JP2005190288A - メモリコントローラ及びメモリコントローラを備えるフラッシュメモリシステム、並びに、フラッシュメモリの制御方法 - Google Patents

メモリコントローラ及びメモリコントローラを備えるフラッシュメモリシステム、並びに、フラッシュメモリの制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 新たなデータ(書替後のデータ)が書込まれているブロックと、古いデータ(書替前のデータ)が書込まれているブロックが並存した場合に、いずれのブロックに書込まれているデータが最新のデータ(有効なデータ)であるかを判断できるようにしたメモリコントローラ及びメモリコントローラを備えるフラッシュメモリシステム、並びに、フラッシュメモリの制御方法を提供する。
【解決手段】 フラッシュメモリに対するアクセスを制御するアクセス制御機能と、ホストシステム側から与えられる論理ブロックアドレスと、フラッシュメモリ内の物理ブロックアドレスの対応関係を管理するアドレス管理機能と、フラッシュメモリの冗長領域に新旧識別情報を記述する新旧識別情報設定機能と、同一の論理ブロックアドレスに対応する最新のデータが書込まれているブロックを、前記新旧識別情報に基づいて識別する新旧識別機能を備える。
【選択図】図7

Description

本発明は、メモリコントローラ及びメモリコントローラを備えるフラッシュメモリシステム、並びに、フラッシュメモリの制御方法に関する。
近年、メモリカードやシリコンディスクなどのメモリシステムに用いられる半導体メモリとして、フラッシュメモリが用いられることが多い。このフラッシュメモリは不揮発性メモリの一種であり、電源が投入されているか否かに関わらず、データが保持されていることが要求される。
ところで、上記のような装置に特に用いられることが多いNAND型フラッシュメモリは、メモリセルを消去状態(論理値の「1」)から書込状態(論理値の「0」)に変化させる場合には、メモリセル単位で行うことができるが、メモリセルを書込状態(論理値の「0」)から消去状態(論理値の「1」)に変化させる場合には、メモリセル単位で行うことができず、複数のメモリセルからなる所定の消去単位(ブロック)でしかこれを行うことができない。かかる一括消去動作は、一般的にブロック消去と呼ばれている。
従って、NAND型フラッシュメモリで、データの書替を行なう場合には、ブロック消去されている消去済ブロックに新たなデータ(書替後のデータ)を書込み、古いデータ(書替前のデータ)が書込まれていたブロックを消去するという処理が一般的に行なわれている。このようにしてデータを書替える場合、書替後のデータは書替前と異なるブロックに書込まれるため、ホストシステム側から与えられる論理ブロックアドレスと、フラッシュメモリ内での物理ブロックアドレスの対応関係は、データを書替える毎に動的に変化する。従って、フラッシュメモリシステム(フラッシュメモリを用いたメモリシステム)では、この対応関係に関する情報を保持しておかなければならない。
上述のような理由により、一般的なフラッシュメモリシステムでは、データを書込んだブロックの冗長領域に、書込んだデータに対応する論理ブロックアドレスを書込み、この情報に基づいて論理ブロックアドレスと物理ブロックアドレスの対応関係を管理している。このような管理は、例えば、特許文献1(特開平10−124384)に示されている。又、フラッシュメモリにアクセスする際に使用されているアドレス変換テーブル(論理ブロックアドレスと物理ブロックアドレスの対応関係を示すテーブル)は、冗長領域に書込まれている論理ブロックアドレスを参照して作成される。
特開平10−124384号公報
上述のようにデータの書替処理では、ブロック消去されている消去済ブロックに新たなデータ(書替後のデータ)を書込み、その後、古いデータ(書替前のデータ)が書込まれていたブロックを消去している。従って、古いデータ(書替前のデータ)が書込まれていたブロックの消去が正常に行なわれていれば、異なるブロックの冗長領域に同一の論理ブロックアドレスが書込まれた状態が放置されることはない。しかしながら、古いデータ(書替前のデータ)が書込まれていたブロックのブロック消去が実行される前に電源が切断されたりした場合は、異なるブロックの冗長領域に同一の論理ブロックアドレスが書込まれた状態が放置されてしまう。このような状態が放置された場合、その後の処理で、いずれのブロックに書込まれているデータが、新たなデータ(書替後のデータ)であるかを判
断することは困難であるため、誤って新たなデータ(書替後のデータ)が消去されてしまうことがある。
そこで、本発明は、新たなデータ(書替後のデータ)が書込まれているブロックと、古いデータ(書替前のデータ)が書込まれているブロックが並存した場合に、いずれのブロックに書込まれているデータが最新のデータ(有効なデータ)であるかを判断できるようにしたメモリコントローラ及びメモリコントローラを備えるフラッシュメモリシステム、並びに、フラッシュメモリの制御方法を提供することを目的とする。
本発明に係る目的は、フラッシュメモリに対するアクセスを制御するアクセス制御機能と、
ホストシステム側から与えられる論理ブロックアドレスと、フラッシュメモリ内の物理ブロックアドレスの対応関係を管理するアドレス管理機能と、
フラッシュメモリの冗長領域に新旧識別情報を記述する新旧識別情報設定機能と、
同一の論理ブロックアドレスに対応する最新のデータが書込まれているブロックを、前記新旧識別情報に基づいて識別する新旧識別機能を備えたことを特徴とするメモリコントローラによって達成される。又、本発明に係る目的は、前記メモリコントローラとフラッシュメモリを備えることを特徴とするフラッシュメモリシステムによっても達成される。
又、本発明に係る目的は、フラッシュメモリのユーザー領域にデータを書込む書込み処理と、
フラッシュメモリの冗長領域に新旧識別情報を設定する設定処理と
前記新旧識別情報に基づいて同一の論理ブロックアドレスに対応する最新のデータが書込まれているブロックを識別する識別処理を含むフラッシュメモリの制御方法によっても達成される。
ここで、上記新旧識別情報は、冗長領域の複数ビットに記述される情報であり、書替処理の際に、書替後のブロックに記述される新旧識別情報は、設定された規則に従って変更される。
又、本発明によれば、前記新旧識別情報が、同一の論理ブロックアドレスに対応するデータを書替える毎に増加又は減少する数値情報であることが好ましい。
つまり、前記新旧識別情報は、同一の論理ブロックアドレスに対応するデータを書替える毎に、設定されている規則に従って加算又は減算が行なわれる数値情報である。
又、本発明によれば、前記新旧識別情報が、同一の論理ブロックアドレスに対応する前データが格納されていたブロックの物理ブロックアドレスに基づく情報であることが好ましい。
ここで、物理ブロックアドレスに基づく情報とは、物理ブロックアドレスを直接的又は間接的に示した情報であり、設定されている規則に従って物理ブロックアドレスに変換できる情報であればよい。
本発明によれば、処理中の電源切断や不正操作等により、新たなデータ(書替後のデータ)が書込まれているブロックと、古いデータ(書替前のデータ)が書込まれているブロックが並存した場合であっても、それらのブロックの冗長領域に書込まれている情報に基づいて、いずれのブロックに書込まれているデータが最新のデータ(有効なデータ)であ
るかを判断できるため、誤って最新のデータ(有効なデータ)が消去されてしまうというようなことを回避することができる。
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
[フラッシュメモリシステム1の説明]
図1は、本発明に係るフラッシュメモリシステム1を概略的に示すブロック図である。図1に示したようにフラッシュメモリシステム1は、フラッシュメモリ2と、それを制御するコントローラ3で構成されている。又、フラッシュメモリシステム1は、通常ホストシステム4に着脱可能に装着されて使用され、ホストシステム4に対して一種の外部記憶装置として用いられる。
尚、ホストシステム4としては、文字、音声、あるいは画像情報等の種々の情報を処理するパーソナルコンピュータやデジタルスチルカメラをはじめとする各種情報処理装置が挙げられる。
フラッシュメモリ2は、ページ単位で読出し又は書込みを、ブロック単位で消去を実行するデバイスであり、例えば、1ブロックは32ページで構成され、1ページは512バイトのユーザ領域と16バイトの冗長領域で構成されている。
コントローラ3は、ホストインターフェース制御ブロック5と、マイクロプロセッサ6と、ホストインターフェースブロック7と、ワークエリア8と、バッファ9と、フラッシュメモリインターフェースブロック10と、ECC(エラー・コレクション・コード)ブロック11と、フラッシュメモリシーケンサブロック12とから構成される。これら機能ブロックによって構成されるコントローラ3は、一つの半導体チップ上に集積されている。以下に各ブロックの機能を説明する。
マイクロプロセッサ6は、コントローラ3を構成する各機能ブロック全体の動作を制御する機能ブロックである。
ホストインターフェース制御ブロック5は、ホストインターフェースブロック7の動作を制御する機能ブロックである。ここで、ホストインターフェース制御ブロック5は、ホストインターフェースブロック7の動作を設定する動作設定レジスタ(図示せず)を備えており、この動作設定レジスタに基づきホストインターフェースブロック7は動作する。
ホストインターフェースブロック7は、ホストシステム4とデータ、アドレス情報、ステータス情報及び外部コマンド情報の授受を行なう機能ブロックである。すなわち、フラッシュメモリシステム1がホストシステム4に装着されると、フラッシュメモリシステム1とホストシステム4は、外部バス13を介して相互に接続され、かかる状態において、ホストシステム4よりフラッシュメモリシステム1に供給されるデータ等は、ホストインタ―フェースブロック7を入口としてコントローラ3の内部に取り込まれ、フラッシュメモリシステム1からホストシステム4に供給されるデータ等は、ホストインターフェースブロック7を出口としてホストシステム4に供給される。
さらに、ホストインターフェースブロック7は、ホストシステム4より供給されるホストアドレス及び外部コマンドを一時的に格納するタスクファイルレジスタ(図示せず)及びエラーが発生した場合にセットされるエラーレジスタ(図示せず)等を有している。
ワークエリア8は、フラッシュメモリ2の制御に必要なデータが一時的に格納される作業領域であり、複数のSRAM(Static Random Access Memo
ry)セルによって構成される機能ブロックである。
バッファ9は、フラッシュメモリ2から読出したデータ及びフラッシュメモリ2に書込むデータを一時的に保持する機能ブロックである。すなわち、フラッシュメモリ2から読出したデータは、ホストシステム4が受け取り可能な状態になるまでバッファ9に保持され、フラッシュメモリ2に書込むデータは、フラッシュメモリ2が書込み可能な状態となるまでバッファ9に保持される。
フラッシュメモリシーケンサブロック12は、内部コマンドに基づきフラッシュメモリ2の動作を制御する機能ブロックである。フラッシュメモリシーケンサブロック12は、複数のレジスタ(図示せず)を備え、この複数のレジスタに内部コマンドを実行する際に必要な情報が設定される。この複数のレジスタに内部コマンドを実行する際に必要な情報が設定されると、フラッシュメモリシーケンサブロック12は、その情報に基づいて処理を実行する。ここで、「内部コマンド」とは、コントローラ3からフラッシュメモリ2に与えられるコマンドであり、ホストシステム4からフラッシュメモリシステム1に与えられるコマンドである「外部コマンド」と区別される。
フラッシュメモリインターフェースブロック10は、内部バス14を介して、フラッシュメモリ2とデータ、アドレス情報、ステータス情報及び内部コマンド情報の授受を行う機能ブロックである。
ECCブロック11は、フラッシュメモリ2に書込むデ―タに付加されるエラーコレクションコードを生成するとともに、読出しデータに付加されたエラーコレクションコードに基づいて、読出したデータに含まれる誤りを検出・訂正する機能ブロックである。
[メモリセルの説明]
次に、図2及び3参照して図1に示したフラッシュメモリ2を構成するメモリセル16の具体的な構造について説明する。
図2は、フラッシュメモリを構成するメモリセル16の構造を概略的に示す断面図である。同図に示したように、メモリセル16は、P型半導体基板17に形成されたN型のソース拡散領域18及びドレイン拡散領域19と、ソース拡散領域18とドレイン拡散領域19との間のP型半導体基板17を覆って形成されたトンネル酸化膜20と、トンネル酸化膜20上に形成されたフローティングゲ―ト電極21と、フローティングゲート電極21上に形成された絶縁膜22と、絶縁膜22上に形成されたコントロールゲ―ト電極23とから構成される。このような構成を有するメモリセル16が、フラッシュメモリ内で複数個直列に接続されている。
メモリセル16は、フローティングゲート電極21に電子が注入されているか否かによって、「消去状態(電子が蓄積されていない状態)」と「書込状態(電子が蓄積されている状態)」のいずれかの状態が示される。ここで、1つのメモリセル16は1ビットのデータに対応し、メモリセル16の「消去状態」が論理値の「1」のデータに対応し、メモリセル16の「書込状態」が論理値の「0」のデータに対応する。
「消去状態」においては、フローティングゲート電極21に電子が蓄積されていないため、コントロールゲート電極23に読出し電圧(高レベル電圧)が印加されていないときには、ソース拡散領域18とドレイン拡散領域19との間の、P型半導体基板17の表面にチャネルが形成されず、ソース拡散領域18とドレイン拡散領域19は電気的に絶縁される。一方、コントロールゲート電極23に読出し電圧(高レベル電圧)が印加されると、ソース拡散領域18とドレイン拡散領域19との間の、P型半導体基板17の表面にチャネル(図示せず)が形成され、ソース拡散領域18とドレイン拡散領域19は、このチ
ャネルによって電気的に接続される。
すなわち、「消去状態」においてはコントロールゲート電極23に読出し電圧(高レベル電圧)が印加されていない状態では、ソース拡散領域18とドレイン拡散領域19とは電気的に絶縁され、コントロールゲート電極23に読出し電圧(高レベル電圧)が印加された状態では、ソース拡散領域18とドレイン拡散領域19とは電気的に接続される。
図3は、「書込状態」であるメモリセル16を概略的に示す断面図である。同図に示したように、「書込状態」とは、フローティングゲート電極21に電子が蓄積されている状態を指す。フローティングゲート電極21はトンネル酸化膜20及び絶縁膜22に挟まれているため、一旦、フローティングゲート電極21に注入された電子は、きわめて長時間フローティングゲート電極21内にとどまる。この「書込状態」においては、フローティングゲート電極21に電子が蓄積されているので、コントロールゲート電極23に読出し電圧(高レベル電圧)が印加されているか否かに関わらず、ソース拡散領域18とドレイン拡散領域19との間の、P型半導体基板17の表面にはチャネル24が形成される。したがって、「書込状態」においてはソース拡散領域18とドレイン拡散領域19とは、コントロ―ルゲート電極23に読出し電圧(高レベル電圧)が印加されているか否かに関わらず、チャネル24によって常に電気的に接続状態となる。
又、上記メモリセル16が消去状態であるか書込状態であるかは、次のようにして読み出すことができる。メモリセル16はフラッシュメモリ内で複数個直列に接続されている。この直列体の中で選択するメモリセル16に低レベル電圧を印加し、それ以外のメモリセル16のコントロールゲート電極23に高レベル電圧を印加する。この状態でメモリセル16の直列体が導通状態であるか否かの検出が行われる。その結果、この直列体が導通状態であれば、選択されたメモリセル16は書込状態であると判断され、絶縁状態であれば、選択されたフラッシュメモリセル16は消去状態であると判断される。このようにして、直列体に含まれる任意のメモリセル16に保持されたデータが「0」であるのか「1」であるのかを読み出すことができる。
又、消去状態であるメモリセル16を書込状態に変化させる場合は、コントロールゲート電極23が高電位側となる高電圧を印加し、トンネル酸化膜20を介してフローティングゲート電極21へ電子を注入する。この際、FN(ファウラ―ノルトハイム)トンネル電流が流れフロ―ティングゲート電極21に電子が注入される。一方、書込状態であるフラッシュメモリセル16を消去状態に変化させる場合は、コントロールゲート電極23が低電位側となる高電圧を印加し、トンネル酸化膜20を介してフローティングゲート電極21に蓄積された電子を排出する。
[フラッシュメモリのメモリ構造の説明]
次に、フラッシュメモリのメモリ構造を説明する。図4は、フラッシュメモリのメモリ構造を概略的に示す図である。図4に示したように、フラッシュメモリはデータの読出し及び書込みにおける処理単位であるページと、データの消去単位であるブロックで構成されている。
上記ページは、例えば512バイトのユーザ領域25と、16バイトの冗長領域26によって構成される。ユーザ領域25は、主に、ホストシステム4から供給されるデ―タが格納される領域であり、冗長領域26は、エラーコレクションコード、対応論理ブロックアドレス及びブロックステータス等の付加情報が格納される領域である。
エラ―コレクションコードは、ユーザ領域25に格納されたデータに含まれる誤りを訂正するための付加情報であり、ECCブロックによって生成される。このエラ―コレクションコードに基づき、ユーザ領域25に格納されたデータに含まれる誤りが所定数以下で
あれば、その誤りが訂正される。
対応論理ブロックアドレスは、そのブロックにデータが格納されている場合に、そのブロックがどの論理ブロックアドレスに対応するかを示している。尚、そのブロックにデータが格納されていない場合は、対応論理ブロックアドレスも格納されていないので、対応論理ブロックアドレスが格納されているか否かで、そのブロックが消去済ブロックであるか否かを判断することができる。つまり、対応論理ブロックアドレスが格納されていない場合は消去済ブロックであると判断する。
ブロックステータスは、そのブロックが不良ブロック(正常にデータの書込み等を行なうことができないブロック)であるか否かを示すフラグであり、そのブロックが不良ブロックであると判断された場合には、不良ブロックであることを示すフラグが設定される。[論理ブロックアドレスと物理ブロックアドレスの説明]
フラッシュメモリはデータの上書きができないため、データの書替えを行なう場合には、ブロック消去されている消去済ブロックに新たなデータ(書替後のデータ)を書込み、古いデータ(書替前のデータ)が書込まれていたブロックを消去するという処理を行なわなければならない。この際、消去はブロック単位で処理されるため、古いデータ(書替前のデータ)が書込まれていたページが含まれるブロックの、全ページのデータが消去されてしまう。従って、データの書替えを行なう場合、書替えるページが含まれるブロックの、他のページのデータについても、消去済ブロックに移動させる処理が必要となる。
上記のようにデータを書替える場合、書替後のデータは書替前と異なるブロックに書込まれるため、ホストシステム側から与えられる論理ブロックアドレスと、フラッシュメモリ内でのブロックアドレスである物理ブロックアドレスとの対応関係は、データを書替える毎に動的に変化する。このため、論理ブロックアドレスと物理ブロックアドレスの対応関係を示したアドレス変換テーブルが必要となる。尚、このアドレス変換テーブルは、フラッシュメモリの冗長領域に書込まれている対応論理ブロックアドレスに基づいて作成され、データが書替えられる毎に、その書替えに関わった部分の対応関係が更新される。
[ゾーンの構成の説明]
本発明に係るフラッシュメモリシステムでは、フラッシュメモリ内の領域を複数のゾーンに分割して使用する方法を採用しており、各ゾーンは、フラッシュメモリ内の複数のブロックで構成されている。図5は、1024のブロックでゾーンを構成した例を示している。この例では、ゾーンは、1024のブロックB0000〜B1023で構成され、各ブロックは、32のページP00〜P31で構成されている。ここで、ブロックは消去処理の単位であり、ページは読出し及び書込み処理の単位である。尚、各ブロックの記憶容量や、各ブロックのページ数はフラッシュメモリの仕様によって異なる。
又、このゾーンは、一定範囲の論理ブロックアドレス空間に割当てられている。例えば、図6に示した例では、1024のブロックで構成されたゾーンを1000ブロック分の論理ブロックアドレスの空間に割当てている。ここで、ゾーンを構成するブロックが、24ブロック分余計に割当てられているのは、不良ブロックの発生を考慮したためである。但し、データ書替の際に一旦別のブロックに新データを書込み、その後、旧データが書込まれていたブロックをブロック消去する場合には、新データを書込むための予備ブロックが必要なので、実質的には23ブロック分が余計に割当てられていることになる。尚、ゾーンを構成するブロックの数は、フラッシュメモリシステムの用途やフラッシュメモリの仕様に応じて適宜設定される。
又、各ブロックの冗長領域に対応論理ブロックアドレスを書込むときに、ホストシステム側から与えられる論理ブロックアドレスをそのまま書込んでも、又は各ゾーンに割当てられた論理ブロックアドレス空間内での通番(各ゾーンを1000ブロック分の論理ブロ
ックアドレスの空間に割当てた場合は0〜999までの通番)を書込んでも良い(以下、各ゾーンに割当てられた論理ブロックアドレス空間内での通番を論理通番と言う。)。ここで、論理通番は、各ゾーンに応じたオフセットを加えれば、実際の論理ブロックアドレスに変換することができる。例えば、図6でゾーン0に割当てられた論理ブロックアドレス空間の先頭アドレスがADD0の場合、各ゾーンには下記のようなオフセットが割当てられる。
ゾーン0:ADD0
ゾーン1:ADD0+1000×1
ゾーン2:ADD0+1000×2



ゾーンN:ADD0+1000×N
[データ書替処理の説明]
本発明に係るフラッシュメモリシステムにおけるデータの書替処理では、ブロック消去されている消去済ブロックに新たなデータ(書替後のデータ)を書込み、その後、古いデータ(書替前のデータ)が書込まれていたブロックを消去している。このような書替処理では、古いデータ(書替前のデータ)が書込まれていたブロックのブロック消去が実行される前に電源が切断されたりした場合等に、新たなデータ(書替後のデータ)が書込まれているブロックと、古いデータ(書替前のデータ)が書込まれているブロックが並存することになる。このような場合、新たなデータ(書替後のデータ)が有効なデータなので、新たなデータ(書替後のデータ)が書込まれているブロックを残して、古いデータ(書替前のデータ)が書込まれているブロックをブロック消去する必要がある。
本発明に係るフラッシュメモリシステムでは、新たなデータ(書替後のデータ)が書込まれているブロックと、古いデータ(書替前のデータ)が書込まれているブロックを識別するための新旧識別情報を、各ブロックの冗長領域に書込み、この新旧識別情報に基づいて古いデータ(書替前のデータ)が書込まれているブロックを識別している。以下、この新旧識別情報と、この新旧識別情報に基づく識別処理について図面を参照して説明する。
図7は、1ゾ−ン(1023のブロックで構成されたゾーン)の各ブロックの冗長領域に書込まれている新旧識別情報と対応論理ブロックアドレス(論理通番で記述した対応論理ブロックアドレス)の例を示す図である。この例では、4ビットが新旧識別情報に割当てられ、11ビットが対応論理ブロックアドレスに割当てられている。ここで、対応論理ブロックアドレスを11ビットとしたのは、1ゾ−ンに割当てられている1000ブロック分の論理通番(0〜999)を示すための10ビットに、データが書込まれていないことを示す1ビット(先頭ビット)を付加したためである。従って、先頭ビットを除いた10ビットに、このゾーンに割当てられているオフセットを加えれば、実際の論理ブロックアドレスを得ることができる。尚、データが書込まれていないことを示す1ビットを設けずに、論理通番1023(11 1111 1111b(2進数))をデータが書込まれていないことを示す情報に割当ててもよい。
又、図7に示した例では、データが書込まれていないブロックの新旧識別情報は15(1111b(2進数))に設定し、データが書込まれていないブロックの対応論理ブロックアドレスは111 1111 1111b(2進数)に設定している。尚、通常のフラッシュメモリでは、「消去状態」が論理値の「1」に対応するので、消去処理を行なえば新旧識別情報は15(1111b(2進数))に設定され、対応論理ブロックアドレスは111 1111 1111b(2進数)に設定される。
又、図7の新旧識別情報の左側に付されている0〜1023の番号は、各ゾーン内で物
理ブロックアドレスの順番で付けた通番である。以下、各ゾーン内で物理ブロックアドレスの順番で付けた通番を物理通番と言う。この物理通番(0〜1023)は、各ゾーンに応じたオフセットを加えることにより、フラッシュメモリ内での実際のアドレスに変換することができる。例えば、フラッシュメモリ内のブロックをアドレス順でゾーン0からゾーンNに割付けた場合、各ゾーンには下記のようなオフセットが割当てられる。
ゾーン0:0
ゾーン1:1024×1
ゾーン2:1024×2



ゾーンN:1024×N
次に、図7に示した新旧識別情報の更新処理について図8を参照して説明する。図8は、論理通番0(00 0000 0000b(2進数))に対応するデータの書替処理を行なった場合の新旧識別情報の変化を示す図である。まず、ステップ0(#0)では、物理通番0に論理通番0に対応するデータが書込まれている。この後、論理通番0に対応するデータの書替が行なわれる毎に、新旧識別情報も以下のように更新されていく。尚、この例では、データの書替が行なわれる毎に、新旧識別情報が1ずつ加算され、新旧識別情報が15(1111b(2進数))になった場合は、0(0000b(2進数))に戻している。
ステップ1(#1):
物理通番6に対応するブロックに新たなデータ(書替後のデータ)を書込み、そのブロックの冗長領域に新旧識別情報として1(0001b(2進数))を記述する。
ステップ2(#2):
物理通番17に対応するブロックに新たなデータ(書替後のデータ)を書込み、そのブロックの冗長領域に新旧識別情報として2(0010b(2進数))を記述する。
ステップ3(#3):
物理通番175に対応するブロックに新たなデータ(書替後のデータ)を書込み、そのブロックの冗長領域に新旧識別情報として3(0011b(2進数))を記述する。
ステップ4(#4):
物理通番503に対応するブロックに新たなデータ(書替後のデータ)を書込み、そのブロックの冗長領域に新旧識別情報として4(0100b(2進数))を記述する。
ステップ5(#5):
物理通番875に対応するブロックに新たなデータ(書替後のデータ)を書込み、そのブロックの冗長領域に新旧識別情報として5(0101b(2進数))を記述する。
以下、同様にして新旧識別情報の更新が行なわれ、ステップ15(#15)で、新旧識別情報が15(1111b(2進数))となり、ステップ16(#16)で、新旧識別情報が0(0000b(2進数))に戻される。
ステップ15(#15):
物理通番1017に対応するブロックに新たなデータ(書替後のデータ)を書込み、そのブロックの冗長領域に新旧識別情報として15(1111b(2進数))を記述する。
ステップ16(#16):
物理通番26に対応するブロックに新たなデータ(書替後のデータ)を書込み、そのブロックの冗長領域に新旧識別情報として0(0000b(2進数))を記述する。
次に、新たなデータ(書替後のデータ)が書込まれているブロックと、古いデータ(書替前のデータ)が書込まれているブロックが並存したときに、新旧識別情報に基づいて、新たなデータ(書替後のデータ)が書込まれているブロックと、古いデータ(書替前のデータ)が書込まれているブロックを識別する方法について説明する。例えば、同一の論理通番に対応するデータが書込まれている一方のブロックの新旧識別情報がNaで、他方の
ブロックの新旧識別情報がNb(Nb>Na)の場合に、
Nb−Na=1
であれば、新旧識別情報がNbのブロックに新たなデータ(書替後のデータ)が書込まれている。Nb−Na>1
であれば、新旧識別情報がNaのブロックに新たなデータ(書替後のデータ)が書込まれている。
図9に示した例(新たなデータ(書替後のデータ)が書込まれているブロックと、古いデータ(書替前のデータ)が書込まれているブロックが並存した場合の例)では、物理通番0に対応するブロックと、物理通番6に対応するブロックに、いずれも論理通番0(00 0000 0000b(2進数))に対応するデータが書込まれている。ここで、物理通番0に対応するブロックの新旧識別情報には0(0000b(2進数))が記述されており、物理通番6に対応するブロックの新旧識別情報には1(0001b(2進数))が記述されている。これを、上記Na、Nbに当てはめた場合、
Na=0
Nb=1
Nb−Na=1
となるので、物理通番6に対応するブロックに新たなデータ(書替後のデータ)が書込まれている。又、物理通番6に対応するブロックの新旧識別情報に15(1111b(2進数))が記述されていたとすれば、
Na=0
Nb=15
Nb−Na=15
となるので、物理通番0に対応するブロックに新たなデータ(書替後のデータ)が書込まれていることになる。
次に、同一の論理通番に対応するデータが書込まれているブロックが3つ並存した場合に、新旧識別情報に基づいて、最新のデータが書込まれているブロックを識別する方法について説明する。例えば、同一の論理通番に対応するデータが書込まれている3つのブロックの新旧識別情報をNa、Nb、Nc(Na<Nb<Nc)とした場合、新旧識別情報がNaのブロックとNbのブロックの関係については、
Nb−Na=1
であれば、新旧識別情報がNaのブロックよりNbのブロックの方が、新しいデータが書込まれている。
Nb−Na>1
であれば、新旧識別情報がNbのブロックよりNaのブロックの方が、新しいデータが書込まれている。
又、新旧識別情報がNbのブロックとNcのブロックの関係については、
Nc−Nb=1
であれば、新旧識別情報がNbのブロックよりNcのブロックの方が、新しいデータが書込まれている。
Nc−Nb>1
であれば、新旧識別情報がNcのブロックよりNbのブロックの方が、新しいデータが書込まれている。
又、新旧識別情報がNaのブロックとNcのブロックの関係については、
Nc−Na=2
であれば、新旧識別情報がNaのブロックよりNcのブロックの方が、新しいデータが書込まれている。
Nc−Na>2
であれば、新旧識別情報がNcのブロックよりNaのブロックの方が、新しいデータが書
込まれている。
例えば、同一の論理通番に対応するデータが書込まれている3つブロックの新旧識別情報が、
Na=0
Nb=1
Nc=2
であれば、
Nb−Na=1
Nc−Nb=1
となるので、新旧識別情報がNaのブロックよりNbのブロックに書込まれてデータの方が新しく、新旧識別情報がNbのブロックよりNcのブロックに書込まれてデータの方が新しので、新旧識別情報がNcのブロックに最新のデータが書込まれている。
又、同一の論理通番に対応するデータが書込まれている3つブロックの新旧識別情報が、
Na=0
Nb=1
Nc=15
であれば、
Nb−Na=1
Nc−Nb=14
となるので、新旧識別情報がNaのブロックよりNbのブロックに書込まれてデータの方が新しく、新旧識別情報がNcのブロックよりNbのブロックに書込まれてデータの方が新しので、新旧識別情報がNbのブロックに最新のデータが書込まれている。
又、同一の論理通番に対応するデータが書込まれている3つブロックの新旧識別情報が、
Na=0
Nb=14
Nc=15
であれば、
Nb−Na=14
Nc−Na=15
となるので、新旧識別情報がNbのブロックよりNaのブロックに書込まれてデータの方が新しく、新旧識別情報がNcのブロックよりNaのブロックに書込まれてデータの方が新しので、新旧識別情報がNaのブロックに最新のデータが書込まれている。
尚、通常の書替処理では、同一の論理通番に対応するデータが書込まれているブロックが3つ以上並存することはないが、同一の論理通番に対応するデータが書込まれているブロックが3つ以上並存した場合であっても、上記のようにして最新のデータが書込まれているブロックを識別することができる。
又、上述の例では、ユーザー領域に新旧識別情報を1ずつ加算したが、15(1111b(2進数))から1ずつ減算し、0(0000b(2進数))になった場合は、15(1111b(2進数))に戻すという新旧識別情報の更新を行なっても、新旧識別情報に基づいて最新のデータが書込まれているブロックを識別することができる。尚、新旧識別情報を1ずつ減算した場合は、下記のようにして最新のデータが書込まれているブロックを識別する。例えば、同一の論理通番に対応するデータが書込まれている一方のブロックの新旧識別情報がNaで、他方のブロックの新旧識別情報がNb(Nb>Na)の場合に

Nb−Na=1
であれば、新旧識別情報がNbのブロックよりNaのブロックの方が、新しいデータが書込まれている。
Nb−Na>1
であれば、新旧識別情報がNaのブロックよりNbのブロックの方が、新しいデータが書込まれている。
又、本発明に係るフラッシュメモリシステムでは、上述のようにユーザー領域に書込まれているデータを書替える毎に、新旧識別情報を更新しているので、各ブロックの最新の新旧識別情報を、テーブルで管理しておくことが好ましい。例えば、図10に示したテーブルでは、論理ブロックアドレスと物理ブロックアドレスの対応関係と、論理ブロックアドレスと新旧識別情報の対応関係を一括して管理している。このテーブルは、1つのゾーン(1023のブロックで構成されているゾーン)に割当てられている1000ブロック分の論理ブロックアドレス空間を対象としたテーブルであり、論理通番の順(論理ブロックアドレスの順)で、新旧識別情報と物理ブロックアドレス(物理通番で記述されている。)が併記されている。つまり、論理通番(0〜999)毎に、その論理通番に対応するデータが書込まれているブロックの物理通番と、そのブロックの冗長領域に書込まれている新旧識別情報が記述されている。尚、図10では、論理通番の順(論理ブロックアドレスの順)に並べられていることを図示するため、新旧識別情報の左側に論理通番(0〜999)を付してある。又、論理通番に対応するデータが書込まれていない場合には、新旧識別情報に1111b(2進数)を、物理ブロックアドレス(物理通番で記述されている。)に111 1111 1111b(2進数)を記述している。ここで、物理ブロックアドレス(物理通番で記述されている。)の先頭ビットは、論理通番に対応するデータが書込まれていないことを示す情報に割当てられている。
又、図10に示したテーブルは、データの書替処理を行なう毎に更新しなければならない。例えば、論理通番0に対応する最新のデータを、古いデータが書込まれているブロックと異なる消去済ブロックに書込んだ場合は、そのブロックの冗長領域に新旧識別情報として0100b(2進数)を書込み、テーブルの新旧識別情報も0011b(2進数)から0100b(2進数)に更新する。尚、テーブルの物理ブロックアドレス(物理通番で記述されている。)についても、論理通番0に対応する最新のデータを書込んだブロックの物理通番に書替える。
又、図10に示したテーブルを作成する場合は、例えば、1000ブロック分の新旧識別情報と物理通番(物理ブロックアドレス)を記述できる領域をSRAM上に確保し、初期設定として新旧識別情報を記述する部分に1111b(2進数)を設定し、物理通番(物理ブロックアドレス)を記述する部分に「111 1111 1111b(2進数)」(データが格納されていないことを示すデータ)を設定する。その後、テーブルを作成するゾーンに割当てられているブロックの冗長領域を順次読出していき、冗長領域の対応論理ブロックアドレスを記述する部分に論理ブロックアドレスを示す論理通番が記述されていた場合には、テーブルのその論理通番に対応した部分(その論理ブロックアドレスに対応した部分)に、その論理通番が記述されていたブロックの物理通番を記述し、更に、論理通番と共に記述されている新旧識別情報も、その論理通番に対応した部分(その論理ブロックアドレスに対応した部分)に記述する。この処理を、ゾーンを構成する1024ブロックについて順次行なうことにより、図10に示したテーブルが作成される。
次に、新旧識別情報として、古いデータ(書替前のデータ)が書込まれていたブロックの物理ブロックアドレス(物理通番)を記述する場合について説明する。図11に示した例では、各ブロックの冗長領域に、古いデータ(書替前のデータ)が書込まれていたブロ
ックの物理ブロックアドレス(物理通番)が、対応論理ブロックアドレス(物理通番で記述されている。)と共に記述されている。ここで、新旧識別情報を記述する部分には、古いデータ(書替前のデータ)が書込まれていたブロックの物理通番(0〜1023)が10ビットで記述されている。又、対応論理ブロックアドレスを記述する部分には、上述の場合と同様に11ビット(1ゾ−ンに割当てられている1000ブロック分の論理通番(0〜999)を示すための10ビットと、データが書込まれていないことを示す1ビット)が割当てられている。尚、データが書込まれていないブロックの新旧識別情報を記述する部分には、11 1111 1111b(2進数)が設定され、データが書込まれていないブロックの対応論理ブロックアドレスを記述する部分には、データが書込まれていないことを示す111 1111 1111b(2進数)が設定されている。
次に、古いデータ(書替前のデータ)が書込まれていたブロックの物理ブロックアドレス(物理通番)を新旧識別情報とした場合の更新処理(新旧識別情報の更新処理)について図12を参照して説明する。図12は、論理通番0(00 0000 0000b(2進数))に対応するデータの書替処理を行なった場合の新旧識別情報の変化を示す図である。まず、ステップ0(#1)では、物理通番0(00 0000 0000b(2進数))に論理通番0に対応するデータが書込まれている。この後、論理通番0に対応するデータの書替が行なわれる毎に、新旧識別情報も以下のように更新されていく。
ステップ1(#1):
物理通番4(00 0000 0100b(2進数))に対応するブロックに新たなデータ(書替後のデータ)を書込み、そのブロックの冗長領域に、新旧識別情報として、古いデータ(書替前のデータ)が書込まれていたブロックの物理通番0(00 0000 0000b(2進数))を記述する。
ステップ2(#2):
物理通番17(00 0001 0001b(2進数))に対応するブロックに新たなデータ(書替後のデータ)を書込み、そのブロックの冗長領域に、新旧識別情報として、古いデータ(書替前のデータ)が書込まれていたブロックの物理通番4(00 0000 0100b(2進数))を記述する。
ステップ3(#3):
物理通番175(00 1010 1111b(2進数))に対応するブロックに新たなデータ(書替後のデータ)を書込み、そのブロックの冗長領域に、新旧識別情報として、古いデータ(書替前のデータ)が書込まれていたブロックの物理通番17(00 0001 0001b(2進数))を記述する。
次に、古いデータ(書替前のデータ)が書込まれていたブロックの物理ブロックアドレス(物理通番)を、新旧識別情報として記述した場合に、新たなデータ(書替後のデータ)が書込まれているブロックと、古いデータ(書替前のデータ)が書込まれているブロックを、新旧識別情報に基づいて識別する方法について説明する。
図12に示した新旧識別情報の更新処理では、新たなデータ(書替後のデータ)を書込んだブロックの冗長領域に、古いデータ(書替前のデータ)が書込まれているブロックの物理通番(物理ブロックアドレス)を記述している。このように新旧識別情報の更新処理が行なわれれば、同一の論理通番に対応するデータが書込まれているブロックに、新旧識別情報として最新のデータが書込まれているブロックの物理通番(物理ブロックアドレス)が記述されることはない。従って、同一の論理通番に対応するデータが書込まれているブロックが複数存在した場合には、それらのブロックの物理通番(物理ブロックアドレス)と、それらのブロックに記述されている新旧識別情報とを比較すれば、最新のデータが書込まれているブロックを識別することができる。
例えば、図13に示した例では、物理通番0のブロックと物理通番4のブロックに、論
理通番0に対応するデータが書込まれている。又、物理通番0のブロックには、新旧識別情報として物理通番1023(11 1111 1111b(2進数))が記述され、物理通番4のブロックには、新旧識別情報として物理通番0(00 0000 0000b(2進数))が記述されている。つまり、論理通番0に対応するデータが書込まれているブロックの物理通番は、
0(00 0000 0000b(2進数))
4(00 0000 0100b(2進数))
であり、論理通番0に対応するデータが書込まれているブロックの冗長領域に新旧識別情報として記述されている物理通番は、
1023(11 1111 1111b(2進数))
0(00 0000 0000b(2進数))
である。ここで、論理通番0に対応するデータが書込まれているブロックの物理通番で、これらのブロックの冗長領域に新旧識別情報として記述されていないのは物理通番4なので、物理通番4のブロックに最新のデータが書込まれている。
又、物理通番17のブロックにも論理通番0に対応するデータが書込まれていて、そのブロックの冗長領域に新旧識別情報として物理通番4(00 0000 0100b(2進数))が記述されていた場合、論理通番0に対応するデータが書込まれているブロックの物理通番は、
0(00 0000 0000b(2進数))
4(00 0000 0100b(2進数))
17(00 0001 0001b(2進数))
であり、論理通番0に対応するデータが書込まれているブロックの冗長領域に新旧識別情報として記述されている物理通番は、
1023(11 1111 1111b(2進数))
0(00 0000 0000b(2進数))
4(00 0000 0100b(2進数))
である。ここで、論理通番0に対応するデータが書込まれているブロックの物理通番で、これらのブロックの冗長領域に新旧識別情報として記述されていないのは物理通番17なので、物理通番17のブロックに最新のデータが書込まれている。
次に、上記の書替処理で、新たなデータ(書替後のデータ)の書込先となる消去済ブロックの検索について図面を参照して説明する。この検索は、例えば、図14(a)に示したような消去済ブロック検索用テーブルを用いて行なわれる。この消去済ブロック検索用テーブルは、ゾーンを構成する各ブロックを、SRAM上の各ビットに対応させ、各ビットの論理値(「0」又は「1」)により、データが書込まれている状態、又はデータが書込まれていない状態を示したものである。ここで、消去済ブロック検索用テーブル上のビットは、ゾーンを構成する1024のブロック(物理通番0〜1023)に対応している。この対応関係については、消去済ブロック検索用テーブル上のビットを、上の行から下の行へ、各行を左から右へ物理通番順(物理ブロックアドレス順)に対応させている。従って、消去済ブロック検索用テーブルの左上のビットが、物理通番0のブロックに対応し、右下のビットが、物理通番1023のブロックに対応する。
又、図14(a)に示した消去済ブロック検索用テーブルでは、消去済ブロック検索用テーブル上の各ビットに対応したブロックに、データが書込まれている場合又は不良ブロックであることを示すブロックステータスが記述されている場合は、そのビットに「0」を、データが書込まれていない場合(消去済ブロックの場合)は、そのビットに「1」を設定している。尚、この消去済ブロック検索用テーブルは、アドレス変換テーブル(図10に示したテーブル)を作成する際に一緒に作成することができる。例えば、消去済ブロック検索用テーブルを作成するSRAM上の領域に「0」を設定しておき、各ブロックの
冗長領域に対応論理ブロックアドレスも不良ブロックであることを示すブロックステータスも記述されていないときに、そのブロックに対応するビットに「1」を設定するようにすれば、アドレス変換テーブルを作成する際に一緒に作成することができる。つまり、ゾーンを構成するブロックの冗長領域に記述されているデータを読出したときにこの処理を行なえば、消去済ブロックに対応するビットだけに「1」が設定され、消去済ブロックでないブロックに対応するビットは予め設定した「0」のままになる。又、作成後は、消去済ブロックにデータを書込んだときに、そのブロックに対応するビットを「1」から「0」に変更し、データが書込まれているブロックをブロック消去したときに、そのブロックに対応するビットを「0」から「1」に変更する更新処理を逐次行なう必要がある。
次に、この消去済ブロック検索用テーブルを用いた消去済ブロックの検索を、図14(b)を参照して説明する。この消去済ブロックの検索では、物理通番0のブロックに対応するビット(一番上の行の、一番左のビット)から、物理通番1023のブロックに対応するビット(一番下の行の、一番右のビット)までを走査していき、消去済ブロックに対応する「1」のビットを検索する。ここで、前記走査は、上の行から下の行へ、各行を左から右へ向かって行なわれる。
図14(b)に示した消去済ブロック検索用テーブルで、一番上の行の、一番左のビットから走査を開始した場合、上から4番目の行の、左から5番目のビットが「1」なので、ここで検索を終了し、このビットに対応する物理通番28のブロックに、新たなデータ(書替後のデータ)が書込まれる。又、次回の検索は、上から4番目の行の、左から6番目のビットから走査が開始される。更に、このような検索を続けていき、一番下の行の、一番右のビットまで走査が進んだときは、一番上の行の、一番左のビットに戻り走査が続けられる。
次に、上記消去済ブロック検索用テーブルを用いて検索した消去済ブロックに、新たなデータ(書替後のデータ)を書込む処理について説明する。この書込み処理では、図1に示したバッファ9に書込みデータを取込んだ後、フラッシュメモリシーケンサブロック12が有するレジスタに、以下のような書込み処理の設定がなされる。
1)内部コマンドとして内部書込みコマンドが、フラッシュメモリシーケンサブロック12内の所定のレジスタに設定される。
2)上記消去済ブロック検索用テーブルを用いて検索された消去済ブロックの物理通番に、ゾーン毎に割当てられているオフセットが加えられ、このオフセットの加算によって生成された物理ブロックアドレスにページ番号に相当する5ビット(32のページを識別するためのビット)が付加されたページのアドレスが、フラッシュメモリシ―ケンサブロック12内の所定のレジスタに設定される。
その後、上記書込み処理の設定に基づいて、フラッシュメモリシーケンサブロック12が処理を実行する。この処理が実行されると、フラッシュメモリインターフェースブロック10から、内部バス14を介してフラッシュメモリ2に内部書込みコマンドを実行するためのコマンド情報やアドレス情報等が供給される。又、バッファ9に保持されている書込みデータも、内部バス14を介してフラッシュメモリ2に供給され、上記フラッシュメモリシ―ケンサブロック12内の所定のレジスタに設定したページにデータが書込まれる。
又、上記書込み処理の終了後に、データを書込んだブロックの冗長領域に、新旧識別情報を設定すると共に、対応論理ブロックアドレスを記述する部分にそのブロックに書込んだデータの論理通番を記述する。この冗長領域への書込み処理は、冗長領域に書込むデータを設定するバッファに上記新旧識別情報や論理通番等のデータを設定した後に、フラッシュメモリシ―ケンサブロック12内の所定のレジスタにコマンドやアドレスを設定する
ことにより上述の書込み処理と同様に実行できる。
図1は、本発明に係るフラッシュメモリシステムを概略的に示すブロック図である。 図2は、フラッシュメモリを構成するメモリセルの構造を概略的に示す断面図である。 図3は、書込状態であるメモリセルを概略的に示す断面図である。 図4は、フラッシュメモリのアドレス空間の構造を概略的に示す図である。 図5は、1024のブロックでゾーンを構成した例を示す図である。 図6は、各ゾーンと論理ブロックアドレス空間との対応関係を示す図である。 図7は、冗長領域に書込まれている新旧識別情報と対応論理ブロックアドレスを示す図である。 図8は、新旧識別情報の更新処理を説明するための図である。 図9は、冗長領域に書込まれている新旧識別情報と対応論理ブロックアドレスを示す図である。 図10は、論理ブロックアドレスと物理ブロックアドレスの対応関係と、論理ブロックアドレスと新旧識別情報の対応関係を記述したテーブルを示す図である。 図11は、冗長領域に書込まれている新旧識別情報と対応論理ブロックアドレスを示す図である。 図12は、新旧識別情報の更新処理を説明するための図である。 図13は、冗長領域に書込まれている新旧識別情報と対応論理ブロックアドレスを示す図である。 図14は、消去済ブロック検索用テーブルの例を示す概念図である。
符号の説明
1 フラッシュメモリシステム
2、35、36 フラッシュメモリ
3 コントローラ
4 ホストコンピュータ
5 ホストインターフェース制御ブロック
6 マイクロプロセッサ
7 ホストインターフェースブロック
8 ワークエリア
9 バッファ
10 フラッシュメモリインターフェースブロック
11 ECCブロック
12 フラッシュメモリシーケンサブロック
13 外部バス
14 内部バス
16 メモリセル
17 P型半導体基板
18 ソース拡散領域
19 ドレイン拡散領域
20 トンネル酸化膜
21 フローティングゲート電極
22 絶縁膜
23 コントロールゲート電極
24 チャネル
25 ユーザ領域
26 冗長領域

Claims (7)

  1. フラッシュメモリに対するアクセスを制御するアクセス制御機能と、
    ホストシステム側から与えられる論理ブロックアドレスと、フラッシュメモリ内の物理ブロックアドレスの対応関係を管理するアドレス管理機能と、
    フラッシュメモリの冗長領域に新旧識別情報を記述する新旧識別情報設定機能と、
    同一の論理ブロックアドレスに対応する最新のデータが書込まれているブロックを、前記新旧識別情報に基づいて識別する新旧識別機能を備えたことを特徴とするメモリコントローラ。
  2. 前記新旧識別情報が、同一の論理ブロックアドレスに対応するデータを書替える毎に増加又は減少する数値情報であることを特徴とする請求項1記載のメモリコントローラ。
  3. 前記新旧識別情報が、同一の論理ブロックアドレスに対応する前データが格納されていたブロックの物理ブロックアドレスに基づく情報であることを特徴とする請求項1記載のメモリコントローラ。
  4. 請求項1乃至3記載のいずれか1項記載のメモリコントローラとフラッシュメモリを備えることを特徴とするフラッシュメモリシステム。
  5. フラッシュメモリのユーザー領域にデータを書込む書込み処理と、
    フラッシュメモリの冗長領域に新旧識別情報を設定する設定処理と
    前記新旧識別情報に基づいて同一の論理ブロックアドレスに対応する最新のデータが書込まれているブロックを識別する識別処理を含むフラッシュメモリの制御方法。
  6. 前記新旧識別情報が、同一の論理ブロックアドレスに対応するデータを書替える毎に増加又は減少する数値情報であることを特徴とする請求項5記載のフラッシュメモリの制御方法。
  7. 前記新旧識別情報が、同一の論理ブロックアドレスに対応する前データが格納されていたブロックの物理ブロックアドレスに基づく情報であることを特徴とする請求項5記載のフラッシュメモリの制御方法。
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