JP4749766B2 - 情報記憶装置及び情報記憶方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体メモリ等の情報記憶媒体に情報を記憶する情報記憶装置及び情報記憶方法に関する。

半導体メモリ、ハードディスク等の情報記憶媒体に記憶させる情報の管理方式の一つにＦＡＴファイルシステムがある。このＦＡＴファイルシステムでは、データをファイル単位で扱っており、このファイル単位のデータを記憶する領域を２つの領域に分けて管理している。一方の領域はファイルに関する情報等を格納する管理領域であり、他方の領域は実際のデータを格納するデータ格納領域である。データ格納領域におけるデータは、クラスタと言われる単位で管理されている。

上記の管理領域にはＦＡＴと言われるテーブルを記憶する領域と、ディレクトリエントリと言われるファイル名、ファイルサイズ等を記憶する領域とが設けられている。ここで、ＦＡＴは、File Allocatoin Table の略であり、ファイルの割り当て表と言うことができる。１つのファイルの大きさがクラスタ単位を超える場合には、ファイルは複数のクラスタに分割されてデータ格納領域に記憶され、ＦＡＴにそのクラスタを特定する情報が記憶される。

ファイルが複数のクラスタに分割される場合には、ＦＡＴには次のクラスタを示す情報が格納される。このＦＡＴを辿ることにより、分割されたファイルのクラスタを特定することができる。上記のディレクトリエントリには、ファイル名及びファイルサイズ等の他、開始クラスタを示す情報が記憶される。従って、まず、ディレクトリエントリを参照することにより、そのファイルのファイル名、ファイルサイズ等の情報を得ることができ、ディレクトリエントリの開始クラスタ及びＦＡＴを参照することにより、データが格納されているクラスタを全て特定することができる。尚、従来のＦＡＴファイルシステムの詳細は、例えば以下の特許文献１を参照されたい。
特開２００２−１６３１３６号公報

ところで、上述したＦＡＴファイルシステムにおいては、通常、データの書き込み時はデータ格納領域における空き領域の先頭の方からデータを記憶していく。一方、データの消去時はそのデータが書き込まれている領域を消去している。尚、実際には、データ管理領域（ディレクトリエントリ、ＦＡＴ）の情報のみを消去し、データ格納領域における実際のデータは消去していない。次に書き込むデータがある場合には、そのデータは必要に応じてデータが消去された領域に書き込まれる。こうすることで、一度データが記憶された領域に異なるデータを記憶させることができ、データ格納領域を無駄無く有効利用することができる。

しかしながら、ＦＡＴファイルシステムにおいては、データの書き込み及び消去を繰り返すと、データ格納領域に少量の空き領域が点在することがあり、この空き領域に記憶されたデータはデータ格納領域において断片化されて記憶されている状態（フラグメント状態）になる。データ格納領域に点在した空き領域にファイルのデータを記憶させようとすると、書き込みに要する時間が長くなってしまう。情報記憶媒体へのデータの書き込みは、ホストから書き込むデータが渡されてから所定の時間が経過する迄に終了させる必要があるが、データ格納領域において記憶すべき領域が断片化していると、書き込み終了前にこの時間が経過してしまい、書き込みに失敗するという問題がある。

この問題を解決する一つの方法として、情報記憶媒体を高速な書き込みが可能なものに代える方法が挙げられる。例えば、半導体メモリとしてフラッシュメモリを用いている場合には、より高速な読み出し及び書き込みが可能なＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）に代えることで、上記の書き込みが失敗する事態を大幅に低減することができる。しかしながら、フラッシュメモリは電源の供給無しにデータを保持することができるが、ＲＡＭは電源供給を停止すると記憶しているデータも消失してしまう。このため、例えば、ＵＳＢメモリ等の可搬性のある半導体メモリでは、単純にフラッシュメモリの代用としてＲＡＭを用いることができないという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、断片化によるデータの書き込み失敗を防止することができ、更には電源供給を停止してもデータの消失を防ぐことができる情報記憶装置及び情報記憶方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る情報記憶装置は、情報を記憶する第１記憶部を備える情報記憶装置において、前記第１記憶部よりも高速動作する第２記憶部と、前記第１記憶部に対するデータの書き込み時間を算出する算出部と、前記算出部で算出された前記書き込み時間が所定時間を越える場合に、前記第１記憶部に代えて前記第２記憶部を選択してデータを書き込む選択部と、を備え、前記第１記憶部は、電源供給なしに記憶したデータの保持が可能な情報記憶媒体を備えており、前記第２記憶部は、電源供給により記憶したデータの保持が可能な情報記憶媒体を備えており、前記第１記憶部には、前記データを管理する管理情報を記憶する第１記憶領域と、前記データを記憶する第２記憶領域とが設けられ、前記第２記憶部には、前記データを記憶する領域のみが設けられることを特徴とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る情報記憶方法は、情報を記憶する情報記憶方法において、電源供給なしに記憶したデータの保持が可能な情報記憶媒体を備え、前記データを管理する管理情報を記憶する第１記憶領域と、前記データを記憶する第２記憶領域とが設けられた第１記憶部にデータを記憶する第１ステップと、前記第１記憶部に対するデータの書き込み時間を算出する第２ステップと、前記第２ステップで算出された前記書き込み時間が所定時間を越えたときに、前記第１記憶部に代えて前記第１記憶部よりも高速動作する、電源供給により記憶したデータの保持が可能な情報記憶媒体を備え、前記データを記憶する領域のみが設けられた第２記憶部を選択してデータを書き込む第３ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、データを第１記憶部に書き込むのに要する書き込み時間が所定時間を超えたときには、第１記憶部に代えてより高速動作する第２記憶部を選択して第２記憶部にデータを書き込んでいるため、第１記憶部における記憶領域が断片化されて書き込みに長時間を要する場合であってもデータの書き込み失敗を防止することができるという効果がある。
本発明によれば、第２記憶部に記憶したデータを第１記憶部に記憶させるための電源を充電しているため、データの書き込みが終了した後で電源供給が停止しても、第２記憶部に記憶したデータを第１記憶部に記憶させることができ、データの消失を防ぐことができるという効果がある。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による情報記憶装置及び情報記憶方法について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による情報記憶装置の構成を示すブロック図である。図１に示す情報記憶装置は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）規格を用いたマスストレージデバイスに適用した例である。図１に示す通り、本実施形態の情報記憶装置としてのデバイス１０は、ＵＳＢケーブル３０を介してホスト２０に物理的に接続される。尚、例えばデバイス１０は携帯電話に設けられ、ホスト２０はパーソナルコンピュータに設けられる。

デバイス１０は、書き込み時間計算部１１、デバイス制御部１２、ＵＳＢ送受信部１３、充電池１４、記憶領域選択部１５、及び記憶部１６を含んで構成される。また、記憶部１６は、フラッシュメモリ１６ａとＲＡＭ（Random Access Memory）１６ｂとを含んで構成される。書き込み時間計算部１１は、記憶部１６に設けられたフラッシュメモリ１６ａに１バイトのデータを書き込むのに要する時間（平均書き込み時間）を計算する。

デバイス制御部１２は、書き込み時間計算部１１に対し、記憶部１６のフラッシュメモリ１６ａに１バイトのデータを書き込むのに要する時間を計算させるとともに、ＵＳＢ送受信部１３を制御してホスト２０との間で行われる通信を制御する。また、記憶領域選択部１５を制御して記憶部１６のフラッシュメモリ１６ａ及びＲＡＭ１６ｂへのデータ書き込みを制御する。更には、詳細は後述するが、ＲＡＭ１６ｂに記憶させたデータをフラッシュメモリ１６ａに記憶させるために充電池１４を充電する制御を行う。尚、デバイス制御部１２には、ホスト２０からのデータの一部（例えば、１クラスタ分のデータ）を一時的に記憶する記憶領域（バッファ）が設けられている。

ＵＳＢ送受信部１３は、デバイス制御部１２の制御の下で、ホスト２０に送信すべきデータをＵＳＢケーブル３０に送出するとともに、ＵＳケーブル３０を介してホスト２０から送信されてくるデータを受信してデバイス制御部１２に出力する。充電池１４は、上述した通り、ＲＡＭ１６ｂに記憶させたデータをフラッシュメモリ１６ａに記憶させるための電源を確保するために設けられる。尚、デバイス１０とホスト２０とがＵＳＢケーブル３０によって物理的に接続されているときには、電源はホスト２０からＵＳＢケーブル３０を介してデバイス１０に供給することも可能である。

記憶領域選択部１５は、デバイス制御部１２の制御の下で、データの書き込み先として、記憶部１６に設けられたフラッシュメモリ１６ａ及びＲＡＭ１６ｂの何れか一方を選択する。尚、ＲＡＭ１６ｂに記憶させたデータをフラッシュメモリ１６ａに記憶させる場合には、データの読み出し元としてＲＡＭ１６ｂを選択し、データの書き込み先としてフラッシュメモリ１６ａを選択する。

記憶部１６に設けられたフラッシュメモリ１６ａは、周知の通り電源供給無しに記憶したデータを保持することができるが、ＲＡＭ１６ｂよりは書き込み速度が遅い（低速である）という特徴がある。これに対し、記憶部１６に設けられたＲＡＭ１６ｂは、フラッシュメモリ１６ａよりは書き込み速度が速い（高速である）が、電源供給が停止すると記憶したデータが消失してしまい電源供給無しには記憶したデータを保持することはできないという特徴がある。本実施形態では、これらフラッシュメモリ１６ａ及びＲＡＭ１６ｂを備える記憶部１６に記憶させるデータをＦＡＴファイルシステムによって管理している。

図１に示す通り、フラッシュメモリ１６ａには、ファイルとして記憶するデータのファイル名、ファイルタサイズ等の管理情報（ディレクトリエントリ、ＦＡＴ等）を記憶するための管理領域Ｒ１と、実際のデータを記憶するためのデータ領域Ｒ２とが設けられている。ここで、本実施形態では、従来のＦＡＴファイルシステムで用いられていたディレクトリエントリ及びＦＡＴ以外に、フラッシュメモリ１６ａ及びＲＡＭ１６ｂの何れにデータを記憶させたかを管理するための情報も管理領域Ｒ１に記憶される。

これに対し、ＲＡＭ１６ｂにはデータを記憶するためのデータ領域Ｒ３のみが設けられている。管理領域Ｒ１がフラッシュメモリ１６ａに設けられる理由は以下の２つの理由がある。第１の理由は、データがフラッシュメモリ１６ａ及びＲＡＭ１６ｂの何れに記憶されているかを管理領域Ｒ１で管理しなければならず、その記憶領域を固定する必要があるからである。第２の理由は、フラッシュメモリ１６ａは電源供給を停止しても記憶したデータを保持することができ、ＲＡＭ１６ｂは電源供給を停止すると記憶したデータが消失してしまうため、安全性を考慮してフラッシュメモリ１６ａに設けている。

ここで、フラッシュメモリ１６ｂの管理領域Ｒ１に記憶されるディレクトリエントリについて説明する。図２は、本発明の実施形態で用いられるディレクトリエントリの例を示す図である。図２に示す通り、ディレクトリエントリは、ファイル名を格納するフィールドＦ１、領域識別子を格納するフィールドＦ２、先頭クラスタを格納するフィールドＦ３、及びファイルサイズを格納するフィールドＦ４を含んでいる。識別子を格納するフィールドＦ２には、データをフラッシュメモリ１６ａに記憶したか、又はＲＡＭ１６ｂに記憶したかを示す情報が格納される。

また、上記のフィールドＦ２と同様のフィールドはＦＡＴにも設けられている。これにより、各クラスタがフラッシュメモリ１６ｂのデータ領域Ｒ１に記憶されたのか、ＲＡＭ１６ｂのデータ領域Ｒ３に記憶されたのかを知ることができる。尚、ディレクトリエントリには、図２に示すフィールドの他に、ファイルの他の属性（例えば、ファイル作成日時、ファイル更新日時、読み出し専用等）を格納するフィールドを適宜設けても良い。

ホスト２０は、ＵＳＢ送受信部２１及び記憶部２２を含んで構成されている。ＵＳＢ送受信部２１は、デバイス１０に対して記憶させるデータを送信するとともに、デバイス１０からＵＳＢケーブル３０を介して送信されてくる各種情報を受信する。また、記憶部２２は、デバイス１０に送信すべきデータを記憶する。尚、図１においては、本実施形態の説明に必要な最小限の構成のみを図示している。

次に、上記構成における本発明の一実施形態による情報記憶方法について説明する。図３は、本発明の一実施形態による情報記憶方法の一例を示すタイミングチャートである。デバイス１０の電源投入が行われると初期化動作が行われる。この初期化動作においては、まずデバイス制御部１２が記憶領域選択部１５を制御して書き込み先領域（ＷＡ）をフラッシュメモリ１６ａに設定する（ステップＳ１０）。次いで、デバイス制御部１２は、１バイト当たりの書き込みに要する時間（Ｔ）を「０」に設定する（ステップＳ１１）。そして、書き込みのタイムアウト予定時間を設定する（ステップＳ１２）。

以上の初期動作が終了してデバイス１０とホスト２０との間の接続が確立し（ステップＳ１３）、ホストか２０から書き込み要求があるとデバイス１０で書き込み処理が行われる（ステップＳ１４）。この書き込み要求がなされると、ホスト２０からデバイス１０へ書き込みを開始するクラスタ番号と、書き込むべきデータのファイルサイズとが出力される。これにより、デバイス１０のデバイス制御部１２は、書き込み開始クラスタ番号とファイルサイズとを取得する。

次に、ホスト２０からデータが送信されてくると、デバイス制御部１２は、最初のクラスタサイズ分のデータをバッファに読み込み（ステップＳ１５）、書き込み先クラスタ番号（ＷＣ）に取得した書き込み開始クラスタ番号を設定する（ステップＳ１６）。以上の処理が終了すると、デバイス制御部１２は、書き込むデータが、フラッシュメモリ１６ａ内の管理領域Ｒ１に対するものであるのか否かを判断する（ステップＳ１７）。この判断結果が真（true）の場合には、そのデータをフラッシュメモリ１６ａの管理領域Ｒ１に書き込む（ステップＳ１８）。

一方、ステップＳ１７における判断結果が偽（false）である場合には、書き込み先記憶領域（ＷＡ）で指定される領域（ここでは、フラッシュメモリ１６ｂのデータ領域Ｒ２）の書き込み先クラスタ番号で指定されるクラスタにバッファの内容を書き込む（ステップＳ１９）。１クラスタ分のデータの書き込みが終了すると、書き込み時間計算部１１は１バイト当たりの書き込み時間（Ｔ）を計算し（ステップＳ２０）、この書き込み時間（Ｔ）と１クラスタ分のバイト数（クラスタサイズ）とを掛け合わせて１クラスタ当たりの書き込み時間（ＷＴ）を計算する（ステップＳ２１）。

次に、デバイス制御部１２は、ステップＳ２１で計算した１クラスタ当たりの書き込み時間（ＷＴ）がステップＳ１２で設定したタイムアウト時間を超えるか否かを判断する（ステップＳ２２）。この判断結果が偽（false）の場合には、書き込み先記憶領域（ＷＡ）の変更は行わない。一方、ステップＳ２２の判断結果が真（true）の場合には、デバイス制御部１２は、書き込み先記憶領域（ＷＡ）をＲＡＭ１６ｂに設定し（ステップＳ２３）、更に、ＲＡＭ１６ｂに記憶したデータをフラッシュメモリ１６ａに記憶させるために充電池１４への充電を開始する（ステップＳ２４）。充電池１４の充電は、ホスト２０からＵＳＢケーブル３０を介して供給される電源により行うことも可能である。

前述したステップＳ１８の処理又は上記のステップＳ２４の処理が終了すると、デバイス制御部１２はバッファに次のクラスタサイズ分のデータを読み込み（ステップＳ２５）、書き込み先クラスタ番号（ＷＣ）に次のクラスタ番号を設定する（ステップＳ２６）。以上の処理が終了すると、ステップＳ１４でホスト２０から送信されてきたファイルサイズ分のデータを書き終えるまでステップＳ１００（ステップＳ１７〜ステップ２６）の処理を繰り返す。

ステップＳ１４でホスト２０から送信されてきたファイルサイズ分のデータの書き込み処理が終了すると、デバイス１０はホスト２０に接続された状態であるためホスト２０からの書き込み要求の待ち状態になる。そして、ホスト２０からの書き込み要求がある度に、ステップＳ２００（ステップＳ１４〜ステップＳ２６）の処理を繰り返す。

デバイス１０とホスト２０との接続が解除されて切断状態になると（ステップＳ２７）、デバイス１０のデバイス制御部１２は、電源が切れているか否か（ホスト２０からＵＳＢケーブル３０を介した電源供給が停止したか否か、或いは、外部電源から供給されているか等）を判断する（ステップＳ２８）。この判断結果が真（true）の場合には、充電池１４を使用して（ステップＳ２９）ＲＡＭ１６ｂに記憶したデータをフラッシュメモリ１６ａに記憶する（ステップＳ３０）。一方、ステップＳ２８の判断結果が偽（false）の場合には、ホスト２０からＵＳＢケーブル３０を介して供給される電源を用いてＲＡＭ１６ｂに記憶したデータをフラッシュメモリ１６ａに記憶する（ステップＳ３０）。

記憶部１６にはデータがクラスタ単位で記憶されている訳であるが、記憶部１６に記憶されたクラスタの内、フラッシュメモリ１６ａのデータ領域Ｒ２に記憶されたクラスタであるのか、又はＲＡＭ１６ｂのデータ領域Ｒ３に記憶されたクラスタであるのかは、フラッシュメモリ１６ａの管理領域Ｒ１に記憶されているディレクトリエントリのフィールドＦ２（図２参照）とＦＡＴとを参照することにより特定することができる。

以上説明した通り、本実施形態では、フラッシュメモリ１６ａに加えて書き込み速度がフラッシュメモリ１６ａよりも高速なＲＡＭ１６ｂを設けた構成とし、１クラスタ分のデータをフラッシュメモリ１６ａに書き込むのに要する時間を算出して、この書き込み時間がタイムアウト予定時間を超えたときには、フラッシュメモリ１６ａに代えてＲＡＭ１６ｂにデータを書き込むようにしている。

このため、フラッシュメモリ１６ａにおけるデータ領域Ｒ２が断片化されて書き込みに長時間を要する場合であってもデータの書き込み失敗を防止することができる。また、ＲＡＭ１６ｂへのデータ書き込みと並列して充電池１４を充電しているため、データの書き込みが終了した後で電源供給が停止しても、充電池１４を用いてＲＡＭ１６ｂに記憶したデータをフラッシュメモリ１６ａに記憶させることでデータの消失を防ぐことができる。

尚、上記実施形態においては、書き込み先記憶領域（ＷＡ）をＲＡＭ１６ｂに変更した後は、ＲＡＭ１６ｂへのデータ書き込みを継続する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、書き込み先記憶領域（ＷＡ）をＲＡＭ１６ｂに変更した後で消去動作が増えてフラッシュメモリＲ２に連続した空き領域が生じ、タイムアウトの虞が少ないと判断される場合には、書き込み先記憶領域（ＷＡ）をＲＡＭ１６ｂからフラッシュメモリ１６ａに変更しても良い。

また、充電された充電池１４を用いることでＲＡＭ１６ｂに記憶されたデータをフラッシュメモリ１６ａに記憶させることができる訳であるが、この充電池１４を用いてもＲＡＭ１６ｂに記憶されたデータをフラッシュメモリ１６ａに記憶させることができない可能性も考えられる。このため、書き込み先記憶領域（ＷＡ）がフラッシュメモリ１６ａからＲＡＭ１６ｂに変更された場合には、その旨をユーザに通知して、ユーザの操作（例えば、ＵＳＢケーブル３０からデバイス１０を引き抜く等の操作）による突然の電源断を防止することが望ましい。

図４は、デバイス１０が携帯電話である場合における書き込み先記憶領域の変更通知例を示す図である。図４に示す通り、携帯電話５０は、アンテナ５１、ＬＣＤ（液晶表示装置）又は有機ＥＬ表示装置等の表示装置５２、及び操作キー５３等を備えており、図４に示す例では表示装置５２に「ＲＡＭ使用中」なる文字列が表示されている。この表示によって、携帯電話５０のユーザは携帯電話５０に設けられるフラッシュメモリ１６ａ及びＲＡＭ１６ｂのうちのＲＡＭ１６ｂに対するデータの書き込みが行われていることを知ることができる。尚、この表示は文字列によるもののみならず、アイコン表示又はアイコンの変更表示により行っても良く、その表示方法は任意である。また、音による通知、バイブレータ機能による通知であっても良い。

尚、上記実施形態においては、図１に示すデバイス１０が携帯電話である場合を例に挙げて説明したが、本発明はこの場合に制限される訳ではない。携帯電話以外には、例えば、ＵＳＢメモリ、ハードディスク等の種々の機器に適用することができる。更に、ＵＳＢ規格のものに限られず、ＩＥＥＥ１３９４規格のもの、その他のシリアル又はパラレル接続規格のものにも本発明を適用することができる。

本発明の一実施形態による情報記憶装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態で用いられるディレクトリエントリの例を示す図である。 本発明の一実施形態による情報記憶方法の一例を示すタイミングチャートである。 デバイス１０が携帯電話である場合における書き込み先記憶領域の変更通知例を示す図である。

符号の説明

１１ 書き込み時間計算部（算出部）
１２ デバイス制御部（制御部）
１４ 充電池（充電部）
１５ 記憶領域選択部（選択部）
１６ａ フラッシュメモリ（第１記憶部）
１６ｂ ＲＡＭ（第２記憶部）
Ｒ１ 管理領域（第１記憶領域）
Ｒ２ データ領域（第２記憶領域）
Ｒ３ データ領域（データを記憶する領域）

Claims (2)

1. 情報を記憶する第１記憶部を備える情報記憶装置において、
   前記第１記憶部よりも高速動作する第２記憶部と、
   前記第１記憶部に対するデータの書き込み時間を算出する算出部と、
   前記算出部で算出された前記書き込み時間が所定時間を越える場合に、前記第１記憶部に代えて前記第２記憶部を選択してデータを書き込む選択部と、を備え、
   前記第１記憶部は、電源供給なしに記憶したデータの保持が可能な情報記憶媒体を備えており、
   前記第２記憶部は、電源供給により記憶したデータの保持が可能な情報記憶媒体を備えており、
   前記第１記憶部には、前記データを管理する管理情報を記憶する第１記憶領域と、前記データを記憶する第２記憶領域とが設けられ、
   前記第２記憶部には、前記データを記憶する領域のみが設けられる
   ことを特徴とする情報記憶装置。
2. 情報を記憶する情報記憶方法において、
   電源供給なしに記憶したデータの保持が可能な情報記憶媒体を備え、前記データを管理する管理情報を記憶する第１記憶領域と、前記データを記憶する第２記憶領域とが設けられた第１記憶部にデータを記憶する第１ステップと、
   前記第１記憶部に対するデータの書き込み時間を算出する第２ステップと、
   前記第２ステップで算出された前記書き込み時間が所定時間を越えたときに、前記第１記憶部に代えて前記第１記憶部よりも高速動作する、電源供給により記憶したデータの保持が可能な情報記憶媒体を備え、前記データを記憶する領域のみが設けられた第２記憶部を選択してデータを書き込む第３ステップと、
   を含むことを特徴とする情報記憶方法。

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