JP2004038237A

JP2004038237A - Information processor and program therefor

Info

Publication number: JP2004038237A
Application number: JP2002190244A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Matsuoka; 松岡　弘樹; Tsutomu Nakayama; 中山　力; Hirotaka Ogura; 小倉　宏隆; ▲斎▼藤　昭彦; Akihiko Saito
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-02-05

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize an information processor capable of commonly using flash memory elements whose specifications are different, and efficiently performing file management by simple processing. <P>SOLUTION: The storage area of a flash memory is divided into a virtual sector 31 and a virtual cluster 32, so that the use of an FAT file system to be used for the file management of a hard disk device can be made available. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報処理装置およびプログラムに関し、特にフラッシュメモリのファイル管理方法を改良した情報処理装置およびプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
フラッシュメモリはＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｏｒｉｃａｌｌｙ　Ｅｒａｓａｂｌｅ　ａｎｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）の一種であるが、通常のＥＥＰＲＯＭが１バイトづつ消去を行うのに対して、ブロック単位または一括に消去できるように構成されているメモリである。データは比較的自由に繰り返し書き替えることができ、バックアップ電源を必要とせず、また構成が簡単なため、単位セル面積がＲＡＭよりも小さいという長所を有している。また、書き込み、消去回数も１０万回ぐらいは保証されている。さらに、記憶容量は数Ｍバイトから５１２Ｍバイトぐらいまで幅広いものがある。このため、パソコンなどのＢＩＯＳ（基本入出力システム）の記憶などに用いられているほか、オンボードメモリとしても広く用いられるようになってきている。
ところで、フラッシュメモリの素子は、メーカおよびその型番によってその仕様が異なっており、殊に記憶容量にともなって一度に転送できるデータの最大単位であるブロックサイズが異なるためにその違いに応じて制御の仕方、処理方法を変えなければならないという問題があった。
【０００３】
また、ファイルシステムは、ハードディスクなどの外部記憶装置上でファイルを管理する方式を意味しており、基本ソフトウェアであるＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）によって提供され、種々の種類のファイルの編成方法やそれに対するアクセス方法などを示していて、ハードディスク装置などに記憶されたデータを効率的に操作し、管理するための仕組みや体系を実現するものである。
しかし、仕様が異なるフラッシュメモリに共通に適用できる独自のファイルシステムを作成することは手間や作業工数がかかり、結果的に高価なものになってしまう。
【０００４】
一方、従来の情報記録装置でハードディスク装置上のファイル管理には、ＦＡＴ（Ｆｉｌｅ　Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ　Ｔａｂｌｅ　）ファイルシステムと呼ばれる管理方法が採られていた。ここでは次のようにデータ記録をしていた。
この方法では、ハードディスク装置の記録領域を複数のブロックと呼ばれるデータ格納領域に分割する。また、このブロックはさらに小データ格納領域である複数のクラスタに、さらに、このクラスタはさらに複数のセクタに分割される。情報記録装置へのアクセスの単位はこのセクタである。そうして、このブロックとクラスタをファイルアロケーションテーブル（ＦＡＴ）を用いて管理する。
図９に示すように、フォーマットされたディスクでのトラック２１をさらに分割した物理的な最小記録単位がセクタ２２である。ＦＡＴディスクファイルシステムでデータの書き込みと読み出しはセクタ２２単位で行われる。また、複数のセクタ２２をまとめた論理的な最小記録単位をクラスタと呼ぶ。セクタ２２はファイルを管理するための単位としては小さすぎるので、複数にまとめクラスタとすることでＯＳでの管理を容易にしている。このクラスタの使用状況を記憶するテーブルがＦＡＴである。
【０００５】
ＦＡＴの内容は対応するクラスタの使用状況を示し、使用中の場合はファイルが次のクラスタに続くかどうかなどの情報を含んでいる。セクタ２２の大きさ（セクタサイズ）は５１２バイトなどで、クラスタの大きさ（クラスタサイズ）はＭＳ−ＤＯＳでのＦＡＴでは１ｋバイト、ＭＳ−ＤＯＳ３．０から採用されたＦＡＴ１６では３２ｋバイト、Ｗｉｎｄｏｗｓ９５から採用されたＦＡＴ３２では４ｋバイトである。（Ｗｉｎｄｏｗｓは、米国Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの登録商標）クラスタサイズが大きいと管理やアクセスが容易になるが、大きすぎるとディスク装置のメモリ領域の利用効率は悪くなる。
【０００６】
さらに、セクタ、クラスタよりも大きなデータの論理的な単位としてブロックがある。ファイルを構成する１件のデータの集まりであるレコードをさらに幾つかまとめてブロックとして処理する。外部記憶装置、主メモリ、周辺装置へのデータの転送の際には、レコード単位ではなくブロック単位でデータを転送することで、入出力の回数を減らして効率を上げることができる。これは、外部記憶装置などからデータを読み込む速度が内部のメモリから読み込む速度に比べて遅い場合にとくに有効である。ディスク装置に記憶されたデータの消去もブロック単位で行われる。
【０００７】
ＦＡＴディスクファイルシステムでは、通常データの書き込みに際しては、論理アドレスに従ってファイルを管理するための表であるディレクトリの番号の小さい順にＦＡＴのクラスタ情報（データ格納領域の使用／未使用状態を記録したもの）を参照し、未使用であるデータ格納領域を検索する。次に当該未使用データ格納領域にデータを格納し、ディレクトリ構造とＦＡＴを更新する。
【０００８】
図１０は従来のディレクトリ構造を示す説明図である。図１１は従来のＦＡＴを示す説明図である。
図１０のディレクトリ構造には、ファイル名やファイルが管理されているＯＳの種類を表す拡張子、バイト数や作成日時を表す属性およびＦＡＴ上の開始位置を表すＦＡＴエントリなどが記録されている。図１１のＦＡＴには、そのクラスタファイルがどのクラスタに続くのか、あるいはそこで終了するのかを示す情報が記録されている。図１１ではクラスタアドレスが００２ｈ，００３ｈ，００４ｈ，００５ｈ，００８ｈ，００９ｈの６クラスタ使用のファイルと、クラスタアドレスが００６ｈ，００７ｈの２クラスタ使用のファイルが存在しそれぞれのＦＡＴエントリが００２ｈ，００６ｈと記録されている場合の例を示す。
【０００９】
データの書き込みに当たって未使用領域を探す場合、図１０のディレクトリから対応付けられたＦＡＴエントリを参照し、図１１のＦＡＴからクラスタ情報を参照する。図１２のフローチャートに示すように、もし、データ格納領域が未使用（すなわちクラスタ情報＝０）であれば、該当データ格納領域にデータを格納し、ＦＡＴのクラスタ情報を未使用（クラスタ情報＝０）から使用（クラスタ情報＝次クラスタ番号もしくは終了）に書き換える。さらに、ディレクトリ構造の書き換えを行う。ここで、ディレクトリ構造の書き換えは、ディレクトリ番号に割り当てられるＦＡＴエントリ（ＦＡＴ番号を示す）、ファイル名、拡張子等である。
一方、データ格納領域が使用中（クラスタ情報≠０）であれば、次のディレクトリについて上記の手順を繰り返す。ここで、検索順はディレクトリの小さい順に行う。また、ディレクトリ番号とＦＡＴエントリは固定した形になっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述のごとく、フラッシュメモリの素子は、メーカおよびその型番によってその仕様が異なっており、殊にそのブロックサイズが異なるため、使用する素子ごとに制御の仕方、処理方法を変えなければならないという問題がある。これを避けるような、異なる素子に共通に適用できる独自のファイルシステムを新しく作成するには、手間や作業工数がかかるという問題がある。
本発明は、比較的簡単な方法でこの問題を解決して、仕様の異なるフラッシュメモリ素子のいずれでも素子として選ぶことができ、かつ、簡単な処理でファイル管理を効率良く実現することができる情報処理装置の実現を課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明は、マイクロプロセッサなどの中央処理装置と、ＲＡＭとＲＯＭとフラッシュメモリとからなる情報記憶手段とを具備する情報処理装置において、前記フラッシュメモリの記憶領域を複数のデータ格納領域に分割し、さらに、このデータ格納領域を複数の小データ格納領域に分割し、各データ格納領域および各小データ格納領域の使用状況を管理テーブルで管理することを特徴とする。
【００１２】
これにより、その処理を変更することなくフラッシュメモリのファイル管理を、データ格納領域をブロック、小データ格納領域をクラスタと見なして、ＦＡＴファイルシステムで効率良く実現することができ、かつ、仕様の異なるフラッシュメモリ素子を共通な方法で管理することができる。また、管理テーブルを用いることで、ブロックの物理アドレス、そのブロックとそのブロック内の各クラスタの使用状況、ブロック内の各クラスタの物理アドレス、クラスタやブロックの良否を少ないメモリで管理することができる。
【００１３】
また、複数のデータ格納領域を有し、そのデータ格納領域の各々がさらに複数の小データ格納領域に分割される情報記録手段と、この情報記録手段の前記データ格納領域および小データ格納領域の各々の使用状況を記録する管理テーブルとを具備する情報処理装置に用いられるプログラムにおいて、データの書き込みに際し、前記管理テーブルから未使用のデータ格納領域を検索する手順と、前記検索された未使用のデータ格納領域にデータを格納する手順と、前記管理テーブルの前記データ格納領域使用情報および前記小データ格納領域使用情報とを更新する手順とを情報処理装置に実行させることを特徴とする。
本発明のプログラムにより、フラッシュメモリのファイル管理を、データ格納領域をブロック、小データ格納領域をクラスタと見なして、ＦＡＴファイルシステムで効率良く実現することができる。また、仕様の異なるフラッシュメモリ素子を共通な方法で管理することができる。管理テーブルを用いることで、ブロックの物理アドレス、そのブロックとそのブロック内の各クラスタの使用状況、ブロック内の各クラスタの物理アドレス、クラスタやブロックの良否を少ないメモリで管理することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる情報処理装置およびプログラムを添付図面を参照にして詳細に説明する。
【００１５】
図１に、本発明が用いられる情報処理装置の構成を示す。図１において、符号１はＣＰＵ、符号２はＲＡＭ、符号３はＲＯＭ、符号４はフラッシュメモリ、符号５はＩ／Ｏインターフェース、符号６はバスである。この構成でＲＡＭ２はＣＰＵ１のメインメモリとしての機能とアドレス管理テーブルなど全管理テーブルの記憶機能、ＲＯＭ３はデバイスドライバ、ＦＡＴ（Ｆｉｌｅ　Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ　Ｔａｂｌｅ　）ファイルシステムおよびユーザプログラムなどの記憶機能、フラッシュメモリ４はデータ記憶領域とシステム管理領域とクラスタ情報、不良ブロック情報などの記憶機能を分担すると共に、電源オフ時にＲＡＭ２上の管理テーブルを退避する機能を有する。これらハード部分と本発明の対応については順次発明の記述の中で説明することにする。
【００１６】
また、このフラッシュメモリファイルシステムを層構成的にイメージしたのが図２である。図２において、符号１１はＣＰＵ、符号１２はフラッシュメモリ、符号１３はアドレスバス、符号１４はデータバス、符号１５はデバイスドライバ、符号１６はファイルシステム、符号１７はユーザプログラムである。ハードウェア領域（物理領域）ではＣＰＵ１１と、フラッシュメモリ１２と、ＣＰＵ１１とフラッシュメモリ１２を結ぶアドレスバス１３およびデータバス１４で構成されており、ソフトウェア領域（論理領域）は、ＯＳと周辺機器（ここではフラッシュメモリ１２）とを仲介する周辺機器管理プログラムであるデバイスドライバ１５と、それに接続されるＦＡＴ（Ｆｉｌｅ　Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ　Ｔａｂｌｅ　）構成のファイルシステム１６およびユーザプログラム１７とで構成されている。このイメージはファイル媒体であるフラッシュメモリ１２をハードディスクに置き換えるとＭＳ−ＤＯＳなどで一般的に用いられているＦＡＴディスクファイルシステムと同等のものになる。デバイスドライバ１５とＦＡＴファイルシステム１６はユーザプログラム１７などと共にＲＯＭ３に記憶されている。
【００１７】
ところで、先にも述べたように、フラッシュメモリの素子は、メーカおよびその型番によってその記憶容量などの仕様が異なっており、記憶容量によってブロックとして扱えるデータのサイズ（ブロックサイズ）が異なるために、素子種類ごとにデバイスドライバは制御の仕方、処理方法を変えなければならないという問題が生じ、内部カウンタの作業が複雑になるなどの問題があった。
この問題を解決するために本発明ではブロックサイズの違いを仮想クラスタおよび仮想セクタを設けるという管理方法によって吸収するようにし、１ブロック当たりのクラスタ数を変更することで、記憶容量が５１２バイトの整数倍であれば、素子を選ばずにフラッシュメモリファイルシステムを構成、利用することができ、論理側からはブロックサイズを意識せずに、管理することができるようにした。例えば、ブロックサイズが３２ｋバイトの素子でも、ブロックサイズが６４ｋバイトの素子でもフラッシュメモリとして採用することができる。
【００１８】
図３に、本発明のフラッシュメモリファイルシステムでのメモリマップの実施例を示す。図３において、符号３１は仮想セクタ、符号３２は仮想クラスタ、符号３３は物理ブロックであり、符号３４は論理ブロックである。複数の仮想セクタ３１で仮想クラスタ３２を形成し、複数の仮想クラスタ３２で物理ブロック３３を分割するようにする。仮想クラスタ３２を形成する仮想セクタ３１の数は特に限定されるものではないが、素子のブロックサイズが余りなく仮想クラスタ３２に分割されることが望ましい。
【００１９】
この例では、ＦＡＴファイルシステムに合わせて、フラッシュメモリ素子のメモリ容量を５１２バイトづつに分割してこれを仮想セクタ３１とする。さらに２個の仮想セクタ３１で仮想クラスタ３２を構成し、物理ブロック３３は６４ｋバイトすなわち６４個の仮想クラスタ３２で構成している。さらに論理ブロック３４に対してこのような物理ブロック３３をアドレス管理テーブルで割り当てて物理ブロック３３を管理する。物理的な記憶、読出しなどの処理の最小単位はセクタであり、論理的な処理の最小単位はクラスタである。さらに、メモリの消去の単位はブロックである。
【００２０】
ＦＡＴファイルシステムでは、固定的にデータの先頭を論理クラスタのアドレス０から書き始める。デバイスドライバは後に述べるように、クラスタの情報、物理ブロック３３と論理ブロック３４との管理を行っている。ＦＡＴファイルシステムが新しい情報を論理クラスタのアドレス０から書き始めようとしたとき、すでに論理クラスタアドレス０に対応する仮想クラスタ３２に書き込み情報があってクラスタステータスが１の場合は、クラスタステータスが０の論理クラスタを探してデータを書き込む。クラスタステータスが１の論理クラスタに上書きする場合は、デバイスドライバは書き込み情報のない空き物理ブロック３３を見つけ、現在のブロックアドレスの物理ブロック３３の情報をこの物理ブロック３３に移し、上書きを行ってから、先の物理ブロック３３の記憶内容を消去し、アドレス管理テーブルのブロックアドレスを新しい物理ブロック３３のアドレスに書き換え、クラスタステータスを修正する。
このとき、論理ブロックアドレス０の情報が実際にどの物理ブロック３３に書き込まれているかをデバイスドライバはアドレス管理テーブルで管理していて、論理側アドレスと物理側アドレスの対応をとる。
アドレス管理テーブルは電源がオンされたとき、フラッシュメモリ（図１の４）から読み出されたクラスタ管理テーブルを基に、ＲＡＭ（図１の２）上に作成され、ＣＰＵ（図１の１）が動作中はＲＡＭ２上で動作し、電源がオフされたとき、クラスタ管理テーブルがフラッシュメモリ４に退避して保持される。
【００２１】
本発明では、このように仮想的にセクタとクラスタを設け、ＦＡＴファイルシステムを用いるという独自の方法を採用してフラッシュメモリファイルシステムを管理するようにしたので、ブロックサイズの異なるフラッシュメモリ素子を共通に用いることを可能にし、処理をとくに変更することなく、ディスク管理に広く用いられているＦＡＴファイルシステムをそのまま用いることができ、比較的簡単な処理で論理ブロックと物理ブロックの管理を効率良く実現することができる。
【００２２】
図４および図５にそって、本発明でのアドレス管理テーブルについて説明する。従来のこの種のアドレス管理テーブルの例では、例えば、図１０のように論理側アドレスと物理側アドレスの対応だけを示しているのが一般的である。しかし、本発明のアドレス管理テーブルでは、論理側アドレスと物理側アドレスの相互変換を行うための対照表の機能と、ブロックおよびクラスタの使用状況を示している。
図４はアドレス管理テーブルとその内容を示している。図４において、符号４１はアドレス管理テーブル、符号４２はアドレス管理テーブル４１の前半部分、符号４３はアドレス管理テーブル４１の後半部分である。また、図５はアドレス管理テーブル４１の後半部分４３のクラスタステータスと、物理ブロック上のクラスタアドレスの関係を示す図である。
【００２３】
アドレス管理テーブル４１は電源オン時にＲＡＭ２で作成されてデバイスドライバ１５で用いられる。図４で示すように、アドレス管理テーブル４１は論理ブロックの番号順に記載されている。アドレス管理テーブル４１の１ブロック分の中身は、ブロックステータス、ブロックアドレスを示す２バイトの前半部分４２と、クラスタステータスを示す８バイト、６４ビットの後半部分４３に別れている。
前半部分４２の２バイト１６ビットのうち、最上位１ビットはブロックステータスを表し、このブロックが使用されているか使用されていないかを示している。このブロックが一部でも使用されている場合は１、未使用の場合は０である。残りの１５ビットは物理ブロックのアドレス番号を示している。１５ビットであるため３２７６８ブロックにまで対応することができる。
【００２４】
データを書き込む場合、このアドレス管理テーブル４１を参照し、ブロックステータスが０の場合は、そのままそのブロックにデータを書き込む。ブロックステータスおよびクラスタステータスが１の場合は、新たに空き物理ブロックを所得し、その物理ブロックにもとのデータを移動し、該当するクラスタのデータを上書きし、前の物理ブロックは消去する。そうして、アドレス管理テーブル４１のブロックアドレスを新たに所得した物理ブロックのものとする。ただし、アドレス管理テーブル４１のブロックステータスは該当するブロックにデータが存在するため１のままであり、クラスタステータスももとからデータがあり、移動した部分と、新たにデータを書き込んだ部分は１である。
【００２５】
図６に、この間のこのアドレス管理テーブル４１の変化を示す。今、図６（ａ）のように該当の論理ブロックが物理ブロック０に対応しており、物理ブロック１が消去済みの空きブロックであったとする。この論理ブロックにデータを上書きする場合は、空きブロックの物理ブロック１に物理ブロック０にあるこの論理ブロックの上書き部分以外のデータを移し、さらに物理ブロック１の上書き該当部分に新しくデータを書き込み、図６（ｂ）のようにブロックアドレスを１にして物理ブロック０を消去する。ブロックを移動しても、データは残るのでブロックステータスは１のままである。
【００２６】
後半部分４３の８バイト６４ビットは、ブロックの中のクラスタの使用状況すなわちクラスタステータスを表し、図５に示すように、各ビット位置がそれぞれこのブロック内のクラスタの位置（アドレス）を表している。クラスタステータスのビットが１の場合はそのクラスタが使用されていることを、０の場合は未使用を示している。６４ビットあるので、１ブロック当たり６４クラスタまでに対応している。ＦＡＴファイルシステムからデータを書き込みにくる場合、クラスタステータスが０の場合はそのままデータを書き込み、クラスタステータスが１の場合は前のデータを消去してからデータを書き込む。
【００２７】
このように本発明では使用状況の表示を含めた独自の表示形式のアドレス管理テーブルを設けたので、データの書き込みに当り、ステータスが０の場合はそのままデータを書き込むことができ、従来のようにその都度必ずデータの消去を行ってから書き込みを行う必要がなくなり、その結果データの書き込み速度を早くすることができる。
また、ブロックやクラスタのステータスを１ビットで示しているので、ブロックのステータスと物理アドレスに２バイトと、そのブロック内の各クラスタのステータスに８バイトと、これらの情報を管理するために要するメモリサイズは、１ブロック当たり１０バイトで済むため、少ないメモリでフラッシュメモリを管理することができる。
【００２８】
例えば、記憶容量が２Ｍバイトで１ブロック６４ｋバイトのフラッシュメモリの管理に必要なアドレス管理テーブルのサイズは、

となる。
【００２９】
次にブロック内の論理クラスタと物理クラスタのアドレス管理と不良ブロックの管理を行うための処理について図７に沿って説明する。従来はセクタ、クラスタの良、不良は、セクタ、クラスタがそれぞれデーター領域内部に付加情報として持っていた。このため、そのセクタ、クラスタを読み出して初めて良否が判定でき、良否判定に手間がかかるという問題があった。
【００３０】
図７において、符号５１は物理セクタ、符号５２は物理クラスタ、符号５３は物理ブロック、符号５４−１および５４−２は１ブロック分のクラスタ管理テーブルである。クラスタ管理テーブル５４は論理クラスタアドレス順に物理クラスタアドレスとクラスタステータスという順に書かれている。物理クラスタアドレスはこの論理クラスタに対応する物理クラスタの先頭アドレスで表されている。この例においては“０１４０”、“０１４１”、…がそれに当たる。また、ここでのクラスタステータスはそのクラスタの良、不良を表し、良の場合は初期状態の“ＦＦＦＦ”で、不良の場合はそれ以外、例えば“Ｆ０ＦＦ”で表す。
【００３１】
クラスタに不良がある場合は、そのブロック全体が保証できず使えなくなるので、図７の下部に示したクラスタ管理テーブル５４−２のように、最初の欄は、物理クラスタのアドレスではなく、物理ブロック番号（この例では０００５）を示し、その後にそのブロックが不良であることを表す“Ｆ０ＦＦ”を表示する。さらに、他の部分は初期状態の“ＦＦＦＦ”にしておく。
このテーブル情報は電源オン時にフラッシュメモリの指定された管理領域からＲＡＭ２上に読み出されデバイスドライバ１５で用いられ、電源オフ時にはフラッシュメモリの管理領域に退避して保存される。
【００３２】
以上のように、本発明では、データ領域とは別に管理領域を設け、この領域でクラスタ管理テーブルを用いて論理クラスタと物理クラスタの対応を取るようにすると共に、同じテーブルでブロックの不良を管理する。これにより、従来では各クラスタおよび各セクタ内部に持っていた付加情報を、クラスタ情報管理セクタで管理することにより、１ブロックを複数クラスタ、複数セクタで余り無く使用することが可能になる。したがって、比較的容易にクラスタ、セクタの管理が行えると共に、ブロックの不良管理も同時に行うことができ、使用領域を少なくして効率的な管理が行える。また、良、不良の判定をブロック単位で行っているので、判定が容易でかつ高速に行える。
【００３３】
本発明でデータをフラッシュメモリに書き込む場合の処理のフローチャートを図８に示す。まず、ステップ１０１でデータの書き込みが新しい論理ブロックへの書き込みか、上書きかを判断する。上書きでない場合は、ステップ１０２でアドレス管理テーブル４１からブロックステータスが０の論理ブロックを探す。そうしてステップ１０３で探し出した論理ブロックのブロックアドレスを求め、その論理ブロックのブロックステータスとデータを書き込むクラスタのクラスタステータスを１にする。そうして、ステップ１０４で、このアドレスへデータを書き込み終了する。
ステップ１０１で上書きの場合は、ステップ１０５で空き物理ブロックを探して、空き物理ブロックが見つかれば、ステップ１０６で管理テーブルのブロックアドレスとクラスタステータスを上書き終了の場合に合わせて修正する。そうして、ステップ１０７で現在の物理ブロックの上書き部分を除いたデータをこの空き物理ブロックに書き込む。ステップ１０８で上書きするデータを書き込み、ステップ１０９で元の物理ブロックを消去して終了する。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によると、フラッシュメモリの記憶領域を仮想的なセクタ、仮想的なクラスタで分割してハードディスク装置に対応させたので、フラッシュメモリのファイル管理をその処理を変更することなくＦＡＴファイルシステムで効率良く実現することができ、かつ、仕様の異なるフラッシュメモリ素子を共通に管理することができる。また、管理テーブルを用いることで、ブロックの物理アドレス、そのブロックとそのブロック内の各クラスタの使用状況、ブロック内の各クラスタの物理アドレス、クラスタやブロックの良否を少ないメモリで管理することができ、効率的にファイル管理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が用いられる情報処理装置の構成を示す図。
【図２】本発明のフラシュメモリファイルシステムの層構成イメージを示す図。
【図３】本発明のフラシュメモリファイルシステムのメモリマップの一例を示す図。
【図４】本発明のアドレス管理テーブルの説明図。
【図５】本発明のアドレス管理テーブルの説明図。
【図６】本発明で上書きの場合のアドレス管理テーブル変化を示す説明図。
【図７】本発明のクラスタ管理テーブルの説明図。
【図８】本発明でのデータの書き込み方法を示すフローチャート。
【図９】ハードディスクの記録単位を示す説明図。
【図１０】従来のディレクトリ構造を示す説明図。
【図１１】従来のＦＡＴを示す説明図。
【図１２】従来のデータの書き込み手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１、１１　　ＣＰＵ
２　　ＲＡＭ
３　　ＲＯＭ
４、１２　　フラッシュメモリ
５　　Ｉ／Ｏインタフェース
６　　バス
１３　　アドレスバス
１４　　データバス
１６　　ファイルシステム
１７　　ユーザプログラム
２１　　トラック
２２　　セクタ
３１　　仮想セクタ
３２　　仮想クラスタ
３３、５３　　物理ブロック
３４　　論理ブロック
４１　　アドレス管理テーブル
４２　　前半部分
４３　　後半部分
５１　　物理セクタ
５２　　物理クラスタ
５４−１、５４−２　　クラスタ管理テーブル[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an information processing apparatus and a program, and more particularly to an information processing apparatus and a program in which a file management method of a flash memory is improved.
[0002]
[Prior art]
A flash memory is a type of EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory), but is a memory configured to be able to erase in block units or collectively, while a normal EEPROM erases one byte at a time. . Data can be rewritten relatively freely and repeatedly, does not require a backup power supply, and has a simple configuration, so that the unit cell area is smaller than that of a RAM. Also, the number of times of writing and erasing is guaranteed to be about 100,000 times. Further, the storage capacity is wide ranging from several Mbytes to about 512 Mbytes. For this reason, it is used not only for storing a BIOS (basic input / output system) of a personal computer or the like, but also for being widely used as an on-board memory.
By the way, flash memory elements have different specifications depending on the maker and the model number. In particular, since the block size, which is the maximum unit of data that can be transferred at one time, differs depending on the storage capacity, the control of the element depends on the difference. There was a problem that the method and processing method had to be changed.
[0003]
The file system means a method of managing files on an external storage device such as a hard disk, and is provided by an operating system (OS) which is basic software, and organizes various types of files and accesses the files. It shows a method and the like, and implements a mechanism and system for efficiently operating and managing data stored in a hard disk device or the like.
However, creating a unique file system that can be commonly applied to flash memories having different specifications requires time and labor, resulting in an expensive system.
[0004]
On the other hand, in a conventional information recording apparatus, a management method called a FAT (File Allocation Table) file system has been adopted for managing files on a hard disk device. Here, data recording was performed as follows.
In this method, the recording area of the hard disk device is divided into a plurality of data storage areas called blocks. This block is further divided into a plurality of clusters which are small data storage areas, and this cluster is further divided into a plurality of sectors. The unit of access to the information recording device is this sector. Then, the blocks and clusters are managed using the file allocation table (FAT).
As shown in FIG. 9, a physical minimum recording unit obtained by further dividing the track 21 on the formatted disk is a sector 22. Writing and reading of data in the FAT disk file system are performed in units of sector 22. A logical minimum recording unit in which a plurality of sectors 22 are collected is called a cluster. Since the sector 22 is too small as a unit for managing a file, a plurality of clusters are combined into a cluster to facilitate management by the OS. The table storing the usage status of the cluster is the FAT.
[0005]
The contents of the FAT indicate the use status of the corresponding cluster, and include information such as whether or not the file continues to the next cluster when in use. The size of the sector 22 (sector size) is 512 bytes or the like. The adopted FAT32 is 4 kbytes. (Windows is a registered trademark of Microsoft Corporation in the United States.) If the cluster size is large, management and access are easy, but if the cluster size is too large, the efficiency of using the memory area of the disk device deteriorates.
[0006]
Further, there is a block as a logical unit of data larger than a sector or a cluster. Records, which are collections of one piece of data constituting the file, are further collectively processed as a block. When data is transferred to an external storage device, a main memory, or a peripheral device, by transferring data not in units of records but in units of blocks, the number of input / output operations can be reduced and efficiency can be increased. This is particularly effective when the speed of reading data from an external storage device or the like is lower than the speed of reading data from an internal memory. Erasure of data stored in the disk device is also performed in block units.
[0007]
In the FAT disk file system, when writing normal data, FAT cluster information (recording the used / unused state of the data storage area) in ascending order of directory numbers, which is a table for managing files according to logical addresses To search for an unused data storage area. Next, data is stored in the unused data storage area, and the directory structure and FAT are updated.
[0008]
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a conventional directory structure. FIG. 11 is an explanatory diagram showing a conventional FAT.
In the directory structure of FIG. 10, a file name, an extension indicating the type of the OS in which the file is managed, an attribute indicating the number of bytes and creation date and time, and a FAT entry indicating a start position on the FAT are recorded. In the FAT of FIG. 11, information indicating which cluster the cluster file follows or the end of the cluster file is recorded. In FIG. 11, a file using six clusters with

cluster addresses

002h, 003h, 004h, 005h, 008h, and 009h, and a file using two clusters with

cluster addresses

006h and 007h exist, and their FAT entries are recorded as 002h and 006h. Here is an example of the case.
[0009]
When searching for an unused area when writing data, the corresponding FAT entry is referenced from the directory in FIG. 10 and the cluster information is referenced from the FAT in FIG. As shown in the flowchart of FIG. 12, if the data storage area is unused (that is, cluster information = 0), data is stored in the corresponding data storage area, and the FAT cluster information is unused (cluster information = 0). ) To use (cluster information = next cluster number or end). Further, the directory structure is rewritten. Here, the rewriting of the directory structure includes a FAT entry (indicating a FAT number) assigned to the directory number, a file name, an extension, and the like.
On the other hand, if the data storage area is in use (cluster information # 0), the above procedure is repeated for the next directory. Here, the search order is performed in ascending order of the directory. Further, the directory number and the FAT entry are fixed.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the flash memory elements have different specifications depending on the manufacturer and the model number. In particular, since the block size is different, there is a problem that the control method and the processing method must be changed for each element used. is there. In order to avoid this, creating a new unique file system that can be commonly applied to different elements has a problem that it takes time and labor.
The present invention solves this problem in a relatively simple manner, and can select any of flash memory elements having different specifications as an element, and can efficiently realize file management with simple processing. It is an object to realize a processing device.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides an information processing apparatus including a central processing unit such as a microprocessor, and information storage means including a RAM, a ROM, and a flash memory, wherein a plurality of storage areas of the flash memory are provided. The data storage area is divided into a plurality of small data storage areas, and each data storage area and the usage status of each small data storage area are managed by a management table.
[0012]
As a result, the file management of the flash memory can be efficiently realized by the FAT file system without changing the processing by regarding the data storage area as a block and the small data storage area as a cluster, and having different specifications. Flash memory elements can be managed in a common way. Further, by using the management table, it is possible to manage the physical address of the block, the use status of the block and each cluster in the block, the physical address of each cluster in the block, and the quality of the cluster or block with a small memory. .
[0013]
An information recording unit having a plurality of data storage areas, each of which is further divided into a plurality of small data storage areas; and each of the data storage area and the small data storage area of the information recording means. In a program used in an information processing apparatus having a management table for recording the use status of a data, a procedure for searching for an unused data storage area from the management table when writing data; The information processing apparatus may execute a procedure for storing data in a storage area and a procedure for updating the data storage area use information and the small data storage area use information in the management table.
According to the program of the present invention, the file management of the flash memory can be efficiently realized by the FAT file system by regarding the data storage area as a block and the small data storage area as a cluster. Further, flash memory elements having different specifications can be managed by a common method. By using the management table, it is possible to manage the physical address of the block, the usage status of the block and each cluster in the block, the physical address of each cluster in the block, and the quality of the cluster or block with a small memory.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an information processing apparatus and a program according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0015]
FIG. 1 shows a configuration of an information processing apparatus to which the present invention is applied. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a CPU, reference numeral 2 denotes a RAM, reference numeral 3 denotes a ROM, reference numeral 4 denotes a flash memory, reference numeral 5 denotes an I / O interface, and reference numeral 6 denotes a bus. In this configuration, the RAM 2 functions as a main memory of the CPU 1 and a storage function of all management tables such as an address management table, the ROM 3 stores a device driver, a storage function such as a FAT (File Allocation Table) file system and a user program, and the flash memory 4 stores data. It has a storage area, a system management area, a storage function for cluster information, bad block information, and the like, and a function of saving a management table on the RAM 2 when the power is turned off. The correspondence between these hardware parts and the present invention will be described later in the description of the invention.
[0016]
FIG. 2 illustrates this flash memory file system in a layered structure. In FIG. 2, reference numeral 11 denotes a CPU, reference numeral 12 denotes a flash memory, reference numeral 13 denotes an address bus, reference numeral 14 denotes a data bus, reference numeral 15 denotes a device driver, reference numeral 16 denotes a file system, and reference numeral 17 denotes a user program. The hardware area (physical area) includes a CPU 11, a flash memory 12, an address bus 13 and a data bus 14 connecting the CPU 11 and the flash memory 12, and the software area (logical area) includes an OS and peripheral devices (here, The device comprises a device driver 15 which is a peripheral device management program that mediates with the flash memory 12), and a file system 16 and a user program 17 having a FAT (File Allocation Table) configuration connected thereto. This image becomes equivalent to a FAT disk file system generally used in MS-DOS or the like when the flash memory 12 as a file medium is replaced with a hard disk. The device driver 15 and the FAT file system 16 are stored in the ROM 3 together with the user program 17 and the like.
[0017]
By the way, as described above, flash memory elements have different specifications such as storage capacity depending on the manufacturer and the model number, and the size of data (block size) that can be handled as a block differs depending on the storage capacity. There is a problem that the device driver needs to change the control method and the processing method for each element type, and the operation of the internal counter becomes complicated.
In order to solve this problem, in the present invention, the difference in block size is absorbed by a management method of providing a virtual cluster and a virtual sector, and the number of clusters per block is changed so that the storage capacity is an integer of 512 bytes. If it is twice, the flash memory file system can be configured and used without selecting the element, and it can be managed from the logic side without being aware of the block size. For example, an element having a block size of 32 kbytes or an element having a block size of 64 kbytes can be adopted as a flash memory.
[0018]
FIG. 3 shows an embodiment of a memory map in the flash memory file system of the present invention. In FIG. 3, reference numeral 31 denotes a virtual sector, reference numeral 32 denotes a virtual cluster, reference numeral 33 denotes a physical block, and reference numeral 34 denotes a logical block. A virtual cluster 32 is formed by a plurality of virtual sectors 31, and a physical block 33 is divided by the plurality of virtual clusters 32. Although the number of the virtual sectors 31 forming the virtual cluster 32 is not particularly limited, it is preferable that the virtual cluster 32 is divided into the virtual clusters 32 with no excessive block size of the elements.
[0019]
In this example, according to the FAT file system, the memory capacity of the flash memory device is divided into 512 bytes, and this is used as a virtual sector 31. Further, a virtual cluster 32 is constituted by two virtual sectors 31, and a physical block 33 is constituted by 64 kbytes, that is, 64 virtual clusters 32. Further, such a physical block 33 is assigned to the logical block 34 in the address management table, and the physical block 33 is managed. The minimum unit of processing such as physical storage and reading is a sector, and the minimum unit of logical processing is a cluster. Further, the unit of erasing of the memory is a block.
[0020]
In the FAT file system, the head of data is fixedly written from address 0 of the logical cluster. The device driver manages the cluster information and the physical block 33 and the logical block 34 as described later. When the FAT file system attempts to start writing new information from the logical cluster address 0, if there is already write information in the virtual cluster 32 corresponding to the logical cluster address 0 and the cluster status is 1, the cluster status is 0. Search for logical cluster and write data. When overwriting a logical cluster with a cluster status of 1, the device driver finds a free physical block 33 having no write information, transfers the information of the physical block 33 of the current block address to this physical block 33, and performs overwriting. Then, the storage contents of the previous physical block 33 are deleted, the block address of the address management table is rewritten to the address of the new physical block 33, and the cluster status is corrected.
At this time, the device driver manages in which physical block 33 the information of the logical block address 0 is actually written in the address management table, and associates the logical side address with the physical side address.
When the power is turned on, the address management table is created on the RAM (2 in FIG. 1) based on the cluster management table read from the flash memory (4 in FIG. 1), and the CPU (1 in FIG. 1). Operates on the RAM 2 during operation, and when the power is turned off, the cluster management table is evacuated and held in the flash memory 4.
[0021]
In the present invention, a flash memory file system is managed by adopting a unique method of providing a virtual sector and a cluster and using the FAT file system as described above. The FAT file system widely used for disk management can be used as it is without any change in processing, and logical blocks and physical blocks can be efficiently managed with relatively simple processing. can do.
[0022]
An address management table according to the present invention will be described with reference to FIGS. In a conventional example of this type of address management table, for example, as shown in FIG. 10, for example, only the correspondence between the logical side address and the physical side address is generally shown. However, the address management table of the present invention shows the function of a comparison table for performing mutual conversion between the logical side address and the physical side address, and the use status of blocks and clusters.
FIG. 4 shows the address management table and its contents. 4, reference numeral 41 denotes an address management table, reference numeral 42 denotes a first half of the address management table 41, and reference numeral 43 denotes a second half of the address management table 41. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the cluster status of the latter half 43 of the address management table 41 and the cluster address on the physical block.
[0023]
The address management table 41 is created in the RAM 2 when the power is turned on, and is used by the device driver 15. As shown in FIG. 4, the address management table 41 is described in the order of logical block numbers. The contents of one block of the address management table 41 are divided into a first half 42 of 2 bytes indicating a block status and a block address, and a second half 43 of 8 bytes and 64 bits indicating a cluster status.
The most significant one bit of the two bytes 16 bits of the first half 42 indicates a block status, and indicates whether this block is used or not used. The value is 1 when this block is partially used, and 0 when not used. The remaining 15 bits indicate the address number of the physical block. Since it is 15 bits, it can correspond to 32768 blocks.
[0024]
When writing data, the address management table 41 is referred to, and when the block status is 0, the data is written to the block as it is. When the block status and the cluster status are 1, a new free physical block is obtained, the original data is moved to the new physical block, the data of the corresponding cluster is overwritten, and the previous physical block is erased. Then, the block address in the address management table 41 is assumed to be that of the newly acquired physical block. However, the block status of the address management table 41 remains 1 because data exists in the corresponding block, and the cluster status also has data from the beginning, and the moved part and the newly written data are one. is there.
[0025]
FIG. 6 shows changes in the address management table 41 during this time. Now, it is assumed that the relevant logical block corresponds to the physical block 0 and the physical block 1 is an erased empty block as shown in FIG. When overwriting data in this logical block, data other than the overwritten portion of this logical block in physical block 0 is transferred to physical block 1 of a free block, and new data is written in the overwritten portion of physical block 1 and new data is written. As shown in FIG. 6B, the block address is set to 1 and the physical block 0 is erased. Even if a block is moved, the block status remains 1 because data remains.
[0026]
The 64 bytes of 8 bytes in the latter half 43 indicate the use status of the cluster in the block, that is, the cluster status. As shown in FIG. 5, each bit position indicates the position (address) of the cluster in this block. . When the bit of the cluster status is 1, it indicates that the cluster is used, and when it is 0, it indicates that it is not used. Since there are 64 bits, one block corresponds to up to 64 clusters. When writing data from the FAT file system, if the cluster status is 0, the data is written as it is. If the cluster status is 1, the previous data is erased before writing the data.
[0027]
As described above, in the present invention, the address management table in a unique display format including the display of the use status is provided, so that when writing the data, when the status is 0, the data can be written as it is. In each case, it is not necessary to perform writing after erasing data, so that the data writing speed can be increased.
Also, since the status of a block or cluster is indicated by one bit, the status of the block and the physical address are 2 bytes, the status of each cluster in the block is 8 bytes, and a memory required for managing these information. Since the size is only 10 bytes per block, the flash memory can be managed with a small amount of memory.
[0028]
For example, the size of an address management table required for managing a flash memory having a storage capacity of 2 Mbytes and a block of 64 Kbytes is as follows.

It becomes.
[0029]
Next, processing for managing addresses of a logical cluster and a physical cluster in a block and managing a bad block will be described with reference to FIG. Conventionally, sectors and clusters have good or bad sectors and clusters as additional information in the data area. For this reason, there is a problem that the pass / fail can be determined only by reading the sector and the cluster, and the pass / fail determination takes time.
[0030]
7, reference numeral 51 denotes a physical sector, reference numeral 52 denotes a physical cluster, reference numeral 53 denotes a physical block, and reference numerals 54-1 and 54-2 denote a cluster management table for one block. The cluster management table 54 is written in the order of the physical cluster address and the cluster status in the order of the logical cluster address. The physical cluster address is represented by the head address of the physical cluster corresponding to this logical cluster. In this example, “0140”, “0141”,. Also, the cluster status here indicates good or bad of the cluster. If good, the initial status is "FFFF", and if bad, the status is otherwise "F0FF".
[0031]
If there is a defect in the cluster, the entire block cannot be guaranteed and cannot be used. Therefore, as shown in the cluster management table 54-2 shown in the lower part of FIG. 7, the first column is not the physical cluster address but the physical block. A number (0005 in this example) is shown, followed by "F0FF" indicating that the block is defective. Further, the other parts are set to “FFFF” in the initial state.
This table information is read out from the designated management area of the flash memory onto the RAM 2 when the power is turned on, and is used by the device driver 15, and is saved in the management area of the flash memory when the power is off.
[0032]
As described above, in the present invention, a management area is provided separately from the data area, and in this area, correspondence between logical clusters and physical clusters is established using a cluster management table, and block defects are managed using the same table. I do. As a result, the additional information conventionally held in each cluster and each sector is managed by the cluster information management sector, so that one block can be used by a plurality of clusters and a plurality of sectors. Therefore, the cluster and the sector can be managed relatively easily, and the defect management of the block can be performed at the same time, so that the used area can be reduced and the efficient management can be performed. In addition, since the determination of good or bad is made in block units, the determination can be made easily and at high speed.
[0033]
FIG. 8 shows a flowchart of a process for writing data to a flash memory according to the present invention. First, in step 101, it is determined whether data writing is writing to a new logical block or overwriting. If it is not overwriting, a logical block with a block status of 0 is searched from the address management table 41 in step 102. Then, the block address of the logical block found in step 103 is obtained, and the block status of the logical block and the cluster status of the cluster in which data is written are set to 1. Then, in step 104, the data is written to this address, and the process ends.
In the case of overwriting in step 101, a free physical block is searched in step 105, and if a free physical block is found, the block address and cluster status of the management table are corrected in step 106 according to the case of overwriting end. Then, in step 107, data excluding the overwrite portion of the current physical block is written to this free physical block. In step 108, the data to be overwritten is written, and in step 109, the original physical block is erased, and the process ends.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the storage area of the flash memory is divided into virtual sectors and virtual clusters to correspond to the hard disk device. It can be efficiently realized by the FAT file system, and the flash memory devices having different specifications can be managed in common. In addition, by using the management table, it is possible to manage the physical address of the block, the usage status of the block and each cluster in the block, the physical address of each cluster in the block, and the quality of the cluster or block with a small memory. Thus, file management can be performed efficiently.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an information processing apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram showing a layer configuration image of a flash memory file system of the present invention.
FIG. 3 is a view showing an example of a memory map of the flash memory file system of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of an address management table according to the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of an address management table according to the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a change in an address management table in the case of overwriting in the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a cluster management table according to the present invention.
FIG. 8 is a flowchart showing a data writing method according to the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing recording units of a hard disk.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a conventional directory structure.
FIG. 11 is an explanatory view showing a conventional FAT.
FIG. 12 is a flowchart showing a conventional data writing procedure.
[Explanation of symbols]
1,11 CPU
2 RAM
3 ROM
4,12 flash memory
5 I / O interface
6 bus
13 Address bus
14 Data bus
16 File System
17 User program
21 tracks
22 sectors
31 virtual sectors
32 virtual clusters
33, 53 physical block
34 Logical Block
41 Address Management Table
42 First half
43 Second half
51 physical sectors
52 Physical Cluster
54-1 and 54-2 Cluster Management Table

Claims

In an information processing apparatus including a central processing unit such as a microprocessor and an information storage unit including a RAM, a ROM, and a flash memory,
The storage area of the flash memory is divided into a plurality of data storage areas, and the data storage area is further divided into a plurality of small data storage areas. An information processing device characterized by management.

The management table indicates a logical address and a corresponding physical address for each of the data storage areas, furthermore, data storage area use information indicating a use state of the data storage area, and information of each small data storage area in the data storage area. 2. The information processing apparatus according to claim 1, further comprising small data storage area use information indicating a use state.

3. The information processing apparatus according to claim 2, wherein the data storage area use information and the small data storage area use information are each represented by one bit.

Provide a small data storage area management table indicating the logical address of each of the small data storage areas in the data storage area and the corresponding physical address,
If the small data storage area management table includes small data storage area information indicating that the small data storage area is not defective, and if the small data storage area is defective, the entire data storage area is regarded as defective. 2. The information processing apparatus according to claim 1, wherein a physical address of the data storage area and data storage area defect information are included in place of the physical address of the small data storage area.

Information recording means having a plurality of data storage areas, each of which is further divided into a plurality of small data storage areas; and use of each of the data storage area and the small data storage area of the information recording means. In a program used in an information processing apparatus having a management table for recording a situation,
A step of retrieving an unused data storage area from the management table when writing data;
Storing data in the searched unused data storage area;
Updating the data storage area use information and the small data storage area use information in the management table.