JP2008523528A - セクタバッファを持つメモリシステム - Google Patents

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Abstract

本発明は、ホストバス(HB)を介してホストシステムに接続され、かつ内部メモリ(IR)を持つメモリ制御器(FC)及びフラッシュメモリチップ(F1・・・Fn)を含むメモリシステムに関し、これらのフラッシュメモリチップが消去可能な個々のメモリブロックで組織され、これらのメモリブロックが、多数の書込み及び読出し可能なメモリセクタを含み、セクタが、ホストシステムとの通信のため、少なくとも1対の交互のセクタバッファ(SBn1,SBn2)に一時記憶され、直接フラッシュアクセス装置(DFAn)により、メモリ制御器(FC)の内部メモリ(IR)の内部メモリ(IR)に一時記憶されることなく、セクタバッファ(SBn1,SBn2)とフラッシュメモリチップ(F11・・・Fnx)との間で伝送される。

Description

本発明は、論理セクタの読出し及び書込み用メモリシステムであって、ホストバスを介してホストシステムに接続され、かつ内部メモリを持つメモリ制御器及びフラッシュメモリチップを含み、これらのフラッシュメモリチップが消去可能な個々のメモリブロックで組織され、これらのメモリブロックが、論理セクタを記憶するため多数の書込み及び読出し可能なメモリセクタを含んでいるものに関する。
広く普及している不揮発性半導体メモリ(フラッシュメモリ)は、ブロックで組織され、これらのブロックは再びセクタで組織され、例えば512バイトを持つ256のセクタから成っている。メモリは、新しい情報をセクタ毎にのみ前もって消去されたセクタに書込むことができる、という性質を持っている。消去は、すべてのセクタに対してそれぞれ1つのブロックのために共通に行われる。メモリへのセクタの書込みは読出しより長く持続し、ブロックの消去操作は長い時間例えば数ミリ秒を必要とする。
今までのメモリシステムは、データがホストバスからメモリ制御器及びメモリバスを介してフラッシュメモリチップへ達するように、組織されている。コンパクトフラッシュ及びSD/MMCのように低速ホストバスを持つ装置に対して、この要求は充分である。メモリ制御器は、全セクタを内部RAMに一時記憶する必要なしに、記憶用データを準備するのに充分な時間を持っている。USB2.0及びSerial−ATAのように高速ホストバスでは、時間は利用できず、メモリシステムは低速すぎる。
本発明の課題は、高速ホストバスでも充分速く動作するメモリシステムを提供することである。
この課題は、セクタが、ホストシステムとの通信のため、少なくとも1対の交互のセクタバッファに一時記憶され、少なくとも1つの直接フラッシュアクセス装置により、セクタバッファとフラッシュメモリチップとの間で直接伝送されることによって、解決される。
有利な実施形態は従属請求項に示されている。
メモリシステムには、それぞれ1つの論理セクタを一時記憶できるセクタバッファが設けられている。セクタバッファはホストバスの方向に接続されて、ホストデータを交換し、セクタバッファを内部メモリバスに接続し、このメモリバスにそれぞれのセクタ用のフラッシュメモリチップが接続されている。それによりセクタがフラッシュメモリチップへ伝送される間に、ホストバスにより別のセクタを伝送することができる。ホストバスを介する伝送は、従ってフラッシュメモリチップへの伝送から分離されている。両方の伝送は、それぞれ最高バス速度で行うことができ、メモリ制御器の内部メモリにおけるそれぞれの論理セクタの一時記憶は必要でない。大きいメモリシステムでは複数のメモリバスが設けられ、このメモリバスにそれぞれ1つ又は複数のフラッシュメモリチップが接続されている。これらのメモリバスは同時に平行して作動させることができる。各メモリバスには1対のセクタバッファが割当てられている。1対のセクタバッファへそれぞれのメモリバスの接続が、マトリクススイッチを介して行われるので、この割当てを作動中にも新たに行うことができる。ホストバスへのセクタバッファの割当ては、入力マルチブレクサを介して行われる。
各メモリバスには直接フラッシュアクセス装置が割当てられ、必要な制御信号及び制御命令を発生することによって、それぞれのセクタバッファからフラッシュメモリチップへの有効データの伝送を制御する。直接フラッシュアクセス装置は、セクタバッファ及びマトリクススイッチのための切換え信号を発生して、セクタバッファとそれに割当てられるメモリチップとの接続を行う。書込み過程においてセクタバッファからメモリチップへのセクタの伝送後、今や空いたセクタバッファがホストバスに接続され、その間にホストバスにより満たされるセクタバッファがメモリチップに接続されて、次のセクタをフラッシュメモリへ書込む。
読出しの際、ホストバス及びメモリバスへのセクタバッファのこの交互の割当て過程が適当に行われる。メモリチップから又はこれへのセクタの伝送の代わりに、メモリ制御器から又はこれへの伝送も行うことができる。これは、主としてセクタが管理データを含んでいる場合である。マルチプレクサ及びマトリクススイッチの設定はメモリ制御器により開始され、それからメモリバスに割当てられる直接フラッシュアクセス装置による切換えが行われる。
メモリ制御器はメモリバスのアクセス部を持ち、従ってメモリチップも直接アクセスすることができる。同様にメモリ制御器は、セクタバッファの内容へ直接アクセスすることができる。
最近のフラッシュメモリチップは内部ページバッファを持ち、書込み又は読出しのための複数のセクタがこのページバッファに一緒に一時記憶される。これからチップ内部で記憶機能が行われる。記憶操作の際誤りが現れる場合、この内部ページバッファの内容が破壊される。さて本発明の構成では、各直接フラッシュアクセス装置に、メモリバスにある固有のページバッファが割当てられ、付属するセクタバッファにより満たされ、その内容がフラッシュメモリチップの内部ページバッファへ伝送される。さて記憶操作の際誤りが現れる場合、内部ページバッファが再びメモリバスにあるページバッファにより満たされ、その中になおセクタ内容がある。メモリバス毎に複数のページバッファが使用されて、種々のメモリチップにおける記憶操作が同時に平行して行われる(インタリービング)。ページバッファの別の利点は、全ページ即ち多数のセクタの伝送の終わりにのみ、メモリ制御器にある直接フラッシュアクセス装置による割込みが開始されることである。これは伝送を加速する。なぜならば、各セクタに対しては、メモリ制御器における処理時間を要する割込みが開始されないからである。
マルチプレクサ及び直接フラッシュアクセス装置は、次の6つの異なる伝送方向が設定可能であるように、始動可能である。
1: ホスト<−>メモリ
2: ホスト<−>ページバッファ+メモリ
3: ページバッファ<−>メモリ
4: メモリ<−>ホスト
5: メモリ<−>ホスト+ページバッファ
6: メモリ<−>ページバッファ
各直接フラッシュアクセス装置に、有利にECC装置が割当てられ、このECC装置において検査語が、メモリチップへの書込みにためセクタの伝送と同時に平行して形成され、メモリチップに付加される。セクタの読出しの際ECC装置における検査語が伝送と同時に平行して検査され、場合によっては誤りが通報される。別の記憶は、各直接フラッシュアクセス装置にも割当てられているCRC装置を介して有利に行われる。それぞれ1つのCRC語がセクタを介して形成又は検査される。それによりセクタに大まかに誤りのある場合例えば記憶操作中に停電のある場合、ECC語を介して修正が試みられる。
メモリ制御器は、セクタバッファと同様にメモリ制御器とそれぞれの直接フラッシュアクセス装置との間で交互にマルチプレクサを介して接続されるそれぞれ1対のレジスタセットを介して、直接フラッシュアクセス装置を制御する。それらは、アドレス、長さ及びデータ伝送を処理する検査符号のようなパラメータを含んでいる。制御レジスタのセットには、記憶操作用ジョブがメモリ制御器により実行される。それからレジスタセットが切換えられ、メモリ制御器が次のジョブを他のレジスタセットへ書込んでいる間に、それぞれの直接フラッシュアクセス装置がこのジョブを処理する。最初のジョブが処理され、次のジョブが他のレジスタセットにあると、レジスタセットが再び交換される。ジョブは例えば消去又は消去状態のようにフラッシュメモリチップの制御及び問合せ、又はセクタの伝送のために利用することができる。
セクタの伝送のため、それぞれ次の命令がレジスタセットから付属するフラッシュメモリチップへ送られ、それぞれのセクタの伝送が行われる。現在のフラッシュメモリチップにはページバッファが集積され、これらのページバッファにおいて特定の数のセクタが読取り又は書込みのため一時記憶される。それぞれのページバッファがセクタで満たされるか又は空にされるまで、伝送が行われる。セクタはそれぞれECC語により保護される。セクタバッファとページバッファとの間におけるセクタの伝送は、ECC装置におけるそれぞれのECC語の同時平行の計算及び検査により行われる。それによりECC語の計算中にメモリバス上の休止が回避される。セクタの伝送後、ECC装置はECC語を挿入するか、又は誤りのある場合セクタを修正する。
セクタバッファからフラッシュメモリへの有効データの伝送のほかに、直接フラッシュアクセス装置を使用することなく、管理データをメモリ制御器とフラッシュメモリチップとの間で直接伝送することも、当然考慮される。
本発明の構成が例として図に示されている。
図1には、メモリ制御器FC及びフラッシュメモリチップF11・・・F4xを持つメモリシステムが示されている。ここに示すバージョンではメモリシステムは、4つのメモリバスMB1・・・MB4にある4つのグループのメモリチップを備えている。各メモリバスMB1・・・MB4には直接フラッシュアクセス装置DFA1・・・DFA4が割当てられている。この場合各直接フラッシュアクセス装置に、それぞれ2つのページバッファPBn1,2、1つのECC装置ECCn及び1つのCRC装置CRCnが属している。
メモリシステムは、ホストバスHB及びホストインタフェースHIFを介してホストに接続されている。メモリバスMB1・・・MB4の数に応じてセクタバッファSBn1,SBn2が設けられ、両方のマルチプレクサMUXn1及びMUXn2を介して交互にバスのそれぞれ1つに接続される。従ってそれらはメモリバスMBからホストバスHBを切り離す。1対のセクタバッファをホストバスHBに割当てるため、入力マルチプレクサMBn1への1対のセクタバッファの割当ては、マトリクススイッチCBを介して行われる。
マルチプレクサMUXn1,MXn1,MUXn2及びマトリクススイッチCBの初期化は、メモリ制御器FCによって行われる。それ以外の制御は直接フラッシュアクセス装置DFAnによって行われる。メモリ制御器FCはセクタバッファSBn1、SBn2へアクセスし、マトリクススイッチCBを介してメモリFnx及び直接フラッシュアクセス装置DFAnへアクセスする。メモリシステムの管理用データは、メモリ制御器FCにある内部メモリIRに保持される。直接フラッシュアクセス装置DFAnは、割込み回路1NTを介して、セクタの又はページの伝送後、メモリ制御器FCにおける割込みを開始する。ページバッファの使用により、処理すべき書込みの数が最小にされる。
図2には、メモリ制御器FC及び直接フラッシュアクセス装置DFA1が少し詳細に示されている。メモリ制御器FCと直接フラッシュアクセス装置DFA1との間に2つのレジスタセットDR11,DR12があり、マルチプレクサMD11及びMD12を介して交互にメモリ制御器FC又は直接フラッシュアクセス装置DFAに割当てられている。後者はレジスタセットにおけるジョブを処理し、他方のレジスタセットはメモリ制御器により別のジョブを負荷される。このようなジョブは、ページバッファPB11又はPB12にデータを充填し、それからインタリーブ方法をメモリチップへ書込むことを意味することができる。レジスタセットDR11,DR12において、記憶操作の結果もメモリ制御器FCへ伝送される。ジョブの処理後、割込み回線INTを介してメモリ制御器FCにおける割込みが開始される。
図3及び図4には、交互のセクタバッファSBn1,SBn2の動作態様が示されている。ここでセクタバッファSBn1は、ホストインタフェースHIF及び第1のマルチプレクサMUXn1を介してホストバスHBに接続され、セクタバッファSBn2は第2のマルチプレクサMUXn2及びマトリクススイッチCBを介して、割当てられたメモリバスMBn及び対応するメモリチップFnxに接続されている。それぞれ1つのセクタの伝送後、マルチプレクサMUXn1,MUXn2の切換えにより、セクタバッファSBn1,SBn2の割当てが交代される。セクタm+1はホストからホストバスHBを介してセクタバッファSBn1へ伝送され、これと同時に平行してセクタの1つmがセクタバッファSBn2からメモリチップFnxへ伝送される。続いてセクタm+1がセクタバッファSBn1からメモリバスMBnへ伝送され、ホストバス上のセクタm+2がセクタバッファSBn2へ伝送される。更にここには、それぞれのセクタにCRC符号及びECC語が付加されている。
図5には、メモリチップFnxのページを書込むための流れ図が示されている。DFAレジスタの最初の設定後、セクタバッファ1がホストバスに接続され、セクタがホストバスからセクタバッファ1へ伝送される。同様にこれに平行してECC語が計算され、伝送後セクタバッファ1へ一緒に記録される。伝送後セクタバッファ1がマルチプレクサを介してメモリに接続され、メモリへのセクタの伝送が開始される。同時にこれと平行してセクタバッファ2がホストバスに接続され、セクタバッファ2への次のセクタの伝送が開始される。今やメモリへの第1の伝送及びセクタバッファ2への第2のセクタの伝送が平行して行われる。セクタがメモリへ伝送されていると、ページのすべてのセクタが伝送されているか否か検査される。noの場合、上述したように別のセクタが、セクタバッファ1及び2を交互に利用しながら、ホストバスからメモリへ伝送される。
図6には、メモリからのページの読出しの流れ図が示されている。DFAレジスタの最初の設定後、セクタバッファ1がメモリに接続され、セクタがメモリからセクタバッファ1へ伝送される。同時にこれと平行して、ECC語が計算され、伝送後誤りについて検査される。誤りが修正可能であると、セクタバッファにあるセクタが修正され、そうでない場合誤り通報が行われ、セクタバッファに記録される。さて誤りのないセクタがセクタバッファに存在すると、セクタバッファ1がマルチプレクサを介してホストバスに接続され、ホストのセクタの伝送が開始される。同時にこれと平行して、セクタバッファ2がメモリに接続され、メモリからセクタバッファ2への次のセクタの転送が開始される。今や平行してECC語が検査される。誤りが修正可能である場合、セクタバッファにあるセクタが修正され、そうでない場合誤り通報が行われ、セクタバッファに記録される。さて誤りのないセクタがセクタバッファに存在すると、セクタバッファ2がマルチプレクサを介してホストバスに接続され、ホストへのセクタの転送が開始される。
今やメモリからの第1のセクタの伝送と、セクタバッファ1からの第2のセクタの伝送が、平行して行われる。セクタがホストへ伝送されていると、ページのすべてのセクタが伝送されているか否かが検査される。noの場合、上述したように、別のセクタがセクタバッファ1及び2を交互に利用しながら、メモリからホストバスへ伝送される。
メモリシステムのブロック線図を示す。 メモリ制御器及びジョブメモリの詳細を示す。 メモリバッファの交互接続を示す。 ホストバス及びメモリバス上における倫理セクタの伝送を示す。 ページを書込む流れ図を示す。 ページを読出す流れ図を示す。
符号の説明
CB マトリクススイッチ
CRCn CRC装置
DFAn DFA装置
DRn1,2 DFAレジスタセット
EA 第1のジョブ
ECCn ECC装置
Fnx フラッシュメモリチップ
FC メモリ制御器
HB ホストバス
HIF ホストインタフェース
INT 割込み回線
IR 内部メモリ
MBn メモリバス
MDn1,2 レジスタマルチプレクサ
n メモリバスMBの数
MUX1 入力マルチプレクサ
MUXn1 ホスト側マルチプレクサ
MUXn2 メモリ側マルチプレクサ
PBn1,2 メモリバスにあるページバッファ
SB1,SB2 セクタバッファ

Claims (18)

  1. 論理セクタの読出し及び書込み用メモリシステムであって、ホストバス(HB)を介してホストシステムに接続され、かつ内部メモリ(IR)を持つメモリ制御器(FC)及びフラッシュメモリチップ(F1・・・Fn)を含み、これらのフラッシュメモリチップが消去可能な個々のメモリブロックで組織され、これらのメモリブロックが、論理セクタを記憶するため多数の書込み及び読出し可能なメモリセクタを含んでいるものにおいて、論理セクタが、ホストシステムとの通信のため、少なくとも1対の交互のセクタバッファ(SBn1,SBn2)に一時記憶され、少なくとも1つの直接フラッシュアクセス装置(DFAn)により、セクタバッファ(SBn1,SBn2)とフラッシュメモリチップ(F11・・・Fnx)との間で直接伝送されることを特徴とする、メモリシステム。
  2. フラッシュメモリチップ(Fxy)が、少なくとも1つのメモリバス(MBn)及び1つのマトリクススイッチ(CB)を介して複数対のセクタバッファ(SBn1,SBn2)に接続され、セクタバッファが入力マルチプレクサ(MUX1)を介してホストバス(HB)に接続されていることを特徴とする、請求項1に記載のメモリシステム。
  3. 各対のセクタバッファにメモリバス(MBn)及び直接フラッシュアクセス装置(DFAn)が割当てられていることを特徴とする、請求項1に記載のメモリシステム。
  4. セクタバッファ対(SBn1,SBn2)において、1つのセクタバッファがホストバス(HB)に割当てられ、1つのセクタバッファがメモリ制御器(FC)又は直接フラッシュアクセス装置(DFAn)を持つメモリバス(MBn)に割当てられ、各セクタのそれぞれの伝送後にセクタの割当てが交代されることを特徴とする、請求項1に記載のメモリシステム。
  5. セクタバッファ(SBn1,SBn2)の割当てが、マルチプレクサ(MUXn1,MDXn2)を介してメモリ制御器(FC)により開始され、それから適当な直接フラッシュアクセス装置により切換えられることを特徴とする、請求項2に記載のメモリシステム。
  6. メモリ制御器(FC)が、それぞれの直接フラッシュアクセス装置(DFAn)の代わりにフラッシュメモリチップ(Fn1,・・・Fnx)にアクセスすることを特徴とする、請求項1に記載のメモリシステム。
  7. メモリ制御器(FC)が、セクタバッファ(SBn1,SBn2)の各記憶場所を必要に応じて直接読出すか又は書込むことを特徴とする、請求項1に記載のメモリシステム。
  8. 複数の論理セクタがページにまとめられ、フラッシュメモリチップ(Fn1・・・Fnx)から又はこれへのセクタの伝送が、それぞれの直接フラッシュアクセス装置(DFAn)に割当てられる少なくとも1つのページバッファ(PBny)を介して行われ、それぞれの伝送の終了が、メモリ制御器(FC)にある適当な直接フラッシュアクセス装置(DFAn)による中断を開始することを特徴とする、請求項1に記載のメモリシステム。
  9. それぞれのマルチプレクサ(MUXn1,2)及び付属する直接フラッシュアクセス装置(DFAn)を介して、次の6つの異なる伝送方向が設定可能である。
    1: ホスト<−>メモリ
    2: ホスト<−>ページバッファ+メモリ
    3: ページバッファ<−>メモリ
    4: メモリ<−>ホスト
    5: メモリ<−>ホスト+ページバッファ
    6: メモリ<−>ページバッファ
  10. セクタがそれぞれECC語によりフラッシュメモリチップに記憶されており、ECC語の計算及び検査が、それぞれの直接フラッシュアクセス装置(DFAn)に割当てられるECC語(ECCn)において、セクタの伝送と同時に平行して行われることを特徴とする、請求項1に記載のメモリシステム。
  11. ECC計算と同時にそれぞれ平行して、割当てられたCRC装置(CRCn)においてCRC符号がセクタを介して形成されることを特徴とする、請求項1に記載のメモリシステム。
  12. 直接フラッシュアクセス装置(DFAn)が、メモリ制御器(FC)により2つのレジスタセット(DRn1,2)を用いて制御されることを特徴とする、請求項1に記載のメモリシステム。
  13. レジスタセット(DRn1,2)が、マルチプレクサ(MUXn1,2)を介して交互に、メモリ制御器(FC)又はそれぞれの直接フラッシュアクセス装置に割当てられていることを特徴とする、請求項12に記載のメモリシステム。
  14. 直接フラッシュアクセス装置(DFAn)が、次の命令を、接続されるレジスタセット(DRn1,2)からフラッシュメモリチップ(Fn1,・・・Fnx)へ送り、論理セクタの伝送を行うことを特徴とする、請求項10に記載のメモリシステム。
  15. ホストバス(HB)から請求項1に記載のメモリシステムへ論理セクタを書込む方法であって、
    ホストバスから読出しのためセクタバッファ(SBn1)が始動され、
    直接フラッシュアクセス装置(DFAn)により、セクタがホストバスからそれぞれのセクタバッファ(SBn1)へ伝送され、
    ECC装置(ECCn)におけるECC語の計算が、ホストバス(HB)からそれぞれのセクタバッファ(SBn1)へのセクタの伝送と同時に平行して行われ、
    計算されるECC語が、セクタバッファ(SBn1)へ、伝送されるセクタの後へ挿入され、
    選択的に付加的にCRC装置(CRNn)において、CRC符号が形成されかつセクタに付加され、
    セクタの伝送の終了後に、フラッシュメモリ(Fnx)への伝送のためセクタバッファ(SBn1)が切換えられ、
    直接フラッシュアクセス装置(DFAn)によりセクタが、ジョブメモリにおける設定に応じて、フラッシュメモリ(Fnx)へ伝送される
    ことを特徴とする、方法。
  16. 請求項1に記載のメモリシステムから論理セクタを読出す方法であって、
    ホストバス(HB)から請求項1に記載のメモリシステムへ論理セクタを書込む方法であって、
    フラッシュメモリ(Fnx)から読出しのためセクタバッファ(SBn2)が始動され、
    直接フラッシュアクセス装置(DFAn)により、ジョブメモリにおける設定に応じて、セクタがフラッシュメモリ(Fnx)からそれぞれのセクタバッファ(SBn2)へ伝送され、
    ECC装置(ECCn)におけるECC語の検査が、セクタバッファ(SBn2)へのセクタの伝送と同時に平行して行われ、
    計算されるECC語が、セクタバッファにおいて読出されるECC語と比較され、
    選択的に付加的にCRC装置(CRNn)において、CRC符号が検査され、
    修正可能な誤りの場合、値がセクタバッファ(SBn2)において修正され、
    修正不可能な誤りの場合、誤り通報がセクタバッファ(SBn2)に記録され、
    フラッシュメモリ(Fnx)から全セクタの伝送の終了後に、ホストバス(HB)への切換えのためセクタバッファ(SBn2)が切換えられ、
    セクタがホストバス(HB)へ伝送される
    ことを特徴とする、方法。
  17. ジョブがそれぞれの直接フラッシュアクセス装置(DFAn)のジョブメモリに設定されて、セクタバッファ(SBn1)とホストバス(HB)との間及びセクタバッファ(SBn2)とフラッシュメモリ(Fnx)との間の伝送が、時間的に平行して行われるようにすることを特徴とする、請求項16に記載の方法。
  18. ジョブがそれぞれの直接フラッシュアクセスメモリ装置(DFAn)のジョブメモリに設定されて、セクタバッファ(SB11)とそれに割当てられるメモリバス(MB1)との間の伝送が、他のセクタバスとそれに割当てられるメモリバスとの間の伝送に時間的に平行して行われるようにすることを特徴とする、請求項15又は16又は17に記載の方法。
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