JP4460948B2 - 半導体集積回路装置、icカード、携帯端末 - Google Patents

半導体集積回路装置、icカード、携帯端末 Download PDF

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本発明は、半導体集積回路装置およびその装置を搭載したICカード、携帯端末に関し、特に半導体集積回路装置のフラッシュメモリおよびEEPROMの構成に適用して有効な技術に関する。
本発明者が検討した技術として、例えば図1に示すように、半導体集積回路装置の一例であるマイクロコンピュータ1は、CPU(Central Processing Unit)2と、ROM(Read Only Memory)4,SRAM(Static Random Access Memory)5,EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)6から成るメモリ群と、外部とのインタフェースをとるI/Oポート10と、CPU2および他回路へクロックを供給するクロック発生回路8と、システムタイマやメモリ回路の時間を制御するタイマ3と、システムコントロールロジック9と、コプロセッサ7、アドレスバス11、データバス12などから構成されている。
一般に、ROM4には、CPU2起動用のブートプログラムソフトとアプリケーションソフトが入っている。EEPROM6には、書き換え頻度の高い各種データが記憶されており、バイト単位の書き換えが可能である。携帯電話のICカードチップを例にとれば、EEPROM6には、電話番号、課金情報、通話メモなどのデータが格納されている。
近年、ソフトウェアのデバックなどに時間を要し、TAT(Turn Around Time)の短縮が阻まれるようになってきた。これを解決する手段と共に、フィールドでのアプリケーションソフトの変更または追加ができるように、ROM4をフラッシュメモリ13に置き換える動きが見られる。フラッシュメモリ13は、EEPROM6と用途が違って、ブロック単位での書き換えができ、頻繁に書き換える必要がないアプリケーションソフトが記憶される。
次に、フラッシュメモリとEEPROMの一般的特徴を図3に示す。図3から分かるように、フラッシュメモリは、書き換え単位が数kバイトから数十kバイトに対して、EEPROMは、1バイト単位で書き換えできる。また、フラッシュメモリの書き換え回数は数千回程度に対して、EEPROMは数十万回の書き換えができる。これだけを比較するとEEPROMの方が性能は良いが、チップ面積を比較すると、フラッシュメモリに対して、EEPROMは2〜3倍の面積が必要となる。図3において、単位Fは、最小加工寸法である。
EEPROMのチップ面積が大きくなる理由は、同一の不揮発性メモリセルをフラッシュメモリとEEPROMに使用した場合、EEPROMはバイト書き換えを可能とするためバイト単位にスイッチMOSを挿入する必要があるからである。
不揮発性メモリセルとして、スプリット型MONOS(Metal Oxide Nitride Oxcide Semiconductor)メモリセルを使用してフラッシュメモリを構成した例を図4に、EEPROMを構成した例を図5に示す。
図4に示すように、例えばフラッシュメモリは、スプリット型MONOSメモリセル14、フラッシュメモリ消去/書き込みブロック15、ビット線デコーダ/ドライバ16、ワード線デコーダ/ドライバ17、センスアンプ/ライト定電流MOS18、電源回路19、主制御部20などから構成される。
また、図5に示すように、例えばEEPROMは、スプリット型MONOSメモリセル14、EEPROM消去/書き込みバイト単位ブロック22、ビット線デコーダ/ドライバ16、ワード線デコーダ/ドライバ17、センスアンプ/ライト定電流MOS18、電源回路19、主制御部20、スイッチMOS21などから構成される。
図5に示すように、EEPROMは、バイトごとにスイッチMOS21が入っており、このスイッチMOS21は、消去または書き込み時に必要な高電圧をメモリゲートMG0,MG1,…,MGnに印加または遮断するので、ドレイン、ソース間の許容電圧が高い高電圧MOSを使用することになり、MOS面積が大きくなる。
スイッチMOS21に高電圧PMOSを使用した場合のチップレイアウトの平面図を図6に、断面図を図7に示す。図6、7から分かるようにスイッチMOS21が、メモリセルに対して約4倍の大きさになっている。
196kバイトのフラッシュメモリと64kバイトのEEPROMとのチップ面積を比較した例を図8に示す。図8に示すように196kバイトのフラッシュメモリと64kバイトのEEPROMは、ほぼ同じ大きさである。
ところで、前記のような半導体集積回路装置の技術について、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。
例えば、ROMからフラッシュメモリに置き換える理由の1つとして、上記したようにフィールドでのアプリケーションソフトの変更または追加が考えられる。アプリケーションソフトが追加されるということは、そのアプリケーションソフトに付随する書き換え頻度の高い各種データも追加されることになり、EEPROMのデータ容量も増えることになる。
ICカードチップなどのように、ある程度チップ面積が制限される半導体集積回路装置においては、特にEEPROMのメモリ容量の増大は、深刻な問題である。
仮に、チップ面積が決まっているとすると、必然的にEEPROMのメモリ容量も決まってしまい、アプリケーションの追加に対応できなくなり、この半導体集積回路装置を使用したシステムの拡張性に問題が生じることになる。
そこで、本発明の目的は、半導体集積回路装置において、EEPROMのメモリ容量を必要最小限に抑え、チップ面積を削減することができる技術を提供するものである。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
不揮発性メモリセルを含みブロック単位で消去および書き込みが可能なフラッシュメモリと、不揮発性メモリセルを含みバイト単位で消去および書き込みが可能なEEPROMとを有し、前記フラッシュメモリは、複数のアプリケーションを格納するものであって、前記アプリケーションは、前記アプリケーションの処理を行うプログラムと、前記プログラムにより処理されるデータとからなるものであって、前記複数のアプリケーションの一つである第1アプリケーションが起動されると、前記EEPROMは前記フラッシュメモリから前記第1アプリケーションのデータを読み込み、前記複数のアプリケーションの一つである第2アプリケーションが起動されるまで保持することを特徴とする半導体集積回路装置。
よって、本発明の半導体集積回路装置およびICカードによれば、EEPROMのメモリ容量を少なくすることができ、不揮発性メモリ全体の面積が小さくなり、チップ面積を削減できる。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
(1)必要に応じて、フラッシュメモリからEEPROMへのデータ転送、EEPROMからフラッシュメモリへのデータ転送を行うことにより、EEPROMのメモリ容量を少なくすることができ、不揮発性メモリ全体の面積が小さくなり、チップ面積を削減することができる。
(2)EEPROMのメモリ領域をフラッシュメモリと転送を行う領域と転送を行わない領域とに分けることにより、頻繁に使用するアプリケーションのデータをEEPROMからフラッシュメモリに転送・書き換えする必要がなくなり、フラッシュメモリの寿命が延びる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
図15に、ICチップを搭載したICカード101のハードウェア構成を示す。ICカード101にICチップが搭載される。ICカード101の表面にはICカードチップ用接点102がある。当該半導体集積回路装置とICカードチップ用接点102とは、ICカード101内部にて接続されている。当該半導体集積回路装置は、ICカードチップ用接点102を通して、ICカード101の外部にあるリーダライタから電源供給を受け、また、当該リーダライタとデータ通信を行う。一般に、接触型ICカードのICカードチップ用接点は、所定位置に、供給電圧端子Vcc、グランド端子GND、リセット端子RST、入出力端子I/O、クロック端子CLKを有する。
次に、ICカード101内に搭載されるICチップのハードウェア構成を図2に示す。ICカード101内に搭載されるICチップは、CPU(Central Processing Unit)2と、フラッシュメモリ13(31,51,71),SRAM(Static Random Access Memory)5,EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)6(37,57,77)から成るメモリ群と、外部とのインタフェースをとるI/Oポート10と、CPU2および他回路へクロックを供給するクロック発生回路8と、システムタイマやメモリ回路の時間を制御するタイマ3と、システムコントロールロジック9と、コプロセッサ7、アドレスバス11、データバス12などから構成されている。
図18に、ICカード101内に搭載されるICチップの基本的な領域の論理的な構成を示す。当該ICチップは、ハードウェア層203とOSが搭載される領域、即ちOS層202とアプリケーションが搭載される領域、即ちアプリケーション層201とを有する。ここで、マルチアプリケーション搭載可能とは、アプリケーション層201に複数のアプリケーション204〜206が搭載できるということである。アプリケーション204〜206には、プログラムで使用するデータを格納するデータ格納部211,213,215とデータ処理部210,212,214とがそれぞれある。アプリケーション(プログラム)204が複数ロードされている場合でも、アプリケーション204〜206を切り替えることにより、それぞれのアプリケーションによるプログラム実行が可能である。
1枚のカード上に安全に複数のアプリケーションを共存できるカードOS(Operating System)、すなわち、マルチアプリケーション対応カードOSには、MULTOS(Mondex International社商標)カードOSやJava Card(Sun Microsystems社商標)OS等がある。マルチアプリケーションOSでは、1枚のICカード上で複数のアプリケーションを同時に動作させることが可能であり、例えば、クレジット、電子マネー、IDといった別々のアプリケーションの3枚のカードを携帯する代わりに、各アプリケーションを1枚のICカードに格納でき利便性が高い。
また、ダイナミックローディングとは、このアプリケーションをカード発行後に、搭載あるいは削除することを意味する。一方、アプリケーションの初期搭載とは、ICカード発行時にアプリケーションを搭載した状態で利用申請者のもとに配布することを意味する。
ICカード内のICチップにおいて、前述のアプリケーションはメモリ領域に搭載される。アプリケーションのデータ処理部の機能を担う処理プログラム、コマンド等はフラッシュメモリ(Flash Memory)に格納される。
また、アプリケーションのデータ格納部の機能は、物理的にはフラッシュメモリまたはEEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)が果たす。
アプリケーションとしては、ICカードに電子マネーの格納、更新を行うためのアプリケーション(この場合、データ格納部で更新されるデータは電子マネー等である)、ICカードを鉄道、バスの電子乗車券として利用させるアプリケーション、ICカードを車載器にETC(IC)カードとして利用させるためのアプリケーション、ICカードを携帯端末のGSM方式に使われるSIMカードとして利用させるためのアプリケーション(この場合、データ格納部で更新されるデータは電話番号や電話帳などの個人情報、基地局と通信するためのキー等である)、ICカードを行政における住民カードとして利用させるアプリケーション、ICカードを健康保険証として利用させるためのアプリケーション(この場合、データ格納部で更新されるデータは過去の病歴や検診・検査結果などの患者情報等である)、ICカードを本人認証のための社員証、学生証として利用させるアプリケーション等がある。
(実施の形態1)
図9は本発明の実施の形態1のフラッシュメモリおよびEEPROMの構成を示す図、図10は本実施の形態1の半導体集積回路装置(ICチップ)において、フラッシュメモリおよびEEPROMの動作フローを示すフローチャートである。
まず、図9により、本実施の形態1のフラッシュメモリおよびEEPROMの構成の一例を説明する。本実施の形態1のフラッシュメモリ31は、例えば、256kバイトのフラッシュメモリアレイ32、Xデコーダ/コントロールゲートドライバ33、メモリゲートドライバ/ソースラインドライバ34、センスアンプ/Yデコーダ35、チャージポンプ36などから構成され、図9に示すようにレイアウトされている。また、EEPROM37は、例えば、8kバイトのEEPROMアレイ38、Xデコーダ/ワードドライバ/メモリゲートドライバ39、センスアンプ/Yデコーダ40、チャージポンプ41などから構成され、図9に示すようにレイアウトされている。
フラッシュメモリアレイ32のビット線幅は256バイト、ワード線幅は1024ビットである。後述のエリア1〜8を含めたフラッシュメモリアレイ32の容量は256kバイトである。また、EEPROMアレイ38のビット線幅は32バイト、ワード線幅は256ビットである。
また、EEPROM37のメモリ容量は、フラッシュメモリ31のアプリケーションの各記憶エリア容量(エリア1〜エリア8)以上もしくは同一である。
一般に、1つのアプリケーションのデータ格納部のデータに必要とされるEEPROMのメモリ容量は、通常8kバイト以下程度と考えられるので、EEPROM37のメモリ容量を8kバイトとする。また、その他のアプリケーションで必要なメモリ領域(エリア1〜エリア8)をそれぞれ8kバイトずつフラッシュメモリ31内に設ける。
図9に示す構成例の場合、EEPROM37のメモリ容量は8kバイト、フラッシュメモリ31のメモリ容量は256kバイトであるが、後述する本実施の形態1の方法を採用することにより、図8に示した従来の構成によるEEPROMのメモリ容量が64kバイト、フラッシュメモリのメモリ容量が192kバイトと同等のメモリ容量を有することになる。
図9に示す本実施の形態1によるフラッシュメモリ31およびEEPROM37のチップ面積は、図8に示す従来の構成と比較して約20%の減少となり、面積削減の効果が見られる。
次に、図9および図10により、本実施の形態1の半導体集積回路装置の動作方法を説明する。
各アプリケーションのデータ処理部の機能を担う処理プログラム、コマンド等は、フラッシュメモリに書き込まれる。また、データ格納部のデータは、フラッシュメモリとEEPROMの両方、または、フラッシュメモリのみに書き込まれる。フラッシュメモリに格納されているデータ格納部のデータはアプリケーションが起動されると、フラッシュメモリから読み出されEEPROMに書き込まれる。データ格納部のデータに更新がある場合にはEEPROMに新たな情報が書き込まれる。別のアプリケーションが新たに起動された場合には、直前に起動されていたアプリケーションのデータ格納部のデータであるEEPROM内のデータは、フラッシュメモリに書き戻される(なお、アプリケーション起動時にデータ格納部のデータ更新がなかった場合には、フラッシュメモリに書き戻す必要はなく、EEPROMデータを消去しても良い)。この後、新たに起動されるアプリケーションのデータ格納部のデータがフラッシュメモリから読みだされ、EEPROMに書き込まれることになる。
従って、アプリケーションのデータ格納部のデータのみがフラッシュメモリとEEPROM間に転送され、アプリケーションの処理プログラム、コマンド等はフラッシュメモリに転送されない。
例えば、本実施の形態1の半導体集積回路装置は8つのアプリケーション(アプリケーション1〜8)を有しており、アプリケーションのいずれのデータ格納部のデータを格納するのにも最低限必要なデータ容量が8kバイトであるとする。そして、アプリケーション1〜8の内の1つのアプリケーションのデータ格納部のデータが使用するためのEEPROM37のメモリ容量を8kバイトとし、アプリケーション1〜8がそれぞれ使用するための8kバイトずつのメモリ領域(エリア1〜エリア8)をフラッシュメモリ31内に設ける。
また、フラッシュメモリ31内のエリア1〜エリア8およびEEPROM37内のEEPROMアレイ38に記憶されるアプリケーションのデータの中には、アプリケーション番号などのアプリケーションの識別情報が含まれている。
以上の構成のもとに、例えば、アプリケーション8が起動されると(ステップS101)、EEPROMアレイ38内のアプリケーション番号を示すデータエリアが読み出され(ステップS102)、EEPROMアレイ38内のデータがアプリケーション8のデータであるか否かが確認される(ステップS103)。
もし、EEPROMアレイ38内のデータがアプリケーション8のデータであり、読み出された番号がアプリケーション8のものであれば、そのままアプリケーション8がスタートする(ステップS112)。
もし、EEPROMアレイ38内のデータがアプリケーション8以外のデータであり、読み出された番号がアプリケーション8以外のものである場合、例えば、EEPROMアレイ38内のデータがアプリケーション2のデータであり、読み出された番号がアプリケーション2のものである場合は、フラッシュメモリアレイ32内のアプリケーション2のデータが入っているエリア2のデータが消去される(ステップS104)。
次にEEPROMアレイ38内のデータが読み出され(ステップS105)、フラッシュメモリアレイ32内のエリア2に転送され書き込まれる(ステップS106)。
EEPROMアレイ38内のすべてのデータがフラッシュメモリアレイ32内のエリア2に書き込まれると(ステップS107)、EEPROMアレイ38内のすべてのデータが消去される(ステップS108)。
次に、フラッシュメモリアレイ32内のエリア8に入っているアプリケーション8のデータが読み出され(ステップS109)、EEPROMアレイ38に転送され書き込まれる(ステップS110)。エリア8内に入っているアプリケーション8のすべてのデータがEEPROMアレイ38に書き込まれると(ステップS111)、アプリケーション8が動作可能となりアプリケーション8がスタートする(ステップS112)。
アプリケーション8が動作し、CPU等がEEPROMへの書き込みが必要と判断した場合、EEPROMへデータの消去又は書き込み、又は消去及び書き込み(ステップ113)が行われる。このEEPROMへのデータの消去、書き込みは、1回だけではなくアプリケーション中に複数回発生することがある。また、EEPROMへの書き込みがなされない場合もある。
その後、アプリケーション8が終了する。
起動されるアプリケーションやEEPROMアレイ38内のデータが、アプリケーション8やアプリケーション2のデータ以外の場合も、同様にして処理される。
以上述べた、フラッシュメモリ31およびEEPROM37のデータ転送、メモリの消去・書き込みは、CPUが行ってもよいし、ハードウェアで構成しても構わない。
また、フラッシュメモリ31およびEEPROM37のデータ転送およびメモリの消去・書き込みの時間は、アプリケーション起動時のオーバーヘッド時間となるが、そのオーバーヘッド時間は数百m秒〜数秒と考えられ、全体に及ぼす影響は少ない。
本実施の形態1では、一例として、EEPROMのメモリ容量を8kバイト、フラッシュメモリのメモリ容量を256kバイト、フラッシュメモリ内のEEPROMエリアを8kバイト×8としたが、EEPROMのメモリ容量、フラッシュメモリのメモリ容量およびフラッシュメモリ内のEEPROMエリアは、このサイズに限定されるものではなく、アプリケーションなどによって変わるものである。なお、EEPROMエリアは、フラッシュメモリにおいて、EEPROMへ書き込み、または、EEPROMから読み出しを行うエリアである。
以上、実施の形態1によれば以下の効果を奏す。
(1)各アプリケーションのデータ格納部のデータが共通利用するEEPROM領域を設け、各アプリケーションをフラッシュメモリに格納し、各アプリケーションの起動時にデータ格納部のデータをフラッシュメモリからEEPROMに読み出し更新しフラッシュメモリに書き戻す構成を取るため、EEPROMの容量を必要最低限(例えば、各アプリ絵ケーションのデータ格納部のデータ容量の最大値)とすれば良く、アプリケーションを記憶するメモリ領域を削減することができる。また、より多くのアプリケーションを搭載することも可能となる。
(2)アプリケーションのデータ処理部の更新はEEPROMに対して成され、アプリケーションの切り替えの際にフラッシュメモリに書き込みが成される構成を取るため、上述(1)のメモリ領域の削減が図られるとともに、フラッシュメモリの書き換え頻度を抑えることが可能となりフラッシュメモリの寿命を延ばすことができ、アプリケーションを実用的な期間で利用できるようになる。
(実施の形態2)
図11は本発明の実施の形態2のフラッシュメモリおよびEEPROMの構成を示す図である。
まず、図11により、本実施の形態2のフラッシュメモリおよびEEPROMの構成の一例を説明する。本実施の形態2のフラッシュメモリ51は、例えば、248kバイトのフラッシュメモリアレイ52、Xデコーダ/コントロールゲートドライバ53、メモリゲートドライバ/ソースラインドライバ54、センスアンプ/Yデコーダ55、チャージポンプ56などから構成され、図11に示すようにレイアウトされている。また、EEPROM57は、例えば、8kバイトのEEPROMアレイ58,62、Xデコーダ/ワードドライバ/メモリゲートドライバ59、センスアンプ/Yデコーダ60、チャージポンプ61などから構成され、図11に示すようにレイアウトされている。
フラッシュメモリアレイ52のビット線幅は256バイト、ワード線幅は992ビットである。後述のエリア1〜7を含めたフラッシュメモリアレイ52の容量は248kバイトである。また、EEPROMアレイ58,62のビット線幅はそれぞれ32バイト、ワード線幅はそれぞれ256ビットである。
また、EEPROM57のメモリ容量は、フラッシュメモリ51に記憶された各アプリケーションの容量以上である。また、EEPROM57のメモリ容量は、フラッシュメモリ51のアプリケーションの各記憶エリア容量(エリア1〜エリア7)以上もしくは同一である。
フラッシュメモリ51およびEEPROM57は、例えば、前述の図2に示すマイクロコンピュータ1のフラッシュメモリ13およびEEPROM6の代わりとして使用される。
本実施の形態2の半導体集積回路装置は、頻繁に起動されるアプリケーション用のメモリ容量を8kバイト、その他のアプリケーション用のメモリ容量を8kバイトとして、合計16kバイトのメモリ容量をEEPROM57内に設けたものである。
最近の動向として、従来別々であった複数のICカードを1つにまとめる動きがある。ICカードの用途として、金融関連、公共関連、交通関連などがある。
金融関連ではキャッシュカードやクレジットカードなど、公共関連では免許証や住民票基本台帳や入退場IDカードなど、交通関連では通勤・通学定期やパスカードなどが考えられる。金融関連、公共関連の用途では、頻繁に使用することはないと思われるが、交通関連の用途では通勤・通学などで毎日の使用が考えられる。
このような場合、前記実施の形態1で図9に示したEEPROMのメモリ容量が8kバイトのみでは、通常、交通用途のデータがEEPROM37内に保存されているとすると、金融・公共用途のアプリケーションが起動される度に交通用途のデータが、フラッシュメモリ31に転送・保存されることになる。
図16を用いて説明すると、例えば、交通用途のアプリケーション(アプリケーション8)が1個で、毎日1回起動されるとする。一方、金融・公共用途のアプリケーションが7個(アプリケーション1〜7)あり、それぞれ週1回ランダムに起動されるとする。
1日目では、交通アプリケーション8が動作・終了(ステップS301)し、金融・公共アプリケーション1が起動(ステップS302)されると、現在EEPROMにあるアプリケーション8のデータがフラッシュメモリのエリア8に書き込まれる。フラッシュエリア8への書き込みが終了すると、次にフラッシュメモリエリア1のデータがEEPROMに書き込まれ(ステップS303)、書き込みが終了すると、アプリケーション1が動作・終了(ステップS304)し、1日目が終わる。
2日目では、1日目と同じくアプリケーション8が起動され(ステップS305)、現在EEPROMにあるアプリケーション1のデータがフラッシュメモリのエリア1に書き込まれる。フラッシュエリア1への書き込みが終了すると、次にフラッシュメモリエリア8のデータがEEPROMに書き込まれ(ステップS306)、書き込みが終了すると、アプリケーション8が動作・終了(ステップS307)する。
次にアプリケーション2が起動(ステップS308)されると、現在EEPROMにあるアプリケーション8のデータがフラッシュメモリのエリア8に書き込まれる。フラッシュエリア8への書き込みが終了すると、次にフラッシュメモリエリア2のデータがEEPROMに書き込まれ(ステップS309)、書き込みが終了すると、アプリケーション2が動作・終了(ステップS310)し、2日目が終わる。
3日目では、1日目、2日目と同じくアプリケーション8が起動され(ステップS311)、現在EEPROMにあるアプリケーション2のデータがフラッシュメモリのエリア2に書き込まれる。フラッシュエリア2への書き込みが終了すると、次にフラッシュメモリエリア8のデータがEEPROMに書き込まれ(ステップS312)、書き込みが終了すると、アプリケーション8が動作・終了(ステップS313)する。
次にアプリケーション3が起動(ステップS314)されると、現在EEPROMにあるアプリケーション8のデータがフラッシュメモリのエリア8に書き込まれる。フラッシュエリア8への書き込みが終了すると、次にフラッシュメモリエリア3のデータがEEPROMに書き込まれ(ステップS315)、書き込みが終了すると、アプリケーション3が動作・終了(ステップS316)し、3日目が終わる。
このように金融・公共アプリケーション1〜7のいづれかが1日1回起動されることにより、交通アプリケーション8は、1日1回フラッシュメモリへのデータ書き替えが発生することになる。
したがって、フラッシュメモリ31の書き換え可能回数が1000回だとすると、約2.7年(1000/365日)でフラッシュメモリの寿命が尽きてしまうことになる。
そこで、本実施の形態2では、図11に示すように、EEPROM57のメモリ容量を16kバイトとし、その内8kバイトを交通用途として常時確保しておく。このような構成により、頻繁に使用する交通用途のアプリケーションのデータをEEPROM57からフラッシュメモリ51に転送・書き換えする必要がなくなり、フラッシュメモリの寿命が延びる。
また、金融・公共用途データをEEPROM8kバイトで使用すると、前述したように金融・公共用途で平均1日1回のアプリケーションが起動されるが、それぞれの7個のフラッシュメモリ51のエリア1〜エリア7には、週1回の転送・書き換えしか行われず、フラッシュメモリ51の書き換え可能回数が1000回だとすると、書き換え回数だけに限定すると計算上では、約20.8年(1000/48週)のフラッシュメモリの寿命が確保できる。
これを図17で説明すると、1日目に、交通アプリケーション8が動作・終了(ステップS401)し、金融・公共アプリケーション1が起動(ステップS402)されると、アプリケーション1は、そのまま動作し終了する(ステップS403)こととなる。このようにEEPROM容量を16kバイトにすることにより、2つのアプリケーションを常駐させることができ、フラッシュメモリへの書き替えは生じない。
2日目では、1日目と同じくアプリケーション8が起動され(ステップS404)、そのままアプリケーション8が動作、終了する(ステップS405)。
次にアプリケーション2が起動されると(ステップS406)、EEPROMのデータがフラッシュメモリのエリア1に書き込まれる。フラッシュエリア1への書き込みが終了すると、次にフラッシュメモリエリア2のデータがEEPROMに書き込まれ(ステップS407)、書き込みが終了すると、アプリケーション2が動作・終了(ステップS408)する。
3日目では、1日目、2日目と同じくアプリケーション8が起動され(ステップS409)、そのままアプリケーション8が動作、終了する(ステップS410)。
次にアプリケーション3が起動されると(ステップS411)、EEPROMのデータがフラッシュメモリのエリア2に書き込まれる。フラッシュエリア2への書き込みが終了すると、次にフラッシュメモリエリア3データがEEPROMに書き込まれ(ステップS412)、書き込みが終了すると、アプリケーション3が動作・終了(ステップS413)する。
以上のように交通アプリケーション8のデータについてフラッシュメモリへの書き替えが生じることはない。また、アプリケーション1〜7においては、週1回の起動がされることになり、それぞれのフラッシュメモリエリア1〜7は、週1回のみの書き替えが生じることとなる。
本実施の形態2では、EEPROMのメモリ容量を16kバイト、フラッシュメモリのメモリ容量を248kバイト、フラッシュメモリ内のEEPROMエリアを8kバイト×7としたが(図11)、EEPROMのメモリ容量、フラッシュメモリのメモリ容量およびフラッシュメモリ内のEEPROMエリアは、このサイズに限定されるものではなく、アプリケーションなどによって変わるものである。なお、EEPROMエリアは、フラッシュメモリにおいて、EEPROMへ書き込み、または、EEPROMから読み出しを行うエリアである。
本実施の形態2に形態によれば、前記実施の形態1に加え以下の効果を奏する。
使用頻度の多いアプリケーションのデータ処理部のデータ更新を行うEEPROM領域と、使用頻度の多いアプリケーションのデータ処理部のデータ更新を行うEEPROM領域とを設けることにより、使用頻度の多いアプリケーションのデータ処理部のデータ更新を行うEEPROM領域とフラッシュメモリ間の転送回数を減らすことにより、フラッシュメモリの書き換え回数を抑え、フラッシュメモリの寿命を伸ばすことにより、マルチアプリケーションOS環境において使用頻度の多いアプリケーションが存在した場合でも、アプリケーションを実用的な期間で利用できるようになる。
次に、転送時間および消去・書き込み時間の短縮手段について述べる。本発明の実施の形態1および2においては、前述したようにフラッシュメモリ、EEPROMの転送時間および消去・書き込み時間が、アプリケーションを切り替える時のオーバーヘッド時間となる。
使い勝手から言うと、このオーバーヘッド時間は、ほとんど気にならないレベルである。しかし、少しでも必要のない転送・消去・書き込みをしないように、EEPROMデータ内に、このメモリデータがフラッシュメモリから転送された後に、書き換えられたか否かを示すビットまたはデータ(アクセスビット)を持っておき、EEPROMが書き換えられた場合に、そのビットまたはデータの値を変えてフラグを立てるようにする。
図12は本実施の形態1および2の半導体集積回路装置において、EEPROM内のデータの書き換えがあったときにのみ転送・書き込みを行うようにしたフラッシュメモリおよびEEPROMの動作フローを示すフローチャートである。
例えば、フラッシュメモリからEEPROMへのデータ転送が終了すると、アプリケーション2の開始(ステップS201)、動作(ステップS202)となる。アプリケーション2の開始(ステップS201)は、図10のステップS112と同じフローチャート上のポイントとなる。
アプリケーションの実行により、もし、EEPROM37,57内のデータが消去または書き込みされた場合、CPUまたはハードウェアでアクセスビットに、データの消去または書き込みがされたことを示すフラグを立てる(例えば、アクセスビットに“0”を書き込む)(ステップS203)。
次に、アプリケーション2が終了し(ステップS204)、別のアプリケーション(例えば、アプリケーション8)が起動されると(ステップS101)、EEPROMデータのアプリケーション番号が読み出され(ステップS102)、EEPROMアレイ内のデータがアプリケーション8のデータであるか否かが確認された後(ステップS103)、CPUまたはハードウェアで、アクセスビットを読み出す(ステップS205)。もし、アクセスビットにデータの消去または書き込みがされたことを示すフラグが立っていれば(例えば“0”)、前述した図10のフロー処理が行われ、EEPROM37,57からフラッシュメモリ31,51へデータが転送される(ステップS206,S104以降)。もし、アクセスビットにフラグが立っていなければ(例えば“1”)、EEPROM37,57からフラッシュメモリ31,51へのデータ転送は行われず、そのままEEPROM37,57内のデータを消去し(ステップS108)、新しく起動されたアプリケーション(例えば、アプリケーション8)のデータがフラッシュメモリ31,51から転送され、書き込まれる(ステップS109,S110)。他の動作は、前記実施の形態1と同じ(ステップS111,S112など)であるので説明を省略する。
以上の動作により、EEPROM内データが消去または書き込みされていない場合、すなわちアクセスビットにフラグが立っていない場合(例えば、アクセスビットの値が“1”の場合)は、フラッシュメモリのエリアを消去する時間とEEPROMデータをフラッシュメモリに転送・書き込みする時間を無くすことができ、フラッシュメモリの書き換え回数が少なくなり、フラッシュメモリの寿命が延びる。
次に、図13および図14により、フラッシュメモリとEEPROMの間のデータ転送手段の簡素化について述べる。図13は本発明の実施の形態1において、フラッシュメモリとEEPROMのビット線幅が異なっている場合の構成を示す図、図14は本発明の実施の形態1において、フラッシュメモリとEEPROMのビット線幅が同じ場合の構成を示す図である。
通常、フラッシュメモリとEEPROMは、容量およびメモリセルサイズが異なるため、チップレイアウト、その他ブロックとの関係により、それぞれのビット線幅は異なる。図9および図11の例においては、フラッシュメモリ31,51のビット線幅は256バイト、EEPROM37,57のビット線幅は32バイトである。
この場合、例えばフラッシュメモリ31からEEPROM37へデータ転送して書き込むとき、フラッシュメモリ31は一度に256バイトのデータを読み出すことができるが、EEPROM37は32バイトごとにしかデータを書き込むことができないため、8回に分けて書き込む必要がある。したがって、図13に示すように、フラッシュメモリ31とEEPROM37との間には、ビット線データをマルチプレクスするハードウェア(ラッチ/マルチプレクサ42)を介在する必要がある。
逆に、EEPROM37からフラッシュメモリ31にデータ転送して書き込むときは、EEPROM37から読み出される32バイトのデータを一旦ラッチして、256バイト分のデータをラッチした後、フラッシュメモリ31に書き込むことが必要である。このときも同じように、フラッシュメモリ31とEEPROM37との間には、ビット線データをラッチするハードウェア(ラッチ/マルチプレクサ42)を介在する必要がある。
ビット線データをマルチプレクスおよびラッチするハードウェア(ラッチ/マルチプレクサ42)を無くしたフラッシュメモリおよびEEPROMの構成を図14に示す。
図14に示す構成は、フラッシュメモリ71およびEEPROM77のビット線幅を同じにして128バイトとしたものである。
フラッシュメモリ71のフラッシュメモリアレイ72のビット線幅は128バイト、ワード線幅は2048ビットである。エリア1〜8を含めたフラッシュメモリアレイの容量は256kバイトである。また、EEPROM77のEEPROMアレイ78のビット線幅は128バイト、ワード線幅は64ビットである。
フラッシュメモリとEEPROMのビット線幅を同じにすることにより、図13で示したフラッシュメモリ31、EEPROM37のデータ線間に介在するハードウェア(ラッチ/マルチプレクサ42)を無くすことができ、さらなるチップ面積の削減が可能となる。
図14では、フラッシュメモリおよびEEPROMのビット線幅を128バイトとしたが、ビット線幅は、このサイズに限定されるものではなく可変なものである。
また、図14では、フラッシュメモリとEEPROMのビット線幅を同じにしたが、フラッシュメモリ内のEEPROMデータ保存エリア(エリア1〜8)のビット線のみをEEPROMのビット線幅と同じにしてもよい。
近年においては、ICカード利用者の利便性を考慮した、接点を持たず電磁波誘導で電源供給やリーダライタのデータ通信を行う非接触型のICカードもある。さらに、接触型と非接触型を一体化して用途に応じて使い分けるICカードも今後普及が見込まれる。図15では、前記実施の形態1および2の半導体集積回路装置が接触型ICカードに搭載される場合を説明したが、上記のような非接触型、接触・非接触一体型ICカード等にも搭載されうる。
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
例えば、前記実施の形態においては、マイクロコンピュータまたはICカードに適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の半導体装置、例えば携帯電話などの携帯端末についても適用可能である。
また、前記実施の形態においては、アプリケーションが8つの場合について説明したが、これに限定されるものではなく、アプリケーションの数はいくつであっても適用可能である。
また、前記実施の形態においては、アプリケーションのいずれを格納するのにも最低限必要なデータ容量が8kバイトとしたが、これに限定されるものではなく、メモリ容量はいくつであっても適用可能である。
本発明の前提として検討した、半導体集積回路装置の一例であるマイクロコンピュータの構成を示す図である。 本発明の前提として検討した、ROMの代わりにフラッシュメモリを用いたマイクロコンピュータの構成を示す図である。 フラッシュメモリとEEPROMの一般的特徴を示す図である。 本発明の前提として検討した、スプリット型MONOSメモリセルを用いて構成したフラッシュメモリの構成を示す図である。 本発明の前提として検討した、スプリット型MONOSメモリセルを用いて構成したEEPROMの構成を示す図である。 本発明の前提として検討した、EEPROMでスイッチMOSに高電圧PMOSを使用した場合のチップレイアウトを示す平面図である。 図6のA−A’切断面における断面図である。 本発明の前提として検討した、フラッシュメモリ196kバイトおよびEEPROM64kバイトのチップ面積比較を示す図である。 本発明の実施の形態1において、フラッシュメモリおよびEEPROMの構成を示す図である。 本発明の実施の形態1において、フラッシュメモリおよびEEPROMの動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態2において、フラッシュメモリおよびEEPROMの構成を示す図である。 本発明の実施の形態1および2において、EEPROMのデータの書き換えがあったときにのみ転送・書き込みを行う場合のフラッシュメモリおよびEEPROMの動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態1において、フラッシュメモリおよびEEPROMのビット線幅が異なっている場合の構成を示す図である。 本発明の実施の形態1において、フラッシュメモリおよびEEPROMのビット線幅が同じ場合の構成を示す図である。 本発明の半導体集積回路装置を搭載したICカードのハードウェア構成を示す図である。 本発明の実施の形態1におけるフラッシュメモリおよびEEPROMの動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態2におけるフラッシュメモリおよびEEPROMの動作を示すフローチャートである。 本発明の半導体集積回路装置における論理的な構成を示す図である。
符号の説明
1 マイクロコンピュータ
2 CPU
3 タイマ
4 ROM
5 SRAM
6,37,57,77 EEPROM
7 コプロセッサ
8 クロック発生回路
9 システムコントロールロジック
10 I/Oポート
11 アドレスバス
12 データバス
13,31,51,71 フラッシュメモリ
14 スプリット型MONOSメモリセル
15 フラッシュメモリ消去/書き込みブロック
16 ビット線デコーダ/ドライバ
17 ワード線デコーダ/ドライバ
18 センスアンプ/ライト定電流MOS
19 電源回路
20 主制御部
21 スイッチMOS
22 EEPROM消去/書き込みバイト単位ブロック
32,52,72 フラッシュメモリアレイ
33,53 Xデコーダ/コントロールゲート(CG)ドライバ
34,54 メモリゲート(MG)ドライバ/ソースライン(SL)ドライバ
35,40,55,60 センスアンプ/Yデコーダ
36,41,56,61 チャージポンプ
38,58,62,78 EEPROMアレイ
39,59 Xデコーダ/ワードドライバ/メモリゲート(MG)ドライバ
42 ラッチ/マルチプレクサ
101 ICカード
102 ICカードチップ用接点

Claims (12)

  1. 不揮発性メモリセルを含みブロック単位で消去および書き込みが可能なフラッシュメモリと、
    不揮発性メモリセルを含みバイト単位で消去および書き込みが可能なEEPROMとを有し、
    前記フラッシュメモリは、複数のアプリケーションを格納するものであって、
    前記アプリケーションは、前記アプリケーションの処理を行うプログラムと、前記プログラムにより処理されるデータとからなるものであって、
    前記複数のアプリケーションの一つである第1アプリケーションが起動されると、前記EEPROMは前記フラッシュメモリから前記第1アプリケーションのデータを読み込み、前記複数のアプリケーションの一つである第2アプリケーションが起動されるまで保持することを特徴とする半導体集積回路装置。
  2. 不揮発性メモリセルを含みブロック単位で消去および書き込みが可能なフラッシュメモリと、
    不揮発性メモリセルを含みバイト単位で消去および書き込みが可能なEEPROMとを有し、
    前記フラッシュメモリは、複数のアプリケーションを格納するものであって、
    前記アプリケーションは、前記アプリケーションの処理を行うプログラムと、前記プログラムにより処理されるデータとからなるものであって、
    前記EEPROMは、第1のメモリ領域と第2メモリ領域とを有するものであって、
    前記EEPROMの第1メモリ領域は、前記複数のアプリケーションの一つである第1アプリケーションが起動されると、前記フラッシュメモリから前記第1アプリケーションのデータを前記複数のメモリ領域の一つである第1メモリ領域に読み込み、
    前記EEPROMの第2メモリ領域は、前記複数のアプリケーションの一つである第2アプリケーションのデータを格納するものであって、
    前記第1メモリ領域は、前記複数のアプリケーションの一つである第3アプリケーションが起動されるまで保持することを特徴とする半導体集積回路装置。
  3. 請求項1または2記載の半導体集積回路装置であって、
    前記EEPROMは、前記第1アプリケーションの前記プログラムの処理に伴う前記データの更新が書き込まれるものであることを特徴とする半導体集積回路装置。
  4. 請求項1または3記載の半導体集積回路装置であって、
    前記第1アプリケーションのデータがEEPROMに書き込まれている間、前記第1アプリケーション以外のアプリケーションのデータはフラッシュメモリに格納されていることを特徴とする半導体集積回路装置。
  5. 請求項1から4のいずれかに記載の半導体集積回路装置であって、
    前記EEPROMの容量と、前記複数のアプリケーションの前記データの一つが格納される前記フラッシュメモリの領域の容量とが同一であることを特徴とする半導体集積回路装置。
  6. 請求項1に記載の半導体集積回路装置において、
    前記第1アプリケーションのデータが前記EEPROMから前記フラッシュメモリに書き込まれた後、前記第2アプリケーションのデータが前記フラッシュメモリから前記EEPROMに書き込まれることを特徴とする半導体集積回路装置。
  7. 請求項1から6のいずれかに記載の半導体集積回路装置であって、
    前記EEPROMは、前記第1アプリケーションのデータが消去または書き込みをされたことを示す情報を格納し、
    前記情報によって、前記第1アプリケーションのデータが前記EEPROMから前記フラッシュメモリに書き込まれるか否かが決定されることを特徴とする半導体集積回路装置。
  8. 請求項1から7のいずれかに記載の半導体集積回路装置であって、
    前記第1アプリケーションのデータは、前記複数のアプリケーションのうちいずれのアプリケーションであるかを示す識別情報が含むものであって、
    前記識別情報によって、前記第1アプリケーションのデータが前記フラッシュメモリから前記EEPROMに書き込まれるか否かが決定されることを特徴とする半導体集積回路装置。
  9. 請求項1から8のいずれかに記載の半導体集積回路装置であって、
    前記フラッシュメモリと前記EEPROMとの間に、ビット線データをマルチプレクスする回路とラッチする回路とを設けたことを特徴とする半導体集積回路装置。
  10. 請求項1から9のいずれかに記載の半導体集積回路装置であって、
    前記フラッシュメモリと前記EEPROMとは、ビット線幅が同一であることを特徴とする半導体集積回路装置。
  11. 請求項1から10のいずれかに記載の半導体集積回路装置を有することを特徴とするICカード。
  12. 請求項1から11のいずれかに記載の半導体集積回路装置またはICカードを有することを特徴とする携帯端末。


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