CN1947100A - 非易失性存储系统、非易失性存储装置、存储控制器、存取装置以及非易失性存储装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种非易失性存储系统，当文件系统控制部(155A)将文件数据写入主存储器(142)时，通过将文件数据与目录项写入到不同的分配单元，就变得易于连续写入文件，并且能够在目录项的更新时减少文件的复制次数。这样一来，即便在使用作为擦除单位的物理区块大小大于簇大小的非易失性存储器的情况下，也能够使写入性能提高。

Description

非易失性存储系统、非易失性存储装置、 存储控制器、存取装置 以及非易失性存储装置的控制方法

技术领域

本发明涉及使用具备可重写型非易失性存储器的非易失性存储装置作为存储介质的非易失性存储系统、非易失性存储装置、存储控制器、存取装置以及非易失性存储装置的控制方法。

背景技术

具备可重写型非易失性存储器的非易失性存储装置，以半导体存储卡为中心其需求日益广泛。而使用了半导体存储卡的非易失性存储系统，以数码照相机等为中心其需要日益广泛。半导体存储卡中主要使用的非易失性存储器即NAND型快闪存储器将16kB(字节)作为擦除单位。因此，使用半导体存储卡的存取装置将16kB作为写入的管理单位、即文件数据的区域分配单位的簇容量。

然而，近年来，非易失性存储系统的应用范围正在扩大，不仅作为文本数据或静止图像，也作为动态图像等流数据的记录再生系统。伴随于此，人们期望快闪存储器也具有能够记录充足时间的动态图像的大容量。而且也期望低成本化。对应于这些期望，有人提出了将擦除单位设为128kB或者256kB的NAND型快闪存储器。但是，对于来自存取装置的16kB单位的写入，由于在非易失性存储装置内部的存储控制器中是以NAND型快闪存储器的擦除单位即128kB或者256kB为单位来进行处理，因此从存取装置方面来看相对地存在如下缺点，即以16kB为单位进行写入比较费时。

在此，就用于管理存储于非易失性存储装置中的数据的文件系统进行说明。文件系统是能够将存储于非易失性存储装置中的数据作为文件而容易地进行处理的系统。作为现有使用的文件系统，存在FAT文件系统(详情参照非专利文献1)、或UDF(Universal Disk Format，通用磁盘格式)(详情参照非专利文献2)、NTFS(New TechnologyFile System，新技术文件系统)等。通过这些文件系统而管理了数据的非易失性存储装置，可以在设备间发送接收数据，这是因为在解译同一文件系统的设备间可以共享文件数据。在文件系统中，将记录数据的信息记录区域分割为最小存取单位即扇区，以及扇区的集合即簇来进行管理，并将一个或一个以上的簇作为文件来进行管理。

其次，进一步具体说明FAT文件系统与使用了FAT文件系统的现有非易失性存储系统。图1表示FAT文件系统的结构。图1的文件系统管理区域600是指从非易失性存储系统的存取装置侧所观察到的由文件系统进行管理的非易失性存储器的区域，相当于记载为用户数据的整个区域或者一部分区域。LA为逻辑地址，其具有0～M-1个逻辑地址。FAT文件系统中，在文件系统管理区域的前端存在用以管理整个文件系统管理区域的管理信息区域601，接着是存储文件内数据等的数据区域602。管理信息区域601由主引导记录·分区表(MBR·PT)603、分区引导扇区(PBS)604、FAT605、606和根目录项(RDE)607所构成。

MBR·PT603是存储用以将文件系统管理区域分割为多个被称为分区的区域来进行管理的信息的部分。PBS604是存储一个分区内的管理信息的部分。FAT605、606是表示文件中所包含的数据的物理存储位置的部分。RDE607是存储直接存在于根目录下的文件、目录信息的部分。FAT是表示文件中所包含的数据的物理存储位置的重要区域，因此，通常在文件系统管理区域内存在两个具有相同信息的FAT605、606，而被备份。

数据区域602由多个簇所组成，各簇存储文件中所包含的数据。存储较多数据的文件等占用多个簇来存储数据，且各簇间的联系是用存储于FAT605、606中的链接信息来表示。使用图2对FAT文件系统中的数据存储示例加以说明。数据区域602由被称为簇的固定长度区块(block)单位所构成，且各簇具有从2开始的升序的簇号。FAT605、606管理各簇的使用状况及表示各簇间联系的链接信息，由对应于各簇号的FAT项所构成。FAT项的大小，根据FAT文件系统的类型为每1簇12位、16位、32位此3种之中的任一个。图2的示例中用16位来表达1项的情形。FAT项中存储有以下任一个值：下一个连接的簇的簇号，表示该簇为空白区域的0x0000，以及表示该簇为链接末端的0xFFFF。图2的示例中，在对应于簇号2、5、7的FAT项中存储有0x0000，表示所述3个簇是空白区域。而且，在对应于簇号3的FAT项中存储有0x0004，在对应于簇号4的FAT项中存储有0x0006，在对应于簇号6的FAT项中存储有0xFFFF。表示簇号3、4、6这3个簇将数据分割后进行存储。

以下，使用图3、图4、图5来说明FAT文件系统中的文件数据的写入示例。图3是表示FAT文件系统中的文件数据写入的处理次序的图。图4是表示写入处理前的目录项、FAT605、606、数据区域602的一例的图，图5是表示处理后的目录项、FAT605、606、数据区域602的一例的图。FAT文件系统中，在根目录项607或数据区域602的一部分，存储有存储了文件名或文件大小、文件属性等信息的目录项。图4(a)中表示目录项的一例。目录项所示的文件，其文件名为FILE1.TXT，从簇号10开始存储有文件数据，且文件大小为16000字节。图4中假定1簇的大小为4096字节，且占用4簇来存储文件数据。

使用图3说明文件数据的写入处理。文件数据的写入处理中，首先读取对象文件的目录项(S801)。其次，获取已读入的目录项中所存储的文件起始簇号，并确认文件数据的起始位置(S802)。接着，读取FAT605、606，并从S802步骤中所获取的文件数据的起始位置开始起按顺序在FAT605、606上追溯链接，以获取写入位置的簇号(S803)。接着，在写入数据时，判定是否需要给文件重新分配空白区域(S804)。在无需分配空白区域时，前进至S806的处理。在需要分配空白区域时，在FAT605、606上检索空白区域，并将1簇的空白区域分配到文件的末端(S805)。接着，将写入当前参照着的簇内的相应数据，写入到数据区域602中(S806)。然后，判定所有数据的写入是否已完成(S807)。当还有数据时，返回到S804的处理。

当所有数据的写入已完成时，更新目录项内所存储的文件大小或时间戳(time stamp)等，并写入非易失性存储装置(S808)。最后将FAT605、606写入非易失性存储装置，完成处理(S809)。

在通过该文件数据写入处理，进一步将1k字节的数据写入图4所示的具有16k字节数据的FILE1.TXT中时，就变成图5所示的具有17k字节数据的文件。如此，在FAT文件系统中，作为文件数据的存储区域以簇单位来进行分配，并存储数据。

图6是现有的非易失性存储系统的模块图。在图6中，非易失性存储系统包括非易失性存储装置101以及存取装置102。非易失性存储装置101包含存储控制器103以及非易失性主存储器104。存储控制器103包含主机接口111(在图中将接口记述为I/F)、CPU112、RAM113、ROM114、和控制部115。主机接口111是与存取装置102之间发送接收各种命令、逻辑地址及数据的接口。ROM114中存储有用于控制存储控制器103整体的程序。该程序将RAM113作为临时存储区域来使用，并在CPU112上进行运行。控制部115是控制非易失性存储装置101内的数据存储区域即主存储器104的电路。控制部115包含管理主存储器地址的地址管理部116以及主存储器存取部117。

另一方面，在图6中，存取装置102是对非易失性存储装置101进行存取的装置，其包含CPU121、RAM122、ROM123和插槽124。在ROM123中存储有用于控制存取装置102的程序。该程序将RAM122作为临时存储区域来使用，并在CPU121上进行运行。插槽124是非易失性存储装置101与存取装置102的连接部。存取装置102与非易失性存储装置101经过插槽124来发送接收各种命令、逻辑地址及数据。进而，ROM123包含应用程序125、文件系统控制部126、和存取控制部127。

图7是表示地址管理部116的模块图。地址管理部116包含地址转换表132、物理区域管理表133及表存取部131。

图8A是表示非易失性主存储器104的物理区块的说明图，且表示物理区块大小为16kB的示例。在图8A中，各物理区块由页地址0～31的32页所构成。各页由以阴影所示1扇区的数据区域(512字节)以及管理区域(16字节)所构成。

图8B是物理区块大小为128kB的示例。在图8B中，各物理区块具有页地址0～127的128页。各页具有4扇区的数据区域(2048字节)以及管理区域(64字节)。以阴影所示的1扇区具有512字节的区域。对各页的4个扇区赋予页内排列编号0～3。

图9A是表示在非易失性主存储器104的物理区块大小为16kB时，存取装置102对非易失性存储装置101指定的逻辑区块地址LBA的格式的说明图。在图9A中从低位起依次为扇区编号、簇号。另外，以下的说明中是以簇的大小设定为16kB而进行说明。b19～b5的簇号通过地址转换表132被转换为主存储器104内的全部32768个物理区块地址PBA。除此以外的位，则用作物理区块内的全部32页的页地址。

图9B是表示在非易失性主存储器104的物理区块大小为128kB时，存取装置102对非易失性存储装置101指定的逻辑区块地址LBA的格式的说明图。在图9B中从低位起依次为扇区编号、簇号，b19～b9通过地址转换表132被转换为主存储器104内的全部2048个物理区块地址PBA。b8～b2对应于物理区块内的全部128页的页地址。而且，b1～b0对应于页内排列编号。另外，主存储器104的容量设为2Gbit(256MB)。

图10A是表示主存储器104的物理区块大小为16kB时的物理管理区域表133的说明图，图10B是表示主存储器104的物理区块大小为128kB时的物理管理区域表133的说明图。在图10A、图10B中，物理区域管理表133的地址对应于主存储器104的各物理区块地址PBA，且以2位来存储各物理区块的状态，即区块状态(block status)。2进制下，值00表示存储有效数据的有效区块，值01表示不需要写入数据的无效区块，值10表示由于存储单元(memory cell)上的固定错误(solid error)等而无法使用的不良区块，值11表示已擦除的区块。

图11A是表示主存储器104的物理区块大小为16kB时的地址转换表132的说明图，图11B是表示主存储器104的物理区块大小为128kB时的地址转换表132的说明图。在图11A、图11B中，所述地址对应于存取装置102所指定的逻辑地址LBA，即图9A所示逻辑区块地址LBA的b19～b5或者图9B所示的逻辑区块地址LBA的b19～b9，且在地址转换表132内存储有物理区块地址PBA。

就该现有的非易失性存储系统的操作进行说明。首先，存取装置102基于FAT文件系统而将非易失性存储装置101格式化，由此构成图12(a)所示的逻辑地址配置。在图12(a)中，调整MBR·PT603到PBS604、FAT1、FAT2、RDE607的管理信息区域601的大小，并进行设定使其长度成为簇大小的倍数。图12(b)、(c)中表示存储这些逻辑地址的内容的主存储器104，图12(b)是表示删除单位、即物理区块PB的大小为16kB时的配置，图12(c)是表示物理区块PB的大小为128kB时的配置。无论何种情况下，图1所示的数据区域602、即从图12(a)的簇#2开始的区域均与物理区块PB的边界一致。

另一方面，通过利用CPU112的初始化处理，经过主存储器存取部117而读出主存储器104的地址管理信息118。从而，构成图7所示的地址转换表132与物理区域管理表133。省略其他初始化处理的相关说明。

以这样的方式进行格式化及初始化之后，存取装置102开始对主存储器104进行存取。以下，以写入处理为例说明其操作。首先，存取装置102内的存取控制部127将写入指示发送至文件系统控制部126。文件系统控制部126根据图1所示的FAT605、606来检索空白区域，当存在空白区域时，在所获取的空白区域内写入数据。此时，存取装置102对非易失性存储装置101传送写入命令WCMD、预定的逻辑地址及数据。在非易失性存储装置101中，CPU112识别写入命令WCMD，并将控制权转移至控制部115。在控制部115中，地址管理部116根据存取装置102所传送的逻辑地址，决定写入目的地的物理地址。在地址管理部116中，图7所示的表存取部131根据物理区域管理表133来检索已擦除的物理区块，并将该物理区块指定为写入对象区块。进而，表存取部131将写入对象区块即物理区块地址PBA写入到地址转换表132的预定的逻辑地址位置上。另外，一般而言在表存取部131对已擦除的物理区块的检索中，使写入或擦除不集中在特定的物理区块上，亦即具备有考虑了磨损调整(wear leveling)的检索功能。

以下，使用图13及图14就因物理区块大小大于簇大小(16kB)而造成的写入性能下降进行说明。图13及图14都是表示，在对文件系统管理区域中的数据区域的逻辑地址进行了写入时，文件数据及目录项是如何被写入主存储器104内的物理区块中的说明图。另外如图12所示，FAT605、606是被写入管理信息区域中的，因此为了简便，省略关于FAT605、606的写入的说明。图13表示物理区块大小为16kB的情形，图14表示物理区块大小为128kB的情形。另外在图中表示出，加阴影的簇为使用中的簇，其中标记有星号的簇中存在目录项。无阴影的簇为空白簇。EA表示连续空白区域。就写入文件1及文件2这两种文件数据的例子进行说明。文件1为由F11及F12所构成的文件，且所标记的编号的高位表示文件编号，低位表示写入顺序。同样，文件2为由F21及F22所构成的文件，且所标记的编号的高位表示文件编号，低位表示写入顺序。编号WCMD1～5表示写入命令WCMD的发布顺序。此处，实线箭头表示写入处理，虚线箭头表示复制处理。

使用图13说明物理区块大小为16kB时的写入处理。文件系统控制部126检索出簇2、4、5、6作为空白区域，并将文件数据写入到这些簇中。在F11的写入目的地即簇2的下一个簇3中，由于已存在目录项，因此无法连续写入F11与F12。即，需要通过WCMD1、WCMD2这两个写入命令，而发布F11与F12的写入指示。首先，为了写入F11，存取装置102将WCMD1发布给非易失性存储装置101。地址管理部116检索已擦除的物理区块，此处为PBA5，并将其作为写入对象区块。然后，主存储器存取部117在PBA5中写入F11。接着，为了写入F12，存取装置102将WCMD2发布给非易失性存储装置101。地址管理部116检索已擦除的物理区块即PBA1，并将其作为写入对象区块。然后，主存储器存取部117在PBA1上写入F12。因为F11与F12的写入，即文件1的一系列的写入已完成，因此文件系统控制部126对簇3进行目录项的更新指示。此时，在PBA22中已存在目录项时，从PBA22读取目录项，并进行目录项的更新之后，在地址管理部116所检索出的已擦除的物理区块PBA33上写入被更新后的目录项。

然后，将文件2即F21与F22分别写入簇5与簇6。簇5与簇6在逻辑地址上是连续的区域，因此仅以一次写入命令(WCMD4)即能够写入。非易失性存储装置101接受WCMD4，并在已擦除的物理区块PBA8与PBA55中分别写入F21与F22。此后，在PBA41中写入更新后的目录项。

其次，使用图14说明物理区块大小为128kB时的写入处理。将逻辑地址上大于等于物理区块大小的逻辑地址范围的逻辑地址定义为分配单元(allocation unit)，在图14中分配单元大小(AU大小)设为等于物理区块大小、即128kB。逻辑地址上的文件写入处理与物理区块大小为16kB时相同，但与对物理区块进行写入的方法不同。首先，将使用中的簇3与7写入物理区块PBA5中。依照F11的写入处理，在地址管理部116所检索出的已擦除的物理区块PBA1中写入F11，并且将被写入PBA5中的数据复制到PBA1中。以下同样地依照各文件的写入而对物理区块进行写入及复制。

将图13与图14进行比较，当物理区块大小为16kB时，写入次数为4次，复制次数为2次，相对于此，当物理区块大小为128kB时写入次数为4次，复制次数为19次。由此可知，当使用了物理区块大小大于簇大小的非易失性存储器时，复制次数变多，写入性能下降。

[非专利文献1]ISO/IEC9293，“信息技术-信息用磁盘卷结构与文件结构”(“Information Technology-Volume and file structure ofdisk cartridges for information”，1994年

[非专利文献2]OSTA通用磁盘格式规范修订版1.50(OSTAUniversal Disk Format Specification Revision 1.50)，1997年

发明内容

使用物理区块大小大于簇大小的非易失性存储器时，写入性能下降的主要原因可以汇集为以下两点。

1.在1个分配单元中，由于文件与目录项混合存在，因此变得难以确保用于写入文件数据的连续区域，即变得难以连续写入文件数据。

2.在1个分配单元中，由于文件与对应于该文件的目录项混合存在，因此在目录项更新时将会发生文件的复制。

本发明课题就在于，解决所述两个写入性能下降的主要原因，并且提高使用了物理区块大小大于簇大小的非易失性存储器时的写入性能。

为了解决该课题，本发明的非易失性存储系统包含存取装置以及非易失性存储装置，且根据从所述存取装置所给出的命令与逻辑地址而对所述非易失性存储装置写入及读取文件数据，并且，所述非易失性存储装置具有非易失性主存储器以及存储控制器，所述主存储器是包含多个物理区块的非易失性存储器，所述物理区块大于所述存取装置的区域分配单位即簇的大小，所述存储控制器具有：地址管理部，根据从所述存取装置所给出的逻辑地址而决定所述主存储器的物理地址，以及主存储器存取部，按照以所述地址管理部所示的地址而对所述主存储器进行存取；并且，所述存取装置，通过多个簇及其逻辑地址而管理文件数据，并将多个连续的簇作为分配单元，且所述分配单元的容量大小为大于等于所述主存储器的物理区块大小，当写入文件数据时将文件数据管理信息与所述文件数据写入相互不同的分配单元。

此处也可设为，所述存取装置将所述文件数据管理信息汇集并写入到特定的分配单元内。

此处也可设为，所述主存储器是可以对各物理区块的区域进行追记的非易失性存储器，并且所述存储控制器具有：第2地址管理部，将所述分配单元中的逻辑扇区地址转换为物理扇区地址；以及第2主存储器存取部，在记录所述文件管理信息时，按照所述第2地址管理部所示的扇区地址而对保持分配单元的物理区块进行存取。

此处也可设为，所述存取装置为了识别所述文件数据与所述文件数据管理信息，而具有至少两种写入命令。

此处也可设为，所述写入命令具有参数，并且为了识别所述文件数据与所述文件数据管理信息，而变更所述写入命令的参数。

此处也可设为，所述存储控制器将所述主存储器的存储器容量通知给所述存取装置，并且所述存取装置根据由所述存储控制器所通知的存储器容量而决定所述分配单元的大小。

此处也可设为，所述存储控制器将所述主存储器的物理区块大小通知给所述存取装置，并且所述存取装置根据由所述存储控制器所通知的物理区块大小而决定所述分配单元的大小。

此处也可设为，所述存取装置仅选择性地使用在所述分配单元内存在固定空白区域的所述分配单元。

此处也可设为，所述非易失性存储装置进一步具有重写保证次数多于所述主存储器、且可以擦写的非易失性辅助存储器，并且所述存储控制器将所述文件数据管理信息写入所述辅助存储器。

此处，所述辅助存储器也可设为写入速度快于所述主存储器的非易失性存储器。

此处，所述辅助存储器也可设为非易失性RAM。

此处，所述辅助存储器也可设为铁电随机存取存储器(FeRAM，ferroelectric random access memory)、磁性记录式随机存取存储器(MRAM，magnetic recording type random access memory)、相变存储器(OUM，Ovonic unified memory)、阻抗RAM(RRAM，resistance random access memory)中的某一种。

为了解决该课题，本发明的非易失性存储装置，通过多个簇及其逻辑地址而管理文件数据，并将多个连续的簇作为分配单元，当记录文件数据时将文件数据管理信息与所述文件数据写入不同的分配单元，并且所述分配单元的容量大小为大于等于物理区块大小，在将所述文件数据与所述文件数据管理信息写入非易失性存储装置时，连接于发布能够相互识别所述文件数据与所述文件数据管理信息的写入命令的存取装置上而使用，且根据从所述存取装置所给出的命令与逻辑地址而写入及读取文件数据，并且所述非易失性存储装置具有非易失性主存储器以及存储控制器，所述主存储器是包含多个物理区块的非易失性存储器，所述物理区块大于所述存取装置的区域分配单位即簇的大小，并且所述存储控制器具有：地址管理部，根据从所述存取装置所给出的逻辑地址而决定所述主存储器的物理地址；主存储器存取部，按照所述地址管理部所示的地址而对所述主存储器进行存取；以及寄存器，保持所述主存储器的容量的相关数据。

为了解决该课题，本发明的存储控制器，通过多个簇及其逻辑地址而管理文件数据，并将多个连续的簇作为分配单元，当记录文件数据时将文件数据管理信息与所述文件数据写入不同的分配单元，并且，所述分配单元的容量大小为大于等于物理区块大小，在将所述文件数据与所述文件数据管理信息写入非易失性主存储器时，连接于发布能够相互识别所述文件数据与所述文件数据管理信息的写入命令的存取装置上而使用，并根据从所述存取装置所给出的命令与逻辑地址而对所述主存储器写入及读取文件数据，并且所述主存储器是包含多个物理区块的非易失性存储器，所述物理区块大于所述存取装置的区域分配单位即簇的大小，并且所述存储控制器具有：地址管理部，根据从所述存取装置所给出的逻辑地址而决定所述主存储器的物理地址；主存储器存取部，按照以所述地址管理部所示的地址而对所述主存储器进行存取；以及寄存器，保持所述主存储器的容量的相关数据。

为了解决该课题，本发明的非易失性存储装置的控制方法，是非易失性存储系统中的非易失性存储装置的控制方法，所述非易失性存储系统包含存取装置以及非易失性存储装置，并且所述非易失性存储装置具有：非易失性主存储器，包含多个物理区块及存储控制器，所述物理区块大于所述存取装置的区域分配单位即簇的大小；并且，根据从所述存取装置所给出的命令与逻辑地址而对所述非易失性存储装置写入及读取文件数据，并且，其通过多个簇与其逻辑地址而管理文件数据，且将多个连续的簇，作为容量大于等于所述主存储器的物理区块大小的分配单元，并在记录文件数据时将文件数据管理信息与所述文件数据写入不同的分配单元，并且所述存储控制器根据从所述存取装置所给出的逻辑地址而决定所述主存储器的物理地址，在将所述文件数据与所述文件数据管理信息写入所述非易失性存储装置时，相互识别所述文件数据与所述文件数据管理信息，并按照所述地址管理部所示的地址对所述主存储器进行存取而写入。

为了解决该课题，本发明的存取装置，对具有主存储器的非易失性存储装置写入及读取文件数据，并且通过多个簇与其逻辑地址而管理文件数据，并将多个连续的簇作为分配单元，且所述分配单元的容量大于等于所述主存储器的物理区块大小，在写入文件数据时将文件数据管理信息与所述文件数据写入相互不同的分配单元。

本发明中，将文件数据与目录项写入不同的分配单元，因此变得易于连续写入文件数据，并且能够在目录项更新时减少文件的复制次数。进而，目录项的容量充分小于物理区块大小，因此通过将其写入重写保证次数多于主存储器、且可以擦写的非易失性辅助存储器中，就能够提高目录项的更新速度。

附图说明

图1是FAT文件系统的结构图。

图2是表示FAT文件系统中的数据存储例的说明图。

图3是表示FAT文件系统中的文件数据写入的处理次序的说明图。

图4是表示FAT文件系统中的写入处理前的目录项、FAT605、FAT606、数据区域602的一例的说明图。

图5是表示FAT文件系统中的写入处理后的目录项、FAT605、FAT606、数据区域602的一例的说明图。

图6是表示现有的非易失性存储系统的模块图。

图7是表示地址管理部116的模块图。

图8A是表示物理区块为16KB时的非易失性主存储器104的物理区块的说明图。

图8B是表示物理区块为128KB时的非易失性主存储器104的物理区块的说明图。

图9A是表示物理区块为16KB时的存取装置102对非易失性存储装置101指定的逻辑地址格式的说明图。

图9B是表示物理区块为128KB时的存取装置102对非易失性存储装置101指定的逻辑地址格式的说明图。

图10A是表示物理区块为16KB时的物理管理区域表133的说明图。

图10B是表示物理区块为128KB时的物理管理区域表133的说明图。

图11A是表示物理区块为16KB时的地址转换表132的说明图。

图11B时表示物理区块为128KB时的地址转换表132的说明图。

图12是表示逻辑地址配置与物理区块的对应关系的说明图。

图13是表示当物理区块为16kB时，文件数据与目录项是如何被写入主存储器104内的物理区块中的说明图。

图14是表示当物理区块为128kB时，文件数据与目录项是如何被写入主存储器104内的物理区块中的说明图。

图15是表示本发明的实施方式一中的非易失性存储系统的模块图。

图16是表示文件数据与目录项是如何被写入非易失性主存储器108内的物理区块中的说明图。

图17是表示本发明的实施方式二中的非易失性存储系统的模块图。

图18是表示文件数据与目录项是如何被写入主存储器143内的物理区块、或者非易失性RAM162中的说明图。

图19是表示主存储器143的物理区块大小为128kB时物理区块的结构的说明图。

图20是表示本发明的实施方式三中的非易失性存储系统的模块图。

图21是表示第一、第二控制部与其外围电路的结构的模块图。

图22是表示地址转换表的一例的图。

图23是表示物理区域管理表的一例的说明图。

图24是表示文件数据与目录项是如何被写入主存储器171内的物理区块中的说明图。

图25是表示用于目录项的物理区块的记录状态的图。

图26是表示用于目录项的物理区块的记录状态的图。

图27是表示该实施方式中的逻辑地址空间上用于数据项的逻辑区块与对应于其的物理区块的说明图。

图28是表示该实施方式中的逻辑地址空间上用于数据项的逻辑区块与对应于其的物理区块的说明图。

图29是表示该实施方式中的逻辑地址空间上用于数据项的逻辑区块与对应于其的物理区块的说明图。

图30是表示该实施方式中的逻辑地址空间上用于数据项的逻辑区块与对应于其的物理区块的说明图。

图31是表示该实施方式中的逻辑地址空间上用于数据项的逻辑区块与对应于其的物理区块的说明图。

图32是表示该实施方式中的逻辑地址空间上用于数据项的逻辑区块与对应于其的物理区块的说明图。

图33是表示该实施方式中的逻辑地址空间上用于数据项的逻辑区块与对应于其的物理区块的说明图。

图34是表示该实施方式中的逻辑物理区块的再配置处理的说明图。

图35是表示目录项的更新时间的变化的图。

附图标记说明

140A、140B、140C    非易失性存储装置

141A、141B、141C    存储控制器

142            主存储器

143            寄存器

144            地址管理信息

150A、150B、150C    存取装置

151            ROM

152            存储装置信息获取部

153            AU大小存储表

154            AU大小决定部

155A、155B、155C    文件系统控制部

161            数据识别部

162            非易失性RAM

171            主存储器

172            第二控制部

173            总线存储部

174            选择器

175            地址管理部

176            主存储器存取部

177            表存取部

178            地址转换表

179            物理区域管理表

具体实施方式

(实施方式一)

图15是表示本发明的实施方式一中的非易失性存储系统的结构的模块图。非易失性存储系统是由非易失性存储装置140A以及存取装置150A所构成。对于与现有的非易失性存储系统相同的构成要素，使用相同的附图标记来进行说明。在图15中，非易失性存储装置140A包含存储控制器141A以及非易失性的主存储器142。存储控制器141A包含主机接口111(附图中将接口记述为I/F)、CPU112、RAM113、ROM114、控制部115、和寄存器143。主机接口111是与存取装置150A之间发送接收各种命令、逻辑地址及数据的接口。ROM114中存储有用于控制存储控制器141A整体的程序。程序将RAM113作为临时存储区域而使用，并在CPU112上运行。控制部115是控制非易失性存储装置140A内的数据存储区域即非易失性主存储器142的电路。主存储器142是例如由快闪存储器组成的非易失性的大容量存储器。其物理区块的结构与图8B所示的现有的结构相同，且物理区块大小各设为128kB。寄存器143存储有关非易失性存储装置140A的各种信息，其包括主存储器142的分配单元大小(AU大小)和主存储器142的存储容量的、。

另一方面，在图15中，存取装置150A对非易失性存储装置140A进行存取，其包含CPU121、RAM122、ROM151、和插槽124。ROM151中存储有用于控制存取装置150A的程序，其使用RAM122作为临时存储区域且在CPU121上运行。插槽124是非易失性存储装置140A与存取装置150A的连接部，存取装置150A与非易失性存储装置140A之间通过插槽124而发送接收各种命令、逻辑地址及数据。进而，在ROM151中包含应用程序125、文件系统控制部155A、存取控制部127、存储装置信息获取部152、AU大小存储表153、和AU大小决定部154。文件系统控制部155A进行控制以在每次写入文件数据时将文件数据与目录项写入不同的分配单元。而且，存储装置信息获取部152获取非易失性存储装置140A的寄存器143中所保持的分配单元大小、与主存储器142的存储装置容量。

图16是表示在对文件系统管理区域中的数据区域的逻辑地址进行了写入时，文件数据与目录项是如何被写入主存储器142内的物理区块中的说明图。

对根据该实施方式一的非易失性存储系统的操作进行说明。首先，使用图15说明整个系统的操作。首先，存取装置150A根据FAT文件系统而将非易失性存储装置140A格式化，由此，与现有的非易失性存储系统同样地构成图12(a)所示的逻辑地址配置。在本发明的实施方式中，也调整从MBR·PT603到RDE607为止的管理信息区域601的大小，并进行设定使其长度成为簇的大小的倍数。图12(c)表示非易失性存储装置140A的物理区块的配置。无论何种情况下，图1所示的数据区域602、即从图12(a)的簇#2开始的区域均与物理区块PB的边界一致。另一方面，通过CPU112的初始化处理，主存储器142的地址管理信息144被读取到地址管理部116内的地址转换表132与物理区域管理表133内。

以如此的方式进行格式化及初始化之后，存取装置150A开始对非易失性存储装置140A进行存取。首先，存储装置信息获取部152从非易失性存储装置140A内的寄存器143中获取存储装置信息。另外，这些信息是在初始化处理中，从主存储器142被读取到寄存器143内的。存储装置容量必定存在于寄存器143中，但分配单元大小(AU大小)根据非易失性存储装置的情况而存在被存储在寄存器143中的情形与没有被存储在寄存器143中的情形。在寄存器143中存储有AU大小时，存储装置信息获取部152获取该AU大小。AU大小决定部154将存储装置信息获取部152从寄存器143所获取的AU大小确定为AU大小。另一方面，寄存器143中没有存储AU大小时，存储装置信息获取部152获取存储装置容量。AU大小决定部154根据存储装置信息获取部152从寄存器143所获取的存储装置容量，并参照AU大小存储表153而获取最大AU大小(Max_AU_Size)，并将该AU大小确定为AU大小。在此，AU大小存储表153中，存储有如表1所示的对应关系。

[表1]

存储装置容量	512MB-1GB	2GB 4GB-32GB
			Max_AU_Size	1MB	2MB 4MB

在以下的说明中，设在寄存器143中存储有分配单元大小，并将分配单元大小设为128kB。另外，分配单元大小是不小于物理区块大小的值，这是必要条件。根据由上述处理所确定的分配单元大小，存取装置150A对非易失性存储装置140A进行存取。另外，在寄存器143中未存储有分配单元大小时，如果没有AU大小存储表153，存储装置信息获取部152也可以从寄存器143中获取物理区块大小，并将其大小的整数倍确定为分配单元大小。

以下，以写入处理为例来说明其操作。首先，存取装置150A内的存取控制部127将写入指示发送至文件系统控制部155A。文件系统控制部155A在图1所示的FAT605、606上检索空白区域，当存在空白区域时，在所获取的空白区域内写入数据。此时存取装置150A将写入命令WCMD、特定的逻辑地址及数据传送至非易失性存储装置140A。在非易失性存储装置140A中，CPU112识别写入命令WCMD，并将控制权转移至控制部115。在控制部115中，根据存取装置150A所传送的逻辑地址，地址管理部116决定写入目的地的物理地址。在地址管理部116中，图7所示的表存取部131根据物理区域管理表133来检索已擦除的物理区块，并将该区块指定为写入对象区块。进而，表存取部131将写入对象区块地址写入到地址转换表132的特定逻辑地址位置。另外，在表存取部131的已擦除的物理区块的检索中，一般具备磨损调整的功能，以尽可能使写入或擦除不要集中于特定物理区块上。

其次，用图16来说明，将文件数据与对应于该文件数据的目录项写入不同的分配单元中，从而与图14所示的现有的非易失性存储系统中的写入处理相比可进一步提高写入性能。

首先，文件系统控制部155A检索空白簇。文件系统控制部155A将文件数据与目录项配置于不同的分配单元中。此处，将文件1、2配置于分配单元AU0中，将目录项配置于分配单元AU2中。为了与图14所示的现有的非易失性存储系统的写入处理的性能进行比较，有必要符合前提条件。在图14中，表示在目录项的更新，即在WCMD3、WCMD5中，在WCMD3的更新处理中，复制簇2、4、7共计3簇，而且在WCMD5的更新处理中，复制簇2、4、5、6、7共计5簇的例子。因此，在图16所示的本实施方式一的非易失性存储系统的写入处理中，也是在目录项的更新中，如果设为复制5簇的状态，则足以作为进行比较的前提条件。因此，设簇18～22为使用中的簇。

然后，在文件系统控制部155A所检索到的空白簇2～5中，写入文件1的构成要素即F11、F12以及文件2的构成要素即F21、F22。与图14的情形不同，目录项并不存在于簇3中，即易于确保空白连续区域，因此文件1、2均能够连续写入。首先设使用中的簇7被写入物理区块PBA5中。依照F11与F12的写入处理，将F11与F12存储于地址管理部116所检索出的已擦除的物理区块PBA1中，并且将PBA5中所存储的数据复制到PBA1中。另一方面，设存在于分配单元AU2中的目录项被写入到PBA4中。对应于利用WCMD1的文件1的写入，用WCMD2将目录项写入到PBA33中。此时也对存在于簇18～22中的数据进行复制。以下，同样地，依照各文件的写入而对物理区块进行写入与复制。

其次，表2中表示现有技术与实施方式一的写入性能。

[表2]

写入性能比较	写入次数	复制次数
			现有的非易失性存储系统	4次	19次
实施方式一的非易失性存储系统	4次	16次

在现有的非易失性存储系统情况下，写入次数为4次，复制次数为19次。另一方面，在实施方式一的非易失性存储系统情况下，写入次数为4次，复制次数为16次。即，可以说，实施方式一的非易失性存储系统将复制减少了3次，以此提高了写入性能。该性能提高的主要原因在于：因为将文件数据与对应于该文件数据的目录项写入相互不同的分配单元中，所以文件1能够被连续写入。附带提一下，复制过程由读取及写入这两个处理组成，因此其处理时间长于写入过程。另外，虽然在图16中簇7为使用中的簇，但在该簇中，也可以有对应于文件1或文件2以外的文件的目录项。即，文件数据、与对应于与该文件数据不同的文件数据的目录项也可以存储于同一分配单元中。如此一来，即便在同时记录多个文件数据时，也可以提高写入性能。再者，文件系统控制部155A仅选择性地使用在分配单元中存在一定空白区域的分配单元，从而易于连续写入文件数据，因此能够提高写入性能。

(实施方式二)

其次，使用图17说明本发明的实施方式二。该实施方式中，在存储控制器141B中增加了数据识别部161、非易失性RAM162，且存取装置150B具有文件系统控制部155B。文件系统控制部155B与实施方式一的文件系统控制部155A不同，其将文件系统管理信息即目录项始终写入特定的分配单元，在此处为写入AU2中。其他结构与实施方式一相同。

数据识别部161是识别存取装置150B在写入处理中所传送的数据是否是文件数据、或者是否是文件系统管理信息即目录项的模块。

非易失性RAM162是存储容量可小于文件数据的目录项的非易失性的辅助存储器。优选的是，辅助存储器的写入速度快于主存储器142。而且，非易失性RAM是重写保证次数多于主存储器、且可擦写的非易失性随机存取存储器。而且优选的是，非易失性RAM162使用日本专利特开平7-281842号公报等中所公开的铁电随机存取存储器(FeRAM)、或磁性记录式随机存取存储器(MRAM)、相变存储器(OUM)、阻抗RAM(RRAM)等。另外，作为非易失性RAM，例如数百kB的目前已实用化，未来更大容量的将不断实用化。

图18是表示在对文件系统管理区域中的数据区域的逻辑地址进行了写入时，文件数据是如何被写入主存储器142内的物理区块中，目录项又是如何被写入非易失性RAM162中的说明图。

图19表示非易失性RAM162的存储器映射(memory map)。非易失性RAM162的整个容量为128kB，且具有256个512字节的目录项的存储区域。

其次，说明实施方式二的操作，尤其是通过在非易失性RAM162上仅对目录项进行读写控制，而与实施方式一相比可更加提高写入性能。能够进一步提高性能的关键点在于采用如下方法，即如图16所示，每次更新目录项时不是每次都发生复制。那么，可以擦写的非易失性存储器如图16所示，在物理区块的一部分扇区上发生重写时，不需要将其他扇区复制到别的物理区块上。即，与随机存取存储器RAM同样，能够进行重写而无需进行特殊的地址操作。根据图18进行说明，分配单元AU2为仅分配有目录项的地址，对应于文件1及2的写入的目录项被写入带有星号标记的地址，即512字节。与此相应，在非易失性RAM162上发生512字节的重写，但如上所述，由于非易失性RAM162为可擦写的存储器，因此，每次产生写入命令WCMD2及WCMD4时，单单重写带有星号标记的地址，即512字节即可。

其次，在表3中表示非易失性主存储器即快闪存储器、与辅助存储器即非易失性RAM的比较。如表3所示，快闪存储器的重写保证次数为10万次，相对于此，非易失性RAM的重写保证次数非常大，达到100亿次，因此不是在寿命上有特殊问题的等级。以下，详细说明其理由。

[表3]

	快闪存储器	非易失性RAM
			存储器类型	非易失性(10年)	非易失性(10年)
数据重写单位	扇区(512字节)	1字节
			写入周期	数百μs～1ms	100ns
重写保证次数	10万次	100亿次

安装1GB的快闪存储器作为主存储器142，当以1次写入命令按每个簇单位，即在FAT16中按16kB单位将文件数据逐个重写的时候，为了重写一遍整个1GB的全部容量，就要发布大约64K次写入命令。

1GB÷16kB＝64K次......(1)

另一方面，对应于该文件数据的重写，将1个目录项重写64K次。即，将快闪存储器的所有物理区块重写1次，就相当于将非易失性RAM162的特定的512B的区域重写64K次。这在非易失性RAM162中也为最差的条件。根据表3，快闪存储器的重写保证次数为10万次。因此根据以下数学式(2)，在快闪存储器被重写10万次时，非易失性RAM162就被重写64亿次。

64K次×10万次＝64亿次＜100亿次......(2)

根据表3，该值小于非易失性RAM的重写保证次数100亿次，因此快闪存储器的寿命与非易失性RAM162的寿命并无较大差别，非易失性RAM162的重写次数不是在寿命上有特殊问题的等级。

而且根据表3，非易失性RAM的每1字节的写入周期为100ns左右，因此将目录项512字节写入1次时就约为50μs左右。即，不会超过快闪存储器的写入周期。因此，不妨认为目录项的1次的重写时间大致相同。

表4中表示现有例与实施方式二的写入性能的比较。实施方式二的复制次数显然较少，因此可知写入性能较高。

[表4]

写入性能比较	写入次数	复制次数
			现有的非易失性存储系统	4次	19次
实施方式二的非易失性存储系统	6次	4次

作为本实施方式二中的数据识别部161的识别方法，就以下两种方法进行说明。第一种方法是，在存取装置150B对非易失性存储装置140B写入文件数据时，以写入命令的参数指定表示数据类型的信息。即，写入命令采取Write(size，addr，data_kind)的形式，size表示写入大小，addr表示写入地址，这些参数是如以往那样的参数。本实施方式二中具有如下特征，即，在参数中设有data_kind。用data_kind指定文件数据或者目录项的任一个作为传递给写入命令的数据的类型。例如，将data_kind作为1位的标志(flag)，数据识别部161在data_kind值为0时判断为文件数据，而在data_kind值为1时则判断为目录项，并将控制信号发送至控制部115。

第二种方法是如下方法，即，作为写入命令，设有Write(size，addr)与Write_DE(size，addr)此两种，前者作为用于文件数据的写入命令，后者作为用于目录项的写入命令。另外，FAT605、606等，除目录项以外全部使用Write(size，addr)即可。在该方法中，CPU162识别存取装置150B所传送的命令，在该命令为Write(size，addr)或者Write_DE(size，addr)时，数据识别部161判定是其中的哪一个，并将控制信号发送至控制部115。

然后，数据识别部161识别由存取装置所存取的数据是文件数据或是目录项。控制部115当被识别为数据时，对主存储器142进行存取，而当被识别为目录项时，则对非易失性RAM162进行存取。

在本实施方式二中，将非易失性RAM162的容量设为128kB，但也可能存在一个分配单元的大小大于128kB的情形，因此较理想的是安装容量大于128kB的非易失性RAM。而且非易失性RAM162也可以不内置于存储控制器141B中，而设置于存储控制器141B的外部。

如上所述，在实施方式二中，存取装置150B将文件数据写入非易失性存储装置140B时，文件系统控制部155B将文件数据与目录项写入不同的分配单元，即不同的物理区块中。因此就变得易于连续写入文件数据，并且能够在目录项更新时减少文件的复制次数。进而，文件系统控制部155B进行控制，以使得全部目录项存储于特定的分配单元中，根据作为写入对象的数据是文件数据还是目录项来进行识别，并写入主存储器与辅助存储器中，因此能够大幅提高写入的速度。

另外，该实施方式二中设为将分配单元写入辅助存储器，但也可以将目录项写入主存储器的物理区块中。

(实施方式三)

其次，使用图20、图21说明本发明的实施方式三。该实施方式的非易失性存储装置140C中，将非易失性的主存储器设为可以追记的非易失性存储器171。而且，在存储控制器141C中除第一控制部115以外还设置有第二控制部172。第二控制部172是用以在非易失性存储器171的规定分配单元中写入目录项的控制部。第一控制部115及第二控制部172是控制非易失性存储装置140C内的数据存储区域即非易失性存储器171的控制部。总线切换部173在第一控制部115与第二控制部172之间切换数据或地址管理信息。而且，选择器174是对来自第一控制部、第二控制部的写入数据进行切换，向主存储器171写入的选择器。非易失性存储器171的物理区块的结构与图8B所示的现有结构相同。

另一方面，在图20中，对非易失性存储装置140C进行存取的存取装置150C，除文件系统控制部155C的操作以外，与前面所述的实施方式一的非易失性存储系统相同。对于与现有或前面所述的非易失性存储系统同样的构成要素，附加相同的附图标记并省略详细的说明。

图21是表示第一控制部115、第二控制部172周边部的详细结构的图。第一控制部115与前面所述的实施方式一的控制部115相同。与此大致相同，第二控制部172具有第二地址管理部175以及第二主存储器存取部176。地址管理部175对表存取部177、以及与其连接的地址转换表178及物理区域管理表179进行存取。而且，主存储器存取部176经过选择器174对主存储器171进行存取，并写入目录项。第二控制部172是用以按追记型来进行目录项的写入控制的模块。

图22是表示该地址转换表178的图。该地址转换表是写入了目录项所写入的逻辑区块中的逻辑扇区地址以及与其相对应的物理扇区地址的逻辑物理地址转换表。

图23是表示物理区域管理表179的图。物理区域管理表179是表示与写入该目录项的物理区块的扇区地址PSA相对的扇区状态的表。此处设为值00表示有效扇区，值01表示无效扇区，值10表示空白扇区。

就该实施方式三的非易失性存储系统的操作，尤其是通过导入追记型写入方法来谋求性能的提高进行说明。可以进一步提高性能的关键点在于采用如下方法，即，每当有目录项的更新，不是每次都发生复制。应用日本专利特开平5-27924号中所公开的追记型写入方法，即如下方法：对构成物理区块的各物理扇区写入目录项的顺序并非逻辑扇区顺序，而按照发出写入指示的顺序逐个地进行追记。

该追记型写入是直至物理区块内没有空白扇区或者空白扇区小于等于特定数目之前不进行复制处理而进行追记。在物理区块内无空白扇区，或者空白扇区小于等于特定数的时刻，检索其他已擦除的物理区块。然后，按照逻辑扇区顺序在该物理区块中重新进行记录，即复制的方法。目录项的大小为512字节这样比较小的大小，且物理区块大小为128k字节，因此可以对1个物理区块，最多追记512次，即发生复制处理的可能性较少，能够进行高速的写入。

因此，写入或重写最多512个文件数据的期间，能够高速地更新目录项。这就是针对目录项的写入应用追记型写入方法的理由。图24对此进行了具体说明，即是表示在进行了写入时，文件数据与目录项是如何被写入非易失性存储器171内的物理区块中的说明图。图24表示目录项已写入物理区块PBA4中，并以写入命令WCMD2、4追记了目录项的状态。此处，目录项的大小较小为512B，因此被追记于同一簇23中。与图14进行比较可知，在更新目录项时，没有发生复制处理。图14中写入次数为4次，复制次数为19次，相对于此，图24中写入次数为6次，复制次数为4次，复制次数显然较少，因此可知写入性能较高。

首先，使用图20说明仅对目录项应用追记型写入方法时的整体处理。在图20中，数据识别部161识别存取装置150C在写入处理中所传送的文件数据与目录项。作为本实施方式中的识别方法，在“文件数据以簇单位被写入”之类的前提下，就能够以数据容量的不同来进行识别。具体而言，512字节的数据传送之后传来传送完成命令时，该数据为目录项，除此以外的情形作为文件数据来进行处理即可。

作为其他识别方法，考虑与实施方式二同样改变写入命令类型之类的方法。具体而言，文件数据使用多重写入命令，目录项使用单个写入命令。进而，作为其他识别方法，也可以在写入命令中附带标志，并根据标志来进行识别。在任一方法中对存取装置150C或非易失性存储装置140C都给予一定的制约。

然后，当所传送的数据被数据识别部161识别为文件数据时，通过控制信号来切换总线切换部173与选择器174，且第一控制部115被连接到输入总线侧，以使其输出成为主存储器171的输入。此时，通过第一控制部115，进行与现有的非易失性存储系统同样的写入处理。另一方面，当数据识别部161识别出所传送的数据为目录项时，通过控制信号，将向总线切换部173的输入总线切换至第二控制部172侧，且在选择器174中，将第二控制部172的输出设为主存储器171。此时，通过第二控制部172来进行追记型写入处理。

使用图25～33说明追记型写入处理的结构。图25是表示主存储器171的物理区块大小为128kB时的物理扇区地址PSA的配置的说明图。在图25中，PSA是物理扇区地址的简称，标记有PSA的编号表示地址值。按页地址的降序排列为PSA0、PSA1...PSA511。按此排列顺序来写入目录项。

图26是表示在图25所示的物理区块上写入目录项DE1～DE4的序列的说明图。在图26中，施加有阴影的扇区表示使用中的扇区，未施加阴影的扇区表示空白扇区，即已擦除的扇区。施加有阴影的扇区之内，以双重框所包围的扇区为记录了最新目录项的扇区，即有效扇区。另一方面，施加有阴影的扇区之内，以单框所包围的扇区为记录了旧目录项的扇区，即无效扇区。首先，对应于文件1的目录项DE1被写入到PSA0。另外，目录项DE1的下标编号对应于文件编号，并将由该文件编号减1而得的编号作为逻辑扇区地址LSA0的下标编号。文件数据的写入顺序设为文件1→文件2→文件1→文件3→文件2→文件4。对应于此的目录项如图26所示被追记。在图26中，施加有阴影的扇区表示使用中的扇区，未施加阴影的扇区表示空白扇区，即已擦除的扇区。施加有阴影的扇区之内，以双重框所包围的扇区为记录了最新目录项的扇区，作为有效扇区来进行处理。另一方面，施加有阴影的扇区之内，以单框所包围的扇区为记录了旧目录项的扇区，作为无效扇区来进行处理。

图27～图33表示，根据该写入顺序，是否转换成逻辑扇区地址LSA和与其相对应的物理扇区地址PSA，而且各物理扇区地址PSA的状态标志如何进行变化。所述各图的左侧的区块是表示从存取装置150C所观察到的逻辑地址空间上的目录项中所分配的逻辑区块。此处，附有LSA0～LSA511作为相对的逻辑扇区地址。图27～图33的右侧表示对应于该逻辑地址空间上的区块的物理区块。该物理区块为用以写入目录项DE的物理区块，是通过地址管理部116的地址转换表132所对应起来的物理区块。而且，通过第二控制部172的地址管理部175内的地址转换表178将物理区块内的具体的扇区对应起来。图27～33中表示物理区块的相对的扇区地址PSA0～511。

图27表示尚未写入有目录项的初始状态。然后，如图28所示，在逻辑地址上的用于数据项的区块的逻辑扇区地址LSA0中，写入目录项DE1。由于主存储器171上为最初的写入，因此被写入到物理扇区地址PSA0中。此时，与转换后的PSA0位置相对应的扇区状态在物理区域管理表179上变更为值00，即有效状态。

同样，图29表示在逻辑扇区地址LSA1中写入了目录项DE2时，逻辑区块和与其相对应的物理区块的更新状态。

图30说明对逻辑扇区地址LSA0的目录项DE1进行重写的处理。由于是第三次的写入，因此在物理扇区地址PSA2中写入新的目录项DE1(N)。即，地址转换表178中与逻辑扇区地址LSA0相对应的物理扇区成为PSA2，且与PSA2的位置相对应的扇区状态在物理区域管理表179上变更为有效状态。进而，已记录于PSA0位置的原先的目录项DE1(O)成为多余，因此，与PSA0的位置相对应的扇区状态在物理区域管理表179上变更为值01，即无效状态。

同样，在图31～33中，逻辑扇区地址中也进行重写，对应于此的逻辑地址空间的用于目录项的区块中也进行目录项的更新。对应于此，用于目录项的物理区块被追记。而且，根据此，地址转换表或扇区的状态进行变化。

如上所述，根据一系列的写入及重写处理，与逻辑扇区地址相对的物理扇区的目录项得到更新。最终，如图34的左侧所示，写入了目录项的物理区块的所有物理扇区地址被填满。此时，第二控制部172检索新的已擦除的物理区块。然后，如图34的右侧所示，各目录项在新的物理区块中被重新配置而成为逻辑扇区地址LSA的顺序。即，仅复制有效目录项，并擦除成为多余的旧物理区块。另外，也可以在旧物理区块中写入了特定扇区数的目录项的时刻，进行重新配置及擦除处理。在以上的追记型写入方法中，第二控制部172管理地址，并对主存储器171进行写入。另外，物理区域管理表133中包含有如下信息，即，哪个物理区块正处于使用中或是已擦除，且该信息必须在第一控制部115与第二控制部172之间共享。因此，经过总线相互进行信息的交换。

通过对目录项应用追记型写入方法，目录项的更新时间就如图35所示那样。另外，设对主存储器171的数据传送速度为每1字节50ns，主存储器171的程序占用时间(busy time)为300μs，主存储器171的读取占用时间为25μs，主存储器171的程序及读取的存取单位为1页(2k字节)。

在记录有目录项的物理区块中存在空白扇区的期间，根据

(50ns×512字节)+(300μs×1页)＝约0.33ms，更新时间为大约0.33ms。

另一方面，在发生重新配置及擦除的期间，根据

(50ns×128k字节)+(300μs×64页)+(50ns×128k字节)+(25μs×64页)+2ms＝约33.6ms，更新时间为约33.6ms。

此处如上所述，目录项的大小为相对于物理区块大小充分小的大小，即，发生重新配置及擦除的频率较低，因此，也可以考虑平均以0.33ms左右进行目录项的更新。因此，通过设置能够吸收以低频率产生的33.6ms的处理时间的缓冲器，就可认为在系统的传送速率上没有问题。根据2MBps×33.6ms＝约70kB，该缓冲器的大小为70kB的区域即可，例如在RAM113中确保该区域即可。

如上所述，在存取装置150C将文件数据写入非易失性存储装置140C中时，文件系统控制部155C将文件数据和与其对应的目录项写入到不同的分配单元，即不同的物理区块中，因此就变得易于连续写入文件数据，并且能够在目录项的更新时减少文件的复制次数。进而，数据识别部161识别作为写入对象的数据是文件数据还是目录项，且在写入目录项时，第二控制部172对主存储器171的物理区块进行追记型写入，因此就可以使目录项的更新速度提高。

此时也能够使写入高速化，并且能够提高目录项的更新速度。

产业上的可利用性

涉及本发明的非易失性存储系统，即便在使用了物理区块大小大于簇大小的非易失性存储器的非易失性存储装置中，也能够进行高速写入，且有益于半导体存储卡等使用了非易失性存储装置的各种电子设备，例如静止图像记录再生装置或动态图像记录再生装置，或者便携电话等。

Claims (43)

1.一种非易失性存储系统，包含存取装置以及非易失性存储装置，且依照从所述存取装置所给出的命令与逻辑地址而对所述非易失性存储装置写入及读取文件数据，所述非易失性存储系统的特征在于，

所述非易失性存储装置具有非易失性的主存储器以及存储控制器，

所述主存储器是由多个物理区块组成的非易失性的存储器，所述物理区块大于所述存取装置的区域分配单位即簇的大小，

所述存储控制器具有：

地址管理部，根据从所述存取装置所给出的逻辑地址而决定所述主存储器的物理地址；以及

主存储器存取部，按照所述地址管理部所示的地址而对所述主存储器进行存取，

所述存取装置，通过多个簇及其逻辑地址而管理文件数据，并将多个连续的簇作为分配单元，且所述分配单元的容量大小为大于等于所述主存储器的物理区块大小，当写入文件数据时将文件数据管理信息与所述文件数据写入相互不同的分配单元。

2.根据权利要求1所述的非易失性存储系统，其特征在于，所述存取装置将所述文件数据管理信息汇集起来写入特定的分配单元内。

3.根据权利要求1所述的非易失性存储系统，其特征在于，所述主存储器是可以对各物理区块的区域进行追记写入的非易失性的存储器，且

所述存储控制器具有：

第2地址管理部，将所述分配单元中的逻辑扇区地址转换为物理扇区地址；以及

第2主存储器存取部，在记录所述文件管理信息时，按照所述第2地址管理部所示的扇区地址而对保持分配单元的物理区块进行存取。

4.根据权利要求1所述的非易失性存储系统，其特征在于，所述存取装置为了识别所述文件数据与所述文件数据管理信息，而具有至少两种写入命令。

5.根据权利要求1所述的非易失性存储系统，其特征在于，所述写入命令具有参数，并且为了识别所述文件数据与所述文件数据管理信息，而变更所述写入命令的参数。

6.根据权利要求1所述的非易失性存储系统，其特征在于，所述存储控制器将所述主存储器的存储器容量通知给所述存取装置，并且

所述存取装置根据由所述存储控制器所通知的存储器容量而决定所述分配单元的大小。

7.根据权利要求1所述的非易失性存储系统，其特征在于，所述存储控制器将所述主存储器的物理区块大小通知给所述存取装置，且

所述存取装置根据由所述存储控制器所通知的物理区块大小而决定所述分配单元的大小。

8.根据权利要求1所述的非易失性存储系统，其特征在于，所述存取装置仅选择性使用在所述分配单元内存在一定空白区域的所述分配单元。

9.根据权利要求1所述的非易失性存储系统，其特征在于，所述非易失性存储装置还包括重写保证次数多于所述主存储器、且可进行擦写的非易失性的辅助存储器，并且

所述存储控制器将所述文件数据管理信息写入所述辅助存储器。

10.根据权利要求9所述的非易失性存储系统，其特征在于，所述辅助存储器是写入速度快于所述主存储器的非易失性存储器。

11.根据权利要求9所述的非易失性存储系统，其特征在于，所述辅助存储器为非易失性RAM。

12.根据权利要求11所述的非易失性存储系统，其特征在于，所述辅助存储器是铁电随机存取存储器(FeRAM)、磁性记录式随机存取存储器(MRAM)、相变存储器(OUM)、阻抗RAM(RRAM)中的某一种。

13.一种非易失性存储装置，通过多个簇及其逻辑地址而管理文件数据，并将多个连续的簇作为分配单元，当记录文件数据时将文件数据管理信息与所述文件数据写入不同的分配单元，并且所述分配单元的容量大小为大于等于物理区块大小，在将所述文件数据与所述文件数据管理信息写入非易失性存储装置时，连接于发布能够相互识别所述文件数据与所述文件数据管理信息的写入命令的存取装置上而进行使用，且依照从所述存取装置所给出的命令与逻辑地址而写入及读取文件数据，所述非易失性存储装置的特征在于，具有：

非易失性的主存储器以及存储控制器，

所述主存储器是由多个物理区块组成的非易失性的存储器，所述物理区块大于所述存取装置的区域分配单位即簇的大小，并且

所述存储控制器具有：

地址管理部，根据从所述存取装置所给出的逻辑地址而决定所述主存储器的物理地址；

主存储器存取部，按照所述地址管理部所示的地址而对所述主存储器进行存取；以及

寄存器，保持与所述主存储器的容量有关的数据。

14.根据权利要求13所述的非易失性存储装置，其特征在于，所述主存储器是可以对各物理区块的区域进行追记写入的非易失性的存储器，且

所述存储控制器具有：

第2地址转换部，将所述分配单元中的逻辑扇区地址转换为物理扇区地址；以及

第2主存储器存取部，在记录所述文件管理信息时，按照所述第2地址转换部所示的扇区地址而对保持所述主存储器的分配单元的物理区块进行存取。

15.根据权利要求13所述的非易失性存储装置，其特征在于，所述存储控制器将所述主存储器的存储器容量通知给所述存取装置。

16.根据权利要求13所述的非易失性存储装置，其特征在于，所述存储控制器将所述主存储器的物理区块大小通知给所述存取装置。

17.根据权利要求13所述的非易失性存储装置，其特征在于，所述非易失性存储装置进一步包括重写保证次数多于所述主存储器、且可以擦写的非易失性的辅助存储器，并且

所述存储控制器将所述文件数据管理信息写入所述辅助存储器。

18.根据权利要求17所述的非易失性存储装置，其特征在于，所述辅助存储器是写入速度快于所述主存储器的非易失性存储器。

19.根据权利要求17所述的非易失性存储装置，其特征在于，所述辅助存储器为非易失性RAM。

20.根据权利要求19所述的非易失性存储装置，其特征在于，所述辅助存储器是铁电随机存取存储器(FeRAM)、磁性记录式随机存取存储器(MRAM)、相变存储器(OUM)、阻抗RAM(RRAM)中的某一种。

21.一种存储控制器，通过多个簇及其逻辑地址而管理文件数据，并将多个连续的簇作为分配单元，当记录文件数据时将文件数据管理信息与所述文件数据写入不同的分配单元，并且所述分配单元的容量大小为大于等于物理区块大小，在将所述文件数据与所述文件数据管理信息写入非易失性的主存储器时，连接于发布能够相互识别所述文件数据与所述文件数据管理信息的写入命令的存取装置上而进行使用，且依照从所述存取装置所给出的命令与逻辑地址而对所述主存储器写入及读取文件数据，所述存储控制器的特征在于，

所述主存储器是包含多个物理区块的非易失性的存储器，所述物理区块大于所述存取装置的区域分配单位即簇的大小，且

所述存储控制器具有：

地址管理部，根据从所述存取装置所给出的逻辑地址而决定所述主存储器的物理地址；

主存储器存取部，按照所述地址管理部所示的地址而对所述主存储器进行存取；以及

寄存器，保持与所述主存储器的容量有关的数据。

22.根据权利要求21所述的存储控制器，其特征在于，所述主存储器是可以对各物理区块的区域进行追记写入的非易失性的存储器，且，

所述存储控制器具有：

第2地址转换部，将所述分配单元中的逻辑扇区地址转换为物理扇区地址；以及

第2主存储器存取部，在记录所述文件管理信息时，根据所述第2地址转换部所示的扇区地址而对保持所述主存储器的分配单元的物理区块进行存取。

23.根据权利要求21所述的存储控制器，其特征在于，所述存储控制器将所述主存储器的存储器容量通知给所述存取装置。

24.根据权利要求21所述的存储控制器，其特征在于，所述存储控制器将所述主存储器的物理区块大小通知给所述存取装置。

25.根据权利要求21所述的存储控制器，其特征在于，所述存储控制器进一步包括重写保证次数多于所述主存储器、且可以擦写的非易失性的辅助存储器，并且将所述文件数据管理信息写入所述辅助存储器。

26.根据权利要求25所述的存储控制器，其特征在于，所述辅助存储器是写入速度快于所述主存储器的非易失性存储器。

27.根据权利要求25所述的存储控制器，其特征在于，所述辅助存储器为非易失性RAM。

28.根据权利要求27所述的存储控制器，其特征在于，所述辅助存储器为铁电随机存取存储器(FeRAM)、磁性记录式随机存取存储器(MRAM)、相变存储器(OUM)、阻抗RAM(RRAM)中的某一种。

29.一种非易失性存储系统中的非易失性存储装置的控制方法，该非易失性存储系统包含存取装置以及非易失性存储装置，并且所述非易失性存储装置具有非易失性主存储器以及存储控制器，所述非易失性主存储器中包含多个物理区块，所述物理区块大于所述存取装置的区域分配单位即簇的大小，且，所述非易失性存储系统根据从所述存取装置所给出的命令与逻辑地址而对所述非易失性存储装置写入及读取文件数据，所述非易失性存储装置的控制方法的特征在于，

通过多个簇及其逻辑地址而管理文件数据，且将多个连续的簇，作为容量大于等于所述主存储器的物理区块大小的分配单元，且

在记录文件数据时，将文件数据管理信息与所述文件数据写入不同的分配单元；并且

所述存储控制器根据从所述存取装置所给出的逻辑地址而决定所述主存储器的物理地址，

在将所述文件数据与所述文件数据管理信息写入所述非易失性存储装置时，相互识别所述文件数据与所述文件数据管理信息，并按照所述地址管理部所示的地址对所述主存储器进行存取而写入。

30.根据权利要求29所述的非易失性存储装置的控制方法，其特征在于，所述主存储器是可对各物理区块的区域进行追记写入的非易失性的存储器，

通过所述存储控制器，而将所述分配单元中的逻辑扇区地址转换为物理扇区地址，且

在记录所述文件管理信息时，按照所述第2地址转换部所示的扇区地址，而对保持所述主存储器的分配单元的物理区块进行存取。

31.根据权利要求29所述的非易失性存储装置的控制方法，其特征在于，所述存取装置为了识别所述文件数据与所述文件数据管理信息，而变更至少两种写入命令。

32.根据权利要求29所述的非易失性存储装置的控制方法，其特征在于，所述存取装置在识别所述文件数据与所述文件数据管理信息并将其写入所述非易失性存储装置时，变更写入命令的参数。

33.根据权利要求29所述的非易失性存储装置的控制方法，其特征在于，所述存取装置根据所述存储控制器所通知的所述主存储器的存储器容量，而决定所述分配单元的大小。

34.根据权利要求29所述的非易失性存储装置的控制方法，其特征在于，所述存取装置根据所述存储控制器所通知的所述主存储器的物理区块大小，而决定所述分配单元的大小。

35.根据权利要求29所述的非易失性存储装置的控制方法，其特征在于，所述存取装置仅选择性地使用存在一定空白区域的所述分配单元。

36.根据权利要求29所述的非易失性存储装置的控制方法，其特征在于，所述非易失性存储装置进一步包括重写保证次数多于所述主存储器、且可擦写的非易失性的辅助存储器，并且

通过所述存储控制器，而将所述文件数据管理信息写入所述辅助存储器。

37.一种存取装置，对具有主存储器的非易失性存储装置写入及读取文件数据，所述存取装置的特征在于，

通过多个簇及其逻辑地址而管理文件数据，并将多个连续的簇作为分配单元，且所述分配单元的容量为大于等于所述主存储器的物理区块大小，在写入文件数据时将文件数据管理信息与所述文件数据写入相互不同的分配单元。

38.根据权利要求37所述的存取装置，其特征在于，将所述文件管理信息汇集起来写入特定的分配单元内。

39.根据权利要求37所述的存取装置，其特征在于，为了识别所述文件数据与所述文件数据管理信息，而具有至少两种写入命令。

40.根据权利要求37所述的存取装置，其特征在于，写入命令具有参数，且为了识别所述文件数据与所述文件数据管理信息，而变更所述写入命令的参数。

41.根据权利要求37所述的存取装置，其特征在于，根据从所述非易失性存储装置所通知的存储器容量，而决定所述分配单元的大小。

42.根据权利要求37所述的存取装置，其特征在于，根据所述非易失性存储装置所通知的物理区块大小，而决定所述分配单元的大小。

43.根据权利要求37所述的存取装置，其特征在于，仅选择性地使用在所述分配单元内存在一定空白区域的所述分配单元。

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