别(RFID)***，所述RFID***还包括：

在所述EEPROM存储器中的至少一个数据块，所述数据块具有数据部分，构建和排列所述数据部分用于存储数据，所述数据块还包括CRC部分，所述CRC部分对应于所述数据部分，构建和排列所述CRC部分用于包含CRC值；

比较器，构建和排列所述比较器用于将当前CRC值与存储在所述CRC部分中的所述CRC值比较；

其中响应于所述当前CRC值与存储在所述CRC块中的所述CRC值的比较结果发送信号，所述比较结果用于识别所述数据块中的所述数据是否有效。