JP2007257109A - Nonvolatile storage device, method for writing data therein, nonvolatile storage system, and memory controller - Google Patents

Nonvolatile storage device, method for writing data therein, nonvolatile storage system, and memory controller Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem of a nonvolatile storage device using a multivalued flash memory wherein data other than data being written could be destroyed should power be interrupted while the data are being written. <P>SOLUTION: Binary data are written in a physical block PB 5 by writing in a binary mode. The binary data in the PB 5 are aggregated in multivalued data in a completely written block PB 4 where an aggregation process has already been performed, and multivalued data are written in another new physical block PB 6. The data written in the PB 5 with the same logic page number as the data in the PB 4 are replaced by the data in the PB 4 while other data are written in the PB 6 as the data in the PB 4. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、多値データの記録が可能な不揮発性半導体記憶素子を用いた不揮発性記憶装置、そのデータ書き込み方法、不揮発性記憶システム及びメモリコントローラに関する。   The present invention relates to a nonvolatile memory device using a nonvolatile semiconductor memory element capable of recording multi-value data, a data writing method thereof, a nonvolatile memory system, and a memory controller.

音楽コンテンツや、映像データなどのデジタルデータを記録する記録媒体には、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスクなど、様々な種類が存在する。これら記録媒体の1つである半導体メモリカードは、その記憶素子にフラッシュメモリなどの不揮発性半導体メモリを使用しており、小型化が容易であることから、デジタルスチルカメラや携帯電話端末など、小型の携帯機器を中心に急速に普及しつつある。デジタルカメラなどでは近年、高い記録画質が求められるようになり、不揮発性半導体メモリには、高い記録密度とともに高いデータ記録速度が必要とされている。   There are various types of recording media for recording digital data such as music content and video data, such as magnetic disks, optical disks, and magneto-optical disks. A semiconductor memory card which is one of these recording media uses a non-volatile semiconductor memory such as a flash memory as its storage element, and is easy to miniaturize. Thus, a small size such as a digital still camera or a cellular phone terminal is used. It is spreading rapidly, especially in mobile devices. In recent years, high recording image quality has been demanded in digital cameras and the like, and high data recording speed is required in addition to high recording density in nonvolatile semiconductor memories.

フラッシュメモリの記録容量をより向上させることを目的として、1つのメモリセルに複数ビットのデータ記憶が可能なフラッシュメモリが開発されている。これは多値データの記録が可能なフラッシュメモリであるため、多値フラッシュメモリと呼んでいる。これによると、フラッシュメモリの単位面積当たりの記録密度を高めて記録容量を大きくすることができるので、同一記録容量におけるメモリセルの数を少なくすることができ、同一容量に対するフラッシュメモリの低価格化が可能となる。   In order to further improve the recording capacity of the flash memory, a flash memory capable of storing a plurality of bits of data in one memory cell has been developed. Since this is a flash memory capable of recording multi-value data, it is called a multi-value flash memory. According to this, since the recording density per unit area of the flash memory can be increased and the recording capacity can be increased, the number of memory cells in the same recording capacity can be reduced, and the price of the flash memory for the same capacity can be reduced. Is possible.

以下、この多値フラッシュメモリの記録方法について説明する。一般にフラッシュメモリ等の不揮発性半導体メモリは、メモリセルのフローティングゲート、またはトラップゲートに電子が注入されるとメモリセルの閾値電圧が変化するという現象を利用して、データを記憶する。ちなみにメモリセルの閾値電圧は、電子がフローティングゲート中に存在すると高くなり、電子がフローティングゲート中に存在しないと低くなる。   Hereinafter, a recording method of the multilevel flash memory will be described. Generally, a nonvolatile semiconductor memory such as a flash memory stores data by utilizing a phenomenon that a threshold voltage of a memory cell changes when electrons are injected into a floating gate or a trap gate of the memory cell. Incidentally, the threshold voltage of the memory cell is high when electrons are present in the floating gate, and is low when electrons are not present in the floating gate.

図13は、1つのメモリセルに2ビットのデータを記憶する4値フラッシュメモリにおける、メモリセルの閾値電圧の分布を示した図である。メモリセルの閾値電圧は対応する2ビットデータに応じて、領域L0、L1、L2、L3のいずれかに分布する。領域L0、L1、L2、L3は、2ビットデータの“11”、“10”、“00”、“01”にそれぞれ対応している。   FIG. 13 is a diagram showing a threshold voltage distribution of a memory cell in a quaternary flash memory storing 2-bit data in one memory cell. The threshold voltage of the memory cell is distributed in any of the regions L0, L1, L2, and L3 according to the corresponding 2-bit data. The areas L0, L1, L2, and L3 correspond to 2-bit data “11”, “10”, “00”, and “01”, respectively.

データの書き込みは、各メモリセルの閾値電圧を変化させるプログラムを検証電圧VV(VV1,VV2,VV3)を超えるまで繰り返すことで実現される。データが書き込まれていないメモリセルの閾値電圧は領域L0であり、データ“11”が書き込まれるときは閾値電圧を変化させるプログラムは実行しない。これに対して、メモリセルにデータ“10”を書き込む場合、そのメモリセルの閾値電圧が検証電圧VV1を超えるまで、プログラム動作を繰り返し、閾値電圧を領域L1の範囲に入るように変化させる。   Data writing is realized by repeating a program for changing the threshold voltage of each memory cell until the verification voltage VV (VV1, VV2, VV3) is exceeded. The threshold voltage of the memory cell to which no data is written is the region L0, and when data “11” is written, the program for changing the threshold voltage is not executed. On the other hand, when data “10” is written in the memory cell, the program operation is repeated until the threshold voltage of the memory cell exceeds the verification voltage VV1, and the threshold voltage is changed to fall within the region L1.

データの読み出しは、メモリセルの閾値電圧を、参照電圧VR(VR1,VR2,VR3)と比較することで実現される。メモリセルの閾値電圧が参照電圧VR1より低いとき、メモリセルに保持されているデータは、“11”であると判定し、メモリセルの閾値電圧が参照電圧VR1とVR2の間にあるとき、メモリセルに保持されているデータは“10”であると判定する。同様にメモリセルの閾値電圧が参照電圧VR2とVR3の間にあるときは“00”、メモリセルの閾値電圧が参照電圧VR3より高いときは“01”であると判定する。   Data reading is realized by comparing the threshold voltage of the memory cell with the reference voltage VR (VR1, VR2, VR3). When the threshold voltage of the memory cell is lower than the reference voltage VR1, it is determined that the data held in the memory cell is “11”, and when the threshold voltage of the memory cell is between the reference voltages VR1 and VR2, It is determined that the data held in the cell is “10”. Similarly, when the threshold voltage of the memory cell is between the reference voltages VR2 and VR3, it is determined to be “00”, and when the threshold voltage of the memory cell is higher than the reference voltage VR3, it is determined to be “01”.

メモリセルのデータの消去は、消去するメモリセルの制御ゲートに低電圧を供給し、メモリセルのウエル領域に高電圧を供給して、フローティングゲートに蓄積されている電子を放出することで完了する。このとき、消去しないメモリセルの制御ゲートは、例えば電源供給から切り離されたフローティング状態に置かれる。   Erasing data in the memory cell is completed by supplying a low voltage to the control gate of the memory cell to be erased, supplying a high voltage to the well region of the memory cell, and releasing electrons accumulated in the floating gate. . At this time, the control gates of the memory cells that are not erased are placed in a floating state separated from the power supply, for example.

一つのメモリセルに多値データを記録する場合、不揮発性メモリセルへのデータの書き込みは複数段階に分けて行われる。例えば、図13に示したように、領域L0、L1、L2、L3が、2ビットデータの“11”、“10”、“00”、“01”にそれぞれ対応しているときに、下位1ビットデータの書き込みと上位1ビットデータの書き込みとの2段階に分けて2ビットデータを書き込む。以降、メモリセルに対する2段階目以降の書き込みを「追記書き込み」と呼ぶ。   When multi-value data is recorded in one memory cell, data writing to the nonvolatile memory cell is performed in a plurality of stages. For example, as shown in FIG. 13, when the regions L0, L1, L2, and L3 correspond to 2-bit data “11”, “10”, “00”, and “01”, respectively, the lower 1 2-bit data is written in two stages, that is, writing bit data and writing upper 1-bit data. Hereinafter, the second and subsequent writings to the memory cell are referred to as “additional writing”.

例えば、1つのメモリセルの下位1ビットにデータ“1”を書き込む場合は、領域L0に、下位1ビットデータにデータ“0”を書き込む場合は領域L1になるように当該メモリセルの閾値電圧を設定する。その後、上位1ビットにデータを追記書き込みする場合において、上位1ビットデータが“1”の場合は、閾値電圧を変化させる必要はない。上位1ビットのデータが“0”の場合は、さらに閾値電圧を変化させるプログラム動作を繰り返して、領域L0から領域L3、もしくは領域L1から領域L2に閾値電圧を変化させる。   For example, when data “1” is written in the lower 1 bit of one memory cell, the threshold voltage of the memory cell is set so as to be in the region L0 when data “0” is written in the lower 1 bit data. Set. Thereafter, when data is additionally written to the upper 1 bit, when the upper 1 bit data is “1”, it is not necessary to change the threshold voltage. When the upper 1-bit data is “0”, the program operation for changing the threshold voltage is further repeated to change the threshold voltage from the region L0 to the region L3 or from the region L1 to the region L2.

このような多値フラッシュメモリを用いた特許文献1の半導体記憶装置では、メモリアレイがその物理ブロックアドレスによって、多値データを記憶する多値領域と2値データを記憶する2値領域とに分けられており、高い書き込み信頼性を必要とするデータは2値領域に書き込まれ、大容量を必要とするデータは多値領域に書き込まれるようになっている。
特開2000−173281号
In the semiconductor memory device of Patent Document 1 using such a multi-value flash memory, the memory array is divided into a multi-value region for storing multi-value data and a binary region for storing binary data according to the physical block address. Therefore, data requiring high write reliability is written in the binary area, and data requiring a large capacity is written in the multi-value area.
JP 2000-173281 A

しかし、特許文献1のような技術には以下のような問題がある。多値データの書き込みにおいて、例えばメモリセルの閾値電圧が、図13に示した領域L0から領域L3に変化する過程で電源が途絶えると、メモリセルの閾値電圧は領域L3までは到達せずに領域L1や領域L2または領域外にとどまる場合がある。このように、上位1ビットデータの追記書き込み中に電源遮断が発生すると、書き込み中の上位1ビットデータに加えて、既に書き込み済の下位1ビットデータまでもが誤ったデータに変わってしまう。以上のような理由から2ビット以上の多値を記憶するメモリはデータのエラーが発生しやすく、2値を1ビットで記憶するメモリと比べてデータ書き込みの信頼性が低い。   However, the technique as in Patent Document 1 has the following problems. In multi-value data writing, for example, if the power supply is cut off in the process in which the threshold voltage of the memory cell is changed from the region L0 to the region L3 shown in FIG. 13, the threshold voltage of the memory cell does not reach the region L3. There is a case where it remains outside L1, the region L2, or the region. As described above, when the power supply is interrupted during the additional writing of the upper 1-bit data, not only the upper 1-bit data being written but also the already-written lower 1-bit data is changed to erroneous data. For the reasons described above, a memory storing multi-values of 2 bits or more is liable to generate a data error, and the data writing reliability is lower than that of a memory storing binary values with 1 bit.

そこで特許文献1は2値での書き込みと多値での書き込みを使い分ける方法を示しているが、この使い分けでは、多値メモリセルを2値メモリセルのように使用するので、格納可能なデータ量が本来の量よりも大幅に減少し、単位データ量あたりのメモリのコストが増加する。2ビットの多値データを記憶する4値メモリセルを1ビットの2値データを記憶する2値メモリセルのように使用した場合にはメモリに格納可能なデータ量は半減し、単位データ量あたりのコストは倍増する。   Therefore, Patent Document 1 shows a method of selectively using binary writing and multi-value writing. In this usage, since a multi-value memory cell is used like a binary memory cell, the amount of data that can be stored However, the memory cost per unit data amount increases. When a quaternary memory cell that stores 2-bit multi-value data is used like a binary memory cell that stores 1-bit binary data, the amount of data that can be stored in the memory is halved. Costs double.

本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、データの書き込み中に電源が途絶えても書き込み済みのデータが破壊されずに、さらに多値フラッシュメモリの持つ単位データ量あたりの経済性を損なうことなく多値フラッシュメモリを有効に利用することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. Even if the power is interrupted during data writing, the written data is not destroyed, and moreover, per unit data amount of the multi-level flash memory. It is an object of the present invention to effectively use a multi-value flash memory without impairing the economics of the system.

この課題を解決するため、本発明の不揮発性記憶装置のデータ書き込み方法は、M個(M>3、Mは整数)の閾値電圧領域を持つメモリセルを複数有し、前記複数のメモリセルで構成されたデータの書き込み単位である複数の物理ページから成り、データの消去単位である物理ブロックを複数備える不揮発性メモリと、前記M個の閾値電圧領域のうち2つの閾値電圧領域を用いてデータを書き込む2値モード書き込みと、M個の閾値電圧領域を用いてデータを書き込む多値モード書き込みのいずれかによって前記不揮発性メモリにデータを書き込み、及び不揮発性メモリよりデータを読み出すメモリコントローラと、を有する不揮発性記憶装置のデータ書き込み方法であって、前記不揮発性メモリの物理ブロックは、前記不揮発性記憶装置外部のアクセス装置が指定する論理アドレスに対応して前記複数の物理ページ全てにデータが書き込まれている書き込み完結ブロックと、前記アクセス装置が指定するアドレスに対応したデータが書き込まれる書き込み用ブロックと、データが消去された状態の空きブロックと、を含み、前記メモリコントローラは、前記書き込み用ブロックへは、常に前記2値モード書き込みでデータを書き込み、前記書き込み用ブロックの全ての物理ページにデータが書き込まれたときに、論理アドレスが共通する前記書き込み完結ブロックと前記書き込み用ブロックのデータを2値モード書き込みまたは多値モード書き込みで前記空きブロックへ複写する集約処理を行うものである。   In order to solve this problem, a method of writing data in a nonvolatile memory device according to the present invention includes a plurality of memory cells having M (M> 3, M is an integer) threshold voltage regions. Non-volatile memory comprising a plurality of physical pages that are configured data write units and having a plurality of physical blocks that are data erase units, and data using two threshold voltage regions of the M threshold voltage regions A memory controller that writes data to the non-volatile memory and reads data from the non-volatile memory by binary mode writing that writes data and multi-value mode writing that writes data using M threshold voltage regions; A method for writing data in a nonvolatile memory device, wherein a physical block of the nonvolatile memory is external to the nonvolatile memory device. A write completion block in which data is written to all of the plurality of physical pages corresponding to a logical address designated by the access device, a write block to which data corresponding to the address designated by the access device is written, and data The memory controller always writes data to the write block by the binary mode write, and the data is written to all physical pages of the write block. In this case, an aggregation process is performed in which the data of the write completion block and the write block having the same logical address are copied to the empty block by binary mode writing or multilevel mode writing.

この課題を解決するため、本発明の不揮発性記憶装置は、M個(M>3、Mは整数)の閾値電圧領域を持つメモリセルを複数有し、前記複数のメモリセルで構成されたデータの書き込み単位である複数の物理ページから成り、データの消去単位である物理ブロックを複数備える不揮発性メモリと、前記M個の閾値電圧領域のうち2つの閾値電圧領域を用いてデータを書き込む2値モード書き込みと、M個の閾値電圧領域を用いてデータを書き込む多値モード書き込みのいずれかによって前記不揮発性メモリにデータを書き込み、及び不揮発性メモリよりデータを読み出すメモリコントローラと、を具備する不揮発性記憶装置であって、前記不揮発性メモリの物理ブロックは、前記不揮発性記憶装置外部のアクセス装置が指定する論理アドレスに対応して前記複数の物理ページ全てにデータが書き込まれている書き込み完結ブロックと、前記アクセス装置が指定するアドレスに対応したデータが書き込まれる書き込み用ブロックと、データが消去された状態の空きブロックと、を含み、前記メモリコントローラは、前記書き込み用ブロックへは、常に前記2値モード書き込みでデータを書き込み、前記書き込み用ブロックの全ての物理ページにデータが書き込まれたときに、論理アドレスが共通する前記書き込み完結ブロックと前記書き込み用ブロックのデータを2値モード書き込みまたは多値モード書き込みで前記空きブロックへ複写する集約処理を行うものである。   In order to solve this problem, the nonvolatile memory device of the present invention includes a plurality of memory cells having threshold voltage regions of M (M> 3, M is an integer), and data including the plurality of memory cells. A non-volatile memory comprising a plurality of physical pages, which are write units, and a plurality of physical blocks, which are data erase units, and a binary value for writing data using two threshold voltage regions of the M threshold voltage regions A nonvolatile controller comprising: a memory controller that writes data to the nonvolatile memory and reads data from the nonvolatile memory by either mode writing or multi-value mode writing that writes data using M threshold voltage regions The physical block of the non-volatile memory is a logical address designated by an access device outside the non-volatile storage device. Correspondingly, a write completion block in which data is written to all of the plurality of physical pages, a write block in which data corresponding to an address designated by the access device is written, and an empty block in which data has been erased The memory controller always writes data to the write block by the binary mode write, and when the data is written to all physical pages of the write block, the logical address is common. Aggregation processing for copying the data of the write completion block and the write block to the empty block by binary mode write or multi-value mode write is performed.

この課題を解決するため、本発明の不揮発性記憶システムは、M個(M>3、Mは整数)の閾値電圧領域を持つメモリセルを複数有し、前記複数のメモリセルで構成されたデータの書き込み単位である複数の物理ページから成り、データの消去単位である複数の物理ブロック備える不揮発性メモリと、前記M個の閾値電圧領域のうち2つの閾値電圧領域を用いてデータを書き込む2値モード書き込みと、M個の閾値電圧領域を用いてデータを書き込む多値モード書き込みのいずれかによって前記不揮発性メモリにデータを書き込み、及び不揮発性メモリよりデータを読み出すメモリコントローラと、前記コントローラに対して前記不揮発性メモリへのデータの書き込み及び読み出しを指示するアクセス装置と、を具備する不揮発性記憶システムであって、前記不揮発性メモリの物理ブロックは、前記不揮発性記憶装置外部のアクセス装置が指定する論理アドレスに対応して前記複数の物理ページ全てにデータが書き込まれている書き込み完結ブロックと、前記アクセス装置が指定するアドレスに対応したデータが書き込まれる書き込み用ブロックと、データが消去された状態の空きブロックと、を含み、前記メモリコントローラは、前記書き込み用ブロックへは、常に前記2値モード書き込みでデータを書き込み、前記書き込み用ブロックの全ての物理ページにデータが書き込まれたときに、論理アドレスが共通する前記書き込み完結ブロックと前記書き込み用ブロックのデータを2値モード書き込みまたは多値モード書き込みで前記空きブロックへ複写する集約処理を行うものである。   In order to solve this problem, the nonvolatile memory system of the present invention includes a plurality of memory cells having threshold voltage regions of M (M> 3, M is an integer), and data configured by the plurality of memory cells. A non-volatile memory comprising a plurality of physical pages, which are write units, and a plurality of physical blocks, which are data erasure units, and a binary value for writing data using two threshold voltage regions of the M threshold voltage regions A memory controller that writes data to and reads data from the nonvolatile memory by either mode writing or multi-value mode writing that writes data using M threshold voltage regions; A nonvolatile storage system comprising: an access device that instructs writing and reading of data to and from the nonvolatile memory The physical block of the nonvolatile memory includes a write completion block in which data is written in all of the plurality of physical pages corresponding to a logical address specified by an access device outside the nonvolatile storage device, Including a write block in which data corresponding to an address designated by the access device is written and an empty block in which data is erased, and the memory controller always writes the binary mode to the write block. When the data is written in all the physical pages of the writing block, data in the writing completion block and the writing block having a common logical address can be written in binary mode writing or multi-value mode writing. Performs aggregation processing to copy to the empty block That.

この課題を解決するため、本発明のメモリコントローラは、M個(M>3、Mは整数)の閾値電圧領域を持つメモリセルを複数有し、前記複数のメモリセルで構成されたデータの書き込み単位である複数の物理ページから成り、データの消去単位である物理ブロックは、前記不揮発性記憶装置外部のアクセス装置が指定する論理アドレスに対応して前記複数の物理ページ全てにデータが書き込まれている書き込み完結ブロックと、前記アクセス装置が指定するアドレスに対応したデータが書き込まれる書き込み用ブロックと、データが消去された状態の空きブロックと、を含んでいる不揮発性メモリに対して、前記M個の閾値電圧領域のうち2つの閾値電圧領域を用いてデータを書き込む2値モード書き込みと、M個の閾値電圧領域を用いてデータを書き込む多値モード書き込みのいずれかによって前記不揮発性メモリにデータを書き込み、及び不揮発性メモリよりデータを読み出すメモリコントローラであって、前記書き込み用ブロックへは、常に前記2値モード書き込みでデータを書き込み、前記書き込み用ブロックの全ての物理ページにデータが書き込まれたときに、論理アドレスが共通する前記書き込み完結ブロックと前記書き込み用ブロックのデータを2値モード書き込みまたは多値モード書き込みで前記空きブロックへ複写する集約処理を行うものである。 In order to solve this problem, the memory controller of the present invention has a plurality of memory cells having M (M> 3, M is an integer) threshold voltage region, and data writing composed of the plurality of memory cells is performed. A physical block, which is composed of a plurality of physical pages as a unit and is a data erasing unit, has data written to all of the plurality of physical pages in correspondence with a logical address designated by an access device outside the nonvolatile storage device. M non-volatile memories including a write complete block, a write block into which data corresponding to an address designated by the access device is written, and an empty block in which data is erased Binary mode writing in which data is written using two threshold voltage regions of the threshold voltage regions, and M threshold voltage regions are used. A memory controller that writes data to and reads data from the non-volatile memory by any of multi-value mode writing, and always writes data to the writing block by the binary mode writing. And when the data is written to all the physical pages of the write block, the write complete block and the write block data having a common logical address are written in binary mode or multi-value mode. Aggregation processing for copying to a block is performed.

ここで前記メモリコントローラは、前記書き込み完結ブロックと前記書き込み用ブロックのデータを2値モード書き込みまたは多値モード書き込みで前記空きブロックへ複写する際に、書き込み用ブロックと論理アドレスが共通する前記書き込み完結ブロックがなければ、データの書き込まれていない空きブロックを前記書き込み完結ブロックとして用いるようにしてもよい。   Here, the memory controller, when copying the data of the write completion block and the write block to the empty block by binary mode write or multi-value mode write, writes the write completion block and the logical address in common. If there is no block, an empty block in which no data is written may be used as the write completion block.

ここで前記メモリコントローラは、前記アクセス装置が指定するアドレスから得られる論理アドレスと、前記書き込み完結ブロックを示す物理アドレスとを関係付ける第1テーブルと、前記論理アドレスと前記書き込み用ブロックを示す物理アドレスとを関係付ける第2テーブルとを有する論物変換テーブルを含むようにしてもよい。   Here, the memory controller includes a first table relating a logical address obtained from an address designated by the access device and a physical address indicating the write completion block, and a physical address indicating the logical address and the write block. And a logical-physical conversion table having a second table related to.

ここで前記メモリコントローラは、前記集約処理において前記物理ページと対応する論理アドレスの単位ごとに最新のデータを複写するものであり、前記アクセス装置が指定する論理アドレスに基づいて、前記2値モード書き込みにより複写するか、前記多値モード書き込みにより複写するかを決定するようにしてもよい。   Here, the memory controller copies the latest data for each logical address unit corresponding to the physical page in the aggregation process, and writes the binary mode based on the logical address designated by the access device. It may be determined whether to copy by the multi-value mode writing.

ここで前記不揮発性メモリは、前記アクセス装置から任意にアクセスしてデータの読出し及び書き込みができる通常領域と、前記アクセス装置からのアクセスを認証した場合にのみデータの読出し及び書き込みができる認証領域とを有し、前記認証領域での集約処理を、前記多値モード書き込みによって行うようにしてもよい。   Here, the nonvolatile memory includes a normal area where data can be read and written by arbitrarily accessing from the access device, and an authentication area where data can be read and written only when access from the access device is authenticated. And the aggregation processing in the authentication area may be performed by the multi-value mode writing.

ここで前記2値モード書き込みにおいて使用する2つの閾値電圧領域は、全ての閾値電圧領域のうち閾値電圧値の隣り合う2つを選択するようにしてもよい。   Here, as the two threshold voltage regions used in the binary mode writing, two adjacent threshold voltage values may be selected from all the threshold voltage regions.

ここで前記不揮発性メモリは、複数の物理ブロックから構成されるスーパーブロックを複数有し、前記書き込み完結ブロック、書き込み用ブロック及び空きブロックは前記スーパーブロックの単位からなるようにしてもよい。   Here, the nonvolatile memory may have a plurality of super blocks each composed of a plurality of physical blocks, and the write completion block, the write block, and the empty block may be composed of units of the super block.

本発明のデータ書き込みは常に、書き込み済みデータが未格納であるメモリセルに対する第1セルページのみへの書き込みであるため、電源遮断によって書き込み済みのデータが破壊されることはない。データが書き込まれた物理ブロックに対するデータの集約処理は、書き込み済みデータを別の物理ブロックに複写する処理なので、集約処理の途中で電源遮断が発生しても複写前の書き込み済みデータが破壊されることはない。さらに、物理ブロックの全ての第1セルページにデータが書き込まれるとすぐに集約処理を行うので、書き込み済みデータを高密度化することができ、単位データ量あたりのコストの増大を防ぐことができる。   Since the data writing of the present invention is always writing only to the first cell page with respect to the memory cell in which the written data is not stored, the written data is not destroyed by the power shutdown. The data aggregation process for the physical block to which data has been written is a process of copying the written data to another physical block, so even if the power is cut off during the aggregation process, the written data before copying is destroyed. There is nothing. Furthermore, since the aggregation process is performed as soon as data is written to all the first cell pages of the physical block, the written data can be densified, and an increase in cost per unit data amount can be prevented. .

図1は、本実施の形態の不揮発性記憶システムを示す図であり、不揮発性記憶装置と不揮発性記憶装置にアクセスするアクセス装置とを含んでいる。不揮発性記憶装置100は半導体メモリカードであり、アクセス装置200は、不揮発性記憶装置100に対してデータの書き込み及び読み出しを行うホスト機器である。不揮発性記憶装置100は、アクセス装置からの指示に従って不揮発性メモリ120へのデータの書き込み及び読み出しを制御するメモリコントローラ110と、不揮発性メモリ120とを含む。   FIG. 1 is a diagram illustrating a nonvolatile memory system according to the present embodiment, and includes a nonvolatile memory device and an access device that accesses the nonvolatile memory device. The nonvolatile storage device 100 is a semiconductor memory card, and the access device 200 is a host device that writes data to and reads data from the nonvolatile storage device 100. The nonvolatile storage device 100 includes a memory controller 110 that controls writing and reading of data to and from the nonvolatile memory 120 in accordance with instructions from the access device, and the nonvolatile memory 120.

メモリコントローラ110は、アクセス装置200との間でコマンドやデータのやりとりを行うホストインターフェース111と、アクセス装置200が指定する論理アドレスを不揮発性メモリ120内の物理アドレスに変換するテーブルである論物変換テーブル112とを含む。さらにメモリコントローラ110は、不揮発性メモリ120内の使用状況を管理する空きブロック管理テーブル113と、不揮発性メモリ120に対してデータの書き込み及び読出しの制御を行う読出し/書き込み制御部114とを含む。   The memory controller 110 includes a host interface 111 that exchanges commands and data with the access device 200, and a logical-physical conversion that is a table that converts a logical address designated by the access device 200 into a physical address in the nonvolatile memory 120. Table 112. The memory controller 110 further includes an empty block management table 113 that manages the usage status in the nonvolatile memory 120 and a read / write control unit 114 that controls writing and reading of data with respect to the nonvolatile memory 120.

不揮発性メモリ120は、データの消去単位となる物理ブロックを複数有するNAND型フラッシュメモリで構成されており、管理データ格納領域121とデータ格納領域122とを有する。管理データ格納領域121には、ユーザが直接アクセスできない情報、つまり、アクセス装置200からはアクセスすることのできない情報が格納される。ユーザが直接アクセスできない情報には、アドレス管理情報の一部や、システム情報が含まれる。また、データ格納領域122には、ユーザがアクセスすることができるデータ、すなわち、アクセス装置200から論理アドレスを指定して書き換え、または読み出しを行うことができるデータが記録される。ファイルシステムの情報もこの領域に存在する。尚、本実施の形態では、データ格納領域122をFATファイルシステムによって管理するものとする。   The nonvolatile memory 120 is composed of a NAND flash memory having a plurality of physical blocks as data erasing units, and includes a management data storage area 121 and a data storage area 122. The management data storage area 121 stores information that the user cannot directly access, that is, information that cannot be accessed from the access device 200. Information that cannot be directly accessed by the user includes a part of address management information and system information. The data storage area 122 stores data that can be accessed by the user, that is, data that can be rewritten or read by designating a logical address from the access device 200. File system information also exists in this area. In this embodiment, it is assumed that the data storage area 122 is managed by the FAT file system.

図2は不揮発性メモリ120の内部の状態を表したブロック図である。不揮発性メモリ120はPB0〜PB1023の1024の物理ブロックから構成されている。物理ブロックは不揮発性メモリ120のデータの消去単位で、容量は256kB(バイト)である。不揮発性メモリ120全体のデータ格納用の容量は256MBとなる。   FIG. 2 is a block diagram showing the internal state of the nonvolatile memory 120. The nonvolatile memory 120 is composed of 1024 physical blocks PB0 to PB1023. The physical block is a data erasing unit of the nonvolatile memory 120 and has a capacity of 256 kB (bytes). The data storage capacity of the entire nonvolatile memory 120 is 256 MB.

図3は、1つの物理ブロックの内部を示したブロック図である、物理ブロックはPP0〜PP127の128の物理ページで構成されている。物理ページは不揮発性メモリ120におけるデータ書き込みの最小単位で、各物理ページはデータ格納用の2kBと管理情報格納用の64Bのデータ容量を持つ。   FIG. 3 is a block diagram showing the inside of one physical block. The physical block is composed of 128 physical pages PP0 to PP127. A physical page is a minimum unit of data writing in the nonvolatile memory 120, and each physical page has a data capacity of 2 kB for storing data and 64 B for storing management information.

図4は論物変換テーブル112の内容を示している。論物変換とは、アクセス装置200が指定した論理アドレスから得られる論理ブロックLBを、不揮発性メモリ120の物理ブロックと対応付けるものであり、各論理ブロックLBは複数の論理ページLPを有している。このような論物変換テーブル112は、不揮発性メモリ120の物理ブロックのうちで、物理ブロック内の全ての物理ページにデータの書き込みが行なわれた書き込み完結ブロックを管理するテーブル112Aと、データが書き込まれていない物理ページがある書き込み途中ブロックを管理するテーブル112Bとを有する。図4では、論理ブロックLB1は物理ブロックPB358とPB38に対応している。即ち、物理ブロックPB358は、全ての物理ページにデータが書き込まれた書き込み完結ブロックとなっているが、物理ブロックPB38は、データを書き込む物理ページが残っている書き込み途中ブロックとして登録されていることを示している。これは、物理ブロックPB358のデータと同じ論理ブロックのデータが、物理ブロックPB38に書き込まれていることを表している。このように、1つの論理ブロックには、1つの書き込み完結ブロックと1つの書き込み途中ブロックの、最大で2つの物理ブロックを対応させることができる。   FIG. 4 shows the contents of the logical / physical conversion table 112. In the logical-physical conversion, the logical block LB obtained from the logical address designated by the access device 200 is associated with the physical block of the nonvolatile memory 120, and each logical block LB has a plurality of logical pages LP. . Such a logical-physical conversion table 112 includes a table 112A for managing a write completion block in which data is written to all physical pages in the physical block among the physical blocks of the nonvolatile memory 120, and a data write. And a table 112B for managing a block in the middle of writing that has a physical page that has not been written. In FIG. 4, the logical block LB1 corresponds to the physical blocks PB358 and PB38. That is, the physical block PB358 is a write completion block in which data is written to all physical pages, but the physical block PB38 is registered as a writing intermediate block in which a physical page to which data is written remains. Show. This indicates that data of the same logical block as that of the physical block PB358 is written in the physical block PB38. As described above, one logical block can correspond to a maximum of two physical blocks, that is, one write completion block and one write intermediate block.

この書き込み途中ブロックとして登録されているブロックは、新しくデータを書き込むための書き込み用ブロックとして用いられ、最大3つの物理ブロックまで登録される。書き込み途中ブロックとして3組の論理ブロックと物理ブロックが登録されていて、新たに論理ブロックと物理ブロックを登録する必要がある場合は、既に登録されている物理ブロックのデータに対して、後に説明する集約処理を行い、集約処理の終了後に当該物理ブロックと対応する論理ブロックの登録を取り消して、新たな論理ブロックと物理ブロックを登録する。   The block registered as a writing intermediate block is used as a writing block for writing new data, and a maximum of three physical blocks are registered. When three sets of logical blocks and physical blocks are registered as blocks in the middle of writing and it is necessary to newly register logical blocks and physical blocks, the data of the physical blocks already registered will be described later. An aggregation process is performed, and after the aggregation process is completed, registration of the logical block corresponding to the physical block is canceled and a new logical block and physical block are registered.

次に図5は、空きブロック管理テーブル113の構成を示した図である。空きブロック管理テーブル113は各物理ブロックについて、書き込み完結ブロックとして使用されているか、もしくは使用されていない空きであるかを示すテーブルである。図中、使用中とは、物理ブロックが書き込み完結ブロック又は書き込み途中ブロックとなっていることを示しており、空きとは、物理ブロック内にデータを書き込むための物理ページがあることを示している。このように物理ブロックには、不揮発性記憶装置外部のアクセス装置が指定する論理アドレスに対応して複数の物理ページ全てにデータが書き込まれている書き込み完結ブロックと、アクセス装置が指定するアドレスに対応したデータが書き込まれる書き込み用ブロックと、有効なデータが書き込まれていない状態の空きブロックとがある。   Next, FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the free block management table 113. The free block management table 113 is a table indicating whether each physical block is used as a write completion block or is not used. In the figure, “in use” indicates that the physical block is a write complete block or a block in the middle of writing, and “empty” indicates that there is a physical page for writing data in the physical block. . In this way, the physical block corresponds to the write completion block in which data is written in all the physical pages corresponding to the logical address specified by the access device outside the nonvolatile storage device, and the address specified by the access device. There are write blocks in which the written data is written and empty blocks in which valid data is not written.

[多値メモリセルの使用方法]
本実施の形態の不揮発性メモリ120は多値メモリセルを有している。多値メモリセルは、M個(M>3、Mは整数)の閾値電圧の領域を持っており、閾値電圧をその領域まで変化させることでデータを書き込む。本実施の形態のメモリセルは、4つの閾値電圧の領域を用いて“00”〜“11”の2ビットデータを書き込むことができる。多値メモリセルは2つのセルページで構成されており、各セルページにはそれぞれ1ビットデータが書き込まれる。メモリセルに書き込まれた2ビットデータのうち、下位1ビットは第1セルページのデータ、上位1ビットは第2セルページのデータである。つまり、第1セルページと第2セルページはメモリセルを共用している1つの組であって、多値メモリセルは、第1、第2セルページの組み合わせによって2ビットデータを記憶している。このような第1セルページが複数集まって書き込み単位である物理ページが構成され、また同様に、第2セルページも複数集まって書き込み単位である物理ページが構成される。尚本実施の形態では、どちらの物理ページも同じ容量を持つ。
[How to use multi-value memory cells]
The nonvolatile memory 120 of this embodiment has multi-value memory cells. The multi-value memory cell has M (M> 3, M is an integer) threshold voltage region, and data is written by changing the threshold voltage to that region. The memory cell of this embodiment can write 2-bit data of “00” to “11” using four threshold voltage regions. The multilevel memory cell is composed of two cell pages, and 1-bit data is written in each cell page. Of the 2-bit data written in the memory cell, the lower 1 bit is the data of the first cell page, and the upper 1 bit is the data of the second cell page. That is, the first cell page and the second cell page are one set sharing a memory cell, and the multi-level memory cell stores 2-bit data by a combination of the first and second cell pages. . A plurality of such first cell pages are collected to form a physical page as a write unit, and similarly, a plurality of second cell pages are also collected to form a physical page as a write unit. In this embodiment, both physical pages have the same capacity.

以上のようなメモリセルに2ビットデータを書き込む手順を、図6を用いて説明する。2ビットデータの書き込みは、下位1ビットのデータをメモリセルの第1セルページに書き込み、次いで上位1ビットのデータを第2セルページに書き込むという段階を経るので、この段階に準じて2ビットデータの書き込みを説明する。   A procedure for writing 2-bit data in the memory cell as described above will be described with reference to FIG. The writing of 2-bit data goes through the steps of writing lower 1-bit data to the first cell page of the memory cell and then writing upper 1-bit data to the second cell page. The writing of will be described.

メモリセルの初期状態は、閾値電圧が参照電圧VR1以下の領域L0の状態となっている。領域L0は2ビットデータ“11”を示す領域であり、第1、第2セルページが共にデータ“1”を記憶していることを示す領域である。ただし初期状態では、当該メモリセルがデータ“11”を記憶しているとは扱われておらず、データが書き込まれていないメモリセルとして扱われる。   The initial state of the memory cell is in a region L0 where the threshold voltage is equal to or lower than the reference voltage VR1. The area L0 is an area indicating the 2-bit data “11”, and is an area indicating that both the first and second cell pages store the data “1”. However, in the initial state, the memory cell is not handled as storing data “11”, and is treated as a memory cell in which no data is written.

ここで、メモリセルの第1セルページにデータ“1”を書き込む場合、メモリセルの閾値電圧を下位1ビットが“1”を示す領域に変更する。領域L0とL3は下位1ビットが“1”であることを示すが、メモリセルの初期状態では領域L0に閾値電圧があるので、領域を変更せずにデータの書き込みを終える。これに続いて、第2セルページへデータ“0”を書き込む場合、閾値電圧が領域L0のままでは第2セルページにはデータ“1”が書き込まれていることになるので、第2セルページのデータが“0”を示す領域L3に閾値電圧を変更する必要がある。そこで、第1セルページのデータは“1”であって、第2セルページのデータが“0”であることを示す領域L3までメモリセルの閾値電圧を変化させる。   Here, when data “1” is written in the first cell page of the memory cell, the threshold voltage of the memory cell is changed to an area where the lower 1 bit indicates “1”. The regions L0 and L3 indicate that the lower 1 bit is “1”. However, since the region L0 has a threshold voltage in the initial state of the memory cell, the data writing is finished without changing the region. Subsequently, when data “0” is written to the second cell page, data “1” is written to the second cell page if the threshold voltage remains in the region L0. It is necessary to change the threshold voltage to the region L3 where the data of “0” indicates “0”. Therefore, the threshold voltage of the memory cell is changed to the region L3 indicating that the data of the first cell page is “1” and the data of the second cell page is “0”.

また、第1セルページにデータ“0”を書き込む場合、初期状態の領域L0は第1セルページに“1”が書き込まれていることを示すので、下位1ビットが“0”を示す領域L1までメモリセルの閾値電圧を変化させて、第1セルページへのデータの書き込みは完了する。これに続いて、第2セルページに “0”を書き込む場合、閾値電圧が領域L1のままでは第2セルページにはデータ“1”が書き込まれていることになるので、第1セルページがデータ“0”を示し、第2セルページもデータ“0”を示す領域L2までメモリセルの閾値電圧を変更して第2セルページへのデータ“0”の書き込みを終了する。   In addition, when data “0” is written in the first cell page, the region L0 in the initial state indicates that “1” is written in the first cell page. Therefore, the region L1 in which the lower 1 bit indicates “0”. Until the threshold voltage of the memory cell is changed, data writing to the first cell page is completed. Subsequently, when “0” is written in the second cell page, the data “1” is written in the second cell page if the threshold voltage remains in the region L1. The threshold voltage of the memory cell is changed to the region L2 indicating the data “0” and the second cell page also indicating the data “0”, and the writing of the data “0” to the second cell page is completed.

以上のような手順に従って2ビットデータを書き込んだ場合、第2セルページへのデータの書き込み中に電源が途絶えると、第1セルページ及び第2セルページの両方のデータが破壊される可能性がある。例えば上述の領域L0から領域L3への閾値電圧の変化の途中で電源が途絶え、領域L1で留まってしまった場合は、下位1ビットが示す第1セルページのデータが“0”となってしまい、第1セルページのデータが変わってしまう。さらに第2セルページのデータも“0”ではなく“1”となってしまい、正しいデータではなくなってしまう。   When 2-bit data is written according to the above procedure, if the power supply is interrupted while data is being written to the second cell page, there is a possibility that both the first cell page and the second cell page will be destroyed. is there. For example, if the power supply is cut off during the change of the threshold voltage from the region L0 to the region L3 and remains in the region L1, the data of the first cell page indicated by the lower 1 bit becomes “0”. The data of the first cell page changes. Furthermore, the data in the second cell page is not “0” but “1”, and is not correct data.

以上の説明において、第1セルページだけを用いたデータの書き込みは、1つのメモリセルに対して1ビットデータを書き込む従来の2値メモリへの書き込みに相当するので、以下の説明では2値モード書き込みと呼ぶ。また、第1セルページに加えて第2セルページも用いたデータの書き込みは、1つのメモリセルに対して2ビットデータを書き込む多値メモリへの書き込みであるので、以下の説明では多値モード書き込みと呼ぶ。   In the above description, writing data using only the first cell page corresponds to writing to a conventional binary memory in which 1-bit data is written to one memory cell. This is called writing. In addition, since the writing of data using the second cell page in addition to the first cell page is writing to a multi-level memory in which 2-bit data is written to one memory cell, in the following description, the multi-level mode is used. This is called writing.

[データ書き込みモードと物理ページの関係]
多値フラッシュメモリの各メモリセルは先に述べたとおり、第1セルページと第2セルページのデータを記憶することができるが、本実施の形態でデータを書き込むときは、上述の2値モード書き込みと多値モード書き込みとを選択的に用いる。
[Relationship between data write mode and physical page]
As described above, each memory cell of the multilevel flash memory can store the data of the first cell page and the second cell page. However, when data is written in this embodiment, the above-described binary mode is used. Write and multi-value mode write are selectively used.

2値モード書き込みであれば、1つのメモリセルに対する1ビットデータの書き込みであるので、1つのメモリセルに1度の書き込みだけで済む。例えば、図6に示した領域L0とL1とだけを用いて、それぞれの領域を“0”又は“1”の1ビットの値に対応させて、第1セルページのデータを示すことにおけば、従来の2値のフラッシュメモリのように用いることができる。このように通常は、書き込み速度の速い領域の組み合わせを用いるので、本実施の形態では領域L0とL1の組み合わせを用いて2値モード書き込みを行う。   In binary mode writing, since 1-bit data is written to one memory cell, only one writing is required for one memory cell. For example, only the areas L0 and L1 shown in FIG. 6 are used, and each area is associated with a 1-bit value of “0” or “1” to indicate the data of the first cell page. It can be used like a conventional binary flash memory. As described above, since a combination of regions having a high writing speed is normally used, binary mode writing is performed using a combination of regions L0 and L1 in this embodiment.

次に、各物理ページには第1セルページか第2セルページかのどちらかのデータが書き込まれるので、その分担を決める方法を、図3と図7を用いて説明する。フラッシュメモリへのデータの書き込みは、物理ページを単位として行なわれる。ある1つの物理ページを第1又は第2セルページのデータを書き込む物理ページであると決めると、その物理ページに対応するすべてのメモリセルには第1又は第2セルページのどちらかのデータが書き込まれる。上述のとおり図3は、1つの物理ブロックに存在する物理ページPP0からPP127を表している。物理ページPP0は物理ページPP4と破線で結ばれているが、これは例えば、第1セルページのデータが書き込まれた物理ページPP0と第2セルページのデータが書き込まれた物理ページPP4が1つの組となって、同一のメモリ領域、つまりメモリセルを使用することを表している。   Next, since data of either the first cell page or the second cell page is written in each physical page, a method for determining the sharing will be described with reference to FIGS. 3 and 7. FIG. Data is written to the flash memory in units of physical pages. When it is determined that one physical page is a physical page to which data of the first or second cell page is written, all the memory cells corresponding to the physical page have data of either the first or second cell page. Written. As described above, FIG. 3 shows physical pages PP0 to PP127 existing in one physical block. The physical page PP0 is connected to the physical page PP4 by a broken line. For example, there is one physical page PP0 in which data of the first cell page is written and one physical page PP4 in which data of the second cell page is written. As a group, the same memory area, that is, the memory cell is used.

図7は、このような物理ページの組分けを示している。第1セルページ担当の欄には第1セルページのデータが書き込まれる物理ページの番号が示されており、第2セルページ担当の欄には第2セルページのデータが書き込まれる物理ページの番号が示されている。尚、図中のnは、不等式0≦n≦29を満たす整数である。図7において隣り合わせの物理ページが1つの組を成して互いに同一のメモリ領域を使用する。ここでは、物理ページPP0とPP4、PP1とPP5、PP122とPP126というように組になっている。   FIG. 7 shows such a physical page grouping. The column in charge of the first cell page shows the number of the physical page to which the data of the first cell page is written, and the column in charge of the second cell page shows the number of the physical page in which the data of the second cell page is written. It is shown. Note that n in the figure is an integer satisfying the inequality 0 ≦ n ≦ 29. In FIG. 7, adjacent physical pages form one set and use the same memory area. Here, the physical pages PP0 and PP4, PP1 and PP5, PP122 and PP126 are grouped.

図8Aに2値モード書き込みを行った後の物理ブロックの状態を示す。図8Aの物理ブロックは、PP0からPP127の128の物理ページを有しているが、第1セルページのデータを格納する物理ページには、全て斜線が付されてデータが書き込まれていることを示している。   FIG. 8A shows the state of the physical block after performing binary mode writing. The physical block of FIG. 8A has 128 physical pages from PP0 to PP127, but all the physical pages that store the data of the first cell page are hatched and data is written. Show.

一方図8Bは、多値モード書き込みを行なった後の物理ブロックの状態を示す。第2セルページのデータを格納する物理ページにも全て斜線が付されて、データが書き込まれていることを示している。尚、本実施の形態では、各物理ページに書き込まれたデータの論理ページを示すデータも当該物理ページ内に格納されている。2値モード書き込み及び多値モード書き込みにおけるデータ書き込みでは、物理ページの番号順に物理ページを用いる。   On the other hand, FIG. 8B shows the state of the physical block after the multi-value mode write is performed. All of the physical pages that store the data of the second cell page are also shaded to indicate that the data has been written. In the present embodiment, data indicating a logical page of data written in each physical page is also stored in the physical page. In data writing in binary mode writing and multi-value mode writing, physical pages are used in the order of physical page numbers.

[データ書き込み処理の手順]
以下に、フラッシュメモリ120へデータを書き込む際の処理の手順を説明し、あわせてその中で行なわれる2値モード集約と多値モード集約についても説明する。まず、図9は、アクセス装置200が不揮発性記憶装置100に対して初期化コマンドを送信したときの、不揮発性記憶装置100の動作を示すフローである。
[Data writing procedure]
In the following, a procedure of processing when data is written to the flash memory 120 will be described, and binary mode aggregation and multi-value mode aggregation performed in the procedure will be described. First, FIG. 9 is a flow showing an operation of the nonvolatile memory device 100 when the access device 200 transmits an initialization command to the nonvolatile memory device 100.

初期化コマンドはアクセス装置200の電源投入時や、不揮発性記憶装置100の装着時などに送信される。不揮発性記憶装置100が初期化コマンドを受信すると、メモリコントローラ110は論物変換テーブル112及び空きブロック管理テーブル113などの内部メモリの消去や、不揮発性メモリ120の接続確認などのハードウェアの初期化処理を行う(ステップ101)。その後、読出し/書込み制御部114は不揮発性メモリ120の管理データ格納領域121に格納されているアドレス管理情報等を取得し(ステップ102)、取得した情報を元に論物変換テーブル112及び空きブロック管理テーブル113を作成して不揮発性記憶装置100の初期化処理を完了する(ステップ103)。   The initialization command is transmitted when the access device 200 is turned on or when the nonvolatile storage device 100 is installed. When the nonvolatile memory device 100 receives the initialization command, the memory controller 110 erases internal memories such as the logical-physical conversion table 112 and the empty block management table 113, and initializes hardware such as connection confirmation of the nonvolatile memory 120. Processing is performed (step 101). Thereafter, the read / write control unit 114 acquires address management information and the like stored in the management data storage area 121 of the nonvolatile memory 120 (step 102), and based on the acquired information, the logical-physical conversion table 112 and the empty block are acquired. The management table 113 is created and the initialization process of the nonvolatile storage device 100 is completed (step 103).

続いて、アクセス装置200が不揮発性記憶装置100に対して書き込みコマンド及び書き込みデータを送信した場合の不揮発性記憶装置100の動作を、図10を用いて説明する。メモリコントローラ110のホストインターフェース111はアクセス装置200が指定した書き込みを開始する論理アドレスを取得し(ステップ201)、読出し/書き込み制御部114に通知する。   Next, the operation of the nonvolatile storage device 100 when the access device 200 transmits a write command and write data to the nonvolatile storage device 100 will be described with reference to FIG. The host interface 111 of the memory controller 110 acquires a logical address for starting writing specified by the access device 200 (step 201), and notifies the read / write control unit 114 of the logical address.

読出し/書き込み制御部114は、書き込みを開始する論理アドレス(セクタ単位、すなわち512B単位)から書き込みを開始する論理ブロック(ブロック単位、すなわち256kB単位)を算出し、次に説明するように論物変換テーブル112を利用して、書き込みを開始する論理ブロックに対応する物理ブロックを決定する。   The read / write control unit 114 calculates a logical block (block unit, that is, 256 kB unit) that starts writing from a logical address (sector unit, that is, 512B unit) that starts writing, and performs logical-physical conversion as described below. Using the table 112, a physical block corresponding to a logical block to start writing is determined.

読出し/書き込み制御部114は、書き込みを開始する論理ブロックに対応した物理ブロックが論物変換テーブル112の書き込み途中ブロックに登録されている場合には、この物理ブロックを書き込み用物理ブロックとする。書き込み途中ブロックとして物理ブロックが登録されていない場合には、空きブロック管理テーブル113を利用して空きブロックを取得し、空きブロックが消去済みでなければ当該空きブロックのデータを消去する(ステップ202)。続いて、取得した物理ブロックを書き込み途中ブロックに登録して書き込み用物理ブロックとして決定する。   When the physical block corresponding to the logical block to start writing is registered in the writing intermediate block of the logical-physical conversion table 112, the read / write control unit 114 sets this physical block as a writing physical block. If a physical block is not registered as a writing-in-progress block, an empty block is acquired using the empty block management table 113, and if the empty block has not been deleted, the data of the empty block is deleted (step 202). . Subsequently, the acquired physical block is registered as a writing intermediate block and determined as a writing physical block.

次に、読出し/書き込み制御部114は、アクセス装置200からのデータを2値モード書き込みで書き込み用物理ブロックに書き込む(ステップ203)。さらに読出し/書き込み制御部114は、未書き込みのデータがあるかどうかを確認し、全てのデータの書き込みが完了したかどうかを判断する(ステップ204)。全てのデータが書き込まれ、未書き込みのデータがなければデータの書き込みを終了する。   Next, the read / write control unit 114 writes the data from the access device 200 into the write physical block by binary mode writing (step 203). Further, the read / write control unit 114 confirms whether there is unwritten data, and determines whether writing of all data is completed (step 204). If all data is written and there is no unwritten data, the data writing is terminated.

未書き込みのデータが残っている場合には、書き込み用物理ブロックの全ての物理ページにデータが書き込まれた状態になったか否かを確認する(ステップ205)。書き込み用物理ブロックに未書き込みの物理ページが残っている場合は、ステップ203に戻って未書き込みのデータを書き込む。   If unwritten data remains, it is checked whether data has been written to all physical pages of the write physical block (step 205). If an unwritten physical page remains in the writing physical block, the process returns to step 203 to write unwritten data.

書き込み用物理ブロックの全ての物理ページにデータが書き込まれた場合は、当該物理ブロックに対応する論理ブロックの番号から、書き込んだデータが格納されている領域を論理ブロックに基づいて判定し、集約処理の方法を決定する(ステップ206)。尚、データが格納されている領域とは、ファイルシステムの情報が記録されている領域か、ユーザデータが記録されている領域かのどちらかである。   When data is written to all physical pages of the physical block for writing, the area where the written data is stored is determined based on the logical block number based on the number of the logical block corresponding to the physical block, and aggregation processing is performed. Is determined (step 206). The area in which data is stored is either an area in which file system information is recorded or an area in which user data is recorded.

本実施の形態では、論理ブロックLB0のデータであれば、重要なデータであるFATファイルシステムの情報が記録されている領域と判定して2値モード集約を行う(ステップ207)。それ以外の論理ブロックならばユーザデータが記録されている領域と判定して、多値モード集約を行う(ステップ208)。   In this embodiment, if it is data of the logical block LB0, it is determined that the FAT file system information, which is important data, is recorded, and binary mode aggregation is performed (step 207). If it is any other logical block, it is determined that the user data is recorded, and multi-value mode aggregation is performed (step 208).

このような各々の集約処理後、集約元である書き込み完結ブロックと書き込み用ブロックは、空きブロック管理テーブル113において「使用中」から「空き」に更新され、集約先の物理ブロックは「空き」から「使用中」に更新される。また、論物変換テーブル112において、テーブル112Aの論理ブロックには集約元の書き込み完結ブロックに代えて集約先の物理ブロックが割り当てられる。集約元の書き込み用物理ブロックが登録されているテーブル112Bでは、当該物理ブロックとともに対応する論理ブロックも登録が取り消される。   After each such aggregation process, the write completion block and write block that are the aggregation source are updated from “in use” to “empty” in the free block management table 113, and the physical block of the aggregation destination is changed from “free”. Updated to “In Use”. In the logical-physical conversion table 112, the physical block of the aggregation destination is assigned to the logical block of the table 112A instead of the write completion block of the aggregation source. In the table 112B in which the aggregation-source writing physical block is registered, the registration of the corresponding logical block is also canceled together with the physical block.

本実施の形態の集約処理とは、同じ論理アドレスの2つの物理ブロックに書き込まれたデータを、別の1つの物理ブロックにまとめる処理のことである。ステップ207の2値モード集約は、2値モード書き込みでデータが書き込まれた2つの物理ブロックのデータを2値モード書き込みで集約する。ステップ208の多値モード集約は、多値モード書き込みでデータが書き込まれた物理ブロックと、2値モード書き込みでデータが書き込まれた物理ブロックのデータを多値モード書き込みで集約する。   The aggregation processing according to the present embodiment is processing for collecting data written in two physical blocks having the same logical address into another physical block. In the binary mode aggregation in step 207, data of two physical blocks in which data is written by binary mode writing is aggregated by binary mode writing. In the multilevel mode aggregation of step 208, data of the physical block in which data is written by the multilevel mode write and the physical block in which data is written by the binary mode write are aggregated by the multilevel mode write.

以上のような集約処理が終わると、図10のステップ209の処理に移る。ここでは、ステップ207又はステップ208の集約処理によって、論理ブロックに対する物理ブロックの割当てが変わったことを記録するために、論物変換テーブル112と空きブロック管理テーブル113と管理データ格納領域121に格納されているアドレス管理情報とを更新して、集約元の書き込み完結ブロックと書き込み用ブロックのデータを消去する(ステップ209)。以降、ステップ202に戻って全てのデータが書き込まれるまで処理を繰り返す。   When the above aggregation process is completed, the process proceeds to step 209 in FIG. Here, it is stored in the logical-physical conversion table 112, the free block management table 113, and the management data storage area 121 in order to record that the allocation of the physical block to the logical block has been changed by the aggregation processing in step 207 or 208. The address management information being updated is updated, and the data of the write completion block and write block of the aggregation source are erased (step 209). Thereafter, the process returns to step 202 and is repeated until all data is written.

次に、2値モード集約の方法を、図11を用いて説明する。物理ブロックPB1は書き込み完結ブロックであり、第1セルページのデータを記憶する全ての物理ページに2値モード書き込みでデータが書き込まれている。データが書き込まれている各物理ページはLP0からLP63の64の論理ページに対応している。   Next, a binary mode aggregation method will be described with reference to FIG. The physical block PB1 is a write completion block, and data is written in binary mode writing to all physical pages storing data of the first cell page. Each physical page in which data is written corresponds to 64 logical pages LP0 to LP63.

書き込み用物理ブロックPB2の、第1セルページのデータを書き込む全ての物理ページには、物理ブロックPB1と同一の論理ブロックのデータが2値モード書き込みで書き込まれている。ここでは、物理ブロックPB1に現れる論理ページの一部が物理ブロックPB2で新しいデータに更新されている。   Data of the same logical block as that of the physical block PB1 is written in binary mode writing in all the physical pages in which the data of the first cell page of the writing physical block PB2 is written. Here, a part of the logical page appearing in the physical block PB1 is updated to new data in the physical block PB2.

物理ブロックPB1と同じ論理ページのデータが物理ブロックPB2に書き込まれていれば、物理ブロックPB1のデータは旧データであり、その論理ページに対応する新しいデータは、物理ブロックPB2に書き込まれている。このように更新が行なわれたデータと、物理ブロックPB1に元々書き込まれていて物理ブロックPB2で更新されていないデータとを、別の物理ブロックPB3にまとめる。つまり、物理ブロックPB3には各物理ページの最新のデータが集められる。   If data of the same logical page as the physical block PB1 is written in the physical block PB2, the data of the physical block PB1 is old data, and new data corresponding to the logical page is written in the physical block PB2. The data updated in this way and the data originally written in the physical block PB1 but not updated in the physical block PB2 are collected in another physical block PB3. That is, the latest data of each physical page is collected in the physical block PB3.

2値モード集約において、物理ページPB1とPB2の同じ論理ページのデータから最新のデータを決定するために次の2つのルールを用いる。
ルール1、書き込み完結ブロックよりも書き込み用物理ブロックのデータは新しい。
ルール2、書き込み用物理ブロック内においては物理ページ番号の大きいデータの方が新しい。
In the binary mode aggregation, the following two rules are used to determine the latest data from the data of the same logical page of the physical pages PB1 and PB2.
The data of the physical block for writing is newer than the rule 1, the writing completion block.
In rule 2, the physical block for writing has newer data with a larger physical page number.

これらのルールに従って、論理ページLP0〜LP3のデータは、物理ブロックPB1の物理ページPP0〜PP3に書き込まれたデータが最新であるとわかるので、そのデータを集約先の物理ブロックPB3の物理ページPP0からPP3に複写する。   According to these rules, since the data of the logical pages LP0 to LP3 can be found to be the latest data written in the physical pages PP0 to PP3 of the physical block PB1, the data is transferred from the physical page PP0 of the aggregation-destination physical block PB3. Copy to PP3.

次にLP4、LP5のデータを物理ブロックPB3に複写しなくてはならないが、先に示したルールにより、論理ページLP4、LP5のデータは、物理ブロックPB2の物理ページPP122、123に書き込まれたデータが最新であるとわかる。従って、物理ブロックPB2のPP122、123のデータをPB3のPP6、7に複写する。以上のようにして、残りの最新データも物理ブロックPB3に集約する。   Next, the data of LP4 and LP5 must be copied to the physical block PB3, but the data of the logical pages LP4 and LP5 is the data written to the physical pages PP122 and 123 of the physical block PB2 according to the rules shown above. Is found to be up-to-date. Therefore, the data of PP122 and 123 of physical block PB2 are copied to PP6 and 7 of PB3. As described above, the remaining latest data is also collected in the physical block PB3.

2値モード集約において書き込み完結ブロックが存在しない場合は、データの書き込まれていない物理ブロックを書き込み完結ブロックの代わりに用いて、上記と同様の2値モード集約を行なう。この場合には、書き込み用物理ブロックの64の論理ページのデータを、集約先の物理ブロックの64の物理ページに集約する。2値モード集約において、集約先の物理ブロックは64の物理ページを使用することができるので、この2値モード集約で集約先の物理ブロックは書き込み完結ブロックとなる。   When there is no write completion block in the binary mode aggregation, a binary mode aggregation similar to the above is performed by using a physical block in which no data is written instead of the write completion block. In this case, the data of 64 logical pages of the physical block for writing is aggregated into 64 physical pages of the physical block of the aggregation destination. In the binary mode aggregation, since 64 physical pages can be used for the physical block of the aggregation destination, the physical block of the aggregation destination becomes a write completion block in this binary mode aggregation.

次に多値モード集約の方法を、図12を用いて説明する。物理ブロックPB4は書き込み完結ブロックであり、多値モード書き込みで全ての物理ページにデータが書き込まれている。データが書き込まれている各物理ページは、論理ページLP0からLP127に対応している。   Next, the multi-value mode aggregation method will be described with reference to FIG. The physical block PB4 is a write completion block, and data is written to all physical pages by multi-value mode writing. Each physical page in which data is written corresponds to logical pages LP0 to LP127.

書き込み用物理ブロックPB5の、第1セルページのデータが書き込める全ての物理ページには、物理ブロックPB4と同一の論理アドレスのデータが2値モード書き込みで書き込まれている。ここでは、物理ブロックPB4に保持されている論理ページの一部が物理ブロックPB5で新しいデータに更新されている。   Data of the same logical address as that of the physical block PB4 is written in binary mode writing in all physical pages in the data physical block PB5 to which data of the first cell page can be written. Here, a part of the logical page held in the physical block PB4 is updated to new data in the physical block PB5.

多値モード集約も、書き込み完結ブロックPB4と書き込み用ブロックPB5のデータのうち最新のデータを物理ブロックPB6にまとめることであるので、2値モード集約で示した2つのルールに従って最新のデータを判断する。これに従うと、論理ページLP0〜LP3のデータは、物理ブロックPB4の物理ページPP0〜PP3のデータが最新であるとわかるので、そのデータを集約先の物理ブロックPB6の物理ページPP0〜PP3に複写する。   Multi-level mode aggregation also means that the latest data out of the data of the write completion block PB4 and the write block PB5 is collected in the physical block PB6, so that the latest data is determined according to the two rules shown in the binary mode aggregation. . According to this, since the data of the logical pages LP0 to LP3 is known to be the latest data of the physical pages PP0 to PP3 of the physical block PB4, the data is copied to the physical pages PP0 to PP3 of the physical block PB6 of the aggregation destination. .

次に、論理ページLP4のデータを、物理ブロックPB6に複写する。ルール1、2により、論理ページLP4のデータは物理ブロックPB5のPP0に書き込まれたデータが最新であるとわかるので、そのデータを物理ブロックPB6の物理ページPP4に複写する。以上のようにして、残りの最新データも物理ブロックPB6に集約する。   Next, the data of the logical page LP4 is copied to the physical block PB6. Since rules 1 and 2 indicate that the data of logical page LP4 is the latest data written in PP0 of physical block PB5, the data is copied to physical page PP4 of physical block PB6. As described above, the remaining latest data is also collected in the physical block PB6.

本実施の形態の物理ブロックPB5は、最大で64の論理ページを扱うので、PB4の128の物理ページのうち最大で64の物理ページが、新しいデータに書き換えられることになる。   Since the physical block PB5 of this embodiment handles 64 logical pages at the maximum, 64 physical pages of the 128 physical pages of PB4 are rewritten with new data.

尚、多値モード集約において書き込み完結ブロックが存在しない場合は、データの書き込まれていない物理ブロックを書き込み完結ブロックの代わりに用いて、同様の多値モード集約を行う。この場合には、書き込み用物理ブロックの64の論理ページのデータを、集約先の物理ブロックの64の物理ページに集約する。残りの64の物理ページにはデータの代わりに初期値を書き込んで集約処理を終える。この集約先の物理ブロックと、別の論理ページのデータを持つ書き込み用物理ブロックとの間でさらに多値モード集約を行なえば、集約先の物理ブロックは書き込み完結ブロックとなる。   If there is no write completion block in the multi-value mode aggregation, the same multi-value mode aggregation is performed by using a physical block in which no data is written instead of the write completion block. In this case, the data of 64 logical pages of the physical block for writing is aggregated into 64 physical pages of the physical block of the aggregation destination. The initial value is written in the remaining 64 physical pages instead of data, and the aggregation process is completed. If the multi-value mode aggregation is further performed between the aggregation destination physical block and the write physical block having the data of another logical page, the aggregation destination physical block becomes a write completion block.

本実施の形態ではアクセス装置からの書き込みデータを不揮発性メモリ120に書き込む場合に、まず2値モード書き込みを行う。このとき常に、書き込み済みのデータがないメモリセルに対して1ビットデータを書き込むため、書き込み途中の電源遮断によって書き込み済みのデータが破壊されることはない。また、その後集約処理における書き込みは、物理ブロックに書き込み済みのデータを別の物理ブロックに複写する処理であり、複写の途中での消去はしないので、この複写過程で電源遮断が発生しても複写前の書き込み済みデータが破壊されることはない。   In this embodiment, when writing data from the access device to the nonvolatile memory 120, binary mode writing is first performed. At this time, since 1-bit data is always written to a memory cell having no written data, the written data is not destroyed by power interruption during writing. In addition, the subsequent writing in the aggregation process is a process of copying the data already written in the physical block to another physical block, and is not erased in the middle of copying. Previously written data is not destroyed.

さらに加えて、ステップ207及びステップ208の集約処理の途中で電源遮断が発生した場合でも、電源遮断が起こった時点では論物変換テーブル112、空きブロック管理テーブル113、アドレス管理情報等が更新されていない。よって、電源復帰後の初期化におけるステップ102の処理で管理データ格納領域121から読み出されるアドレス管理情報や論物変換テーブル112、空きブロック管理テーブル113は集約処理前のものである。これは集約先の物理ブロックは「空き」のままであって、集約処理前に書き込まれた集約元のデータは破壊されていないので、集約処理前の論物変換テーブル112、空きブロック管理テーブル113、アドレス管理情報等を用いて電源遮断前と同じ処理をもう一度行うことができることを示している。   In addition, even if the power shutoff occurs during the aggregation process of step 207 and step 208, the logical-physical conversion table 112, the free block management table 113, the address management information, etc. are updated when the power shutoff occurs. Absent. Therefore, the address management information, the logical / physical conversion table 112, and the free block management table 113 that are read from the management data storage area 121 in the process of step 102 in the initialization after the power recovery are those before the aggregation process. This is because the physical block of the aggregation destination remains “free”, and the data of the aggregation source written before the aggregation processing is not destroyed. Therefore, the logical-physical conversion table 112 and the empty block management table 113 before the aggregation processing are not destroyed. This shows that the same processing as before the power shutdown can be performed again using the address management information and the like.

なお、本願発明の実施の形態について上記のように説明したが、本願発明は本実施の形態に限定されるものではない。本願発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することができる。例えば以下のような場合も本願発明に含まれる。   Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this embodiment. Modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the following cases are also included in the present invention.

(1)本実施の形態の不揮発性メモリ120として、4値データの記録が可能なメモリセルを用いたNAND型フラッシュメモリを使用したが、4値データに限らずより多値のデータ記録が可能なメモリセルを用いた不揮発性メモリであっても本願発明と同様の構成を実現でき、同様の効果を得ることができる。   (1) As the nonvolatile memory 120 of this embodiment, a NAND flash memory using a memory cell capable of recording quaternary data is used. However, not only quaternary data but also multi-value data recording is possible. Even a nonvolatile memory using various memory cells can realize the same configuration as the present invention and can obtain the same effect.

(2)本実施の形態では、「2値モード集約」及び「多値モード集約」のいずれを行うかをファイルシステムの管理情報を格納している領域かユーザデータを格納している領域かで判定する例を示したが、これに限らず任意の判定基準で決定してよい。例えば、データ格納領域122には、ユーザが自由に読み書きできる通常領域と、認証処理を経た場合にのみ読み書きできる保護領域とが存在することがある。このときに、通常領域は「多値モード集約」、認証領域は「2値モード集約」という判定基準、或いは逆の通常領域は「2値モード集約」、認証領域は「多値モード集約」という判定基準で両集約を使い分けてもよいし、領域によらず常に「多値モード集約」を行ってもよい。   (2) In this embodiment, whether “binary mode aggregation” or “multilevel mode aggregation” is performed depends on whether the file system management information is stored or the user data is stored. Although an example of determination is shown, the determination is not limited to this, and an arbitrary determination criterion may be used. For example, the data storage area 122 may include a normal area where a user can freely read and write, and a protected area where data can be read and written only after an authentication process. At this time, the normal area is “multi-value mode aggregation”, the authentication area is “binary mode aggregation”, or the opposite normal area is “binary mode aggregation”, and the authentication area is “multi-value mode aggregation”. Both aggregations may be properly used according to the determination criterion, and “multi-value mode aggregation” may be always performed regardless of the region.

(3)本実施の形態では、アクセス装置200からのデータを常に、2値モード書き込みと集約処理の2段階で書き込む例を示したが、2段階で書き込む領域を不揮発性メモリの一部の領域に限定してもよい。   (3) In the present embodiment, an example in which data from the access device 200 is always written in two stages of binary mode writing and aggregation processing has been described. However, an area to be written in two stages is a partial area of the nonvolatile memory. You may limit to.

(4)本実施の形態では、2値モード書き込みにおいて、1ビットデータを第1セルページのみに書き込む構成としたが、第2セルページのみに書き込む構成でもよい。書き込み速度を向上させるためには、メモリセルを共有しているページのうち、平均の書き込み速度がもっとも速いページにのみ書き込むようにするほうが望ましい。   (4) In this embodiment, in the binary mode writing, 1-bit data is written only in the first cell page, but it may be written only in the second cell page. In order to improve the writing speed, it is desirable to write only to the page having the fastest average writing speed among the pages sharing the memory cell.

(5)本実施の形態では、データ消去の最小単位であるブロックを単位として論物変換テーブル112、空きブロック管理テーブル113を生成し、書き込み完結ブロック及び書き込み途中ブロックは1個のブロックから構成される例を示したが、複数のブロックによって構成されるスーパーブロックを単位として上記テーブルや書き込み完結ブロック、書き込み用ブロックなどを構成してもよい。このとき、管理すべきスーパーブロックの数は、ブロックの数よりも少ないので論物変換テーブル112や空きブロック管理テーブル113のサイズを減らすことでき、単位データ量あたりのコストダウンが期待できる。   (5) In this embodiment, the logical-physical conversion table 112 and the empty block management table 113 are generated with the block which is the minimum unit of data erasure as a unit, and the write completion block and the write intermediate block are composed of one block. However, the table, the write completion block, the write block, and the like may be configured in units of super blocks including a plurality of blocks. At this time, since the number of super blocks to be managed is smaller than the number of blocks, the size of the logical-physical conversion table 112 and the empty block management table 113 can be reduced, and cost reduction per unit data amount can be expected.

(6)2値及び多値モード集約において書き込み完結ブロックが存在しない場合に、データの書き込まれていない、初期値だけが書き込まれた物理ブロックを書き込み完結ブロックの代わりに用いた。しかし、実際の物理ブロックを用いなくとも、必要に応じて初期値を集約先の物理ブロックに書き込むようにすれば、同様の集約を行なうことができる。   (6) When there is no write completion block in the binary and multi-value mode aggregation, a physical block in which only the initial value is written and no data is written is used instead of the write completion block. However, even if an actual physical block is not used, the same aggregation can be performed if the initial value is written in the aggregation-destination physical block as necessary.

本発明は、デジタルAV機器、携帯電話端末、パーソナルコンピュータ等の電子機器に用いられる大容量かつ高信頼性が要求される情報記録媒体に適用することができる。特に、本願発明は、記録密度が高い多値フラッシュメモリに適用でき、より多値化が進むフラッシュメモリを用いた半導体メモリカードにおいてさらに有効であるため、低コストが求められる不揮発性記憶装置に好適である。   The present invention can be applied to an information recording medium that is required for a large capacity and high reliability used in electronic devices such as digital AV devices, mobile phone terminals, and personal computers. In particular, the present invention can be applied to a multi-value flash memory having a high recording density, and is more effective in a semiconductor memory card using a flash memory that is becoming increasingly multi-valued. Therefore, it is suitable for a nonvolatile memory device that requires low cost. It is.

本発明の実施の形態における不揮発性記憶システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the non-volatile storage system in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における不揮発性メモリの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the non-volatile memory in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における物理ブロックの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the physical block in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における論物変換テーブルの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the logical-physical conversion table in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における空きブロック管理テーブルの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the empty block management table in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態におけるメモリセルの閾値電圧の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the threshold voltage of the memory cell in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における第1セルページと第2セルページを担当する物理ページの組合せを示す表である。It is a table | surface which shows the combination of the physical page which takes charge of the 1st cell page and 2nd cell page in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における2値モード書き込み後の書き込み用物理ブロックの状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the physical block for writing after binary mode writing in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における多値モード書き込み後の書き込み用物理ブロックの状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the physical block for writing after multi-value mode writing in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における不揮発性記憶装置の初期化コマンド受信後の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement after the initialization command reception of the non-volatile memory device in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における不揮発性記憶装置の書き込みコマンド受信後の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement after reception of the write command of the non-volatile memory device in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における2値モード集約前後の物理ブロックの状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the physical block before and behind binary mode aggregation in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における多値モード集約前後の物理ブロックの状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the physical block before and behind multi-value mode aggregation in embodiment of this invention. 従来技術におけるメモリセルの閾値電圧の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the threshold voltage of the memory cell in a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

100 不揮発性記憶装置
110 メモリコントローラ
111 ホストインターフェース
112 論物変換テーブル
113 空きブロック管理テーブル
114 読出し/書き込み制御部
120 不揮発性メモリ
121 管理データ格納領域
122 データ格納領域
200 アクセス装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Nonvolatile memory device 110 Memory controller 111 Host interface 112 Logical-physical conversion table 113 Empty block management table 114 Read / write control part 120 Nonvolatile memory 121 Management data storage area 122 Data storage area 200 Access device

Claims (28)

M個(M>3、Mは整数)の閾値電圧領域を持つメモリセルを複数有し、前記複数のメモリセルで構成されたデータの書き込み単位である複数の物理ページから成り、データの消去単位である物理ブロックを複数備える不揮発性メモリと、
前記M個の閾値電圧領域のうち2つの閾値電圧領域を用いてデータを書き込む2値モード書き込みと、M個の閾値電圧領域を用いてデータを書き込む多値モード書き込みのいずれかによって前記不揮発性メモリにデータを書き込み、及び不揮発性メモリよりデータを読み出すメモリコントローラと、を有する不揮発性記憶装置のデータ書き込み方法であって、
前記不揮発性メモリの物理ブロックは、
前記不揮発性記憶装置外部のアクセス装置が指定する論理アドレスに対応して前記複数の物理ページ全てにデータが書き込まれている書き込み完結ブロックと、
前記アクセス装置が指定するアドレスに対応したデータが書き込まれる書き込み用ブロックと、
データが消去された状態の空きブロックと、を含み、
前記メモリコントローラは、
前記書き込み用ブロックへは、常に前記2値モード書き込みでデータを書き込み、
前記書き込み用ブロックの全ての物理ページにデータが書き込まれたときに、論理アドレスが共通する前記書き込み完結ブロックと前記書き込み用ブロックのデータを2値モード書き込みまたは多値モード書き込みで前記空きブロックへ複写する集約処理を行う不揮発性記憶装置のデータ書き込み方法。
A plurality of memory cells having a threshold voltage region of M (M> 3, M is an integer), comprising a plurality of physical pages that are data write units composed of the plurality of memory cells, and is a data erase unit A non-volatile memory including a plurality of physical blocks,
The non-volatile memory according to any one of binary mode writing in which data is written using two threshold voltage regions out of the M threshold voltage regions and multi-value mode writing in which data is written using M threshold voltage regions And a data controller for writing data to and a memory controller for reading data from the nonvolatile memory,
The physical block of the nonvolatile memory is
A write completion block in which data is written to all of the plurality of physical pages corresponding to a logical address designated by an access device external to the nonvolatile storage device;
A write block in which data corresponding to an address designated by the access device is written;
Including an empty block in which data is erased,
The memory controller is
Data is always written to the writing block by the binary mode writing,
When data is written to all physical pages of the write block, the data of the write complete block and the write block having the same logical address are copied to the empty block by binary mode write or multi-value mode write. A method for writing data in a nonvolatile storage device that performs aggregation processing.
前記メモリコントローラは、前記書き込み完結ブロックと前記書き込み用ブロックのデータを2値モード書き込みまたは多値モード書き込みで前記空きブロックへ複写する際に、書き込み用ブロックと論理アドレスが共通する前記書き込み完結ブロックがなければ、データの書き込まれていない空きブロックを前記書き込み完結ブロックとして用いる請求項1に記載の不揮発性記憶装置のデータ書き込み方法。   When the memory controller copies the data of the write completion block and the write block to the empty block by binary mode write or multi-value mode write, the write completion block having the same logical address as the write block If not, the data writing method of the nonvolatile memory device according to claim 1, wherein an empty block in which no data is written is used as the writing completion block. 前記メモリコントローラは、
前記アクセス装置が指定するアドレスから得られる論理アドレスと、前記書き込み完結ブロックを示す物理アドレスとを関係付ける第1テーブルと、前記論理アドレスと前記書き込み用ブロックを示す物理アドレスとを関係付ける第2テーブルとを有する論物変換テーブルを含む請求項1又は2に記載の不揮発性記憶装置のデータ書き込み方法。
The memory controller is
A first table relating a logical address obtained from an address designated by the access device and a physical address indicating the write completion block; and a second table relating the logical address and a physical address indicating the write block. The data writing method of the non-volatile memory device according to claim 1, further comprising a logical-physical conversion table having:
前記メモリコントローラは、前記集約処理において前記物理ページと対応する論理アドレスの単位ごとに最新のデータを複写するものであり、
前記アクセス装置が指定する論理アドレスに基づいて、前記2値モード書き込みにより複写するか、前記多値モード書き込みにより複写するかを決定する請求項1から3のいずれか1項に記載の不揮発性記憶装置のデータ書き込み方法。
The memory controller is for copying the latest data for each logical address unit corresponding to the physical page in the aggregation process,
4. The nonvolatile memory according to claim 1, wherein whether to copy by the binary mode writing or to copy by the multi-value mode writing is determined based on a logical address designated by the access device. 5. Device data writing method.
前記不揮発性メモリは、前記アクセス装置から任意にアクセスしてデータの読出し及び書き込みができる通常領域と、前記アクセス装置からのアクセスを認証した場合にのみデータの読出し及び書き込みができる認証領域とを有し、
前記認証領域での集約処理を、前記多値モード書き込みによって行う請求項1から4のいずれか1項に記載の不揮発性記憶装置のデータ書き込み方法。
The nonvolatile memory has a normal area where data can be read and written arbitrarily by accessing from the access device, and an authentication area where data can be read and written only when access from the access device is authenticated. And
The data writing method of the nonvolatile memory device according to claim 1, wherein the aggregation process in the authentication area is performed by the multi-value mode writing.
前記2値モード書き込みにおいて使用する2つの閾値電圧領域は、全ての閾値電圧領域のうち閾値電圧値の隣り合う2つを選択する請求項1から5のいずれか1項に記載の不揮発性記憶装置のデータ書き込み方法。   6. The nonvolatile memory device according to claim 1, wherein two threshold voltage regions used in the binary mode writing are selected from two adjacent threshold voltage values among all threshold voltage regions. Data writing method. 前記不揮発性メモリは、複数の物理ブロックから構成されるスーパーブロックを複数有し、
前記書き込み完結ブロック、書き込み用ブロック及び空きブロックは前記スーパーブロックの単位からなる請求項1から6のいずれか1項に記載の不揮発性記憶装置のデータ書き込み方法。
The nonvolatile memory has a plurality of super blocks composed of a plurality of physical blocks,
7. The method of writing data in a nonvolatile memory device according to claim 1, wherein the write completion block, the write block, and the empty block are in units of the super block.
M個(M>3、Mは整数)の閾値電圧領域を持つメモリセルを複数有し、前記複数のメモリセルで構成されたデータの書き込み単位である複数の物理ページから成り、データの消去単位である物理ブロックを複数備える不揮発性メモリと、
前記M個の閾値電圧領域のうち2つの閾値電圧領域を用いてデータを書き込む2値モード書き込みと、M個の閾値電圧領域を用いてデータを書き込む多値モード書き込みのいずれかによって前記不揮発性メモリにデータを書き込み、及び不揮発性メモリよりデータを読み出すメモリコントローラと、を具備する不揮発性記憶装置であって、
前記不揮発性メモリの物理ブロックは、
前記不揮発性記憶装置外部のアクセス装置が指定する論理アドレスに対応して前記複数の物理ページ全てにデータが書き込まれている書き込み完結ブロックと、
前記アクセス装置が指定するアドレスに対応したデータが書き込まれる書き込み用ブロックと、
データが消去された状態の空きブロックと、を含み、
前記メモリコントローラは、
前記書き込み用ブロックへは、常に前記2値モード書き込みでデータを書き込み、
前記書き込み用ブロックの全ての物理ページにデータが書き込まれたときに、論理アドレスが共通する前記書き込み完結ブロックと前記書き込み用ブロックのデータを2値モード書き込みまたは多値モード書き込みで前記空きブロックへ複写する集約処理を行う不揮発性記憶装置。
A plurality of memory cells having a threshold voltage region of M (M> 3, M is an integer), comprising a plurality of physical pages that are data write units composed of the plurality of memory cells, and is a data erase unit A non-volatile memory including a plurality of physical blocks,
The non-volatile memory according to any one of binary mode writing in which data is written using two threshold voltage regions out of the M threshold voltage regions and multi-value mode writing in which data is written using M threshold voltage regions A non-volatile storage device comprising: a memory controller that writes data to and reads data from the non-volatile memory;
The physical block of the nonvolatile memory is
A write completion block in which data is written to all of the plurality of physical pages corresponding to a logical address designated by an access device external to the nonvolatile storage device;
A write block in which data corresponding to an address designated by the access device is written;
Including an empty block in which data is erased,
The memory controller is
Data is always written to the writing block by the binary mode writing,
When data is written to all physical pages of the write block, the data of the write complete block and the write block having the same logical address are copied to the empty block by binary mode write or multi-value mode write. A non-volatile storage device that performs aggregation processing.
前記メモリコントローラは、前記書き込み完結ブロックと前記書き込み用ブロックのデータを2値モード書き込みまたは多値モード書き込みで前記空きブロックへ複写する際に、書き込み用ブロックと論理アドレスが共通する前記書き込み完結ブロックがなければ、データの書き込まれていない空きブロックを前記書き込み完結ブロックとして用いる請求項8に記載の不揮発性記憶装置。   When the memory controller copies the data of the write completion block and the write block to the empty block by binary mode write or multi-value mode write, the write completion block having the same logical address as the write block If not, the non-volatile memory device according to claim 8, wherein an empty block in which no data is written is used as the write completion block. 前記メモリコントローラは、
前記アクセス装置が指定するアドレスから得られる論理アドレスと、前記書き込み完結ブロックを示す物理アドレスとを関係付ける第1テーブルと、前記論理アドレスと前記書き込み用ブロックを示す物理アドレスとを関係付ける第2テーブルとを有する論物変換テーブルを含む請求項8又は9に記載の不揮発性記憶装置。
The memory controller is
A first table relating a logical address obtained from an address designated by the access device and a physical address indicating the write completion block; and a second table relating the logical address and a physical address indicating the write block. The nonvolatile memory device according to claim 8, further comprising a logical-physical conversion table including:
前記メモリコントローラは、前記集約処理において前記物理ページと対応する論理アドレスの単位ごとに最新のデータを複写するものであり、
前記アクセス装置が指定する論理アドレスに基づいて、前記2値モード書き込みにより複写するか、前記多値モード書き込みにより複写するかを決定する請求項8〜10のいずれか1項に記載の不揮発性記憶装置。
The memory controller is for copying the latest data for each logical address unit corresponding to the physical page in the aggregation process,
11. The non-volatile memory according to claim 8, wherein whether to copy by the binary mode writing or to copy by the multi-value mode writing is determined based on a logical address designated by the access device. apparatus.
前記不揮発性メモリは、前記アクセス装置から任意にアクセスしてデータの読出し及び書き込みができる通常領域と、前記アクセス装置からのアクセスを認証した場合にのみデータの読出し及び書き込みができる認証領域とを有し、
前記認証領域での集約処理を、前記多値モード書き込みによって行う請求項8から11のいずれか1項に記載の不揮発性記憶装置。
The nonvolatile memory has a normal area where data can be read and written arbitrarily by accessing from the access device, and an authentication area where data can be read and written only when access from the access device is authenticated. And
The nonvolatile storage device according to claim 8, wherein the aggregation processing in the authentication area is performed by the multi-value mode writing.
前記2値モード書き込みにおいて使用する2つの閾値電圧領域は、全ての閾値電圧領域のうち閾値電圧値の隣り合う2つを選択する請求項8から12のいずれか1項に記載の不揮発性記憶装置。   13. The nonvolatile memory device according to claim 8, wherein two threshold voltage regions used in the binary mode writing are selected from two adjacent threshold voltage values among all threshold voltage regions. . 前記不揮発性メモリは、複数の物理ブロックから構成されるスーパーブロックを複数有し、
前記書き込み完結ブロック、書き込み用ブロック及び空きブロックは前記スーパーブロックの単位からなる請求項8から13のいずれか1項に記載の不揮発性記憶装置。
The nonvolatile memory has a plurality of super blocks composed of a plurality of physical blocks,
The non-volatile memory device according to claim 8, wherein the write completion block, the write block, and the empty block are units of the super block.
M個(M>3、Mは整数)の閾値電圧領域を持つメモリセルを複数有し、前記複数のメモリセルで構成されたデータの書き込み単位である複数の物理ページから成り、データの消去単位である複数の物理ブロック備える不揮発性メモリと、
前記M個の閾値電圧領域のうち2つの閾値電圧領域を用いてデータを書き込む2値モード書き込みと、M個の閾値電圧領域を用いてデータを書き込む多値モード書き込みのいずれかによって前記不揮発性メモリにデータを書き込み、及び不揮発性メモリよりデータを読み出すメモリコントローラと、
前記コントローラに対して前記不揮発性メモリへのデータの書き込み及び読み出しを指示するアクセス装置と、を具備する不揮発性記憶システムであって、
前記不揮発性メモリの物理ブロックは、
前記不揮発性記憶装置外部のアクセス装置が指定する論理アドレスに対応して前記複数の物理ページ全てにデータが書き込まれている書き込み完結ブロックと、
前記アクセス装置が指定するアドレスに対応したデータが書き込まれる書き込み用ブロックと、
データが消去された状態の空きブロックと、を含み、
前記メモリコントローラは、
前記書き込み用ブロックへは、常に前記2値モード書き込みでデータを書き込み、
前記書き込み用ブロックの全ての物理ページにデータが書き込まれたときに、論理アドレスが共通する前記書き込み完結ブロックと前記書き込み用ブロックのデータを2値モード書き込みまたは多値モード書き込みで前記空きブロックへ複写する集約処理を行う不揮発性記憶システム。
A plurality of memory cells having a threshold voltage region of M (M> 3, M is an integer), comprising a plurality of physical pages that are data write units composed of the plurality of memory cells, and is a data erase unit A non-volatile memory comprising a plurality of physical blocks,
The non-volatile memory according to any one of binary mode writing in which data is written using two threshold voltage regions out of the M threshold voltage regions and multi-value mode writing in which data is written using M threshold voltage regions A memory controller that writes data to and reads data from a nonvolatile memory;
An access device that instructs the controller to write and read data to and from the nonvolatile memory;
The physical block of the nonvolatile memory is
A write completion block in which data is written to all of the plurality of physical pages corresponding to a logical address designated by an access device external to the nonvolatile storage device;
A write block in which data corresponding to an address designated by the access device is written;
Including an empty block in which data is erased,
The memory controller is
Data is always written to the writing block by the binary mode writing,
When data is written to all physical pages of the write block, the data of the write complete block and the write block having the same logical address are copied to the empty block by binary mode write or multi-value mode write. A non-volatile storage system that performs aggregation processing.
前記メモリコントローラは、前記書き込み完結ブロックと前記書き込み用ブロックのデータを2値モード書き込みまたは多値モード書き込みで前記空きブロックへ複写する際に、書き込み用ブロックと論理アドレスが共通する前記書き込み完結ブロックがなければ、データの書き込まれていない空きブロックを前記書き込み完結ブロックとして用いる請求項15に記載の不揮発性記憶システム。   When the memory controller copies the data of the write completion block and the write block to the empty block by binary mode write or multi-value mode write, the write completion block having the same logical address as the write block If not, the non-volatile storage system according to claim 15, wherein an empty block in which no data is written is used as the write completion block. 前記メモリコントローラは、
前記アクセス装置が指定するアドレスから得られる論理アドレスと、前記書き込み完結ブロックを示す物理アドレスとを関係付ける第1テーブルと、前記論理アドレスと前記書き込み用ブロックを示す物理アドレスとを関係付ける第2テーブルとを有する論物変換テーブルを含む請求項15又は16に記載の不揮発性記憶システム。
The memory controller is
A first table relating a logical address obtained from an address designated by the access device and a physical address indicating the write completion block; and a second table relating the logical address and a physical address indicating the write block. The nonvolatile storage system according to claim 15, further comprising a logical-physical conversion table having:
前記メモリコントローラは、前記集約処理において前記物理ページと対応する論理アドレスの単位ごとに最新のデータを複写するものであり、
前記アクセス装置が指定する論理アドレスに基づいて、前記2値モード書き込みにより複写するか、前記多値モード書き込みにより複写するかを決定する請求項15から17のいずれか1項に記載の不揮発性記憶システム。
The memory controller is for copying the latest data for each logical address unit corresponding to the physical page in the aggregation process,
18. The nonvolatile memory according to claim 15, wherein whether to copy by the binary mode writing or the multi-value mode writing is determined based on a logical address designated by the access device. 18. system.
前記不揮発性メモリは、前記アクセス装置から任意にアクセスしてデータの読出し及び書き込みができる通常領域と、前記アクセス装置からのアクセスを認証した場合にのみデータの読出し及び書き込みができる認証領域とを有し、
前記認証領域での集約処理を、前記多値モード書き込みによって行う請求項15から18のいずれか1項に記載の不揮発性記憶システム。
The nonvolatile memory has a normal area where data can be read and written arbitrarily by accessing from the access device, and an authentication area where data can be read and written only when access from the access device is authenticated. And
The non-volatile storage system according to claim 15, wherein the aggregation process in the authentication area is performed by the multi-value mode writing.
前記2値モード書き込みにおいて使用する2つの閾値電圧領域は、全ての閾値電圧領域のうち閾値電圧値の隣り合う2つを選択する請求項15から19のいずれか1項に記載の不揮発性記憶システム。   20. The nonvolatile memory system according to claim 15, wherein two threshold voltage regions used in the binary mode writing are selected from two adjacent threshold voltage values among all threshold voltage regions. . 前記不揮発性メモリは、複数の物理ブロックから構成されるスーパーブロックを複数有し、
前記書き込み完結ブロック、書き込み用ブロック及び空きブロックは前記スーパーブロックの単位からなる請求項15から20のいずれか1項に記載の不揮発性記憶システム。
The nonvolatile memory has a plurality of super blocks composed of a plurality of physical blocks,
The nonvolatile storage system according to any one of claims 15 to 20, wherein the write completion block, the write block, and the empty block are composed of units of the super block.
M個(M>3、Mは整数)の閾値電圧領域を持つメモリセルを複数有し、前記複数のメモリセルで構成されたデータの書き込み単位である複数の物理ページから成り、データの消去単位である物理ブロックは、
前記不揮発性記憶装置外部のアクセス装置が指定する論理アドレスに対応して前記複数の物理ページ全てにデータが書き込まれている書き込み完結ブロックと、
前記アクセス装置が指定するアドレスに対応したデータが書き込まれる書き込み用ブロックと、
データが消去された状態の空きブロックと、を含んでいる不揮発性メモリに対して、前記M個の閾値電圧領域のうち2つの閾値電圧領域を用いてデータを書き込む2値モード書き込みと、M個の閾値電圧領域を用いてデータを書き込む多値モード書き込みのいずれかによって前記不揮発性メモリにデータを書き込み、及び不揮発性メモリよりデータを読み出すメモリコントローラであって、
前記書き込み用ブロックへは、常に前記2値モード書き込みでデータを書き込み、
前記書き込み用ブロックの全ての物理ページにデータが書き込まれたときに、論理アドレスが共通する前記書き込み完結ブロックと前記書き込み用ブロックのデータを2値モード書き込みまたは多値モード書き込みで前記空きブロックへ複写する集約処理を行うメモリコントローラ。
A plurality of memory cells having a threshold voltage region of M (M> 3, M is an integer), comprising a plurality of physical pages that are data write units composed of the plurality of memory cells, and is a data erase unit Is a physical block
A write completion block in which data is written to all of the plurality of physical pages corresponding to a logical address designated by an access device external to the nonvolatile storage device;
A write block in which data corresponding to an address designated by the access device is written;
Binary mode writing in which data is written using two threshold voltage regions out of the M threshold voltage regions, and M pieces of non-volatile memory including an empty block in which data is erased A memory controller that writes data to the nonvolatile memory by any one of multi-value mode writing that writes data using the threshold voltage region, and reads data from the nonvolatile memory,
Data is always written to the writing block by the binary mode writing,
When data is written to all physical pages of the write block, the data of the write complete block and the write block having the same logical address are copied to the empty block by binary mode write or multi-value mode write. A memory controller that performs aggregation processing.
前記書き込み完結ブロックと前記書き込み用ブロックのデータを2値モード書き込みまたは多値モード書き込みで前記空きブロックへ複写する際に、書き込み用ブロックと論理アドレスが共通する前記書き込み完結ブロックがなければ、データの書き込まれていない空きブロックを前記書き込み完結ブロックとして用いる請求項22に記載のメモリコントローラ。   When copying the data in the write completion block and the write block to the empty block by binary mode write or multi-value mode write, if there is no write complete block having the same logical address as the write block, The memory controller according to claim 22, wherein an empty block that has not been written is used as the write completion block. 前記アクセス装置が指定するアドレスから得られる論理アドレスと、前記書き込み完結ブロックを示す物理アドレスとを関係付ける第1テーブルと、前記論理アドレスと前記書き込み用ブロックを示す物理アドレスとを関係付ける第2テーブルとを有する論物変換テーブルを含む請求項22又は23に記載のメモリコントローラ。   A first table relating a logical address obtained from an address designated by the access device and a physical address indicating the write completion block; and a second table relating the logical address and a physical address indicating the write block. 24. The memory controller according to claim 22, further comprising a logical-physical conversion table having: 前記集約処理において前記物理ページと対応する論理アドレスの単位ごとに最新のデータを複写するものであり、
前記アクセス装置が指定する論理アドレスに基づいて、前記2値モード書き込みにより複写するか、前記多値モード書き込みにより複写するかを決定する請求項22〜24のいずれか1項に記載のメモリコントローラ。
In the aggregation process, the latest data is copied for each logical address unit corresponding to the physical page,
The memory controller according to any one of claims 22 to 24, wherein whether to copy by the binary mode writing or the multi-value mode writing is determined based on a logical address designated by the access device.
前記不揮発性メモリは、前記アクセス装置から任意にアクセスしてデータの読出し及び書き込みができる通常領域と、前記アクセス装置からのアクセスを認証した場合にのみデータの読出し及び書き込みができる認証領域とを有し、
前記認証領域での集約処理を、前記多値モード書き込みによって行う請求項22から25のいずれか1項に記載のメモリコントローラ。
The nonvolatile memory has a normal area where data can be read and written arbitrarily by accessing from the access device, and an authentication area where data can be read and written only when access from the access device is authenticated. And
26. The memory controller according to claim 22, wherein the aggregation process in the authentication area is performed by the multi-value mode writing.
前記2値モード書き込みにおいて使用する2つの閾値電圧領域は、全ての閾値電圧領域のうち閾値電圧値の隣り合う2つを選択する請求項22から26のいずれか1項に記載のメモリコントローラ。   27. The memory controller according to claim 22, wherein two threshold voltage regions used in the binary mode writing are selected from two adjacent threshold voltage values among all threshold voltage regions. 前記不揮発性メモリは、複数の物理ブロックから構成されるスーパーブロックを複数有し、
前記書き込み完結ブロック、書き込み用ブロック及び空きブロックは前記スーパーブロックの単位からなる請求項22から27のいずれか1項に記載のメモリコントローラ。
The nonvolatile memory has a plurality of super blocks composed of a plurality of physical blocks,
The memory controller according to any one of claims 22 to 27, wherein the write completion block, the write block, and the empty block are composed of units of the super block.
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