JPH11272569A - フラッシュメモリを使用した外部記憶装置のデータ回復方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】フラッシュメモリを用いた外部記憶装置におい
て、停電回復時にはフラッシュメモリがデータを書換途
中であるかどうかの判断をし、停電回復を自動的に行
う。 【解決手段】外部記憶装置内の複数のフラッシュメモリ
内にフラッシュメモリ管理領域をもち、停電復電時に必
要なデータを格納し、電源立ち上げ時に管理領域にアク
セスすることで停電復電時のデータ回復を自動的に行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はフラッシュメモリ等
のような、不揮発性メモリではあるが、消去回数に制限
があり、データを一括消去することが必要な外部記憶装
置のデータの管理方式に係り、外部記憶装置停復電動作
技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】最近、電気的に書換可能で不揮発性メモ
リとして、フラッシュメモリが注目されており、携帯用
機器や、メモリカード等に使用されてきている。しか
し、データの消去は５１２byteから６４kbyte の大きさ
の消去ブロックの一括消去しか行えず、消去回数は１０
⁴ から１０⁵ 回程度に制限されている。

【０００３】即ち、ホストがアクセスするデータがフラ
ッシュメモリの消去ブロックよりも小さい場合にはフラ
ッシュメモリの消去ブロックを消去する時、消去ブロッ
ク内の有効なデータまで消去してしまうため、有効デー
タを消去しないように別の領域に書き換えるガベージコ
レクションが必要である。

【０００４】フラッシュメモリに書換回数の制限がある
ためフラッシュメモリ内のデータの消去回数の平均化を
し、データ書換回数の平均化をデータの格納位置を換え
ることによって、ホストのアクセスするアドレスをフラ
ッシュメモリの実際に格納されているアドスに変換しな
ければならず、又、停電回復時にはフラッシュメモリに
データがどこまで書込まれたかの判定をするのが難し
い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来案ではフラッシュ
メモリを使用した外部記憶装置の長寿命化を実現するた
め、複数使用しているフラッシュメモリ間でデータを入
れ替え、消去回数の平均化を行っていた。しかし、フラ
ッシュメモリ間でデータの入れ替えを実行する場合や、
データ書換途中に停電が発生した場合は、電源を再度立
ちあげる時に、外部記憶装置の停電回復動作を行うため
にフラッシュメモリ内に格納された全てのデータを調
べ、書換データ格納可能なフラッシュメモリか、データ
を移動している最中のフラッシュメモリかの判断を行う
必要があり、停復電時データ回復動作に時間がかかる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、上記の
問題点を解消して、停電時データ回復動作を自動的に行
い、データ回復時間を短縮する方法である。

【０００７】そのため、本発明のフラッシュメモリ停電
時データ回復方式は、外部記憶装置内の複数のフラッシ
ュメモリにホストからのデータと、ホストからのアクセ
スするアドレスとデータが書込まれているか、エラーの
発生した物理セクタでないか、また無効なデータを格納
していないかを判定するデータ無効フラグをもつ物理セ
クタ管理領域の２つの構成からなる物理セクタと、エラ
ーの発生したアドレスを格納するエラー発生物理セクタ
アドレス管理領域と、フラッシュメモリ番号，ステータ
ステーブル，フラッシュメモリ消去回数，ステータス無
効フラグからなるフラッシュメモリ管理領域を、フラッ
シュメモリ内に持つことを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面を参照して
説明する。図７に本発明によるフラッシュメモリの停電
復電時データ回復方式をとる外部記憶装置構成図を示
す。

【０００９】ホスト１と、ＣＰＵ２と、ホストのアクセ
スする論理セクタアドレスとフラッシュメモリのデータ
格納領域を表す物理セクタアドレスを対応付けるマッピ
ングテーブル３と、電源立ち上げ時のプログラムを格納
するＲＯＭ４と、ホストと外部記憶装置とのインタフェ
ース５と、ＣＰＵ１２，マッピングテーブル３０を格納
したＲＡＭ１３，ＲＯＭ１４，インタフェース（Ｉ／
Ｆ）１５に制御信号を出す制御回路１６と、記憶媒体で
あるフラッシュメモリ１７と、ホストとインタフェース
を結ぶインタフェース用データバス１８と、インタフェ
ースと制御回路を結ぶ制御用データバス１９と、ＣＰＵ
１２，マッピングテーブル３０，ROM14 でデータを送受
信するＣＰＵバス２０と、フラッシュメモリ１７と制御
回路１６の間でデータの送受信を行うメモリデータバス
２１と、制御回路１６からフラッシュメモリ１７へ信号
を送るメモリ制御線２２と、ＣＰＵ１２，制御回路１
６，マッピングテーブル３０，ＲＯＭ１４間で信号を送
受信する制御信号２３からなる。

【００１０】マッピングテーブル３０はホストのアクセ
スするアドレスと実際にデータが格納されているフラッ
シュメモリの物理セクタに変換することを簡単にするた
めに必要である。

【００１１】ＲＯＭ１４はフラッシュメモリを使用した
外部記憶装置が電源立ち上げ時に動作を回復するための
動作プログラムを格納する。

【００１２】外部記憶装置内のフラッシュメモリ１７
は、書換データを格納する書換データ用フラッシュメモ
リ２４Mbyte 、書換データ用のフラッシュメモリに新た
にデータの格納位置がなくなった場合に、有効なデータ
を移動するガベージコレクション用フラッシュメモリ１
６Mbyte で分けられている。

【００１３】書換データ用フラッシュメモリ、及びガベ
ージコレクション用フラッシュメモリはそれぞれ８Mbyt
e 単位で分かれており、図７のフラッシュメモリ１７ａ
〜１７ｃは８Mbyte の書換データ用フラッシュメモリ、
１７ｄ〜１７ｅは８Mbyteのガベージコレクション用フ
ラッシュメモリであるとする。また、各フラッシュメモ
リ１７ａ〜１７ｅのそれぞれは、更に４つの単体のフラ
ッシュメモリから構成されている。単体のフラッシュメ
モリは２Mbyte 、フラッシュメモリの消去ブロックは６
４kbyte で、１個のフラッシュメモリ内に３２個の消去
ブロックをもつ。

【００１４】図３に物理セクタの構成図を示す。物理セ
クタはデータ格納領域とは別に、物理セクタ管理領域が
付加され、データの管理を行う情報を記憶している。物
理セクタはデータ格納領域の５１２byte、管理領域の３
２Byteの５４４byteとする。ここで物理セクタ、及び論
理セクタはそれぞれデータを格納する単位、及びホスト
がフラッシュメモリにアクセスする最小のファイル単位
である。

【００１５】図１は本発明による外部記憶装置内のフラ
ッシュメモリ構成図である。

【００１６】フラッシュメモリ１と、フラッシュメモリ
１内の消去ブロック２と、ホストからのデータ書込む物
理セクタ３と、フラッシュメモリ管理領域４からなる。

【００１７】図２はフラッシュメモリ管理領域４の構成
図である。フラッシュメモリ管理領域はエラー発生物理
セクタアドレス管理領域５を各４byteとフラッシュメモ
リステータス管理領域６を各１６byte持つ。エラー発生
物理セクタアドレス５とフラッシュメモリステータス管
理領域６を記憶する領域が増加しても記憶領域の確保が
可能なように消去ブロック１個あたり、６０byteを確保
する。

【００１８】フラッシュメモリ４個に並列アクセスを実
行して大きなフラッシュメモリ１個とみなした場合、ホ
ストフラッシュメモリの消去ブロックにアクセスした場
合に、１度に４個の消去ブロックをアクセスするため、
アクセスする消去ブロックのサイズは２５６kbyte とみ
なされ、また、フラッシュメモリ管理領域にアクセスす
る場合、アクセスするフラッシュメモリ管理領域の大き
さは２４０byteとみなされる。

【００１９】消去ブロック数はフラッシュメモリあたり
３２個のため、フラッシュメモリ管理領域に２４０byte
×３２個の７６８０byteを確保でき、フラッシュメモリ
ステータス管理領域６を１０個格納する領域をとった場
合、フラッシュメモリステータス管理領域６の領域は１
６０byteとなり、それ以外をエラー発生物理セクタアド
レス管理領域５を割り当てた場合では、１８６０個の物
理セクタアドレスを割り当てることが可能である。

【００２０】エラー発生物理セクタアドレス管理領域５
は物理セクタに格納されたデータにエラーが発生した場
合に、エラーの発生したセクタの先頭物理アドレスを格
納し、またフラッシュメモリ管理領域内のエラー発生物
理セクタアドレス管理領域５や、フラッシュメモリステ
ータス管理領域６にエラーが生じた場合でも、エラー発
生箇所の先頭アドレスを登録することによって、エラー
箇所の特定が可能である。

【００２１】図３は物理セクタ３の構成図である。物理
セクタ３は、ホストがフラッシュメモリにアクセスする
最小のファイル単位であるデータ格納領域５１２byte
と、物理セクタ管理領域３２byteの５４４byteからな
る。

【００２２】図４に物理セクタ管理領域構成図を示す。
物理セクタ管理領域構成図は、論理アドレスと物理アド
レスが違うため、論理アドレスをデータ管理領域に記憶
させることにより、ホストがデータアクセスした場合
に、どの物理セクタに格納されているか見つけるのに役
立てる論理セクタアドレス格納領域と、０から１への書
換が不可能なフラッシュメモリに物理セクタデータ書換
が生じた場合に、新しいデータを書き直して、旧データ
を無効にする必要があるため、データ無効フラグを立て
ることによって旧データを無効にして、新データか、旧
データかの判定基準をしたり、又、データの書込みが行
えないなどエラーの発生する物理セクタであることを示
すためのデータ無効フラグをもつ。

【００２３】図５はステータステーブル表記方法であ
る。フラッシュメモリはデータを１から０には書込みの
み可能なため、フラッシュメモリのステータスを１から
０に書き換える方法をとるフラッシュメモリステータス
表記方法とする。ステータステーブルは、ガベージコレ
クション用フラッシュメモリのデータが書込まれていな
い状態，途中までデータが書込まれた状態，空領域がな
くデータが書込みのできない状態，データ書換用フラッ
シュメモリのデータが書込まれていない状態，途中まで
データが書込まれた状態，空領域がなくデータが書込み
のできない状態，消去中の状態の７通りの状態を示す。

【００２４】また、図６は物理セクタ管理領域のデータ
無効フラグ表記方法、又はフラッシュメモリ管理領域４
内のフラッシュメモリステータス管理領域６のステータ
ス無効フラグ表記方法であり、フラッシュメモリは１か
ら０への書換のみ可能であるため、１から０へ書き換え
る表記方法をとる。

【００２５】データ無効フラグ、またはステータス無効
フラグは、データが書込まれていない状態，データが書
込まれていない状態，エラーが発生した領域，データが
書き換えられ、無効データを格納している状態の４種類
の状態を示す。

【００２６】エラーが発生してもデータ無効フラグがエ
ラーが発生した領域でないことを示していない場合は、
フラッシュメモリ管理領域内エラー発生物理セクタアド
レス管理領域にアクセスした時にアラー発生領域である
事を示す無効フラグをたてる。

【００２７】図８はマッピングテーブル３０の構成図を
示す。マッピングテーブル３０はホスト１がデータにア
クセスする論理セクタアドレスと、実際にデータが格納
されている物理セクタアドレスが違うため、その対応関
係を示すものであり、ホストがデータアクセスする時に
使用される。マッピングテーブル３０は電源立ち上げの
度に作成され、マッピングテーブル３０内の物理アドレ
ス格納領域は、データの格納位置が変わった時にそれま
でのデータ格納位置の物理アドレスから現在格納されて
いる物理アドレスに書換が行われる。

【００２８】図９は発明による停復電時データ回復方法
のフローチャート図を示す。図９を用い、停電復電時デ
ータ回復方法を説明する。

【００２９】データ回復動作を開始すると、まずカウン
ターによりカウントを始める。これは５個のフラッシュ
メモリを使用するため、フラッシュメモリのＮｏ．が１
〜５の値をとるため、カウンタをセットして、フラッシ
ュメモリの回復動作を１個ずつ繰り返し行うために必要
である。

【００３０】先ず、フラッシュメモリＮｏ．が１である
フラッシュメモリのフラッシュメモリ管理領域のフラッ
シュメモリステータステーブル管理領域にアクセスを行
う。フラッシュメモリステータステーブル管理領域は、
ガベージコレクション用データ書込みなしつまり待機中
（状態ａ），ガベージコレクション用データ書込み中
（状態ｂ），ガベージコレクション用空領域なし（状態
ｃ），書換データ用データ書込みなしつまり待機中（状
態ｄ），書換データ用データ書込み中（状態ｅ），書換
データ用空領域なし（状態ｆ），データ消去中（状態
ｇ）の７種類の状態にわかれる。

【００３１】カウンタ値が１〜４の間は、状態ａ，ｃ，
ｄ，ｆの場合、停電復電時データ回復動作終了直後から
データ書込みが行われないため状態判定後、次のフラッ
シュメモリのステータスの回復動作に入る。

【００３２】状態ｂ，ｈの場合、停電復電時データ回復
動作終了直後からデータ書込みが行われるため、フラッ
シュメモリ内の物理セクタ管理領域内のデータ無効フラ
グにアクセスし、書込み可能な物理セクタを特定する。
状態ｃの場合データ消去動作を再開する。

【００３３】書込み可能な物理セクタの特定、またはデ
ータ消去終了後、状態ａ，ｃ，ｄ，ｆと同様、次のフラ
ッシュメモリのステータスの回復動作に入る。カウント
値が５となり、フラッシュメモリＮｏ．５までのフラッ
シュメモリ状態回復が終了したら、データを格納するフ
ラッシュメモリ物理セクタ管理領域内論理セクタアドレ
スにアクセスを行い、マッピングテーブルが形成する。

【００３４】次に、状態ａや、ｇにあったフラッシュメ
モリの場合、エラー発生物理アドレスのデータ無効フラ
グが無効になっていないため、エラー発生物理セクタア
ドレス管理領域にアクセスし、データ無効フラグをたて
る。１連の動作によってフラッシュメモリを使用した外
部記憶装置の停電復電時の状態回復が可能となる。

【００３５】

【発明の効果】外部記憶装置内の複数のフラッシュメモ
リ内にフラッシュメモリ管理領域をもち、また、データ
を格納する物理セクタ内にも物理セクタ管理領域をも
ち、停電復電時に必要なデータを格納し、電源立ち上げ
時に管理領域にアクセスすることで、停電復電時のフラ
ッシュメモリのデータ回復を自動的に行い、また外部記
憶装置自体の立上げ時の短縮を図る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるフラッシュメモリの構成図。

【図２】本発明におけるフラッシュメモリの管理領域を
示す構成図。

【図３】本発明における物理セクタの構成図。

【図４】本発明における物理セクタの管理領域を示す構
成図。

【図５】本発明におけるステータステーブル表記方法を
示す図。

【図６】本発明におけるデータ無効フラグ、及びステー
タス無効フラグ表記方法。

【図７】本発明におけるデータ停電復電時データ回復方
法を用いる場合の外部記憶装置を示す構成図。

【図８】本発明におけるマッピングテーブル作成を方法
を示す図。

【図９】本発明における停電復電時データ回復方法のフ
ローチャート図。

【符号の説明】

１…フラッシュメモリ、２…消去ブロック、３…物理セ
クタ、４…フラッシュメモリ管理領域、５…エラー発生
物理セクタアドレス管理領域、６…フラッシュメモリス
テータステーブル、７…データ格納領域、８…物理セク
タ格納領域、９…論理セクタアドレス、１０…データ無
効フラグ、１１…ホスト、１２…ＣＰＵ、１３…ＲＡ
Ｍ、１４…ＲＯＭ、１５…インタフェース、１６…制御
回路、１７…フラッシュメモリ、１８…インタフェース
用データバス、１９…制御用データバス、２０…ＣＰＵ
バス、２１…メモリデータバス、２２…メモリ制御線、
２３…制御信号、３０…マッピングテーブル。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】消去回数に制限があり、消去ブロック内の
   データを一括消去するフラッシュメモリを複数記憶媒体
   として用い、ホストが実際にアクセスするアドレスがフ
   ラッシュメモリに格納されているアドレスに変換される
   外部記憶装置で、書換データを格納するフラッシュメモ
   リに空領域がなくなったら、書込み空き領域のないフラ
   ッシュメモリ内のデータを消去する前に、有効データを
   空領域のあるフラッシュメモリに移動し、その以降の外
   部からの書換データはデータ移動がされているフラッシ
   ュメモリに格納し、有効データの移動終了後は、書込み
   空き領域のないフラッシュメモリを一括消去し、有効デ
   ータの移動をフラッシュメモリ間で実行する外部記憶装
   置において、フラッシュメモリの状態を示すステータス
   テーブルを各フラッシュメモリ管理領域内に設け、書換
   用フラッシュメモリでデータを格納しない状態，途中ま
   でデータが書込まれている状態，空領域がない状態，消
   去が必要となったフラッシュメモリから有効データのみ
   を移動する時に移動データを格納するフラッシュメモリ
   のフラッシュメモリデータを格納しない状態，途中まで
   データが書込まれている状態，空領域がない状態、及び
   消去中のフラッシュメモリの一部、もしくは全ての状態
   のフラッシュメモリの状態をステータステーブルに表す
   ことで、電源立ち上げ時やフラッシュメモリの停電復電
   の場合に、管理領域にアクセスし、外部記憶装置の電源
   が切れる前のフラッシュメモリの状態を自動的に判断
   し、外部記憶装置のデータの回復を早めることのできる
   停復電データの管理方式。
2. 【請求項２】請求項１記載の外部記憶装置において、フ
   ラッシュメモリ管理領域には、更に、フラッシュメモリ
   管理番号格納領域を格納して、それぞれ外部記憶装置の
   記憶媒体として使用しているフラッシュメモリのステー
   タステーブルを区別して全てのフラッシュメモリにもた
   せ、データ書換中に停電が発生した場合には、フラッシ
   ュメモリ管理領域のステータステーブルがデータ書換中
   のステータスを表していることでデータ書換中のフラッ
   シュメモリかを判定し、また、消去が必要となったフラ
   ッシュメモリから移動データ中を格納中に停電が発生し
   た場合には、ステータステーブルが消去が必要となった
   フラッシュメモリから移動データ中を格納中であるか
   で、移動データを格納中のフラッシュメモリであるかを
   判定し、また、消去中の場合のフラッシュメモリの場合
   では、消去中のフラッシュメモリにはステータステーブ
   ルは残らないが、消去中以外のフラッシュメモリの管理
   領域にアクセスすることで、フラッシュメモリが消去中
   であるかを自動的に判定でき、あるフラッシュメモリの
   ステータステーブルにエラーが発生している場合におい
   ても、エラーの発生していないフラッシュメモリのステ
   ータステーブルにアクセスが可能にすることで外部記憶
   装置の状態回復に信頼性を高める停復電データ管理方
   式。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載の外部記憶装置におい
   て、フラッシュメモリ内の物理セクタにはホストからの
   データを格納するデータ格納領域以外に、さらに物理セ
   クタ管理領域をもち、物理セクタ管理領域にはホストが
   実際にアクセスするアドレスを実際にフラッシュメモリ
   に書込まれているアドレスに変換するために、ホストが
   アクセスするアドレスを格納する論理セクタ格納領域
   と、物理セクタにデータが書込まれていない状態と、新
   しく書換データが書込まれている状態と、データが書き
   換えられ、旧データとなったデータとを判断するデータ
   無効フラグとを持ち、停電復電の際にデータが物理セク
   タにデータが書込まれていない状態と、新しく書換デー
   タが書込まれている状態と、データが書き換えられ、旧
   データとなっている状態と、エラーが発生した物理セク
   タであるかどうかを自動的に判定し、全てのフラッシュ
   メモリのデータにアクセスをしなくても、フラッシュメ
   モリが書換中のフラッシュメモリかどうかを判定し、書
   換中のフラッシュメモリであれが、更にデータ無効フラ
   グのみにアクセスすることで新しい書換データを書込む
   位置を判定できることで、外部記憶装置の状態回復を早
   めることのできる停復電データ管理方式。
4. 【請求項４】請求項１ないし３のいずれか１項記載のデ
   ータ管理方式において、さらに管理領域内には各々のエ
   ラー発生物理セクタのアドレスを記憶する、エラー発生
   物理セクタアドレス管理領域を全てのフラッシュメモリ
   にもたせ、エラーが発生した場合には、エラー発生領域
   物理セクタアドレス管理領域に登録し、電源立ち上げ時
   やフラッシュメモリの停復電後にエラー発生領域物理セ
   クタアドレス管理領域にアクセスすることで、ホストが
   フラッシュメモリ全領域にアクセスしてエラー発生箇所
   を探す必要がなく、フラッシュメモリのエラー発生箇所
   を判定し、データ消去中に停電が発生した場合には、別
   のフラッシュメモリにアクセスすることで、エラー発生
   箇所を判定し、データ無効フラグを無効にすることでホ
   ストのアクセスを行わせないようにしてデータの信頼性
   を高める停復電データ管理方式。