Erweiterte Funktionen in NOR-Flash
Daten in Speicher-Chips besser schützen
Der Standardansatz zum Schutz kritischer Daten und zur Sperrung der Schutzeinstellungen in NOR-Flash ist nicht mehr zeitgemäß. Deswegen hat Winbond neue Schutzfunktionen für seine SpiFlash-NOR-Flash-Speicher eingeführt. Diese helfen Entwicklern dabei, die Zuverlässigkeit ihrer Systeme zu verbessern.
SPI NOR-Flash ist der bevorzugte Speichertyp des Elektronik-Designers, um Anwendungscode und Daten in Embedded-Systemen mit einem Speicherbedarf von bis zu 512 Mb/s zu speichern. Für eine breite Anwendung in der Industrie folgt die NOR-Flash-Speichertechnik bestimmten Standards, zum Beispiel für die serielle Schnittstelle zu einem Host-Mikrocontroller oder SoC. Eine dieser Standardfunktionen betrifft die Art und Weise, wie NOR-Flash es dem Systementwickler ermöglicht, den Schutz der gespeicherten Daten zu konfigurieren. Ein solcher Schutz lässt sich für einen bestimmten Teil des Speicher-Arrays aktivieren, in dem kritische Daten gespeichert sind: Meistens handelt es sich um Bootcode, da bei Beeinträchtigung oder Verlust des Bootcodes das gesamte System ausfallen würde.
Die Schutzfunktion sorgt dafür, dass Daten in geschützten Blöcken weder beschädigt (etwa durch Störeinflüsse) noch versehentlich gelöscht und überschrieben werden (zum Beispiel durch eine fehlerhafte Operation des Hostsystems). Wenn ein Lösch- oder Schreibbefehl auf einen Speicherbereich zugreifen will, der einen geschützten Block enthält, wird dieser Befehl ignoriert. Mit anderen Worten: Geschützte Blöcke werden als schreibgeschützter Speicher markiert.
Die Art und Weise, wie dieser Standardansatz zum Datenschutz vor langer Zeit in NOR-Flash umgesetzt wurde, schränkt jedoch die Flexibilität der Entwickler bei der Verwendung heute verfügbarer Speicherbausteine mit höherer Dichte ein. Daher hat der taiwanische Halbleiterhersteller Winbond neue, proprietäre Erweiterungen für die Standardschutzfunktionen eingeführt, um mehr Kontrolle über die Blockgröße und die Ausführung der Schutzfunktion zu erhalten. Im Folgenden wird beschrieben, wie Systementwickler diese neuen Funktionen einsetzen können.
Geschützte Blockgrößen erweitert
Als die Datenschutzfunktion vor vielen Jahren erdacht wurde, waren NOR-Flash-Speicherdichten viel geringer als heute. Damals genügten drei Block-Protection-Bits (BP) im Statusregister des Flash-ICs, um den zu schützenden Teil des Speicher-Arrays festzulegen. Im Datenblatt eines NOR-Flash-Speicherchips von Winbond werden diese Statusregisterbits als BP0, BP1 und BP2 angezeigt. Diese drei Bits bieten acht Optionen, um die Größe des geschützten Bereichs auszuwählen, von 1/64 des Arrays bis hin zu ½ (Tabelle 1).
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Die maximale Granularität, die dem Benutzer zur Verfügung steht, beträgt also 1/64 des gesamten Arrays. Das Problem besteht heutzutage darin, dass eingebettete Systeme mehr Speicherplatz benötigen als zuvor. Hersteller von Flash-Speichern haben darauf reagiert, indem sie Produkte mit größerer Speicherkapazität bereitstellen. So ist beispielsweise der Baustein W25Q128JV von Winbond ein 128-MBit-Speicher: 1/64 davon sind 2 Mb. Was aber, wenn der Systementwickler nur den Bootcode und keinen anderen Code oder andere Daten schützen muss? Und der Bootcode nur 50 Kb belegt? In diesem Fall werden in einem geschützten Bereich mit 2 Mb nur 50 Kb Code gespeichert. Da dieser Bereich über einen Schreib- und Löschschutz verfügt, bleibt der größte Teil des geschützten Blocks leer.
Das taiwanische Unternehmen hat nun eine neue Funktion eingeführt, um dieses Problem zu lösen: Es ist das Statusregister-Bit »SEC«, das ganz links in Tabelle 1 dargestellt ist. Dieses SEC-Bit ermöglicht es dem Entwickler, den Schutz auf Sektor- statt auf Blockebene festzulegen. Wie Tabelle 2 zeigt, wird das Array dadurch in Bereiche von nur 1/4096 – 32 Kb im Speicher W25Q128JV unterteilt. Dies gibt dem Entwickler die Flexibilität, sehr kleine Teile des kritischen Codes, wie den Bootcode, zu schützen, während fast das gesamte Speicher-Array frei von Schreib- und Löschschutz bleibt und für das Speichern von anderem Code und Daten zur Verfügung steht.
- Daten in Speicher-Chips besser schützen
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