JP2000132979A - フラッシュメモリを複数使用した外部記憶装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】書換え回数に制限のあるフラッシュメモリを使
用したデータ格納位置のローテーションをフラッシュメ
モリ間で行う外部記憶装置の長寿命化，アクセス高速化
を図る。 【解決手段】固定データと書換えデータを別々に格納
し、フラッシュメモリの管理領域にガベージコレクショ
ン回数を格納して、ローテーションの実行する時を判断
し、また固定データ，書換えデータの区別がつかないと
きでもフラッシュメモリ内の物理セクタの管理領域にデ
ータ書換え回数を格納することでデータ固定データと書
換えデータを区別する。

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、書換え回数に制限のあるメモリを使用した外
部記憶装置のデータの管理方式に係り、書換え回数の制
御を行い、外部記憶装置のアクセス高速化と長寿命化を
図る技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】最近、書換え回数に制限はあるが、電気
的に書換え可能な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５１２by
teから６４ｋbyteの大きさの消去ブロックの一括消去し
か行えず、書換え回数は１０⁴ から１０⁵ 回程度に制限
されている。

【０００３】即ち、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
に書換えるガベージコレクションが必要である。しか
し、消去ブロック単位でデータ消去をした場合、消去ブ
ロックの消去時間が長く、またその間は同一フラッシュ
メモリ内の他の消去ブロックにあるデータにはアクセス
ができない。そのためガベージコレクションをフラッシ
ュメモリ間で行いデータ消去とホストのアクセスを平行
実行可能とする方法がある。

【０００４】

【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とデータ消去
とホストのアクセスを平行実行可能とするため、フラッ
シュメモリすべての間でデータ書換えを行い、フラッシ
ュメモリ間でデータ格納位置ローテーションを行ってい
た。しかし書換えデータ以外にプログラムのような固定
データも格納位置のローテーションを行うため、フラッ
シュメモリ内の消去の必要のないデータまで消去を実行
することで、余計な消去回数が増え、また消去しないで
もよいデータも常にガベージコレクションを行うため外
部記憶装置内部で余計な動作が増えてしまい、ホストの
アクセスを受け付けるのが遅くなり、アクセス時間がか
かっていた。

【０００５】

【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、フラッシュメモリの消去回数低減に
よる長寿命化，データアクセス高速化を図る方法であ
る。

【０００６】そのため、本発明のフラッシュメモリ書換
え回数管理方式は、ホストとのインタフェースと、ホス
トのアクセスする論理セクタアドレスをフラッシュメモ
リのデータの記憶領域を表す物理セクタアドレスに変換
するマッピングテーブルと、実際にデータを記憶するフ
ラッシュメモリと、ＣＰＵ，プログラムを格納するＲＯ
Ｍ，ＣＰＵとマッピングテーブル，ホストインタフェー
ス，フラッシュメモリへのアクセスを制御する制御回
路，ホストインタフェース，ＣＰＵ，フラッシュメモリ
と制御回路の間で、データの送受信を行う制御用データ
バス，ＣＰＵバス，メモリデータバスを持つことを特徴
とする。

【０００７】

【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。

【０００８】図１は本発明によるフラッシュメモリを使
用した外部記憶装置のフラッシュメモリの状態のローテ
ーション図である。

【０００９】図１において、状態１の外部記憶装置の状
態では固定データ格納用フラッシュメモリ（フラッシュ
メモリ７ａ）は書換えの進まない固定データを格納して
おり、ホストの固定データアクセス時に固定データ格納
用フラッシュメモリ（フラッシュメモリ７ａ）にアクセ
スする。書換えデータ格納用フラッシュメモリ（フラッ
シュメモリ７ｂ）は書換えが行われるデータを格納して
おりデータ書換えを行うたびに書換え前の旧データを無
効にし、新しいデータを書き換える。書換えデータ格納
用フラッシュメモリが書換えデータが書込まれて空き領
域がなくなったら、ガベージコレクション用フラッシュ
メモリ（フラッシュメモリ７ｃ）に有効データのみを移
動するガベージコレクションを行うことを示す。

【００１０】状態２ではデータ書換え用フラッシュメモ
リ（フラッシュメモリ７ｂ）からガベージコレクション
用フラッシュメモリ（フラッシュメモリ７ｃ）にガベー
ジコレクションを行って有効データの移動終了後、デー
タ書換え用フラッシュメモリ（フラッシュメモリ７ｂ）
のデータの消去を行うことを示す。

【００１１】書換えデータ用フラッシュメモリ（フラッ
シュメモリ７ｂ）の消去中、及び消去終了後、ガベージ
コレクション用フラッシュメモリ（フラッシュメモリ７
ｃ）にホストはアクセスを行う。書換えデータ用フラッ
シュメモリ（フラッシュメモリ７ｂ）内の有効データは
ガベージコレクションによってガベージコレクション用
フラッシュメモリ（フラッシュメモリ７ｃ）に移動して
いるためリードアクセスが可能である。

【００１２】ガベージコレクション用フラッシュメモリ
（フラッシュメモリ７ｃ）には書換えデータ用フラッシ
ュメモリ（フラッシュメモリ７ｂ）の有効データのみが
移動しているため、ガベージコレクション用フラッシュ
メモリには無効なデータ分の空き領域が残っておりその
部分にフラッシュメモリデータのライトアクセスが可能
である。

【００１３】状態３でのフラッシュメモリの状態を説明
する。書換えデータ用フラッシュメモリ（フラッシュメ
モリ７ｂ）の消去終了後、書換えデータ用フラッシュメ
モリ（フラッシュメモリ７ｂ）をガベージコレクション
用フラッシュメモリに状態を変換し、またそれまでガベ
ージコレクション用フラッシュメモリだったフラッシュ
メモリ（フラッシュメモリ７ｃ）を書換えデータ用フラ
ッシュメモリに変換する。フラッシュメモリの状態の変
換はフラッシュメモリ管理領域のステータステーブルを
書き換えることによって実行される。

【００１４】新しく書換えデータ用フラッシュメモリと
なったフラッシュメモリ（フラッシュメモリ７ｃ）にホ
ストからデータが書込まれ空き領域がなくなったら、書
換えデータ用フラッシュメモリ（フラッシュメモリ７
ｃ）からガベージコレクション用フラッシュメモリ（フ
ラッシュメモリ７ｂ）へガベージコレクションを行う。
状態４でのフラッシュメモリの状態を説明する。一番最
初に書換えデータ用フラッシュメモリだったフラッシュ
メモリ（フラッシュメモリ７ｂ）から、一番最初にガベ
ージコレクション用フラッシュメモリであったフラッシ
ュメモリ（フラッシュメモリ７ｃ）へのガベージコレク
ション、ガベージコレクション後のデータ消去を１０２
４回繰り返す。この時、フラッシュメモリ７ｃからフラ
ッシュメモリ７ｂへのガベージコレクションは１０２３
回繰り返されている。

【００１５】状態５でのフラッシュメモリの状態を説明
する。書換えデータ格納用フラッシュメモリ（フラッシ
ュメモリ７ｂ）からガベージコレクション用フラッシュ
メモリ（フラッシュメモリ７ｃ）に、ガベージコレクシ
ョンが１０２４回繰り返された時点で、書換えデータの
データ消去を行う。

【００１６】状態６でのフラッシュメモリの状態を説明
する。書換えデータ用フラッシュメモリだったフラッシ
ュメモリ７ｂのデータ消去が終了すると、空きフラッシ
ュメモリ（フラッシュメモリ７ｄ）をガベージコレクシ
ョン用フラッシュメモリとし、また最初にガベージコレ
クション用フラッシュメモリであったフラッシュメモリ
７ｃを書換えデータ用フラッシュメモリとする。

【００１７】最初に書換えデータ用フラッシュメモリだ
ったフラッシュメモリ７ｂは、ガベージコレクション，
書換えデータのデータ消去終了後、固定データガベージ
コレクション用フラッシュメモリとなり、固定データ格
納用フラッシュメモリ（フラッシュメモリ７ａ）から固
定データを移動する。

【００１８】状態７でのフラッシュメモリの状態は最初
に固定データ格納用フラッシュメモリだったフラッシュ
メモリ７ａがデータ移動終了後、データ消去を行うこと
を示す。

【００１９】状態８でのフラッシュメモリの状態は固定
データ格納用フラッシュメモリだったフラッシュメモリ
（フラッシュメモリ７ａ）が空きフラッシュメモリとな
っていることを示す。

【００２０】ここで状態６から８までの固定データ用フ
ラッシュメモリだったフラッシュメモリ７ａから、新し
く固定データ用フラッシュメモリとなるフラッシュメモ
リ（フラッシュメモリ７ｂ）への固定データの移動、及
び旧固定データ用フラッシュメモリのデータ消去、消去
後の空きフラッシュメモリへの状態変換は、書換えデー
タ格納用フラッシュメモリ，ガベージコレクション用フ
ラッシュメモリの間で、ガベージコレクションをお互い
に行っている合間に行い、次のフラッシュメモリの状態
のローテーションする時点までに終了させる。

【００２１】即ち、書換えデータのガベージコレクショ
ンを１０２４回繰り返している間、固定データの書き換
えは１回しか行われていない。固定データの消去は最低
限に抑えられ、フラッシュメモリの消去回数低減につな
がる。また固定データの書き換えは１度しか行われない
ことからホストのアクセスも最低限ですみ、余計な動作
が減ることから、外部記憶装置自体のアクセス時間高速
化につながる。

【００２２】状態８のようにフラッシュメモリの状態が
入れ替わった時点でもガベージコレクション，データ消
去の動作を新しく書換えデータ用フラッシュメモリとな
ったフラッシュメモリ，ガベージコレクション用フラッ
シュメモリの間で繰り返す。書換えデータ用フラッシュ
メモリ，ガベージコレクション用フラッシュメモリ，固
定データ用フラッシュメモリ，空きフラッシュメモリ
は、書換えデータ用フラッシュメモリからガベージコレ
クション用フラッシュメモリへのガベージコレクション
が１０２４回行われる毎にデータを格納するフラッシュ
メモリの状態がローテーションされる。

【００２３】ローテーションを行っている間で消去回数
の差は最高で２０４８回である。フラッシュメモリの消
去回数の制限値が１０万回であるとすれば、この回数は
フラッシュメモリ消去回数制限値１０万回に対して約２
％以上大きくならず、フラッシュメモリを平均的に使用
できることとなり、またフラッシュメモリの消去回数に
対する寿命の点から考えた場合、どれかひとつのフラッ
シュメモリの消去回数が１０万回になった時に本発明の
外部記憶装置の寿命であり、この回数に達する時消去回
数が一番少ないフラッシュメモリの消去回数も９８００
０回以上に達しており、フラッシュメモリが有効に使用
されることを示す。

【００２４】図２は本発明によるフラッシュメモリを使
用した外部記憶装置を示す構成図である。

【００２５】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、ＣＰＵ２,マッピングテーブル３,ＲＯＭ４，
インタフェース５に制御信号を出す制御回路６と、固定
データを格納するフラッシュメモリ７ａと、書換えデー
タを格納するフラッシュメモリ７ｂと、ガベージコレク
ションでデータが移動されるフラッシュメモリ７ｃと、
空きフラッシュメモリである７ｄ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８と、インタ
フェースと制御回路を結ぶ制御用データバス９と、ＣＰ
Ｕ２，マッピングテーブル３，ＲＯＭ４でデータを送受
信するＣＰＵバス１０と、フラッシュメモリ７と制御回
路６の間でデータの送受信を行うメモリデータバス１１
と、制御回路６からフラッシュメモリ７へ信号を送るメ
モリ制御線１２と、ＣＰＵ２，制御回路６，マッピング
テーブル３，ＲＯＭ４間で信号を送受信する制御信号１
３からなる。

【００２６】ＲＯＭ４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。固定データを格納するフラッ
シュメモリ７ａ，書換えデータを格納するフラッシュメ
モリ７ｂ，ガベージコレクション用フラッシュメモリ７
ｃ，空きフラッシュメモリ７ｄはそれぞれ８Ｍbyteとす
る。

【００２７】図３，図４によって、フラッシュメモリの
構造、及び消去ブロック内の構造を示す。フラッシュメ
モリ２１は複数の消去ブロック２２をもち、更に各消去
ブロック２２を分割して複数の物理セクタ２３と、フラ
ッシュメモリ管理領域２４をもつ。フラッシュメモリ管
理領域はガベージコレクションやフラッシュメモリの状
態のローテーションを行う時にフラッシュメモリの状態
を格納するのに必要である。

【００２８】図７によってフラッシュメモリ管理領域２
４のデータの詳細を示す。フラッシュメモリＮo.は外部
記憶装置内の複数あるフラッシュメモリを区別するため
に格納し、同一フラッシュメモリ内ではフラッシュメモ
リＮo.の値は同じである。本発明における外部記憶装置
ではフラッシュメモリの状態がローテーションされるた
め、フラッシュメモリＮo.がない場合にもっとも古く消
去されたフラッシュメモリを判断するためにはフラッシ
ュメモリの消去回数とフラッシュメモリの状態から計算
を行う必要があり算出に時間がかかる。最初に消去され
たフラッシュメモリのフラッシュメモリＮo.で記憶する
ことによって、フラッシュメモリのもっとも古く消去さ
れたフラッシュメモリを簡単に見つけることが可能であ
る。フラッシュメモリステータステーブルは、フラッシ
ュメモリがどの状態のデータを格納するか判断するのに
役立つ。

【００２９】フラッシュメモリの状態には以下の１０通
りの状態がある。フラッシュメモリが最初に書換えデー
タ用フラッシュメモリである場合に、書換えデータ用フ
ラッシュメモリは書換えデータ格納中、もしくはガベー
ジコレクションを実行している場合では書換えデータが
移動されている最中の状態、書換えデータが消去されて
いる状態である。

【００３０】またガベージコレクション用フラッシュメ
モリにおいて、ガベージコレクション用フラッシュメモ
リは書換えデータ用フラッシュメモリからガベージコレ
クションを行う前のデータ待機状態，ガベージコレクシ
ョンを行ってデータが移動している最中のデータ移動状
態の状態がある。

【００３１】また固定データを格納しているフラッシュ
メモリから固定データが書込まれる固定データガベージ
コレクション用フラッシュメモリ，固定データを格納す
るフラッシュメモリ，固定データを固定データガベージ
コレクション用フラッシュメモリに移動している固定デ
ータ移動中フラッシュメモリ，固定データ用フラッシュ
メモリ消去の状態，空きフラッシュメモリである。

【００３２】フラッシュメモリ管理領域のステータステ
ーブルはデータ格納状態が換わる毎に書換えを行う。フ
ラッシュメモリは状態が変化すると今までフラッシュメ
モリ管理領域が書込まれていたすぐの次の空き領域にス
テータステーブルの書換えを行う。

【００３３】ガベージコレクション回数はガベージコレ
クションを書換えデータ用フラッシュメモリからガベー
ジコレクション、その後の消去を行った後、フラッシュ
メモリ管理領域を書き換えるたびにインクリメントす
る。ガベージコレクション回数が最初に書換えデータ用
フラッシュメモリであるフラッシュメモリのガベージコ
レクション回数が１０２４回となったらデータ格納位置
のローテーションを行う。ガベージコレクション回数は
データ格納位置のローテーション実行時に０にクリアす
る。新たにガベージコレクションを始める時に、ガベー
ジコレクション回数を１からインクリメントする。本発
明におけるフラッシュメモリ内のデータの格納位置を全
体でローテーションをするときに、ガベージコレクショ
ン回数を参照することによりフラッシュメモリの状態の
ローテーション実行時を決定する。フラッシュメモリ消
去回数はフラッシュメモリを消去し、消去後フラッシュ
メモリ管理領域を回復する時にインクリメントしてデー
タを書込む。フラッシュメモリは消去回数に制限がある
ため、消去回数による寿命管理のためにフラッシュメモ
リ消去回数を付加する。どれか一つのフラッシュメモリ
の消去回数がフラッシュメモリの寿命消去回数１０万回
に達したら本発明における外部記憶装置の寿命である。

【００３４】データ無効化フラグは管理領域が未使用の
場合の状態，使用中の状態，フラッシュメモリのステー
タスが変化し、スタータステーブルが書き換えられて旧
データを格納している状態の３状態を示す。

【００３５】本発明における外部記憶装置のフラッシュ
メモリは、フラッシュメモリの状態が消去を行うたびご
とでなく、フラッシュメモリのデータ格納状態によって
ステータスが変化するため、フラッシュメモリのステー
タステーブルの書き換えが必要である。例えばガベージ
コレクション用フラッシュメモリのデータ移動中の状態
であるフラッシュメモリは次の書換えデータ用フラッシ
ュメモリに状態が変化する。

【００３６】即ち、ステータステーブルもそれに伴って
書き換えが必要であるため新たなステータステーブルを
いままでフラッシュメモリ管理領域であった次の空き領
域にステータステーブルを書き換える。それまでのフラ
ッシュメモリの管理領域は無効であることからフラッシ
ュメモリ管理領域内のデータ無効化フラグをフラッシュ
メモリのステータステーブル無効に書き換える。

【００３７】また新たに書込まれたフラッシュメモリの
ステータステーブルが有効であることを示すためにも用
いられる。即ち、フラッシュメモリは、ステータステー
ブルと同時に書込まれたデータ無効化フラグがステータ
ステーブル有効を表しているステータステーブルにアク
セスすることによって状態がわかる。

【００３８】図８を用い、以下に一つのフラッシュメモ
リ７ｂに対してのフラッシュメモリのデータ格納状態と
ステータステーブルの流れの詳細を示す。最初にフラッ
シュメモリ７ｂは書換えデータ用フラッシュメモリデー
タ格納中のステータステーブルである。

【００３９】フラッシュメモリ７ｂはデータが書込まれ
ると、データを書込む空き領域がなくなるためガベージ
コレクション用フラッシュメモリであるフラッシュメモ
リ７ｃに有効データを移動するガベージコレクションを
行う。ガベージコレクション実行中、フラッシュメモリ
７ｂのステータステーブルは書換えデータ用フラッシュ
メモリデータ移動中のステータステーブルに書き換えら
れる。

【００４０】ガベージコレクションが終了すると、デー
タ消去を行うためフラッシュメモリ７ｂは書換えデータ
用フラッシュメモリデータ消去中のステータステーブル
となる。次にフラッシュメモリ７ｂの書換えデータの消
去が終了すると、フラッシュメモリ７ｂはガベージコレ
クション用フラッシュメモリになる。ガベージコレクシ
ョン用フラッシュメモリは書換えデータ用フラッシュメ
モリの有効データが移動される前ではデータ待ち状態と
なる。この時フラッシュメモリ７ｂのステータステーブ
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
待機中にステータステーブルを書き換える。

【００４１】外部記憶装置内の書換えデータ用フラッシ
ュメモリであるフラッシュメモリ７ｃからフラッシュメ
モリ７ｂに有効データが移動するガベージコレクション
が始まった時に、フラッシュメモリ７ｂのステータステ
ーブルはガベージコレクション用フラッシュメモリデー
タ移動中に書き換えられる。

【００４２】書換えデータ用フラッシュメモリであるフ
ラッシュメモリ７ｃのデータ消去が終了した時点で、そ
れまでガベージコレクション用フラッシュメモリだった
フラッシュメモリ７ｂは書換えデータ用フラッシュメモ
リのデータ格納中にステータスが書き換えられる。

【００４３】フラッシュメモリ７ｂがフラッシュメモリ
のデータの書き換え、ガベージコレクション，書換えデ
ータの消去を１０２４回繰り返した後、フラッシュメモ
リ７ｂは固定データ格納用フラッシュメモリ７ａからデ
ータが移動される固定データガベージコレクション用フ
ラッシュメモリにステータスを書き換え、今まで固定デ
ータを格納していた固定データ用フラッシュメモリであ
るフラッシュメモリ７ａから固定データのガベージコレ
クションを行う。

【００４４】今まで固定データ用フラッシュメモリであ
ったフラッシュメモリ７ａの、固定データのガベージコ
レクションと固定データの消去が終了すると、新たに固
定データを格納しているフラッシュメモリ７ｂは固定デ
ータ格納中フラッシュメモリとステータステーブルの書
き換えを行う。

【００４５】更にデータ格納位置のローテーションが実
行された場合、フラッシュメモリ７ｂは固定データを次
に固定データ格納用フラッシュメモリとなるフラッシュ
メモリ７ｃに固定データのガベージコレクションを行
う。次の固定データ格納用フラッシュメモリとなるフラ
ッシュメモリ７ｃに移動中のフラッシュメモリ７ｂのス
テータステーブルは固定データ移動中となる。

【００４６】固定データのガベージコレクションが終了
したらフラッシュメモリ７ｂは固定データの消去を行
う。この時フラッシュメモリ７ｂのステータステーブル
は固定データ消去中である。固定データの消去が終了し
たフラッシュメモリ７ｂは空きフラッシュメモリとなる
ため、終了した後管理領域のステータステーブルは新し
く空きフラッシュメモリであるステータステーブルが書
込まれる。

【００４７】空きフラッシュメモリは次のガベージコレ
クション用フラッシュメモリとなる。ステータステーブ
ルの状態はガベージコレクション用フラッシュメモリは
書換えデータ用フラッシュメモリの有効データが移動さ
れる前ではデータ待ち状態となる。この時フラッシュメ
モリ７ｂの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待機中にステータステーブ
ルを書き換えられる。外部記憶装置内の書換えデータ用
フラッシュメモリであるフラッシュメモリからフラッシ
ュメモリに有効データが移動するガベージコレクション
が始まった時に、フラッシュメモリのステータステーブ
ルはガベージコレクション用フラッシュメモリデータ移
動中に書き換えられる。

【００４８】図９にフラッシュメモリ７ｂのステータス
テーブル管理領域ステータステーブルの書き換えの状態
を示す。

【００４９】最初に書換えデータ格納中であった場合、
次のステータステーブルは書換えデータを移動している
書換えデータ用フラッシュメモリデータ移動中である。
この時ステータステーブルの書き換えを行うのみであ
る。データ移動が終了されると一度フラッシュメモリは
データの消去が行われる。データの消去をフラッシュメ
モリの消去ブロックごとに行っていくことにすると消去
している前後の消去ブロックにはフラッシュメモリ消去
中のステータスを書込むことが可能である。

【００５０】一番最初、もしくは最後に消去される消去
ブロックの消去中のステータスの表示はその消去ブロッ
クの次の消去ブロックのみ、もしくは前の消去ブロック
にフラッシュメモリの消去中であるステータスを書込む
ことで対応する。どれか一つのフラッシュメモリ内の消
去ブロックの管理領域がフラッシュメモリ消去中である
ことを示していればそのフラッシュメモリは消去中であ
る。

【００５１】消去終了直後のフラッシュメモリ（消去さ
れる消去ブロックの前にある消去ブロック）にはフラッ
シュメモリ管理領域のデータをすべて書込み、これから
消去されるすぐ後の消去ブロックの管理領域はステータ
ステーブルを書き換えるだけである。

【００５２】消去が終了するとガベージコレクション用
フラッシュメモリとなり書換えデータ用フラッシュメモ
リからガベージコレクションを行う前のデータ待機状態
となる。このときのフラッシュメモリ管理領域の書き換
えはステータステーブルのみの書き換えとなる。ただし
最後に消去された消去ブロックにおいてはフラッシュメ
モリ管理領域は一度も書込まれていないためフラッシュ
メモリ管理領域すべてのデータを書込む。

【００５３】その後、ガベージコレクションを行ってデ
ータが移動してくる最中のガベージコレクションデータ
移動状態にステータステーブルが変化する。フラッシュ
メモリ管理領域の書き換えはステータステーブルのみの
書き換えとなる。このフラッシュメモリはさらに書換え
データ用フラッシュメモリとなり、フラッシュメモリ管
理領域のステータステーブルは書換えデータ格納中フラ
ッシュメモリのステータステーブルになる。フラッシュ
メモリ管理領域の書き換えはステータステーブルのみの
書き換えとなる。書換えデータ用フラッシュメモリは、
ガベージコレクション用フラッシュメモリにガベージコ
レクションが１０２４回行われ、ステータステーブルも
それに伴って書き換えられる。

【００５４】データを消去するときフラッシュメモリ管
理領域のステータスは書換えデータ消去中を示す。デー
タ消去終了直後のフラッシュメモリ（消去される消去ブ
ロックの前にある消去ブロック）にはフラッシュメモリ
管理領域のデータをすべて書込み、これから消去される
すぐ後の消去ブロックの管理領域はステータステーブル
を書き換えるだけである。

【００５５】データ消去終了後、固定データガベージコ
レクション用フラッシュメモリと変化し、それに伴いス
テータステーブルも書き換えられる。この時もステータ
ステーブルのみの書き換えとなる。ただし最後に消去さ
れた消去ブロックにおいてはフラッシュメモリ管理領域
は一度も書込まれていないためフラッシュメモリ管理領
域すべてのデータを書込む。

【００５６】固定データのガベージコレクションが終了
すると固定データ用フラッシュメモリとなり、固定デー
タ格納用フラッシュメモリとステータステーブルは変化
する。この時もステータステーブルのみの書き換えとな
る。

【００５７】外部記憶装置自体での次のフラッシュメモ
リの状態のローテーションが起こるとフラッシュメモリ
７ｂのステータステーブルは、固定データの移動中を示
すステータステーブルに変化する。この時もステータス
テーブルのみの書き換えとなる。フラッシュメモリ７ｂ
の固定データの移動が終了すと固定データ用フラッシュ
メモリ消去の状態にステータステーブルは変化する。こ
の時も書換えデータ用フラッシュメモリの消去時と同様
に消去しているフラッシュメモリの前後のフラッシュメ
モリ管理領域にフラッシュメモリの消去中であるステー
タスを書込む。消去が終了したら空きフラッシュメモリ
となるためステータスは空きフラッシュメモリを示すス
テータステーブルに書き換えられる。この時も最後に消
去された消去ブロック以外はステータステーブルのみの
書き換えとなり、最後に消去された消去ブロックはフラ
ッシュメモリ管理領域のすべてのデータを書込む。

【００５８】図１０にデータ管理領域のステータステー
ブルの書換え方法を示す。例えば書換えデータ用フラッ
シュメモリは書換えデータ格納中から書換えデータを移
動している書換えデータ用フラッシュメモリデータ移動
中にステータステーブルは変化する。この時消去の動作
を伴わないため、ステータステーブルは新しく追記を行
う必要がある。また新しく追記されるステータステーブ
ルが有効であることを示すために、ステータステーブル
とは別にデータ無効化フラグも付加して追記しこの時の
データ無効化フラグは格納データが有効であることを示
す。それまでの管理領域が無効であることを示すために
前にかかれたフラッシュメモリ管理領域のステータステ
ーブルは無効を表すように書き換えを行う。

【００５９】次のフラッシュメモリの状態はデータ消去
の状態である。フラッシュメモリはそれまでのステータ
ステーブルを無効とするためにデータ無効化フラグをた
て、新しく書換えデータ消去中のステータステーブルを
書込む。この時もこのデータが有効であることを示すた
めにデータ無効化フラグを付加し、データ無効化フラグ
は有効であることを示す。ただしフラッシュメモリ消去
中をあらわすステータステーブルは消去中の消去ブロッ
クの前後の消去ブロックのフラッシュメモリ管理領域に
書込む。各消去ブロックにあるフラッシュメモリ管理領
域のステータステーブルのどれか一つが消去中であるこ
とを示していればそのフラッシュメモリはデータを消去
していることを示している。

【００６０】データ消去が終了すると次に、フラッシュ
メモリはガベージコレクション用フラッシュメモリとな
る。この時書換えデータが書込まれていなければフラッ
シュメモリの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待機中である。

【００６１】図５，図６によって物理セクタの構成図を
示す。物理セクタ２３はデータ格納領域２７とは別に、
物理セクタ管理領域２５が付加され、データの管理を行
う情報を記憶している。論理セクタ及び物理セクタはデ
ータ格納領域の５１２byte、管理領域分の３２byteの５
４４byte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。物
理セクタ管理領域２５はホストが実際にアクセスするア
ドレスである論理アドレスとデータ書換え回数と、論理
アドレス書込み終了判定フラグとデータ無効フラグを格
納する。

【００６２】データはフラッシュメモリに実際に格納さ
れている物理アドレスと、ホストが実際にアクセスを行
う論理アドセスが違うため、物理アドレスに格納されて
いるデータがどの論理アドレスを示すかを区別するため
に格納する。データ書換え回数はデータを書き換えるた
びにインクリメントしデータの書換え回数を格納する。
ただし書換え回数が多くなり６４ビット（８バイト）以
上になった場合は常に６４ビットで表せる最大値を書込
む。物理セクタの管理領域データのデータ書換え回数は
データローテーションを行う時に０クリアし、再度書き
換えを行うたびにインクリメントしてデータ書換え回数
を記憶する。

【００６３】論理アドレス書込み終了フラグはデータ書
込みが終了した時点でフラッシュメモリ初期値とは別の
値を書込み、データが最後まで書かれたことを判断す
る。データ無効フラグはデータの書き換えが行われて、
旧データとなった時にフラッシュメモリの初期値とは別
の値を書込み、物理セクタが無効になったことを示すフ
ラグである。

【００６４】以下に本発明における外部記憶装置のアク
セス方法を示す。ホストからデータ書込みが行われる時
は、ＣＰＵ２はインタフェース５，制御回路６を介して
データを受け、フラッシュメモリにデータ書換え用フラ
ッシュメモリには常にデータを追記型で物理セクタ管理
領域のデータ書換え回数をインクリメントして書込む。

【００６５】データ書込み終了後、旧データの物理セク
タ管理領域のデータ無効フラグを無効にし、マッピング
テーブル３の論理アドレスに対応する物理セクタアドレ
スを書込まれたデータの先頭物理アドレスに書き換え
る。ホストによりリードアクセス要求があった場合に
は、常にマッピングテーブルで論理アドレスから物理ア
ドレスに変換し、フラッシュメモリに対しデータアクセ
スを行う。

【００６６】ガベージコレクション中にホストのライト
アクセスが行われる場合には、ガベージコレクション用
フラッシュメモリにデータを格納する。ガベージコレク
ション中にホストのリードアクセスが行われる場合に
は、ガベージコレクションを行われる前でデータが書換
えデータ格納用フラッシュメモリに格納されているなら
ば書換えデータ格納用フラッシュメモリにリードアクセ
スを行い、ガベージコレクションを行い、ガベージコレ
クション用フラッシュメモリ７ｃにデータを移動した後
ならばガベージコレクション用フラッシュメモリ７ｃに
リードアクセスを行う。

【００６７】ガベージコレクションの処理を続けて書換
えデータ用フラッシュメモリ７ｂのフラッシュメモリ管
理領域２４のガベージコレクション回数が１０２４回と
なったらフラッシュメモリの状態のローテーションを行
う。書換えデータ用フラッシュメモリ７ｂからガベージ
コレクション用フラッシュメモリ７ｃへのガベージコレ
クションを優先して行い、固定データの移動はガベージ
コレクション回数が１０２４回に達するまでに終了させ
る。

【００６８】物理セクタ２３の物理セクタ管理領域２５
のデータ書換え回数が０でローテーション前に書換えデ
ータ用フラッシュメモリ７ｂに格納されていたデータ
は、データローテーション時にガベージコレクション用
フラッシュメモリ７ｃデータを移動してしまい、その後
それまで書換えデータ用フラッシュメモリでその後に固
定データ用フラッシュメモリに換わったフラッシュメモ
リにもう一度書き直し、それまでガベージコレクション
用フラッシュメモリ７ｃに書かれているデータを無効に
する。ホストのリード，ライトアクセスもガベージコレ
クション実行中と同様に行う。

【００６９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、書き換
えのおきない固定データと書換えデータを別々に格納
し、また一定回数以上書換えデータ用フラッシュメモリ
の消去が進まないとデータ格納位置のローテーションを
おこさないことで、ホストのアクセスを減らしデータア
クセス時間の高速化と、ガベージコレクションとデータ
消去を減らすことによりフラッシュメモリの消去回数低
減により外部記憶装置自体の長寿命化を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるデータを格納するフラッシュメ
モリのローテーション図。

【図２】本発明における外部記憶装置の構成図。

【図３】本発明において使用するフラッシュメモリの構
成図。

【図４】本発明において使用するフラッシュメモリの消
去ブロックの構成図。

【図５】本発明において使用するフラッシュメモリ消去
ブロック内の物理セクタの構成図。

【図６】本発明におけるフラッシュメモリ管理領域デー
タを示す図。

【図７】本発明における物理セクタ管理領域データを示
す図。

【図８】本発明におけるフラッシュメモリ７ｂのデータ
格納状態とステータステーブルの状態を示す図。

【図９】本発明におけるステータステーブルの書換え状
態を示す図。

【図１０】本発明におけるデータ管理領域ステータステ
ーブルの書換え方法。

【符号の説明】

１…ホスト、２…ＣＰＵ、３…マッピングテーブル、４
…ＲＯＭ、５…インタフェース、６…制御回路、７，２
１…フラッシュメモリ、８…インタフェース用データバ
ス、９…制御用データバス、１０…ＣＰＵバス、１１…
メモリデータバス、１２…メモリ制御線、１３…制御信
号、２２…消去ブロック、２３…物理セクタ、２４…フ
ラッシュメモリ管理領域、２５…物理セクタ管理領域、
２６…データ格納領域。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】消去回数に制限があり、実際にデータを書
   き込むための物理セクタより消去単位が大きいフラッシ
   ュメモリを複数用いた有効なデータのみを別の領域に書
   換えを行うガベージコレクションを、フラッシュメモリ
   間で行うことで、データ読み出し、書換えとデータ消去
   を同時に実行可能な外部記憶装置で、フラッシュメモリ
   を書換えのおきない固定データを格納する固定データ用
   フラッシュメモリ，換換えデータを格納する書換えデー
   タ格納用フラッシュメモリ，ガベージコレクションを行
   う時に有効なデータが移動されるガベージコレクション
   用フラッシュメモリ，空きフラッシュメモリとに分け
   て、書換えデータ用フラッシュメモリの空き領域がなく
   なったら、書換えデータ格納用フラッシュメモリからガ
   ベージコレクション用フラッシュメモリにガベージコレ
   クションを行い、ガベージコレクション終了後、書換え
   データ格納用フラッシュメモリのデータの消去を行い、
   固定データ格納用フラッシュメモリ，空きフラッシュメ
   モリでは消去を行わず、余計に有効なデータを消去しな
   いことでフラッシュメモリの長寿命化を図ることを特徴
   とするフラッシュメモリを複数使用した外部記憶装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の外部記憶装置において、書
   換えデータ格納用フラッシュメモリのガベージコレクシ
   ョンが終了したら、データ移動が行われたガベージコレ
   クション用フラッシュメモリを書換えデータ用フラッシ
   ュメモリとし、また書換えデータ格納用フラッシュメモ
   リのガベージコレクション後のデータ消去が終了したら
   次にガベージコレクション用フラッシュメモリとメモリ
   の状態を交換し、書換えデータ用フラッシュメモリとガ
   ベージコレクション用フラッシュメモリの状態の交換を
   繰り返し、固定データは消去せずに常に書換えデータの
   みのガベージコレクション実行可能であることを特徴と
   するフラッシュメモリを複数使用した外部記憶装置。
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、書換えデータ用フラッシュメモリとガベージコレク
   ション用フラッシュメモリの消去回数が一定回数以上を
   超えたら、フラッシュメモリを固定データ格納用フラッ
   シュメモリ，書換えデータ格納用フラッシュメモリ，ガ
   ベージコレクション用フラッシュメモリ，空きフラッシ
   ュメモリのフラッシュメモリの状態をローテーション
   し、データの消去が一個所のフラッシュメモリに集中し
   ないことでフラッシュメモリの消去回数の平均化を図
   り、さらに固定データの移動をデータローテーション時
   のみ行い、ガベージコレクションを減らすことによって
   ホストのアクセス時間を短縮し、外部記憶装置自体の長
   寿命化とアクセス時間短縮化を図ることを特徴とするフ
   ラッシュメモリを複数使用した外部記憶装置。
4. 【請求項４】請求項１から３のいずれか１項記載の外部
   記憶装置において、外部記憶装置がアクセスする単位デ
   ータ毎に管理用域を付加して書換え回数を登録し、最初
   は書換え回数が進まなく固定データ格納用フラッシュメ
   モリに格納されていたデータで、後から書換え回数が進
   むデータをデータ格納位置のローテーションを行う度に
   書換えデータ用フラッシュメモリにデータを移動し、ま
   た逆に最初に書換えデータ用フラッシュメモリに格納さ
   れていたデータで後から書換えが進まなくなったデータ
   はデータ格納位置のローテーションを行う度に書換えデ
   ータ用フラッシュメモリから固定データ用フラッシュメ
   モリにデータを移動できることを特徴とするフラッシュ
   メモリを複数使用した外部記憶装置。
5. 【請求項５】請求項１から４のいずれか１項記載の外部
   記憶装置において、最初に、固定データと書換えデータ
   の区別がつかない場合には、データを固定データ，書換
   えデータ関係なく空きフラッシュメモリ以外のフラッシ
   ュメモリにデータを格納し、ホストからのアクセスによ
   ってデータ書換えを行うたびにデータ書換え回数をイン
   クリメントし、書換え回数が一定回数以上ならば、書換
   えデータ用フラッシュメモリにデータを格納し、データ
   格納位置のローテーション実行時に、書換え回数が一定
   回数以下ならば、固定データ格納用フラッシュメモリに
   データを格納し、固定データ，書換えデータの区別なく
   データを格納できることを特徴とするフラッシュメモリ
   を複数使用した外部記憶装置。