JP4239754B2 - 不揮発メモリシステム - Google Patents

Description

本発明はプログラムの更新の可能性がある電子機器のプログラムとアプリケーションデータと電子機器固有のデータを安価な１つの不揮発メモリに格納する電子機器用不揮発メモリシステムに関するもので、システムの低コスト化、長寿命化、プログラム起動の高速化を可能とする不揮発メモリシステムに関するものである。

１つの不揮発性メモリにアプリケーションデータやプログラムを格納する従来技術の一例としてのデータ処理装置として、１つの不揮発メモリにアプリケーションデータやプログラムを格納する場合に、不揮発メモリをアプリケーションデータやプログラムを格納する領域を固定し、アプリケーションデータを格納する領域ではパラメータのように頻繁に書き換えられることが予想されプログラムを格納する領域ではプログラムの更新などを除いて殆ど書き換えらえることはないことに着目し、書き換え回数が多いパラメータなどの記憶用途にはメモリセルの特性劣化度合いが強くなるのでメモリセル使用効率を犠牲にしても情報記憶の信頼性低下を抑制することを優先させ、また書き換え回数が少なくてよい領域では特性劣化の進行は緩慢であるからメモリセルの使用効率を最大化することを優先させるものがある（例えば特許文献１を参照）。

以下、図５を用いて当該従来技術の一例の概要動作に関して説明する。

図５において、５０は主制御を行うＣＰＵ、５１はＣＰＵ５０のワークメモリやアプリケーションデータをメモリするＲＡＭ、５２はＣＰＵ５０のアドレス／制御バス、５３はＣＰＵ５０のデータバス、５６は不揮発メモリ、５５は不揮発メモリ用Ｉ／Ｏバス、５４はＣＰＵ５０と不揮発メモリ５６とのインターフェース回路である。

１つの不揮発メモリ５６は、書き換えが頻繁な領域を特定領域５６１と、書き換えが頻繁に行われない領域をプログラム領域５６２とを有する。

次に、前記特定領域５６１に対する情報記憶の信頼性を向上させるための書込み動作及び読み出し動作について説明する。前記ＣＰＵ５０は、前記特定領域５６１に情報を書き込むときは一つのデータを異なるアドレスのメモリセルに格納し、前記特定領域５６１からデータを読み出すときは前記異なるアドレスのメモリセルからデータを読み出し、読み出した前記複数データに対して論理演算を実行して、必要な誤り訂正を行う。一方、プログラム領域５６２に対してＣＰＵ５０は、従来通りの不揮発メモリアクセスを行い、一つのデータに対する別アドレスへの重複書込み、対応別アドレスから読み出した重複データに基づく必要なエラー訂正といった処理は行わない。

なお、不揮発メモリのページ単位の誤り訂正に関しては、不揮発メモリの１ページに対し、スマートメディア用の冗長情報を付加し書き込みを行うものがある（例えば非特許文献１を参照）。
特開２００３−６０５３号公報 助川博、前迫勇人著「ＰＣカード／メモリカード徹底研究 第７章 スマートメディアの概要」ＣＱ出版社 ＴＥＣＨＩインターフェース増刊Ｖｏｌ．１４ ２００２．９．１４ Ｐ２００

上記の従来技術の一例では、１つの不揮発メモリにアプリケーションデータやプログラムを格納する場合に、不揮発メモリの書き換え回数が増えるとメモリセルの特性劣化度合いが強くなると言うデバイス性能を考慮し、１つの不揮発メモリをプログラム領域とアプリケーションデータ用の特定領域とに分けている。しかしながら、プログラム領域内ではメモリセルの使用効率を最大化することを優先する不揮発メモリを使用し、アプリケーションデータ用領域ではメモリセル使用効率を犠牲にしても情報記憶の信頼性低下を抑制することを優先させているので、アプリケーションデータ領域のみ書き換えが多発するので、不揮発メモリの書き換え回数制限による寿命が課題となる。

また、同一プログラム領域内でプログラムの更新を行うので、プログラムの更新中に電源瞬停などによる書き込みミスが発生すると、次回プログラム実行時にプログラム実行が不能になると言う問題があり、その対策としてプログラム領域に、現行のプログラム領域とは別にプログラム更新用の領域を用意すると、目的であるメモリセルの使用効率を最大化することに反し、不揮発メモリの容量が増加しコストアップになると言う課題がある。

前記の問題を解決するために本発明では、不揮発メモリをデータの属性により複数領域に分割し、分割領域毎のデータ属性に最適な不揮発メモリ管理手法を適用する。具体的には、データの再取得が可能なアプリケーションデータを格納するアプリケーション領域と、電子機器のプログラムを格納するプログラム領域と、電子機器の基本設定データを格納する機器データ領域と、不揮発メモリの分割領域の管理データを格納する管理領域とに分割し、プログラム領域には、プログラム領域に最適な不揮発メモリアクセス管理手法を用い、同様にアプリケーション領域、機器データ領域、管理領域のそれぞれに対して最適な不揮発メモリアクセス管理手法を用いる。ここで不揮発メモリ管理手法とは、不揮発メモリへの書き込み、読み出し、誤り訂正、誤り検出、誤動作時のリカバリーに対する管理手法である。

プログラム領域では、データの書き換えが、プログラムを更新時しか発生しないので不揮発メモリとして必要な、ページ単位の誤り訂正に対応したリード管理手段を適用する。不揮発メモリのページ単位の誤り訂正に関しては、不揮発メモリの１ページに対し冗長情報を付加し書き込みを行うものである。

機器データ領域と管理領域では、データの書き換えが発生するので、電源の瞬停や誤動作に対してデータのリカバリーができるように、ページ単位の誤り訂正に加え、複数ページに対する誤り検出も行うライトとリード管理手段を適用する。誤り検出手法の例としては、複数ページに対してＣＲＣ符号（Ｃｙｃｌｅ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ 符号）などの誤り検出符合を算出しそれを付加し書き込みを行う。

アプリケーション領域では、データの書き換えが頻繁に発生するので、電源の瞬停や誤動作に対してデータのリカバリーができるように、ページ単位の誤り訂正に加え、複数ページに対する誤り検出も行うライトとリード管理手段を適用する。

また本発明では、アプリケーション領域を用いてプログラムの更新を行うので、プログラム更新時には、アプリケーション領域に対して、上記アプリケーション領域での管理手法ではなく、ページ単位の誤り訂正に対応したライトとリード管理手段を適用する。

これは、プログラムの書き換えが少ないだけではなく、プログラムの起動を高速にすることを目的に冗長信号を軽減することを目的とする。

なお、アプリケーション領域をデータ再取得可能なデータを対象としたのもプログラム更新用の領域に使用するためである。

プログラム更新時には、まず管理領域にプログラム更新開始フラグを書き込み、アプリケーション領域に更新用のプログラムを格納し、次に正常に更新用のプログラムの格納が正常に終了したことを確認し管理領域にプログラム更新終了フラグを書き込み、その後に更新用のプログラムを格納したアプリケーション領域を新たなプログラム領域とし、更新前のプログラムが格納された元のプログラム領域を新たなアプリケーション領域として使用する。なお新しいアプリケーション領域には新たなアプリケーションデータを再取得し格納する。

また本発明のプログラム更新方法では、アプリケーション領域に書き込みが集中することによる不揮発メモリの寿命が短くなることに対して、プログラム更新ごとに領域を切り替えができるので、書き込み頻度の分散が可能であり、不揮発メモリの長寿命化が可能である。

以上より、電子機器のプログラムとアプリケーションデータ格納を安価に１つの不揮発メモリで実現でき、また不揮発メモリの長寿命化も実現でき、さらにプログラムの高速起動も実現できる不揮発メモリシステムを提供できる。

本発明に係る不揮発メモリシステムによれば、プログラムの更新を伴う電子機器のプログラムデータとアプリケーションデータ格納用のメモリを安価な不揮発メモリ１個で、更にプログラム更新用のメモリ領域を用意する必要がないのでメモリ容量最小で実現することとを可能とする。

また不揮発メモリへのデータ書き込みにおいて、プログラム更新時と、アプリケーションデータ書き込み時とで、不揮発メモリへの書き込み方法を切り換えることで、電子機器の不揮発メモリシステムにおいて不揮発メモリの書き込み回数の制限による寿命を長寿命化と、プログラム起動の高速化と、電源瞬停などに対しても安定したシステムの提供を可能とする。

以下、本発明に係る不揮発メモリシステムの実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態に係る不揮発メモリシステムの一例である。

図１において１０は主制御を行うＣＰＵ、１１はＣＰＵ１０の主記憶ＲＡＭ、１２はＣＰＵ１０のアドレス／制御バス、１３はＣＰＵ１０のデータバス、１４は不揮発メモリとのインターフェース回路、１５は不揮発メモリ用バス、１６はプログラムとアプリケーションデータを格納した不揮発メモリ、１７はプログラム起動用のプログラムを格納したＲＯＭである。

以下、図１を用いて本発明の動作を説明する。

不揮発メモリにプログラムデータを格納した場合には、不揮発メモリから主記憶ＲＡＭ１１にプログラムを転送し、主記憶ＲＡＭ１１上でＣＰＵ１０はプログラムを実行する。

なお、このデータ転送用のプログラムはＲＯＭ１７に格納し、ＣＰＵ１０と不揮発メモリ１６とのインターフェースは、インターフェース回路を介して行う。

不揮発メモリ１６には、書き換えが頻繁に発生し、データの再取得が可能なアプリケーションデータを格納するアプリケーション領域１６３と、プログラムの更新時のみプログラムを書き換えが発生するプログラムを格納するプログラム領域１６２と、上記アプリケーション領域とプログラム領域の管理データを格納する管理領域１６１と、電子機器の再取得が困難なデータや電子機器の基本設定データを格納する機器データ領域１６４を設け、
各分割領域のデータ属性により、分割領域毎に不揮発メモリの管理手法を切り替える。

プログラム領域では、データの書き換えが、プログラムを更新時しか発生しないので不揮発メモリとして必要な、ページ単位の誤り訂正に対応したリード管理手段を適用する。

機器データ領域と管理領域では、データの書き換えが発生するので、電源の瞬停や誤動作に対してデータのリカバリーができるように、ページ単位の誤り訂正に加え、複数ページに対する誤り検出も行うライトとリード管理手段を適用する。

アプリケーション領域では、データの書き換えが頻繁に発生するので、電源の瞬停や誤動作に対してデータのリカバリーができるように、ページ単位の誤り訂正に加え、複数ページに対する誤り検出も行うライトとリード管理手段を適用する。

また本発明では、アプリケーション領域を用いてプログラムの更新を行うので、プログラム更新時には、アプリケーション領域に対して、上記アプリケーション領域での管理手法ではなく、ページ単位の誤り訂正に対応したライトとリード管理手段を適用する。

これは、プログラムの書き換えが少ないだけではなく、プログラム領域の冗長信号を軽減することで、プログラムデータの主記憶ＲＡＭへのデータ転送時間を短縮することでプログラムの起動を高速にすることを目的とする。

ここで、プログラム更新時には、まず管理領域１６１にプログラム更新開始フラグを書き込み、アプリケーション領域１６３の情報を廃棄し、更新用のプログラムを格納し、次に正常に更新用のプログラムの格納が正常に終了したことを確認し、管理領域１６１にプログラム更新終了フラグを書き込む。その後に更新用のプログラムを格納したアプリケーション領域１６３を新たなプログラム領域とし、更新前のプログラムが格納された元のプログラム領域１６２を新たなアプリケーション領域１６２として使用する。なお新しいアプリケーション領域１６２には新たなアプリケーションデータを取得し格納する（図２参照）。

以下、同様にプログラムの更新毎に、プログラム領域とアプリケーション領域のデータ属性更新を行う（図３参照）。

なお、上記プログラム領域とアプリケーション領域のデータ属性切り替えは、アプリケーション領域に更新プログラムの更新が行われたことを管理領域のプログラム更新開始フラグとプログラム更新終了フラグとを確認後に行う。またアプリケーションデータには、例えばデジタル放送受信機では番組情報などのように、再取得可能なデータを格納することで、プログラム更新時の電子機器への影響がないようにする。上記構成にすることで、プログラム領域に更新前のプログラム領域とは別にプログラム更新用の領域を用意する必要がなく、不揮発メモリの容量を最小化した安価な電子機器用の不揮発メモリシステムを提供できる。

またプログラム更新用と、アプリケーションデータ書き込み用で書き込み手法を切り換えることで、プログラム起動時間の遅延時間を短くできる。すなわちプログラム更新時にはメモリセルの使用効率を最大化することを優先させ、それ以外の領域では、メモリセル使用効率を犠牲にしても情報記憶の信頼性低下を抑制することを優先させる。

具体的には、プログラム更新時には前記、非特許文献１にあるように不揮発メモリの１ページに対し、スマートメディア用の冗長情報を付加し書き込みを行い、アプリケーションデータ書き込み時には、上記スマートメディア用の冗長情報に加え複数ページに対してＣＲＣ符号（Ｃｙｃｌｅ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ 符号）などの誤り検出符合を算出しそれを付加し書き込みを行う。

プログラム更新後は、プログラム領域は次回のプログラム更新まで書き込みが発生しないので、書き込みによる特性劣化がないので、メモリセルの使用効率を最大化が可能となる。これにより、プログラム起動時に不揮発メモリからＣＰＵ用の主記憶ＲＡＭへのプログラム転送の時間が最小化でき、プログラム実行時間の遅延時間を短くできる。なお、プログラム更新以外の不揮発メモリへの書き込みは、メモリセル使用効率を犠牲にしても情報記憶の信頼性低下を抑制することで、電源瞬停などによる書き込みミスを避けることが可能な電子機器用不揮発メモリシステムを提供する。

ここで図４は、本発明の不揮発メモリシステムのアクセスフローの説明図である。

以下、図４のフローチャートを用いて、本実施例に関して更に詳細に説明する。

まず不揮発メモリのアクセスする領域により制御を切り換え、プログラム領域の場合は、プログラム領域からプログラムデータを読み出し、プログラム領域以外では書き込みと読み出しで制御を切り換える。

ここでプログラム領域以外の読み出しの場合には、当該領域からデータを読み出すと共に、誤り検出信号による読み出しデータに誤りがないかを確認し、誤りがあれば誤り訂正を行うか再度読み出しを行う。

プログラム領域以外での書き込みの場合には（ただし、後述するアプリケーション領域への更新プログラムの書き込みを除く）、不揮発メモリの１ページごとの誤り訂正用冗長信号に加え、不揮発メモリの複数ページに対する誤り検出信号（ＣＲＣ符号など）を算出し、不揮発メモリに追加冗長信号として格納する。

またこの際、データを更新する前のデータとは別の領域にデータを書き込み、更新前のデータはバックアップする、更に書き込みが完了したかのステータス情報を不揮発メモリのアプリケーション領域に格納する。ここでデータの書き込みが、正常に書き込まれたかの確認として書き込んだデータを読み出し、不揮発メモリの複数ページに対する誤り検出信号により誤り検出を行い、誤りが検出された場合には、バックアップした更新前のデータを採用し、誤りが検出されなかった場合には、更新データを採用すると共に、次の書き込みに時に書き込み可能な領域があるかを確認し、書き込み領域がない場合には、不要なバックアップデータを削除する。

本発明では、上記フローにより、管理データとアプリケーション領域の書き込み時に発生する不良領域に対し、誤り検出信号を使用することで不良領域のリカバリーを可能とする。

次に、プログラム更新に関しては、プログラム更新時に不揮発メモリに格納されたアプリケーション領域のデータを削除し、この削除した領域に更新したプログラムデータを格納し、新たなプログラム領域とする。ここでプログラム更新が正常に行われたかは、管理領域を用いて行う。

具体的には、更新プログラムを前記アプリケーション領域に書き込みを行う場合に、書き込みを行う際に上記管理領域で、不揮発メモリアプリケーション領域で消去済みの領域を確認し、不揮発メモリの動作ステータス管理情報として、当該消去確認領域に対するプログラム更新開始フラグを書き込みと、更新プログラムを前記アプリケーション領域への書き込みが完了後に前記管理領域の当該消去確認領域に対するプログラム更新終了フラグを書き込み、上記不揮発メモリの動作ステータス管理情報である前記プログラム更新終了フラグを書き込み後に前記プログラム領域と前記アプリケーション領域を切り替えることでプログラム更新が正常に行われたかを判断する。

ここで、プログラム更新が正常に行われた場合には、不揮発メモリに格納された更新前のプログラム領域を削除し、新たにアプリケーション領域として使用する。

なお、更新したプログラムデータを格納する際には、アプリケーション領域に対して書き込みが発生するが、この際にはプログラムデータに対する冗長情報として、例えば誤り訂正信号のみをプログラムデータと共に格納し、アプリケーションデータのように複数ページに対する誤り検出信号を付加しない。これによりアプリケーションデータ格納時より付加情報を削減し、プログラム起動時の不揮発メモリからＣＰＵの主記憶ＲＡＭへのデータ転送量が削減でき、プログラム起動時間の高速化がプログラム更新後も可能となる。

またプログラム更新ごとに、プログラム領域とアプリケーション領域を入れ替えるので
不揮発メモリの書き換え回数が不揮発メモリの特定領域に集中せず分散できるので、不揮発メモリの書き換え回数による寿命を長期化することが可能となる。

プログラムの更新が長期的に行われない場合は、強制的にプログラム更新を行うことも考えられる。

更に、プログラム領域とアプリケーション領域の切り換えを行った後のプログラム領域に対しては、次回プログラム更新までは不揮発メモリへの書き込みが発生しないので、電子機器のプログラム領域での不揮発メモリのデバイス不良発生を抑圧でき、電子機器のプログラムメモリとしての信頼性も十分である。

機器データ領域と管理領域に対しては、アプリケーションデータ領域やプログラムデータ領域に対してデータ量が少ないので、機器データ領域と管理領域に対するバックアップを常に持っておくことも可能である。

以上に述べたように、本発明の不揮発メモリシステムは、プログラムの更新を伴う電子機器のプログラムデータとアプリケーションデータ格納用のメモリを安価な不揮発メモリ１個で、更にプログラム更新用のメモリ領域を用意する必要がないのでメモリ容量最小で実現するができる。また不揮発メモリへのデータ書き込みにおいて、プログラム更新時と、アプリケーションデータ書き込み時とで、不揮発めもりへの書き込み方法を切り換えることで、電子機器の不揮発メモリシステムにおいてプログラム起動の高速化と、電源瞬停などに対しても安定したシステムを提供できる。

本発明に係る不揮発メモリシステムは、ディジタルテレビジョン受像機をはじめとしてプログラムの更新が発生する可能性のある電子機器であれば、それに内蔵するプログラムとアプリケーションデータとを格納する不揮発メモリシステムとして有用である。

本発明の実施の形態１における不揮発メモリシステムの構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１において領域の更新が行われた場合の状態を示すブロック図 本発明の実施の形態１においてさらに領域の更新が行われた場合の状態を示すブロック図 本発明の実施の形態１における不揮発メモリシステムの動作を説明するフローチャート 従来技術の一例における不揮発メモリシステムの構成を示すブロック図

符号の説明

１０ ＣＰＵ
１１ 主記憶ランダムアクセスメモリ用ＲＡＭ
１２ アドレス／制御バス
１３ データバス
１４ インターフェース回路
１５ 不揮発メモリバス
１６ 不揮発メモリ
１７ ＲＯＭ

Claims (3)

1. 不揮発メモリを複数領域に分割する領域分割手段と、不揮発メモリへのデータのライトやリード制御方法を管理する複数の不揮発メモリ管理手段と、前記領域分割手段で分割された各分割領域で使用する不揮発メモリ管理手段を各分割領域に格納するデータ属性に基付き前記複数の不揮発メモリ管理手段から選択する不揮発メモリ管理手段選択手段とを備え、
   前記領域分割手段が、プログラムデータを格納するプログラム領域と、データ再取得可能なデータを格納するアプリケーション領域と、データ再取得不可能なデータを格納する機器データ領域と、当該不揮発メモリの領域分割管理データを格納する管理領域とに不揮発メモリを領域分割し、
   前記複数の不揮発メモリ管理手段が、不揮発メモリへのページ単位のライトアクセスにおいて誤り訂正用の冗長信号を付加して不揮発メモリにデータを書き込む第１のライトアクセス用不揮発メモリ管理手段と、不揮発メモリへのライトアクセスにおいてページ単位の誤り訂正に加え複数ページに対する誤り検出用の冗長信号を付加して不揮発メモリにデータを書き込む第２のライトアクセス用不揮発メモリ管理手段と、不揮発メモリへのページ単位のリードアクセスにおいて誤り訂正用の冗長信号をリードし誤り訂正を行う第１のリードアクセス用不揮発メモリ管理手段と、不揮発メモリへのリードアクセスにおいてページ単位の誤り訂正に加え複数ページに対する誤り検出用の冗長信号をリードし誤り検出を行う第２のリードアクセス用不揮発メモリ管理手段とからなることを特徴とする電子機器の不揮発メモリシステム。
2. 前記不揮発メモリ管理手段選択手段が、前記プログラム領域に対しては第１のリードアクセス用不揮発メモリ管理手段を選択し、前記機器データ領域および前記管理領域に対しては第２のライトアクセス用不揮発メモリ管理手段および第２のリードアクセス用不揮発メモリ管理手段を選択し、前記アプリケーション領域に対して前記プログラム領域に格納されたプログラムデータを更新しない場合には第２のライトアクセス用不揮発メモリ管理手段および第２のリードアクセス用不揮発メモリ管理手段を選択し更新する場合には第１のライトアクセス用不揮発メモリ管理手段および第１のリードアクセス用不揮発メモリ管理手段を選択することを特徴とする請求項１記載の不揮発メモリシステム。
3. 前記アプリケーション領域を用いて前記プログラム領域のプログラムデータを更新する場合に、前記アプリケーション領域に更新プログラムを書き込み、前記アプリケーション領域に更新プログラムが正常に書き込まれた後に当該更新プログラムを書き込んだアプリケーション領域を新たなプログラム領域にすると共に更新前のプログラムが格納されたプログラム領域を新たなアプリケーション領域にし、不揮発メモリの領域分割におけるデータ属性も更新することを特徴とする請求項２記載の不揮発メモリシステム。