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

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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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