不可更改数据的闪存芯片、固态硬盘SSD及其控制方法与流程

本发明属于半导体flash芯片、ssd设计制造的，具体而言，涉及一种不可更改数据的闪存芯片、固态硬盘ssd及其控制方法。

背景技术：

1、计算机行业中大容量持久数据存储设备经历了磁芯、磁盘、光盘、半导体固态存储器等发展阶段。一般这些存储器都是可读可写的，但是在计算机信息安全方面，为了保证存储器内的数据持久不变，不被恶意篡改，需要一种可增可查不可改不可删的专门的大容量的存储设备。

2、曾经光盘是一种不可篡改的存储设备，但是光盘存储容量太小，读写速度过慢，不适合大规模在线数据管理，目前已经被淘汰。当前半导体固态硬盘ssd逐渐成为主流的大容量持久数据存储设备，ssd包含多片闪存芯片flash memory，芯片内的最小存储单元famos是由静电荷来表示数据0，1的，famos电路具有电荷可擦除的物理特性。但是为了确保数据安全，数据不丢失不被篡改，我们需要一种新型的不可改写的闪存芯片及ssd，用于长期保存类似出生证、毕业证等重要数据。

3、在计算机应用项目中，大部分项目需要一定程度的数据安全保护，特别是需要防止持久存储器中的数据被非法修改和被恶意删除。但是现今世界计算机存储设备中常用的各种类型的flash芯片、ssd中，其一般在只读状态能读不能写，又或在写入状态能写也能改，计算机数据安全主要靠应用层软件和数据加密，没有可寻址并增添新数据同时又禁止擦除或更新老数据的硬件产品，不能实现数据一旦被写入就不能改写或删除。

技术实现思路

1、鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种不可更改数据的闪存芯片、固态硬盘ssd及其控制方法，通过闪存芯片的重新设计、ssd主控制器或者闪存芯片内指令控制电路的局部改变，达到数据一旦被写入就不能改写或删除的目的。

2、本发明所采用的技术方案为：一种不可更改数据的闪存芯片，该闪存芯片的控制电路包括：

3、指令控制电路，所述指令控制电路用于接收并执行读数据、写数据和读地址计数器指令，且该电路对于接收到的擦除数据、删除数据或更新数据的指令作为错误指令处理；

4、地址计数器，所述地址计数器用于指定下一个可写入数据的空白存储页地址，所述指令控制电路提供外部可用的指令，用于读取地址计数器现值。

5、进一步地，该闪存芯片还包括：

6、擦除电路，所述擦除电路用于在制造厂初始化芯片时，对闪存芯片内所有的存储块执行n遍擦除数据指令，直至全部存储块成空白状态，其中，n≥1；

7、进一步地，所述闪存芯片还包括自毁电路，所述自毁电路用于在制造厂初始化擦除存储块后，利用自毁电路破坏闪存芯片内的擦除电路，用高电压大电流击穿擦除电路的零部件，使其永久失去擦除功能。

8、为了降低闪存芯片的制造成本，在闪存芯片内不设计存储页位图、坏块位图、磨损平衡、页面搬迁等逻辑电路。此设计简化了闪存芯片的半导体电路，可大幅降低产品制造成本，同时由于减少了擦除操作的次数，有助于增加闪存产品使用寿命。

9、本发明还提供了一种不可更改数据的闪存芯片的控制方法，该控制方法应用于上述的不可更改数据的闪存芯片，该控制方法包括但不限于下述步骤：

10、s1：闪存芯片的指令控制电路接收来自外部的指令，根据指令类型的不同，指令控制电路做不同的操作；

11、s2：对于读数据类型的指令，指令控制电路根据指令携带的地址，正常读取数据，并返回成功/失败信号或代码；

12、s3：对于写数据类型的指令，指令控制电路利用闪存芯片内的地址计数器，指定一个空白存储页写入新数据，若写入并验证成功，则返回成功代码；否则返回错误代码；地址计数器自动步进一次；

13、s4：对于擦除数据、删除数据或更新数据类型的指令作为错误指令处理，返回错误信号或错误代码；

14、s5：对于读取计数器类型的指令，指令控制电路读取地址计数器的现值，返回成功/失败信号或代码。

15、由于该闪存芯片在运行时，只能按芯片内规定的地址顺序写入数据，不是按常规的指令携带的地址写入数据，闪存芯片中无须动态记录页面位图等元数据，只需记录当前空白页面的地址指针或地址计数器，遇到写入失败或遇到坏块，可简单跳过此存储页。

16、本发明还提供了另一种不可更改数据的闪存芯片的控制方法，其特征在于，在闪存芯片的指令控制电路中实现该方法，不涉及闪存芯片内的其他功能电路，该控制方法为：

17、s31：闪存芯片的指令控制电路接收来自外部的操作指令，根据指令类型和指令指定的逻辑地址，指令控制电路执行不同的操作；

18、s32：对于读数据类型指令，指令控制电路按指定逻辑地址正常执行读操作，返回成功/失败信号或代码；

19、s33：对于写数据类型指令，闪存芯片的指令控制电路利用其芯片内部的逻辑地址与物理地址映射表和页面位图，判定指令指定的逻辑地址对应的物理地址是否是空白存储页；若指令指定的逻辑地址对应的物理地址是空白存储页则正常执行写入数据操作并更新逻辑地址与物理地址映射表和页面位图,否则返回错误信号或错误代码。

20、s34: 对于擦除数据、删除数据或更新数据等类型的指令，则返回错误信号或错误代码；

21、该方法只需设计修改闪存芯片的指令控制电路，在集成电路eda设计方面的工作量小，可快速完成设计，批量投产。

22、本发明还提供了一种不可更改数据的固态硬盘ssd的控制方法，其特征在于：在固态硬盘ssd的主控制器中实现该方法，不涉及固态硬盘ssd的其他功能电路，该控制方法为：

23、s41：固态硬盘ssd的主控制器接收来自外部的操作指令，根据指令类型和指令指定的逻辑地址，主控制器执行不同的操作；

24、s42：对于读数据类型的指令，主控制器按指定地址正常执行读操作，返回成功/失败信号或代码；

25、s43：对于写数据类型的指令，ssd主控制器利用逻辑地址与物理地址映射表和页面位图，判定指令指定的逻辑地址对应的物理地址是否是空白存储页；

26、若指令指定的逻辑地址对应的物理地址是空白存储页则正常执行写入数据操作并更新逻辑地址与物理地址映射表和页面位图，否则返回错误信号或错误代码；

27、s44：对于擦除数据、删除数据或更新数据类型的指令，则作为错误指令处理，直接返回错误信号或错误代码。

28、所述主控制器是ssd中重要的组件，它是一种soc集成电路，它负责管理和控制存储器颗粒（nand芯片）的读写操作，更新地址映射表和页面位图以及处理通信和错误处理等任务，主控制器具有可编程的特性，可以进行固件升级和功能扩展。本方案在实施时，可以将上述的控制方法固化在主控制器的可编程固件中。

29、本发明所提供的不可更改数据的闪存芯片，配上适当的控制器、电路板和外壳可以制造不可更改数据的u盘或固态硬盘。

30、本发明所提供的不可更改数据的固态硬盘ssd的控制方法，通过对固态硬盘ssd的主控制的固件进行升级，无需更换闪存颗粒，也可制造一种不可更改数据的固态硬盘。

31、使用n个（n>=1)上述的不可更改数据的固态硬盘,配上主板和处理器cpu或gpu，可以制造大容量的持久存储设备，用于建设数据库、数据中心。

32、本发明的有益效果为：

33、采用本发明所提供的不可更改数据的闪存芯片，该闪存芯片不设计能够擦除数据、删除数据或更新数据的电路，对半导体产业来说，实施本发明制造的闪存芯片，简化了相对复杂的“先擦后写”电路、“擦除平衡”电路等，减少闪存芯片制造成本，增加芯片存储容量，延长闪存芯片使用寿命。

34、采用本发明所提供的不可更改数据的闪存芯片，其通过对闪存芯片中控制电路的运行逻辑设计，仅提供读数据和写数据的外部操控指令，不提供外部可用的擦除存储页、删除数据或更新数据等可能更改数据的操控指令，对各类计算机应用项目提供了一种全新、可靠的保护数据的硬件产品，极大地简化了应用软件层面的安全措施。

35、对固态硬盘ssd产业来说，本发明可制造出一种专门的用于保护关键数据的ssd，可用来制造高度安全的大容量数据存储设备和数据库。