DE19960258A1 - Flash-Speicher-Einheit und Verfahren zur Steuerung des Flash-Speichers - Google Patents

Abstract

Eine Flash-Speichereinheit enthält einen Adressinformationsspeicher und eine Datenschreibeinheit. Der Adressinformationsspeicher registriert eine Adressinformation über leere Bereiche in einem Cluster, bestehend aus einer Mehrzahl von Sektoren, und die Datenschreibeinheit schreibt im Ansprechen auf eine Datenschreibanforderung die Daten in wenigstens einen der leeren Bereiche entsprechend der Adressinformation über die leeren Bereiche. Dadurch wird es ermöglicht, eine Schwierigkeit eines herkömmlichen Flash-Speichers dahingehend zu lösen, dass die Anzahl von Takten bzw. das Zeitmaß beim Löschen des herkömmlichen Flash-Speichers auf etwa ein Zehntel der der Größe eines EEPROM beschränkt ist und daher nicht häufig Daten überschrieben bzw. umgeschrieben werden können.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Flash- Speicher-Einheit bzw. Flash-Memory-Einheit einschließlich eines Flash-Speichers bzw. Flash-Memorys wie eines Flash- EEPROM's (electrically erasable programmable read only memory, elektrisch löschbarer Festwertspeicher) zur Auf­ zeichnung von nichtflüchtigen Daten. Die vorliegende Erfin­ dung bezieht sich ebenfalls auf ein Verfahren zur Steuerung des Flash-Speichers.

Ein eingebautes System wie ein mobiles Telefonsystem verwendet heutzutage ein Flash-Speicher mit Direktzugriff zur Speicherung von Programmen des Systems, ein EEPROM zur Aufzeichnung von häufig überschriebenen Daten und eher ei­ nes kleinen Betrags nichtflüchtiger Daten und einen Flash- Speicher zum seriellen Schreiben oder ein SRAM (static random acces memory, statischer Speicher mit Direktzugriff) mit einer Sicherheitsspannungsversorgung für die Aufzeich­ nung eines großen Betrags von Daten.

Das EEPROM, welches eine größere Anzahl von Speicher­ elementen pro Bit als der Flash-Speicher benötigt, erfor­ dert höhere Kosten pro Bit. Das SRAM mit einer Sicherheits­ spannungsversorgung erhöht ebenfalls wegen der Sicherheits­ spannungsversorgung die Kosten. Somit besitzt das Aufzeich­ nen von getrennt in diesen Speichern gespeicherten Daten in dem Flash-Speicher den Vorteil einer Reduzierung des Unter­ bringungs- bzw. Anordnungsbereichs und der Kosten der An­ ordnung.

Ein derartiger herkömmlicher Flash-Speicher in einem eingebauten System kann nicht ein Systemprogramm lesen, während ein anderes Systemprogramm geschrieben wird, und darüber hinaus schreibt es das Systemprogramm unter Verwen­ dung einer speziellen Verarbeitung. Vor kurzem ist jedoch ein Flash-Speicher (hiernach als BGO-Flash-Speicher (BGO, background operation, Hintergrundbetrieb) bezeichnet) in Erscheinung getreten, welcher Daten aus einem Bereich des Speichers lesen kann, während Daten in einen anderen Be­ reich geschrieben werden. Dadurch wird es ermöglicht den Flash-Speicher zur Speicherung von Daten in den Flash-Spei­ cher zur Speicherung des Programms zu integrieren.

Als Beispiel, bei welchem Daten in einem Flash-Speicher gespeichert werden, offenbart die japanische Patentveröf­ fentlichungsschrift Nr. 7-50558/1995 eine in Fig. 14 darge­ stellte Halbleiterdisk.

Dieses System verwendet einen Flash-Speicher 4 als Halbleiterdisk und besitzt einen Kontroller 1, ein RAM 2, einen Buskontroller 3 und einen internen Bus 5 zur Steue­ rung der Halbleiterdisk. Der Flash-Speicher 4 besitzt je­ doch eine Beschränkung, welche das EEPROM oder das SRAM nicht aufweist.

Die Beschränkung besteht darin, dass der Flash-Speicher 4 lediglich Daten unidirektional entweder von 0 auf 1 oder 1 auf 0 schreiben kann. Um somit einen beschriebenen Be­ reich zu überschreiben, muss der gesamte Block einschließ­ lich des Bereichs vor dem Schreiben der Daten gelöscht wer­ den, so dass 0-en oder 1-en in dem Block geschrieben wer­ den. Dies erschwert dem herkömmlichen Flash-Speicher ein Schreiben (und Löschen) auf einer Basis Byte um Byte wie bei dem EEPROM oder dem SRAM.

Mit der oben beschriebenen Struktur kann der herkömmli­ che Flash-Speicher Daten in einem einmal beschriebenen Be­ reich überschreiben, wenn der gesamte Block einschließlich dieses Bereiches gelöscht wird. Die Anzahl von Takten bzw. das Zeitmaß beim Löchen des Flash-Speichers beträgt jedoch etwa ein Zehntel der Größe des EEPROM's, was eine Schwie­ rigkeit bei der Aufzeichnung von häufig überschriebenen Da­ ten darstellt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es die oben be­ schriebenen Schwierigkeiten zu überwinden. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Flash-Speicher­ einheit bereitzustellen, welche zur Handhabung häufig über­ schriebener Daten geeignet ist.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der nebengeordneten unabhängigen Ansprüche.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung enthält eine Flash-Speichereinheit: eine Adressinformationsspeicherein­ richtung zur Speicherung einer Adressinformation über leere Bereichen in einem Cluster bestehend aus einer Mehrzahl von Sektoren; eine Datenschreibeinrichtung zum Schreiben der Daten im Ansprechen auf eine Datenschreibanforderung in we­ nigstens einen der leeren Bereiche entsprechend der Adress­ information über die leeren Bereiche; und eine Adressinfor­ mationaktualisierungseinrichtung zur Aktualisierung der Adressinformation, die wenigstens einem der leeren Bereiche zugeordnet ist, in welche die Daten geschrieben werden, nachdem die Datenschreibeinrichtung das Schreiben der Daten vollendet hat.

Wenn der Cluster keinen leeren Bereich enthält, kann dabei die Datenschreibeinrichtung die Daten in einen ande­ ren nicht verwendeten Cluster schreiben und kann ein Flash- Löschen (flash erasing) des Clusters ohne einen leeren Be­ reich durchführen.

Die Datenschreibeinrichtung kann ein Kopierflag des Clusters ohne einen leeren Bereich beim Schreiben der Daten in dem anderen nicht verwendeten Cluster gültig machen.

Die Flash-Speichereinheit kann des weiteren wenigstens einem nicht verwendeten Cluster neben Clustern aufweisen, die bei einer Anwendung (application) verwendet werden kön­ nen.

Wenn ein Schreibfehler während des Schreibens von Daten in den leeren Bereich des Clusters oder in den anderen nicht verwendeten Clustern auftritt, kann die Datenschreib­ einrichtung Daten in noch einen anderen Cluster schreiben und kann ein Flash-Löschen des Clusters durchführen, in dem der Schreibfehler auftritt.

Die Flash-Speichereinheit kann des weiteren zwei oder mehrere nicht verwendete Cluster neben Clustern aufweisen, die bei einer Anwendung verwendet werden können.

Die Flash-Speichereinheit kann des weiteren eine ID-Ma­ nagementeinrichtung zur Registrierung einer einzigen ID bzw. Kennzeichnung für jeden Cluster, der bei einer Anwen­ dung verwendet wird, und für die Registrierung von IDs für nicht verwendete Cluster aufweisen, die anzeigen, dass die nicht verwendeten Cluster verfügbar sind.

Wenn ein Schreibfehler von Daten auftritt, kann die ID- Managementeinrichtung eine ID anzeigen, die anzeigt, dass der Cluster, in welchem der Schreibfehler auftritt, nicht beschreibbar ist.

Die Flash-Speichereinheit kann des weiteren zwei oder mehrere ID-Aufzeichnungsbereiche zur Aufzeichnung einer selben ID in einem Vorsatz jedes Clusters aufweisen.

Die Adressinformationsspeichereinrichtung kann in einem Vorsatz jedes Clusters eine Bittabelle zur Anzeige eines verwendeten Zustands eines Speichers wie der Adressinforma­ tion über die leeren Bereiche aufweisen.

Die Datenschreibeinrichtung kann die Daten unmittelbar nach den vorausgehenden Daten ohne Zwischenraum schreiben.

Jeder der Sektoren kann eine Vielzahl von Datenblöcken enthalten, und die Datenschreibeinrichtung kann die Daten in einem leeren Bereich eines der Datenblöcke entsprechend einem Flag eines verwendeten Zustands schreiben, welches in einem Vorsatz von jedem der Sektoren zur Anzeige eines ver­ wendeten Zustands der Datenblöcke aufgezeichnet wurde.

Wenn der eine der Datenblöcke keinen leeren Bereich enthält, kann die Datenschreibeinrichtung die Daten in ei­ nen leeren Bereich eines anderen Datenblocks schreiben.

Die Flash-Speichereinheit kann des weiteren eine Zei­ ger- bzw Pointerbildungseinrichtung zur Bildung von flüch­ tigen Speicherzeigern bzw. -pointern zur Anzeige von Orten der Datenblöcke aufweisen, welche die Daten speichern.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird des weite­ ren ein Verfahren zur Steuerung- eines Flash-Speichers be­ reitgestellt, mit den Schritten: Speichern von Adressinfor­ mation über leere Bereiche in einem Cluster eines Flash- Speichers, welcher aus einer Mehrzahl von Sektoren besteht; Schreiben im Ansprechen auf eine Datenschreibanforderung der Daten in wenigstens einen der leeren Bereiche entspre­ chend der Adressinformation über leere Bereiche; und Aktua­ lisieren der Adressinformation, welche wenigstens einem der leeren Bereiche zugeordnet ist, in welche die Daten ge­ schrieben werden.

Die vorliegende Erfindung wird in nachfolgenden Be­ schreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm, welches eine erste Aus­ führungsform einer Flash-Speichereinheit der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 2 zeigt ein Diagramm, welches eine innere Struktur und einen Cluster-Managementbereich eines BGO-Flash-Spei­ chers darstellt;

Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm, welches ein Datenwie­ dergewinnungsverfahren bzw. -regenerierungsverfahren veran­ schaulicht;

Fig. 4 zeigt ein Diagramm, welches die Zuweisung von Cluster-ID's während der Datenregenerierung veranschau­ licht;

Fig. 5 zeigt ein Diagramm, welches eine innere Daten­ struktur in einer Anwendung veranschaulicht;

Fig. 6 zeigt ein Diagramm, welches Datenlese- und Da­ tenschreibverfahren veranschaulicht;

Fig. 7 zeigt ein Diagramm, welches Beziehungen zwischen Speicherortoffsetinformation und Daten darstellt;

Fig. 8 zeigt ein Flussdiagramm, welches ein Daten­ schreibverfahren veranschaulicht;

Fig. 9 zeigt ein Diagramm, welches eine innere Daten­ struktur in einer Anwendung veranschaulicht;

Fig. 10 zeigt ein Diagramm, welches Beziehungen zwi­ schen Datenblöcken und Flags eines aktiven Blocks einer in­ neren Seite und Flags eines verbrauchten bzw. erschöpften Blocks einer inneren Seite veranschaulicht;

Fig. 11 zeigt ein Diagramm, welches Beziehungen zwi­ schen einem verwendeten Zustand eines Datenbereichs und Da­ tenbereichen veranschaulicht;

Fig. 12 zeigt ein Flussdiagramm, welches ein Anfangs­ programm des Erzeugens eines Datenwiedererlangungszeigers veranschaulicht;

Fig. 13 zeigt ein Flussdiagramm, welches ein Daten­ schreibverfahren veranschaulicht; und

Fig. 14 zeigt ein Flussdiagramm, welches eine herkömm­ liche Halbleiterdisk darstellt, die Daten in einem Flash- Speicher speichert.

Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die zugehörigen Figuren beschrieben.

Erste Ausführungsform

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm, welches eine erste Aus­ führungsform einer Flash-Speichereinheit der vorliegenden Erfindung darstellt. Entsprechend Fig. 1 bezeichnet Bezugs­ zeichen 11 einen BGO-Flash-Speicher (BGO: background operation, Hintergrundbetrieb), welcher aus Clustern be­ steht, von denen jeder eine Mehrzahl von Sektoren aufweist, und in einem ersten Sektor eine Adressinformation über leere Bereiche speichert. Wie oben beschrieben kann der BGO-Flash-Speicher 11 Daten aus einem Bereich des Speichers lesen, während Daten in einen anderen Bereich geschrieben werden. Bezugszeichen 12 bezeichnet einen Mikrocomputer zur Steuerung des BGO-Flash-Speichers 11; Bezugszeichen 13 be­ zeichnet ein RAM des Mikrocomputers 12; und Bezugszeichen 14 bezeichnet eine CPU des Mikrocomputers 12. Die CPU 14 dient als Adressinformationsspeichereinrichtung zur Spei­ cherung der Adressinformation über die leeren Bereiche in dem ersten Sektor jedes Clusters; als Datenschreibeinrich­ tung zum Schreiben von Daten in den leeren Bereich entspre­ chend der Adressinformation über die leeren Bereiche in dem Cluster im Ansprechen auf eine Schreibanforderung; als Adressinformationsaktualisierungseinrichtung zum Aktuali­ sieren der Adressinformation über den leeren Bereich; als ID-Managementeinrichtung zur Registrierung einer ID in je­ dem Cluster; und als Zeigerbildungseinrichtung.

Eine Anordnung wie ein Mobiltelefon wird an das System von Fig. 1 als periphere Anordnung angeschlossen.

Als nächstes wird der Betrieb der ersten Ausführungs­ form beschrieben.

Zuerst werden physikalische Adressen, Clustermanage­ mentbereiche und Anwendungsbereiche des BGO-Flash-Speichers 11 unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Es wird dabei angenommen, dass der BGO-Flash-Speicher 11 bis zu FFh ge­ löscht ist bzw. wird und die Daten lediglich in Richtung von 1 auf 0 geschrieben werden.

Entsprechend Fig. 2 besteht jeder Cluster, d. h. ein Löschblock (erasure block), aus n Seiten, und es ist ein Vier-Byte-Cluster-Managementbereich an der Spitze der Seite 0 jedes Clusters vorgesehen. Der Cluster-Managementbereich besteht aus drei Cluster-ID's und einem Kopierflag. Die drei Cluster-ID's speichern denselben Wert und werden gül­ tig, wenn zwei oder mehrere Cluster-ID's miteinander über­ einstimmen. Da die Cluster-ID's in einem Cluster-Manage­ mentbereich jeweils aus einem Byte bestehen, können sie 254 Cluster außer für 00h und FFh darstellen. Jedes Cluster wird einer einzigen Cluster-ID bestehend aus denselben drei Cluster-ID's zugewiesen, und ein oder mehrere Cluster (d. h. ihre Cluster-ID's) werden einer Anwendung zugewiesen.

Da der Wert FFh einen Anfangszustand darstellt, dient er als leere Cluster-ID, welche auf einen beschreibbaren Cluster zeigt, und der Wert 00h dient als ungültige Clu­ ster-ID, da er einen nicht beschreibbaren Cluster anzeigt.

Auf die drei Cluster-ID's folgend ist das 1-Byte-Ko­ pierflag reserviert, und der verbleibende Bereich jedes Clusters (Löschblock) bildet einen Anwendungsbereich, der zum freien Gebrauch der Anwendung reserviert ist, die dem Cluster zugewiesen ist.

Jede Anwendung ist ihrer eigenen Anwendungs-ID anstelle von physikalischen Adressen zugewiesen, in denen ihre Daten unter der Beschränkung gespeichert sind, dass jede Anwen­ dungs-ID einzig einer einzigen durch das System verwendeten Anwendung zugewiesen ist.

Beim Zugreifen auf den BGO-Flash-Speicher 11 sucht die Anwendung nach einer der Cluster-ID's, die mit ihrer eige­ nen Anwendungs-ID übereinstimmt, sucht nach der physikali­ schen Adresse entsprechend dem Cluster und berechnet die Schreib- oder Leseadresse ihrer Daten.

Da der BGO-Flash-Speicher 11 seine Daten auf einer Ba­ sis Block um Block löschen muss (d. h. auf der Basis Cluster um Cluster), muss eine Durchführung vorgenommen werden, so­ gar wenn lediglich ein bestimmter Bereich des Blocks ge­ löscht werden muss, und es müssen die benötigten Daten vor dem Löschen des Blocks gesichert werden.

Jedoch wird es unter Berücksichtigung der Kosten, des Zwecks der Verwendung des BGO-Flash-Speichers 11 und der Zuverlässigkeit der Daten nicht bevorzugt, die benötigten Daten in dem RAM 13 zu sichern. Somit müssen die Daten in dem BGO-Flash-Speicher 11 eher als in dem RAM 13 gesichert werden, was einen leeren Bereich (nämlich einen leeren Clu­ ster) bezüglich des BGO-Flash-Speichers 11 erfordert, in welchen keine Daten geschrieben sind. Dieser Prozess des Erlangens eines leeren Clusters zur Sicherung der benötig­ ten Daten und des darauffolgenden Löschens des ursprüngli­ chen Blocks wird Datenwiedergewinnung bzw. -regenerierung (data reclaim) genannt, was in dem BGO-Flash-Speicher 11 unvermeidbar ist.

Das Datenregenerierungsverfahren wird nun unter Bezug­ nahme auf Fig. 3 und 4 beschrieben.

Wenn die Datenregenerierung eines Clusters A in dem Schritt ST1 beispielsweise nötig wird, durchsucht die An­ wendung des Clusters A den BGO-Flash-Speicher 11 nach einem leeren Cluster in dem Schritt ST2. Wenn der Cluster D ein leerer Cluster wie in Fig. 4(a) veranschaulicht ist, er­ langt die Anwendung die Adresse des leeren Clusters (Cluster D) in dem Schritt ST4 entsprechend ihrer Cluster- ID.

Wenn kein leerer Cluster vorhanden ist, löscht die An­ wendung einen ungültigen Cluster, um in dem Schritt ST3 ei­ nen leeren Cluster zu bilden, und erlangt die Adresse des leeren Clusters in dem Schritt ST4.

Auf das Erhalten der Adresse des leeren Clusters ändert die Anwendung des Clusters A das Kopierflag des derzeitigen Clusters A auf 01h in dem Schritt ST5 und registriert seine eigene Anwendungs-ID (01h) in dem leeren Cluster (Cluster D) in dem Schritt ST6 wie in Fig. 4(b) veranschaulicht.

Auf die Registrierung der eigenen Anwendungs-ID in dem leeren Cluster (Cluster D) kopiert die Anwendung des Clu­ sters A ihre benötigten Daten auf den leeren Cluster in dem Schritt ST7 und vollendet in den Schritten ST8 und ST9 das Datenregenerierungsverfahren durch Löschen oder Ungültigma­ chen des alten Clusters, des Clusters A, nach Vollendung des Kopierens wie in Fig. 4(c) dargestellt.

In einem Fall, bei welchem ein Fehler wie ein Span­ nungsausfall während der Datenregenerierung stattfindet, ist es wahrscheinlich, dass zwei oder mehrere Cluster mit derselben Cluster-ID erscheinen. In einem derartigen Fall müssen die duplizierten Cluster beim Hochfahren der System­ energie bzw. -spannung wegen der Beschränkung entfernt wer­ den, dass die Duplizierung derselben Cluster-ID außer für FFh und OOh aufgehoben werden muss.

Somit werden die duplizierten Cluster beim Start des Systems überprüft, so dass das duplizierte Cluster mit dem Kopierflag FFh zerstört wird. Dies geschieht aus dem Grund, dass dann, wenn der Systemfehler vor der Löschung oder der Ungültigkeit der Daten auftritt, es schwierig ist den Punkt des Erreichens der Datenregenerierung zu bestimmen. Somit wird das Kopierziel, dessen Flag bei FFh aufrechterhalten wird, nach der Bestimmung der Kopierquelle zerstört, deren Kopierflag verändert worden ist (siehe Schritt ST5 von Fig. 3). Dies liegt daran, dass ein Aufrechterhalten der Kopier­ quelle es ermöglicht die Schwierigkeiten einer Datenverfäl­ schung zu vermeiden, welche das Schreiben unmöglich macht.

Wenn bei der Anordnung ein Fehler (Schreibfehler) wäh­ rend des Schreibens von Daten auftritt, ist es nötig, die Daten zu überschreiben. Um dies zu erreichen, werden zwei oder mehrere leere Cluster aufbereitet.

In diesem Fall wird die Idee des Clusters, in welchem der Schreibfehler auftritt, in eine ungültige Cluster-ID geändert, und es wird das Regenerierungsverfahren durch Er­ langen eines leeren Clusters durchgeführt. Da ein Flash-Lö­ schen des ungültigen Clusters manchmal dessen ursprüngli­ chen normalen Zustand wiederherstellen kann, wird der un­ gültige Cluster flash-gelöscht, wenn die Spannung einge­ schaltet wird oder das System nicht beschäftigt ist. Dies ist bei einem unerwarteten Fehler der Anordnung effektiv.

Fig. 5 zeigt ein Diagramm, welches eine Struktur von inneren Daten einer Anwendung veranschaulicht.

Der Cluster besteht aus n-Sektoren (n-Seiten). Die Seite 0 enthält einen Vorsatz, und die Seite 1 und die dar­ auffolgenden Seiten enthalten Datenbereiche. Die ersten vier Bytes der Seite 0 sind den Cluster-ID's und dem Ko­ pierflag zugewiesen, und die darauffolgenden 32 Bytes wer­ den zur Aufzeichnung einer Speicherseiteninformation ver­ wendet. Die Längen der zu schreibenden Daten sind durch das System vorherbestimmt und in dem System invariabel.

Fig. 6(a) veranschaulicht ein Verfahren zum Datenlesen. Die Anwendung liest entsprechend der Cluster-ID die Spei­ cherseiteninformation und erlangt die Seitennummer, d. h. den Sektor, in welchem die Daten gespeichert sind. Auf ein Erkennen, dass die Daten beispielsweise auf Seite x gespei­ chert sind, bezieht sich die Anwendung auf die Speicherort­ offsetinformation, die an der Anfangsposition der Seite x aufgezeichnet ist, um den Ort der Daten auf dieser Seite zu erfahren.

Dabei werden die Speicherseiteninformation und die Speicherortoffsetinformation unter Verwendung einer Bitta­ belle von 256 Bits oder 32 Bytes dargestellt. Die Bitwerte werden von 1 auf 0 jedesmal geändert, wenn der Sektor sei­ nen verwendeten Zustand ändert.

Was die Speicherseiteninformation anbelangt, so werden dann, wenn die Daten von Seite 1 bis Seite x beispielsweise gespeichert werden, die Bitwerte der Speicherseiteninforma­ tion von 1 auf 0 von dem LSB bis zu dem Bit x geändert, so dass die Gesamtzahl von 0-en den gespeicherten Seiten ent­ spricht.

Was demgegenüber die Speicherortoffsetinformation anbe­ langt, so entspricht jedes Byte in dem Datenbereich einem Bit der Speicherortoffsetinformation wie in Fig. 7 darge­ stellt. Somit wird jedesmal, wenn die Daten sequentiell von dem ersten Byte des Datenbereichs gespeichert werden, ein Bit der Speicherortoffsetinformation sequentiell von 1 auf 0 beginnend mit dem LSB geändert.

Mit einer derartigen Struktur kann die Anwendung aus der Gesamtzahl von 0 Bits in der Speicherseiteninformation die Seitenzahl erkennen, auf welcher die Daten gespeichert sind, und danach den Ort, auf den die Daten in dem Datenbe­ reich von der Anfangsposition an gespeichert worden sind, durch sequentielles Überprüfen der Bitwerte von dem LSB der Speicherortoffsetinformation erlangen. Wenn beispielsweise die Bitwerte von dem LSB bis zu dem 24. Bit der Speicherortoffsetinformation den Wert 0 besitzen, erkennt die Anwendung, dass die Daten von der Anfangsposition bis zu dem 24. Byte des Datenbereichs gespeichert worden sind.

Auf das Erkennen des endgültigen Orts der Daten liest die Anwendung die Daten von der ersten Adresse bis zu dem letzten Ort.

Fig. 8 zeigt ein Flussdiagramm, welches ein Daten­ schreibverfahren veranschaulicht. Auf das Erkennen des letzten Orts der Daten durch dasselbe Verfahren wie bei dem Datenlesen überprüft die Anwendung in dem Schritt ST11, ob irgendein leerer Bereich (nicht verwendeter Bereich) auf der Seite vorhanden ist oder nicht. Wenn ein leerer Bereich vorhanden ist, führt die Anwendung das Schreiben der ver­ langten Daten von dem Ort, welcher der letzten Position der vorausgehend gespeicherten Daten am nächsten ist, durch und aktualisiert die Speicherortoffsetinformation in dem Schritt ST12. Danach werden das Bit, welches dem Ort am nächsten zu der letzten Position der vorausgehend gespei­ cherten Daten entspricht, und die darauffolgenden Bits von 1 auf 0 geändert.

Wenn demgegenüber ein leerer Bereich nicht auf der der­ zeitigen Seite vorhanden ist, prüft die Anwendung in dem Schritt ST13, ob die nächste Seite in dem Cluster vorhanden ist. Wenn die nächste Seite vorhanden ist, prüft die Anwen­ dung entsprechend der Speicherortoffsetinformation der nächsten Seite in dem Schritt ST14, ob die nächste Seite leer ist oder nicht. Dies wird wegen unvollständiger Daten infolge eines Spannungsausfalls oder dergleichen durchge­ führt, der auftritt, während das Schreiben von Daten auf der nächsten Seite aufrechterhalten werden kann, und derar­ tige unvollständige Daten stellen eine Schwierigkeit dar zu verhindern, dass neue Daten geschrieben werden.

Wenn die nächste Seite leer ist, führt die Anwendung das Schreiben der geforderten Daten von der Anfangsposition des Datenbereichs an durch und aktualisiert die Speicherortoffsetinformation in dem Schritt ST15. Danach aktualisiert sie die Speicherseiteninformation in dem Schritt ST16, d. h. es wird das Bit entsprechend der näch­ sten Seite von 1 auf 0 geändert. Wenn die nächste Seite nicht leer ist, überprüft die Anwendung, ob die übernächste Seite leer ist oder nicht. Wenn die nächste Seite nicht vorhanden ist, führt die Anwendung die oben beschriebene Datenregenerierung in dem Schritt ST17 durch und führt das Schreiben der verlangten Daten von der Anfangsposition des Datenbereichs auf der ersten Seite des durch die Datenrege­ nerierung wiedererlangten nicht verwendeten Clusters durch.

Wie oben beschrieben ist die erste Ausführungsform der­ art gestaltet, dass dann, wenn die Anwendung die Daten­ schreibanforderung empfängt, ein Hinweis auf die Adressin­ formation eines leeren Bereichs erfolgt und die Daten in den leeren Bereich geschrieben werden. Dadurch wird es der Anwendung ermöglicht die Daten ohne ein Flash-Löschen des Clusters einschließlich eines leeren Bereichs zu schreiben, wodurch ein Vorteil dahingehend geboten wird, dass die An­ zahl von Überschreiboperationen des BGO-Flash-Speichers 11 erhöht wird.

Zweite Ausführungsform

Bei der ersten Ausführungsform werden die letzten Daten unmittelbar nach den vorausgehend geschriebenen Daten ge­ schrieben, wenn irgendein leerer Bereich in der derzeitigen Seite vorhanden ist. Mit anderen Worten, bei der ersten Ausführungsform ist auf der laufenden Seite ein Bereich zur Speicherung einer Mehrzahl von Daten reserviert, und es werden lediglich die letzten Daten gültig gemacht, welche zuletzt gespeichert worden sind. Dies ist jedoch nicht wei­ ter bemerkenswert. Beispielsweise kann wie in Fig. 9 darge­ stellt jeder Sektor (Seite) eine Mehrzahl von Datenblöcken enthalten, so dass die Anwendung Daten in die leeren Daten­ blöcke entsprechend den verwendeten Zustandsflags schreiben kann (Flag des aktiven Blocks der inneren Seite und Flag des verbrauchten Blocks der inneren Seite), welche in dem Vorsatz des Sektors (Seite) aufgezeichnet sind, um den ver­ wendeten Zustand der Datenblöcke anzuzeigen.

Fig. 9 zeigt ein Diagramm, welches eine Struktur der inneren Daten bei der Anwendung veranschaulicht.

Jede Seite des Clusters enthält einen Seitenvorsatz und eine Mehrzahl von Datenblöcken. Der Seitenvorsatz enthält eine Cluster-ID und ein Kopierflag an seiner Anfangspositi­ on, worauf ein aktives Flag einer inneren Seite von 3-Byte und ein "verbraucht"-Flag einer inneren Seite von 3-Byte folgen. Jeder Datenblock enthält eine Datenzahl von 1-Byte, eine Information des verwendeten Zustands des Datenbereichs von 1-Byte und einen Datenbereich von 8-Byte.

Fig. 10 zeigt ein Diagramm, welches Beziehungen zwi­ schen den Datenlücken und dem Flag des aktiven Blocks der inneren Seite und dem "verbraucht"-Flag der inneren Seite veranschaulicht. Der aktive Block kann durch die exlusive ODER-Operation zwischen den Flag des aktiven Blocks der in­ neren Seite und dem "verbraucht"-Flag der inneren Seite ge­ folgt von einem Suchen nach dem Datenblock erlangt werden, welcher dem resultierenden Wert 1 zugeordnet ist (Datenblock P in dem Beispiel von Fig. 10).

Das Datenlesen oder -schreiben wird unter Bestimmung einer der Daten-ID's durchgeführt, wobei 00h für eine ver­ brauchte Daten-ID und FFh für eine leere ID steht. Die ver­ bleibenden 254 Daten-ID's sind verfügbar, und die diesen ID's zugewiesenen Datenlängen können zwischen einem und acht Bytes liegen. Die Datenlänge kann in dem Programm nicht variiert werden.

Eine Zeigerbildungseinrichtung der Anwendung errichtet in dem RAM 13 einen Datenwiedererlangungszeiger, welcher den Ort eines Datenblocks zeigt, welcher die Daten spei­ chert. Der Zeiger hat die Seitennummer und die Blocknummer des Datenbereichs registriert. Wenn deren Inhalt aus dem RAM 13 wegen eines Abschaltens der Spannung oder derglei­ chen eliminiert worden ist, erfolgt eine Wiederherstellung in dem RAM 13 durch Suchen aller Datenbereiche beim Spannungs­ aufbau oder dergleichen.

Beim Lesen der Daten sucht die Anwendung den durch die Daten-ID gezeigten Datenblock und führt das Datenlesen ent­ sprechend dem verwendeten Zustand des Datenbereichs durch (vgl. Fig. 11).

Die acht Bits des verwendeten Zustands des Datenbe­ reichs, welche den acht Bytes des Datenbereichs entspre­ chen, zeigen einen verbrauchten Ort durch das Bit 0 an.

Fig. 12 zeigt ein Flussdiagramm, welches ein Anfangs­ programm zur Wiederherstellung der Datensuchzeiger auf den RAM 13 veranschaulicht.

Bei dem Anfangsprogramm bei dem Aufbauen der Spannung oder dergleichen sucht die Anwendung nach der Adresse eines verwendeten Clusters, und wenn auf jeder Seite ein Datenbe­ reich vorhanden ist, aktualisiert sie die Daten in dem Zei­ ger in den Schritten ST21-23.

Die derzeit auf der Seite verwendeten Daten werden durch Verweis auf die Flags des aktiven Blocks der inneren Seite und die Flags des verbrauchten Blocks der inneren Seite in den Vorsätzen der Seite wie bei dem Datenlesen er­ langt, da in den Blöcken zuviele Daten vorhanden sind.

Auf ein Wiederholen des obigen Verfahrens mit den Schritten ST24 und ST25 bis zur letzten Seite ist die Zei­ gerkonstruktion vollendet.

Fig. 13 zeigt ein Flussdiagramm, welches das Daten­ schreibverfahren der zweiten Ausführungsform veranschau­ licht.

Zuerst sucht die Anwendung einen Datenblock, in welchem deren Daten gespeichert sind, für einen leeren Bereich, und wenn irgendein leerer Bereich in dem Datenblock vorhanden ist, schreibt sie Daten in den leeren Bereich in den Schritten ST31 und ST32.

Wenn demgegenüber kein leerer Bereich in dem Datenblock vorhanden ist, erhebt die Anwendung in dem Schritt ST33 ei­ ne Entscheidung, ob sie einen neuen Datenblock erlangen kann oder nicht. Wenn die Anwendung einen neuen Datenblock erlangen kann, schreibt sie in dem Schritt ST34 ihre Daten- ID und Daten in den neuen Datenblock und schreibt in dem Schritt ST35 das Flag des aktiven Blocks der inneren Seite. Darüber hinaus schreibt die Anwendung das Flag des ver­ brauchten Blocks der inneren Seite der vorausgehenden Daten in dem Schritt ST36 und macht danach die Datenblock-ID der vorausgehenden Daten in dem Schritt ST37 ungültig. Wenn die Anwendung keinen neuen Datenblock erlangen kann, führt sie die Datenregenerierung und das Datenschreiben in dem Schritt ST38 durch.

Wie oben beschrieben ist die zweite Ausführungsform derart gestaltet, dass Daten in die leeren Bereiche des Da­ tenblocks unter Bezugnahme auf die Flags des verwendeten Zustands wie das Flag des aktiven Blocks der inneren Seite und das "verbraucht"-Flag der inneren Seite, welches den verwendeten Zustand der Datenblocks in dem Vorsatz jedes Sektors anzeigt, der eine Mehrzahl von Datenblöcken ent­ hält, in die leeren Bereiche geschrieben werden. Dies bie­ tet den Vorteil das Maximum von 254 Typen von Daten auf der Basis von einem Byte bis acht Bytes umzuschreiben.

Dritte Ausführungsform

Obwohl bei der ersten und zweiten Ausführungsform Daten in den BGO-Flash-Speicher 11 geschrieben werden, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die vorlie­ gende Erfindung kann ebenfalls auf irgendeinen Typ eines Flash-Speichers angewandt werden.

Vorstehend wurde eine Flash-Speichereinheit offenbart. Die Flash-Speichereinheit enthält einen Adressinformations­ speicher (11) und eine Datenschreibeinheit (14). Der Adressinformationsspeicher (11) registriert eine Adressin­ formation über leere Bereiche in einem Cluster bestehend aus einer Mehrzahl von Sektoren, und die Datenschreibein­ heit (14) schreibt im Ansprechen auf eine Datenschreiban­ forderung die Daten in wenigstens einen der leeren Bereiche entsprechend der Adressinformation über die leeren Berei­ che. Dadurch wird es ermöglicht eine Schwierigkeit eines herkömmlichen Flash-Speichers dahingehend zu lösen, dass die Anzahl von Takten bzw. das Zeitmaß beim Löschen des herkömmlichen Flash-Speichers auf etwa ein Zehntel der der Größe eines EEPROM beschränkt ist und daher nicht häufig Daten überschrieben bzw. umgeschrieben werden können.

Claims (15)

1. Flash-Speichereinheit mit:
einer Adressinformationsspeichereinrichtung (11) zur Speicherung einer Adressinformation über leere Bereiche in einem Cluster, welcher aus einer Mehrzahl von Sektoren be­ steht;
einer Datenschreibeinrichtung (14) zum Schreiben von Daten in wenigstens einen der leeren Bereiche entsprechend der Adressinformation über die leeren Bereiche im Anspre­ chen auf eine Datenschreibanforderung; und
einer Adressinformationsaktualisierungseinrichtung (14) zum Aktualisieren der Adressinformation, welche dem wenigstens einen leeren Bereich zugeordnet ist, in welchen die Daten geschrieben werden, nachdem die Datenschreibein­ richtung das Schreiben der Daten vollendet hat.

2. Flash-Speichereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Datenschreibeinrichtung (14) dann, wenn der Cluster keinen leeren Bereich enthält, die Daten in ei­ nen anderen nicht verwendeten Cluster schreibt und ein Flash-Löschen des Clusters ohne einen leeren Bereich durch­ führt.

3. Flash-Speichereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Datenschreibeinrichtung (14) ein Kopier­ flag des Clusters ohne einen leeren Bereich gültig macht, wenn die Daten in die anderen nicht verwendeten Cluster ge­ schrieben werden.

4. Flash-Speichereinheit nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch wenigstens einen nicht verwendeten Cluster neben Clustern, welche eine Anwendung verwenden kann.

5. Flash-Speichereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Datenschreibeinrichtung (14) dann, wenn ein Schreibfehler während des Schreibens von Daten in den leeren Bereich des Clusters oder in die anderen nicht ver­ wendeten Cluster auftritt, Daten in einen anderen Cluster schreibt und ein Flash-Löschen des Clusters durchführt, in dem der Schreibfehler auftritt.

6. Flash-Speichereinheit nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch zwei oder mehr nicht verwendete Cluster neben Clustern, welche eine Anwendung verwenden kann.

7. Flash-Speichereinheit nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine ID-Managementeinrichtung (14) zur Registrierung einer einzigen ID für jeden der Cluster, welche eine Anwen­ dung verwendet, und zur Registrierung von ID's für nicht verwendete Cluster, welche anzeigen, dass die nicht verwen­ deten Cluster verfügbar sind.

8. Flash-Speichereinheit nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die ID-Managementeinrichtung (14) dann, wenn ein Schreibfehler der Daten auftritt, eine ID registriert, welche anzeigt, dass der Cluster, in dem der Schreibfehler auftritt, unbeschreibbar ist.

9. Flash-Speichereinheit nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch drei oder mehr ID-Registrierungsbereiche zur Regi­ strierung derselben ID in einem Vorsatz jedes Clusters.

10. Flash-Speichereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Adressinformationsspeichereinrichtung (11) in einem Vorsatz jedes Clusters eine Bittabelle zum Anzeigen eines verwendeten Zustands eines Speichers wie die Adressinformation über die leeren Bereiche aufweist.

11. Flash-Speichereinheit nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Datenschreibeinrichtung (14) die Da­ ten unmittelbar nach den vorausgehenden Daten ohne Zwi­ schenraum schreibt.

12. Flash-Speichereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass jeder der Sektoren eine Mehrzahl von Daten­ blöcken enthält und die Datenschreibeinrichtung (14) die Daten in einen leeren Bereich eines der Datenblöcke ent­ sprechend einem Flag des verwendeten Zustands schreibt, der in einem Vorsatz jedes der Sektoren zur Anzeige eines ver­ wendeten Zustands der Datenblöcke registriert ist.

13. Flash-Speichereinheit nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Datenschreibeinrichtung (14) dann, wenn einer der Datenblöcke keinen leeren Bereich enthält, die Daten in einen leeren Bereich eines anderen Datenblocks schreibt.

14. Datenspeichereinheit nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Zeigerbildungseinrichtung (14) zur Bildung von Zeigern in einem flüchtigen Speicher zur Anzeige von Orten der Datenblöcke, welche die Daten speichern.

15. Verfahren zur Steuerung eines Flash-Speichers, mit den Schritten:
Speichern einer Adressinformation über leere Bereiche in einem Cluster eines Flash-Speichers, der aus einer Mehr­ zahl von Sektoren besteht;
Schreiben der Daten in wenigstens einen der leeren Be­ reiche entsprechend der Adressinformation über leere Berei­ che im Ansprechen auf eine Datenschreibanforderung; und
Aktualisieren der Adressinformation, die dem wenig­ stens einen Bereich zugeordnet ist, in welchen die Daten geschrieben werden.