DE19681704B4

DE19681704B4 - Verfahren zum Ausführen eines Programms aus einem nichtflüchtigen Speicher heraus

Info

Publication number: DE19681704B4
Application number: DE19681704T
Authority: DE
Inventors: Robert N. Shingle Springs Hasbun
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 1995-12-26
Filing date: 1996-12-23
Publication date: 2009-12-31
Anticipated expiration: 2016-12-24
Also published as: US5829013A; GB2323690A; US6243789B1; DE19681704T1; HK1016293A1; GB2323690B; WO1997023829A1; KR19990076836A; TW386210B; AU1344697A; GB9812269D0; KR100284975B1

Abstract

Verfahren zum Ausführen eines zumindest einen seiner Befehlscodeabschnitte während seiner Ausführung modifizierenden Programms, wobei:
a) die Ausführung des Programms, während es in einem nicht-flüchtigen Speicher gespeichert ist, initiiert wird, wobei das Programm aus dem nicht-flüchtigen Speicher heraus ausgeführt wird;
b) eine Ausnahme erzeugt wird, sofern ein Programmbefehl einen Schreibversuch zu einem Speicherplatz eines Befehlscodeabschnitts des Programms innerhalb des nicht-flüchtigen Speichers bewirkt;
c) in Erwiderung der Ausnahme eine Kopie nur desjenigen Befehlscodeabschnitts des nicht-flüchtigen Speichers, der den betroffenen Speicherplatz einschließt, in einen Hauptspeicher geschrieben wird, und
d) das Programm beginnend mit dem Programmbefehl, der die Ausnahme bewirkt hat, neu gestartet wird, so dass der Schreibversuch bei der wiederholten Ausführung des Programmbefehls in die Kopie des Befehlscodeabschnitts in dem Hauptspeicher vorgenommen wird.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausführen eines zumindest einen seiner Befehlscodeabschnitte während seiner Ausführung modifizierenden Programms, dessen Ausführung initiiert wird, während es in einem nicht-flüchtigen Speicher, wie beispielsweise einem Flash-EEPROM gespeichert ist.
In jüngster Zeit wurden elektronisch löschbare, programmierbare Nur-Lese-Flash-Speicher-Bauelemente (Flash-EEPROM-Bauelemente) in Arrays als neue Art von Langzeitspeichern verwendet. Ein Flash-EEPROM-Speicherarray ist aus einer großen Anzahl von Floating-Gate-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistorbauelementen aufgebaut, die als Speicherzellen in der üblichen Art und Weise in Zeilen und Spalten zusammen mit Schaltungen angeordnet sind, die auf einzelne Zellen zugreifen und die Speichertransistoren dieser Zellen in unterschiedliche Speicherzustände versetzen. Diese Speichertransistoren können programmiert werden, indem eine Ladung auf dem schwebenden Gate (Floating Gate) gespeichert wird. Diese Ladung bleibt zurück, wenn die Stromversorgung von dem Array (der Matrix) weggenommen wird. Diese Ladung (üblicherweise eine ”Null” oder ein programmierter Zustand) oder ihr Fehlen (eine ”Eins” oder ein gelöschter Zustand) können erfasst werden, wenn das Bauelement gelesen wird.
Diese Speicherarrays können viele Operationen ausführen, die zuvor üblicherweise von anderen Arten von Speichern in Computersystemen ausgeführt wurden. Beispielsweise können Flash-Speicher verwendet werden, um verschiedene Nur-Lese-Speicher (ROMs) eines Computersystems, wie beispielsweise BIOS-Speicher, zu ersetzen. Die Möglichkeit, Flash-Speicher am Ort im eingebauten Zustand programmieren zu können, bietet wesentliche Vorteile für BIOS-Speicher gegenüber dem herkömmlicheren EPROM-Speicher, welcher aus dem System entfernt werden muss, um für Änderungen der Systemkomponenten neu programmiert zu werden. In jüngerer Zeit wurde der Flash-Speicher verwendet, um ein kleineres, leichteres funktionelles Äquivalent zu einem elektromechanischem Festplattenlaufwerk zur Verfügung zu stellen. Flash-Speicher sind für diese Zwecke nützlich, da sie schneller gelesen werden können und nicht so empfindlich gegenüber physikalischen Zerstörungen sind wie elektromechanische Festplattenlaufwerke. Darüber hinaus erfordern Flash-Speicher keine Auffrischzyklen und verschwenden keine Leistung oder Zeit für solche Zyklen. Flash-Speicher-”Laufwerke” sind besonders nützlich in tragbaren Computern, in denen Platz sehr gesucht und das Gewicht extrem wichtig ist. Ein solches Flash-Speicher-”Laufwerk” ist beispielsweise in der Patentschrift US 5,437,020 beschrieben. Dieses enthält neben dem eigentlichen Flash-Array einen Controller, der das Lesen, Schreiben und Säubern des Flash-Arrays steuert, und einen zusätzlichen Flash-Speicher, der die zugehörigen Routinen speichert.
Im allgemeinen ist ein Flash-EEPROM-Speicherarray in Blöcken von Speicherzellen unterteilt. Jeder Block ist so verschaltet, dass seine Speicherzellen gleichzeitig gelöscht werden. Ein solches Löschen versetzt sämtliche Speicherzellen in dem Block in den gelöschten Zustand. Anschließend kann eine Speicherzelle individuell programmiert werden, um Daten zu speichern. Da sämtliche Speichertransistoren eines Blocks des Arrays so miteinander verknüpft sind, dass sie zusammen gelöscht werden können, kann eine Zelle in einem programmierten Zustand solange nicht in den gelöschten Zustand umgeschaltet werden, bis der gesamte Block des Array gelöscht wird. Während eines elektromechanischen Festplattenlaufwerkes typischerweise Informationen in einem ersten Bereich der Platte speichert und dann den gleichen Bereich der Platte überschreibt, wenn die Informationen sich ändern, ist dies bei einem Flash-EEPROM-Speicherarray nicht möglich, ohne sämtliche der gültigen Informationen, die in dem Block gemeinsam mit den ungültigen Informationen verbleiben, zu löschen.
Folglich werden bei bekannten Flash-Speicheranordnungen dann, wenn Informationen sich in einem Dateneintrag ändern, die neuen Informationen in einen neuen Speicherbereich und nicht über die alten Daten geschrieben; und es werden die alten Daten als ungültig markiert. Dann kann, nachdem ein hinreichender Teil eines Blockes als ungültig markiert worden ist, der gesamte Block gelöscht werden, dies aber nur, nachdem sämtliche in dem Block verbliebenen gültigen Informationen in den neuen Speicherbereich geschrieben worden sind.
Grundsätzlich kann ein Flash-Speicher bei der gleichen Rate wie ein dynamischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) gelesen werden und schneller als ein elektromechanisches Festplattenlaufwerk, weil der Zugriff auf eine Matrix von Zeilen und Spalten schneller als der auf eine rotierende Platte ist. Da jedoch die zum Schreiben eines Flash-Bauelements erforderliche Ladungsmenge viel größer ist, verbraucht selbst das Schreiben eines leeren Blockes eines Flash-Speichers eine etwas längere Zeit als das Schreiben in einen DRAM. Darüber hinaus ist die Durchschnittszeit zum Schreiben eines Flash-Speichers wesentlich länger als die zum Schreiben in dem DRAM, weil die geänderten Daten nicht direkt über die ungültigen Daten in einen Block des Flash-Speichers geschrieben werden können, sondern diese in einen neuen Bereich geschrieben werden müssen, die alten Daten ungültig gemacht werden müssen und schließlich der Block mit den ungültigen Daten gelöscht werden muss.
Obwohl Flash-Speicher für viele Zwecke in Computersystemen verwendet worden sind, werden somit weder Flash-Speicher noch irgendwelche anderen Arten nicht-flüchtiger Speicher verwendet, um den Hauptspeicher zu ergänzen. Die Schreibzeit für diese nicht-flüchtigen Speicher wurde als zu lang angesehen, um die Verwendung eines solchen Speichers als Teil des Hauptspeichers zu ermöglichen.
Obgleich nicht-flüchtige Speicher verschiedene Probleme auferlegen, gibt es jedoch eine Anzahl von Gründen, nicht-flüchtige Speicherarrays zum Ergänzen des Hauptspeichers zu verwenden. Ein nicht-flüchtiger Speicher am Speicherbus speichert Programme, welche nicht verloren gehen, wenn die Stromversorgung des Systems entfernt wird. Somit sind die Programme für eine Ausführung im Speicher verfügbar, wenn die Stromversorgung angelegt wird, ohne dass sie in den Speicher kopiert werden müssen. Anwendungsprogramme oder andere Prozesse könnten in einem nicht-flüchtigen Speicher-Array gespeichert und direkt aus ihm ausgeführt werden. Dies würde die Übertragung dieser Anwendungsprogramme zwischen dem Langzeitspeicher und dem Hauptspeicher vermeiden und dadurch den größten Teil des Seiten-Auslagerns und des damit verbundenen, durch die Überfüllung des in dem Hauptspeicher verfügbaren begrenzten Raumes verursachten Geschwindigkeitsverlustes vermeiden. Es würde darüber hinaus den Anwendungen gestatten, schneller anzulaufen, wenn sie aufgerufen werden.
Es erscheint zunächst einfach, einen nicht-flüchtigen Speicher, der ein Anwendungsprogramm speichert, am Speicherbus anzuordnen. Obgleich Schreiboperationen zu solchen Speichern langsamer als bei DRAM sind, sollte man beispielsweise meinen, dass die Prozesse eines Anwendungsprogramms nur gelesen zu werden brauchen, so dass ein Anwendungsprogramm auch aus einem nicht-flüchtigen Speicher ausgeführt werden könnte. Grundsätzlich ist das Ausführen von Programmen aus einem Nur-Lese-Speicher (ROM) heraus im Stand der Technik bekannt (vgl. beispielsweise EP 0 205 692 A1 oder DE 44 22 453 A1 ). Einige Anwendungsprogramme jedoch errichten und modifizieren Datenstrukturen und Variablen, die innerhalb ihres Befehlscodes angeordnet sind. Andere Programme enthalten einen selbstmodifizierenden Befehlscode, in welchen die Änderungen geschrieben werden müssen, wenn sie auftreten. Wenn man annimmt, dass Daten in den Speicher nicht mit ausreichender Geschwindigkeit geschrieben werden können, um mit Operationen auf dem Speicherbus mitzuhalten, so erscheint es unmöglich, den ein solches Anwendungsprogramm speichernden Speicher an dem Speicherbus derart anzuordnen, dass das Programm aus dem nicht-flüchtigen Speicherarray ausführbar ist.
Es ist folglich eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, um ein nicht-flüchtiges Speicher-Array, das am Speicherbus eines Computers angeordnet ist, zu verwenden, um Programme und Prozesse zu speichern, welche aus dem nicht-flüchtigen Speicher heraus ausgeführt werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Diese und andere Aufgaben und Merkmale der Erfindung sind besser zu verstehen unter Bezugnahme auf die detaillierte Beschreibung, welche zusammen mit den Zeichnungen folgt, in welchen in den verschiedenen Ansichten auf gleiche Elemente durch gleiche Bezugszeichen Bezug genommen wird.
1 ist eine Blockdarstellung eines Computersystems, das gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.
2 ist eine Blockdarstellung eines Flash-EEPROM-Speicherarrays, wie es typischerweise im Stand der Technik angeordnet ist.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren gemäß der Erfindung veranschaulicht.
Es wird jetzt auf 1 Bezug genommen, in der ein Computersystem 10 veranschaulicht ist, das gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist. Das dargestellte System 10 enthält eine zentrale Verarbeitungseinheit 11, welche die zum Steuern der Operationen des Systems 10 zur Verfügung gestellten verschiedenen Instruktionen ausführt. Die zentrale Verarbeitungseinheit 11 ist typischerweise über einen Prozessorbus mit einer Brückenschaltung 14 verbunden, welche den Zugriff auf einen Eingabe/Ausgabe-Bus 12 steuert, der Informationen zwischen verschiedenen Komponenten des Systems 10 übertragen kann. In 1 ist der Bus 12 vorzugsweise ein Peripheriekomponentenschnittstellen(PCI)-Bus oder ein anderer lokaler Bus, der besonders schnelle Datenübertragungen zur Verfügung stellen kann. Dieser Bus ist in 1 nur zu Veranschaulichungszwecken ausgewählt. Bei einem typischen System 10 sind verschiedene Eingabe/Ausgabeeinrichtungen als Bus-Master- und Bus-Slave-Schaltungen mit dem Bus 12 verbunden. Bei der vorliegenden Darstellung kann beispielsweise der Langzeitspeicher 15 mit dem PCI-Bus 12 als Bus-Slave-Schaltung verbunden sein. Andere Eingabe/Ausgabeeinrichtungen, wie beispielsweise Klang-Schaltungsplatinen, Einzelbildpuffer und dergleichen, können ebenfalls mit dem Bus 12 verbunden sein.
Die Brückenschaltung 14 ist außerdem mit einem Speicherbus 16 zum Hauptspeicher 13 verbunden. Der Hauptspeicher 13 ist üblicherweise aus dynamischen Speicherbausteinen mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) gebildet, die in einer für den Fachmann im Stand der Technik gut bekannten Weise angeordnet sind, um Informationen während der Zeit zu speichern, in der das System 10 mit Strom versorgt wird. Bei der vorliegenden Erfindung ist ein nicht-flüchtiges Speicher-Array 17 gemäß der vorliegenden Erfindung ebenfalls an dem Speicherbus 16 zusammen mit dem Hauptspeicher 13 angeordnet.
2 ist eine Blockdarstellung eines Flash-EEPROM-Speicher-Array 17, welches als Langzeitspeicher in verschiedenen bekannten System verwendet worden ist. Die folgende Beschreibung des Array 17 soll veranschaulichen, weshalb es als unmöglich angesehen wird, ein solches nicht-flüchtiges Speicher-Array am Hauptspeicherbus anzuordnen.
Das Speicher-Array 17 ist in eine Reihe von Blöcken 20 unterteilt, von denen jeder unabhängig voneinander gelöscht werden kann. Jeder dieser Blöcke 20 enthält Flash-Speicherbauelemente, die in einer logischen Reihen- und Spalten-Anordnung miteinander verbunden sind. Auf ein bestimmtes Bauelement wird zugegriffen, indem seine Zeile und Spalte in der gleichen Weise ausgewählt werden, in der auf Daten in dynamischen Speichern mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) zugegriffen wird. Ein Zugriff auf die Blöcke des Array 17 wird durch die Kommandobenutzerschnittstelle 22 erlangt, welche Kommandos empfängt, sichert, dass das Array in einem geeigneten Modus ist, um die empfangenen Kommandos auszuführen, und die Kommandos ausführt (üblicherweise durch die Verwendung verschiedener Zustandsmaschinen).
Für den Fachmann ist es bekannt, dass in Flash-Speicher-Arrays nicht auf die gleiche Weise geschrieben werden kann, wie in DRAM oder andere Speicher. Wenn in DRAM oder einen magnetischen Speicher geschrieben wird, ändern sich die Zustände sämtlicher Bits, die geschrieben werden, im wesentlichen gleichzeitig mit dem Schreiben. Ein Flash-Speicher muss gelöscht werden, bevor in ihn erneut geschrieben werden kann, so dass geänderte Daten in einen gelöschten Raum in einem Block geschrieben werden müssen. Wenn ein Wort oder ein Bit des Flash-Speichers geschrieben wird, sind die Stromanforderungen zum Laden der Floating-Gates viel höher, so dass die Bauelemente oftmals mehrfach gepulst werden müssen, bis sie den richtigen Ladungszustand erreichen. In ähnlicher Weise braucht es viel mehr Strom, um die Floating-Gates der Flash-Bauelemente zu entladen, weil die Ladung größer ist und weil der Löschprozess, der vor dem Schreiben erforderlich ist, zunächst sämtliche Flash-Bauelemente in dem geladenen Zustand bringt und dann die Bauelemente durch Anlegen einer großen Potentialdifferenz entlädt. Für den Fachmann ist es klar, dass die Zeitdauer, die für jeden der für Flash-EEPROM-Speicher-Arrays verwendeten Schreib- und Lösch-Prozesse benötigt wird, das Schreiben in ein Flash-EEPROM-Speicher-Array im Vergleich zu typischen, für Hauptspeicher verwendeten DRAM-Speichern ziemlich langsam macht. Aus diesem Grund wird der Flash-Speicher als ungeeignet für solche Speicher angesehen, welche in häufige Schreib-Aktualisierungsoperationen involviert sind.
Wenn auch die Schreib- und Löschzeiten im Vergleich zu den Schreib- und Löschzeiten für DRAMs lang sind, gibt es jedoch eine Reihe von Gründen, nicht-flüchtige Speicher zum Ergänzen des Hauptspeichers zu verwenden. Ein primärer Grund besteht darin, einen größeren Speicherraum im Hauptspeicher verfügbar zu machen. Ein weiterer Grund besteht darin, die Übertragung von speziellen Anwendungsprogrammen zwischen dem Langzeitspeicher und dem Hauptspeicher zu beseitigen und dadurch das zum Behandeln der Überfüllung des im Hauptspeicher verfügbaren begrenzten Raumes erforderliche Seiten-Auslagern und den damit verbundenen Geschwindigkeitsverlust zu mindern. Wenn ein nicht-flüchtiges Speicher-Array an dem Hauptspeicherbus derart angeordnet wird, dass es ebenso schnell wie der DRAM des Hauptspeichers gelesen werden kann, und wenn ein Anwendungsprogramm in das nicht-flüchtige Speicher-Array plaziert wird und aus ihm heraus ausführbar gemacht wird, so braucht das Anwendungsprogramm nicht aus dem Langzeitspeicher aufgerufen und in den Hauptspeicher zum Abarbeiten geladen zu werden. Dies lässt einen größeren Raum im Hauptspeicher für andere Zwecke. Das Seiten-Auslagern des Hauptspeichers, das üblicherweise zum Abarbeiten großer Anwendungen erforderlich ist, kann für solche Anwendungen, die im nicht-flüchtigen Speicher gespeichert sind, im wesentlichen beseitigt werden. Sämtliche Prozesse eines solchen Anwendungsprogramms wären im nicht-flüchtigen Speicher verfüg bar, und der Prozessor müsste diesen Verwaltungsfunktionen keine Zeit zur Verfügung stellen.
Eine signifikante Anzahl von Problemen führte dazu, dass das Anordnen eines ein Anwendungsprogramm speichernden Flash-Speichers am Speicherbus für die Fachleute als unmöglich erschien. Zunächst erscheinen, weil Schreiboperationen zum Flash-Speicher signifikant langsamer sind als zum DRAM, diese Schreiboperationen und damit verbundene Löschoperationen des Flash-Speichers unter den Betriebsbedingungen von an dem Speicherbus angeordneten Flash-Speichern ohne eine signifikante Verlangsamung der Operationen als unmöglich. Es scheint jedoch, dass ein Anwendungsprogramm aus dem Flash-Speicher ausgeführt werden könnte, da die Prozesse eines Anwendungsprogramms nur gelesen zu werden brauchen. Obwohl es nützlich wäre, in der Lage zu sein, Daten in den Flash-Speicher zu schreiben, könnten solche Operationen auf Operationen begrenzt werden, welche sehr selten auftreten, wie beispielsweise Aktualisierungen des Programms.
Einige Anwendungsprogramme jedoch errichten und modifizieren kontinuierlich Datenstrukturen und Variablen, die in ihren Code-Segmenten angeordnet sind. Andere Programme verwenden einen selbstmodifizierenden Befehlscode, welcher sich ändert, wenn die Anwendung abgearbeitet wird. Da Daten nicht kontinuierlich mit ausreichender Geschwindigkeit zu dem Flash-Speicher geschrieben werden können, erscheint es unmöglich, einen ein solches Anwendungsprogramm speichernden Flash-Speicher an dem Speicherbus anzuordnen und die Anwendung aus dem Flash-Speicher-Array heraus auszuführen.
Die vorliegende Erfindung gestattet es Anwendungsprogrammen und Prozessen, welche es erfordern, dass Daten während ihrer Ausführung in ihre Code-Abschnitte geschrieben werden, in ein Flash-EEPROM- oder ein anderes nicht-flüchtiges Speicher-Array, das an dem Speicherbus eines Computersystems angeordnet ist, gespeichert werden und aus dem Flash-Speicher- Array heraus ausgeführt werden. Dies wird bei der vorliegenden Erfindung ausgeführt, indem eine Speichermanagementeinheit (MMU) verwendet wird, die von dem Betriebssystem gesteuert wird, um eine Anzahl spezieller Operationen auszuführen. Typischerweise ist eine Speichermanagementeinheit so konstruiert, dass sie von einem Betriebssystem verwendet werden kann, um die Adressierung eines virtuellen Speichers zu gestatten. Die Adressierung eines virtuellen Speichers gestattet den Zugriff auf eine viel größere Speichermenge, als im Hauptspeicher verfügbar ist, indem virtuelle Adressen immer dann Daten zugewiesen werden, wenn sie gespeichert werden können, und diese virtuellen Adressen in physikalische Adressen übersetzt werden, wenn auf die Daten tatsächlich zugegriffen wird. Die Speichermanagementeinheit steuert die Seitentabellen, auf welche eine Anwendung zugreifen kann, und stellt die Übersetzungen zwischen dem virtuellen und dem physikalischen Speicher unter Verwendung dieser Tabellen zur Verfügung.
In einem virtuellen Speichersystem wird eine viel größere Anzahl von Speicheradressen zur Verfügung gestellt, als Adressen im Hauptspeicher verfügbar sind. Die Speicheradressen können von dem Speichermanager des Betriebssystems unterschiedlichen Komponenten des Systems zugewiesen werden, um es einem Anwendungsprogramm zu gestatten, die Komponente direkt zu adressieren. Die meisten modernen Betriebssysteme gestatten es nicht, dass diese Adressen Eingabe/Ausgabe-Komponenten des Computersystems zugewiesen werden, weil, sofern sie diese Adressen zuweisen würden, eine Anwendung direkt zu solchen Eingabe/Ausgabe-Einrichtungen unter Verwendung dieser Möglichkeit schreiben könnte und dadurch viele der Schutzmechanismen und den größten Teil der Sicherheit, die das Betriebssystem zur Verfügung stellen soll, vermeiden könnte.
Jedoch kann das Betriebssystem diese Adressen bestimmten Komponenten zuweisen, bei welchen es kein Problem des Umgehens des Betriebssystems gibt, wie beispielsweise zusätzlichem Speicher am Speicherbus. Wenn folglich ein nicht-flüchtiges Speicher-Array erstmalig in einem System angeordnet wird, wird ein Abschnitt der Speicheradressen dem nicht-flüchtigen Speicher-Array zugewiesen. Wenn ein Programm oder Prozess in das nicht-flüchtige Speicher-Array geschrieben wird, werden die speziellen Adressen des Abschnittes der Speicheradressen, in dem das Programm gespeichert ist, dem Programm zugewiesen. Sobald sie zugewiesen sind, erkennt das Betriebssystem, insbesondere der Speichermanagementabschnitt dieses Systems, dass diese Adressen Adressen des nicht-flüchtigen Speicher-Arrays sind und dass diese Adressen dem Programm zugewiesen sind.
Wo mit Hilfe einer Art eines Eingabesignals (wie beispielsweise einer Bedienertastatureingabe) ein Versuch unternommen wird, ein in einem nicht-flüchtigen Speicher-Array an dem Speicherbus gespeichertes ausführbares Programm abzuarbeiten, muss das Betriebssystem aus einer Verzeichnisstruktur oder einem Treiber feststellen können, dass dieses Programm in dem Flash-Speicher-Array vorhanden ist, zu welchem Speicheradressen zugewiesen sind. So wird, wenn ein Programm erstmalig von dem Betriebssystem aufgerufen wird, das Betriebssystem typischerweise den Aufruf abfangen (trap), den Pfad zur Anwendung nachschlagen und die dem Programm zugeordneten Adressen in die von der Speichermanagementeinheit gesteuerten Seitentabellen ablegen, so dass die Speichermanagementeinheit die Operationen zu den richtigen Dateien lenken kann. Durch dieses Aktualisieren der Seitentabellen sichern die Speichermanagementprozesse des Betriebssystems, dass auf die richtigen Adressen im Flash- und DRAM-Speicher zugegriffen wird, wenn ein Zugriff versucht wird.
Der Lader-Abschnitt des Betriebssystems verwendet die Adresseninformationen, um die ausführbare Datei in dem Flash-Speicher-Array aufzufinden. Der Lader liest den Kopfteil des Codes des Programms, um die Adresse zu bestimmen, von welcher das Programm den Start der Ausführung erwartet, um die Stack- Segmentgröße für das Programm zu bestimmen und um die Datensegmentgröße für das Programm zu bestimmen. Der Lader verwendet diese Informationen, um die Kellerspeicher- und Datensegmente in dem DRAM-Speicher zu erzeugen. Er lässt jedoch die Befehlscodesegmentadresse bei den Speicheradressen, die den Programm in dem Flash-Speicher-Array zugewiesen sind. Der Lader veranlasst darüber hinaus die Anwendung, in der Deskriptortabelle für die ausführbaren Anwendungen als Nur-Lesen/Ausführen beschrieben zu werden.
Da die Anwendung in der Deskriptortabelle für die ausführbare Anwendung als Nur-Lesen/Ausführen beschrieben ist, wird, sofern eine Anwendung bei ihrer Ausführung versucht, in das nicht-flüchtige Speicher-Array zu schreiben, ein Ausnahmezustand erzeugt. Die Ausnahme wird zu einem Ausnahme-Behandler weitergeleitet, der auf eine in dem Flash-Speicher am Speicherbus gespeicherte Anwendung zugeschnitten ist, die ein Schreiben in den Flash-Speicher versucht. Der Ausnahme-Behandler wird von der zentralen Verarbeitungseinheit ausgeführt. Der Ausnahme-Behandler liest aus dem Flash-Speicher denjenigen Abschnitt des Befehlscodes, der von dem versuchten Schreibzugriff adressiert worden ist, und kopiert diesen Abschnitt des Befehlscodes in einen DRAM-Abschnitt des Hauptspeichers. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der kopierte Abschnitt die Seite (üblicherweise 4 Kilobits), die den Befehlscode enthält, in welchen das Schreiben, dass das Interrupt verursacht hat, adressiert war.
Um dies auszuführen, kann es und wird es wohl für den Speichermanager notwendig sein, einen Abschnitt der Daten in dem DRAM-Hauptspeicher zum Langzeitspeicher auszulagern, wobei irgendein Zuweisungsalgorithmus des Betriebssystems verwendet wird, der zum Zuweisen von Daten zwischen dem Hauptspeicher und dem Langzeitspeicher in dem speziellen virtuellen Speichersystem benutzt wird. Der Speichermanager aktualisiert dann die Seitentabellen, um diese Änderungen wiederzugeben.
Sobald die Seite, die von dem versuchten Schreibzugriff adressiert wurde, in den DRAM geschrieben worden ist, wird die Deskriptortabelle für die Anwendung markiert, um diese Seite als Lesen/Schreiben/Ausführen zu definieren; und das Programm wird bei der Instruktion erneut gestartet, die die Ausnahme verursachte. Von diesem Punkt an kann die Anwendung in den Abschnitt des Befehlscodes schreiben, welcher zuvor Nur-Lesen/Ausführen war, da die Adressen für den Abschnitt der Anwendung in den DRAM-Abschnitt des Hauptspeichers versetzt wurden und die Deskriptortabelle anzeigt, dass in den Abschnitt geschrieben werden kann. Da die Attribute des Abschnitts des Programms derart geändert worden sind, dass er gelesen, beschrieben und ausgeführt werden kann, können die Daten in dem Abschnitt des Programms, unabhängig davon, ob es Datenstrukturen, Variablen oder selbstmodifizierender Befehlscode ist, durch Schreiben in die Seite des Hauptspeichers modifiziert werden.
Wenn das Programm abgearbeitet wird, wird auf die verschiedenen Dateien in dem nicht-flüchtigen Speicher-Array zugegriffen und die Dateien werden ausgeführt. Wenn nun von dem Programm ein Versuch unternommen wird, auf den Abschnitt im DRAM zuzugreifen, so adressieren die aus den Seitentabellen bestimmten Adressen in korrekter Weise den Zugriff in den DRAM und nicht in den Flash-Speicher. Auf diese Weise kann ein beliebiges Programm oder ein Prozess, das bzw. der in dem an dem Speicherbus angeordneten nicht-flüchtigen Speicher-Array gespeichert ist, abgearbeitet werden, selbst wenn das Programm oder der Prozess einen Bereich enthält, in den während der Operation geschrieben wird.

Claims

Verfahren zum Ausführen eines zumindest einen seiner Befehlscodeabschnitte während seiner Ausführung modifizierenden Programms, wobei: a) die Ausführung des Programms, während es in einem nicht-flüchtigen Speicher gespeichert ist, initiiert wird, wobei das Programm aus dem nicht-flüchtigen Speicher heraus ausgeführt wird; b) eine Ausnahme erzeugt wird, sofern ein Programmbefehl einen Schreibversuch zu einem Speicherplatz eines Befehlscodeabschnitts des Programms innerhalb des nicht-flüchtigen Speichers bewirkt; c) in Erwiderung der Ausnahme eine Kopie nur desjenigen Befehlscodeabschnitts des nicht-flüchtigen Speichers, der den betroffenen Speicherplatz einschließt, in einen Hauptspeicher geschrieben wird, und d) das Programm beginnend mit dem Programmbefehl, der die Ausnahme bewirkt hat, neu gestartet wird, so dass der Schreibversuch bei der wiederholten Ausführung des Programmbefehls in die Kopie des Befehlscodeabschnitts in dem Hauptspeicher vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt c) der Befehlscodeabschnitt des Inhalts des nicht-flüchtigen Speichers in den Hauptspeicher kopiert wird und anschließend Seitentabellen aktualisiert werden, damit diese anzeigen, daß der Befehlscodeabschnitt nunmehr im Hauptspeicher lokalisiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt a) vor dem Initieren der Ausführung: i) Speicheradressen dem nicht-flüchtigen Speicher zugewiesen werden; ii) das Programm in den nicht-flüchtigen Speicher geschrieben wird; und iii) die dem Programm zugeordneten Speicheradressen als Nur-Lese/Ausführe-Adressen identifiziert werden.
Das Verfahren nach Anspruch 3, wobei in dem Schritt a), iii) ferner eine Seitendeskriptortabelle entsprechend aktualisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß iv) Seitentabellen aktualisiert werden, wenn das Programm ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt c) der Befehlscodeabschnitt des Inhalts des nicht-flüchtigen Speichers zunächst gelesen und dann in den Hauptspeicher geschrieben wird und Seitentabellen aktualisiert werden, damit sie den so umgelagerten Befehlscodeabschnitt anzeigen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt c) vor dem Schreiben zu dem Hauptspeicher ein Befehlscodeabschnitt des Hauptspeichers in einen virtuellen Speicher ausgelagert wird, um Raum für den einzuschreibenden Befehlscodeabschnitt zu schaffen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als nicht-flüchtiger Speicher ein elektrisch lösch- und programmierbarer Nur-Lese-Flash-Speicher verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt c) der in den Hauptspeicher eingeschriebene Befehlscodeabschnitt des Inhalts des nicht-flüchtigen Speichers mit dem Status des Lesens/Schreibens/Ausführens eingeschrieben wird.