JP4871260B2 - メモリモジュール、メモリコントローラ、不揮発性記憶装置、不揮発性記憶システム、及びメモリの読み書き方法 - Google Patents

Description

本発明は、メモリモジュール、メモリコントローラ、不揮発性記憶装置、不揮発性記憶システム、及びメモリの読み書き方法に関する。

書き換え可能な不揮発性の主メモリを備えた不揮発性記憶装置は、半導体メモリカードを中心にその需要が広まっている。かかる半導体メモリカードには様々な種類があり、その一つとしてＳＤメモリカードがある。このＳＤメモリカードは、不揮発性の主メモリとしてフラッシュメモリを備え、それを制御するメモリコントローラを有している。このメモリコントローラは、デジタルスチルカメラ本体等のアクセス装置からの読み書き指示に応じて、フラッシュメモリに対する読み書き制御を行うものとなっている。

ＳＤメモリカードの主メモリとして採用されているフラッシュメモリは、書き換え保証回数に関し約１０万回といった制約があり、特定の領域に書換が集中しないように「ウェアレベリング」といった仕組みが導入されている。
ウェアレベリングとは、フラッシュメモリにアクセスするためにアクセス装置から与えられる論理アドレスを物理アドレスに変換することによって、フラッシュメモリの特定領域に書き換えが集中しないようにする仕組みである。通常、論理アドレスから物理アドレスへの変換は、アドレス管理テーブルに基づいて行われる。

例えば、特許文献１に開示された不揮発性記憶装置もアドレス管理テーブルを有し、当該アドレス管理テーブルはフラッシュメモリからなる主メモリの固定領域に割り付けられている。
この構造であると、ウェアレベリング自体はうまく行われるが、データの書き換え頻度に対してアドレス管理テーブルの書き換え頻度が高い場合、アドレス管理テーブルが割り付けられた領域が早く書き換え保証回数を上回ってしまって、記憶装置全体としての寿命が短くなってしまうという問題があった。

この問題を解決する技術として、特許文献２に記載されたものが知られている。
特許文献２では、アドレス管理テーブルのような書き換え頻度の高い情報は、フラッシュメモリからなる主メモリに記憶させるのではなく、フラッシュメモリよりも書き換え保証回数の多い強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）等からなる不揮発性の補助メモリに記憶させる。一般的にＦｅＲＡＭは、表１に示すとおり、フラッシュメモリよりも書換保証回数が格段に多く、小容量の書き込み速度が速いという特徴を有しているからである。

ここで、特許文献２に示された従来の不揮発性記憶装置について、図１〜図５を用い、その構成、動作説明を説明し、さらに問題点について述べる。
図１は、特許文献２の不揮発性記憶装置のブロック図である。
本不揮発性記憶装置１０１は、外部に設けられたアクセス装置１００からアクセス可能であり、メモリコントローラ１０２と、フラッシュメモリからなる不揮発性の主メモリ１０３とで構成されている。

アクセス装置１００は、メモリコントローラ１０２に対して、主メモリ１０３内のデータ（ユーザデータ）の読み書き命令と、読み書きを行うための論理アドレスの送信とを行い、当該メモリコントローラ１０２との間でデータの送受信を行うものである。
メモリコントローラ１０２は、アクセス装置１００からの読み書き命令を受けて、主メモリ１０３にデータを書き込んだり、主メモリ１０３からデータを読み出したりする。メモリコントローラ１０２は、ホストＩ／Ｆ部１１１と、メモリコントローラ１０２全体の制御を行うＣＰＵ１１２と、このＣＰＵ１１２の作業領域であるＲＡＭ１１３と、ＣＰＵ１１２が実行するプログラムを格納したＲＯＭ１１４と、強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）からなる不揮発性ＲＡＭ１１７（不揮発性の補助メモリ）とを有している。この不揮発性ＲＡＭ１１７は、主メモリ１０３へアクセスする際に用いるアクセスデータである物理領域管理テーブル１１５と論理物理変換テーブル１１６とを記憶している。

物理領域管理テーブル１１５は、主メモリ１０３内における消去単位である物理ブロックの状態、すなわち有効なデータが記憶されているか否かのステータスフラグを記憶している。
論理物理変換テーブル１１６は、アクセス装置１００が転送した論理アドレスを主メモリ１０３内の物理アドレスに変換するためのテーブルである。
さらに、メモリコントローラ１０２は、ＳＲＡＭ等の揮発性ＲＡＭからなるバッファ１１８と、主メモリ１０３内のデータを読み書きする読み書き制御部１１９と、物理領域管理テーブル１１５と論理物理変換テーブル１１６とに基づいて主メモリ１０３のアドレスを管理するアドレス管理情報制御部１２０とを備えている。

主メモリ１０３は多数の物理ブロックから成り立っている。物理ブロックは消去の単位であって、例えば図２に示すように３２ページから構成される。各ページは１セクタ分のデータ領域（５１２バイト）と冗長部分である管理領域（１６バイト）とからなる。
図３は、主メモリ１０３の容量が１Ｇバイトの場合におけるアクセス装置１００から与えられる論理アドレスのフォーマットを示している。図に示す如く、下位ビットから順に、ページアドレス、論理ブロックアドレスとなっており、論理ブロックアドレスに対応する１６ビット分がアドレス変換の対象、すなわち論理物理変換テーブル１１６のアドレスに相当する。
アクセス装置１００のファイルシステムで規定されるセクタサイズを５１２バイト、クラスタサイズを１６ｋバイトとするので、クラスタナンバーのＬＳＢは論理アドレスフォーマットのビット５（ｂ５）に対応することとなる。

図４は、主メモリ１０３の容量が１Ｇバイトの場合の物理領域管理テーブル１１５のフォーマットを示した図である。物理領域管理テーブル１１５のアドレスは、主メモリ１０３の物理ブロックアドレスに対応している。物理領域管理テーブル１１５は２進数で各物理ブロックの状態を記憶している。すなわち、物理領域管理テーブル１１５において、値００は有効なデータが記憶されている有効ブロックを示し、値１１は消去済み又はデータが書き込まれているが不要である無効ブロックを示し、値１０はメモリセル上のソリッドエラー等により使用できなくなった不良ブロックを示している。

図５は、主メモリ１０３の容量が１Ｇバイトにおける論理物理変換テーブル１１６のフォーマットを示した図である。論理物理変換テーブル１１６のアドレスは、アクセス装置１００が指定した論理アドレス（図３）の論理ブロックアドレスに対応し、論理物理変換テーブル１１６の内容は物理ブロックアドレスとなっている。

以上のような構成を有する不揮発性記憶装置の動作について説明する。
まず、例えば出荷直後などの初期状態での不揮発性記憶装置の主メモリ１０３、物理領域管理テーブル１１５や論理物理変換テーブル１１６などの内容について説明する。簡単の為、主メモリ１０３に割り付けられ且つメーカコードやセキュリティ情報が記憶されたシステム領域については説明を省略し、通常領域、すなわちユーザがデータを読み書きする領域についてのみ説明する。

初期状態では、主メモリ１０３の良ブロックは全て消去された状態となっている。つまり、物理領域管理テーブル１１５において、良ブロックは、無効ブロック状態すなわち２進数で値１１が設定されており、初期不良ブロックは、不良ブロックすなわち２進数で値１０が設定されている。
論理物理変換テーブル１１６の各アドレスには１６進数で値ＦＦＦＦが設定されている。なお、値ＦＦＦＦとは主メモリ１０３の物理アドレスがＦＦＦＦ番地ではなく、何も物理アドレスが設定されていないことを意味する。したがって、主メモリ１０３の物理アドレスがＦＦＦＦ番地は使用できない物理ブロックであり、またアクセス装置１００が管理する論理アドレス空間は、００００番地〜ＦＦＦＦ番地までの６５５３６番地よりも少ない空間とする。

本不揮発性記憶装置を電源オンした後、ＣＰＵ１１２はＲＯＭ１１４に記憶されたプログラムに基づいて初期化処理を行う。この初期化処理の後、アクセス装置６００からの読み書き等のコマンド受付の状態に入る。
ここで、アクセス装置６００から任意の論理アドレスへの書き込み指示がクラスタ単位でなされた場合を考える。
書き込み指示がなされると、この論理アドレスに基づいて、アドレス管理情報制御部１２０は物理領域管理テーブル１１５の所定番地から降順に無効の物理ブロックをサーチし、最初に見つかった無効の物理ブロックを書き込み対象の物理ブロックとする。書き込み対象ブロックに対しては、そのブロックに既に存在するデータを消去した後に１クラスタ分のデータを加えて書き込む。

前述した所定番地はＣＰＵ１１２がアドレス管理情報制御部１２０に逐次設定する番地であり、設定の都度、その番地がランダムになるように処理されるようになっている。このため、書き込み対象ブロックが特定の物理ブロックに集中しないウェアレベリングが実現されるようになっている。
データを主メモリ１０３に書き込んだ後には、物理領域管理テーブル１１５において、データを書き込んだ物理ブロックのステータスフラグを「有効ブロック」に設定する。論理物理変換テーブル１１６においては、書き込み指示がなされた論理アドレスの位置にそれに対応する物理ブロックの物理アドレスの値を書き込む。

一方、アクセス装置１００から書き換え命令が出された場合は、上記処理に加えて、論理物理変換テーブル１１６に基づいて、旧データが記憶されていた物理ブロックを特定し、さらに、旧データの物理アドレスに対応する物理領域管理テーブル１１５内のステータスフラグを無効ブロックに設定する。

以上述べたように、アクセス装置１００からの書き込みや書き換えの都度、不揮発性ＲＡＭ１１７に記憶された物理領域管理テーブル１１５及び論理物理変換テーブル１１６を参照し更新したりする。そこで、不揮発性ＲＡＭ１１７の参照回数と更新回数について考えてみる。なお、以下では主メモリ１０３の容量として、大容量の４Ｇバイトとする。
例えば、主メモリ１０３を１６ｋバイトの１クラスタ（＝１物理ブロック）毎に書き換えることを考える。この場合、１クラスタの書き換えごとに、不揮発性ＲＡＭ１１７に保持されている物理領域管理テーブル１１５や論理物理変換テーブル１１６は複数回の読み出しと平均１回の書き換えとがなされる。したがって、主メモリ１０３を１０万回書き換えた時点、換言すればフラッシュメモリの書き換え保証回数に達した際には、物理領域管理テーブル１１５等も約１０万回書き換えられることになる。

テーブル１１５，１１６が格納されている不揮発性ＲＡＭ１１７はＦｅＲＡＭから構成されており、その書き換え保証回数が１００億回のメモリデバイスである。ゆえに、従来から、いかなる状況下であっても主メモリ１０３より先に不揮発性ＲＡＭ１１７がその書き換え保証回数に達するという不都合は起こらないものと考えられていた。
特開２００１−１４２７７４号公報 特開平０７−２１９７２０号公報

しかしながら、ＦｅＲＡＭは破壊読み出し型のメモリデバイスであるため、ＦｅＲＡＭから構成される不揮発性ＲＡＭ１１７に記憶されているアクセスデータ（論理物理変換テーブル１１６等）を読み出した直後、当該アクセスデータが消失することになる。このアクセスデータの消失を回避する為に、読み出し後に同じアクセスデータを再度不揮発性ＲＡＭに書き戻す処理が必要となり、実は、読み出し処理も書き換え回数に加算される処理となる。
そこで特許文献２のように、不揮発性ＲＡＭ１１７を破壊読み出し型のメモリデバイスで構成している不揮発性記憶装置では、読み出し回数を含めて書き換え回数を見極める必要がある。

そこで、読み出し回数を考慮した上で、再度、特許文献２にかかる不揮発性記憶装置の装置寿命を検討する。主メモリ１０３の全領域、すなわち４Ｇバイトを１クラスタ（１物理ブロック）分ずつ一通り書き換えた場合、不揮発性ＲＡＭ１１７の任意のアドレスが何回読み出されるかを算出してみる。簡単の為に、不揮発性ＲＡＭ１１７の中の物理領域管理テーブル１１５に着目し、その参照回数について説明する。

物理領域管理テーブル１１５は、主メモリ１０３内の無効ブロックをサーチする為に用いられ、ランダムに選択された番地から降順にサーチされる。最も早くサーチされるケースは、選択された番地が無効ブロックである場合である。最も遅くサーチされるケースは、選択された番地を含め後続する番地も連続して有効ブロックであって選択された番地の１つ前のアドレスが無効ブロックであった場合である。この場合は、１クラスタ分のデータの書き換え毎に、物理領域管理テーブル１１５の全てのアドレスが読み出され最悪のケースとなる。

そこで、ＦｅＲＡＭからなる不揮発性ＲＡＭ１１７で上述した最悪ケースが起こることを想定し、主メモリ１０３の全領域、すなわち４Ｇバイトを１クラスタ分ずつ１０万回（１０^５）書き換えることを考える。
物理領域管理テーブル１１５は、主メモリ１０３の容量が４Ｇバイト、物理ブロックの容量が１６ｋバイトであるため、指定可能なブロック数は
４×１０^９÷１６×６０３＝２．５６×１０^５
となる。したがって、最悪のケースは１クラスタの書き換え毎に、不揮発性ＲＡＭ１１７が約２．５６×１０^５回読み出されることになる。さらに、この読み出しが１０万回行われるためになるため、物理領域管理テーブル１１５の任意のアドレスの読み出し回数は、約２．５６×１０^１０となり、ＦｅＲＡＭの書き換え保証回数である１００億回（１０^１０）をオーバーしてしまうことになる。
つまり、フラッシュメモリで実現された主メモリ１０３の寿命よりも、ＦｅＲＡＭで実現された不揮発性ＲＡＭ１１７の方が早く寿命がきてしまう。書き換え保証回数の多いとされるＦｅＲＡＭを使用しながらも、装置全体の寿命が悪くなるといった問題が生じる。

このように、主メモリ１０３へのアクセス回数に対して、不揮発性ＲＡＭ１１７（不揮発性の補助メモリ）のアクセス回数が多くなる状況としては、当該不揮発性記憶装置が音楽再生用のプレーヤとして用いられ、かかるプレーヤで音楽の再生を行っている場合などが考えられる。
音楽データは主メモリ１０３に記録されており、音楽再生は主メモリ１０３からの音楽データの読み出しだけであるが、同時に不揮発性ＲＡＭ１１７内の物理領域管理テーブル１１５などのアクセスデータを参照する必要があり、常に不揮発性ＲＡＭ１１７の読み出し破壊と、その後の再書き込みが行われる状況下にある。

本発明は、上述した問題点を解決するもので、ＦｅＲＡＭ等の破壊読み出し型の不揮発性ＲＡＭを使用したメモリモジュールやそれを内蔵したメモリコントロール等において、当該不揮発性ＲＡＭからの破壊読み出し、それに伴う書き戻しを減少させ、装置全体の寿命をできるだけ長くすることを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明におけるメモリモジュールは、破壊読み出し型の不揮発性ＲＡＭならびに揮発性ＲＡＭから構成されると共に、該不揮発性ＲＡＭと揮発性ＲＡＭとに同一のデータが記憶されたメモリ部と、前記メモリ部内のデータを読み書きするものであって、リード時には揮発性ＲＡＭからデータを読み出し、ライト時には揮発性ＲＡＭと不揮発性ＲＡＭとの両方に同一のデータを書き込む読み書き制御部と、を有していることを特徴とする。
なお、読み書き制御部は、メモリ部の初期化処理として、不揮発性ＲＡＭから読み出されたデータを揮発性ＲＡＭに書き込むと共に、当該データを再度不揮発性ＲＡＭに書き込むようにするとよい。破壊読み出し型の不揮発性ＲＡＭは、強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）で構成するとよい。

また、本発明におけるメモリコントローラは、外部から与えられる論理アドレスに応じて、不揮発性の主メモリ内のデータを読み込んだり該主メモリに外部から与えられたデータを書き込むものであって、前記メモリコントローラは、前記主メモリ内に記憶されたデータを読み書きする第１読み書き制御部と、破壊読み出し型の不揮発性ＲＡＭならびに揮発性ＲＡＭから構成され、該不揮発性ＲＡＭと揮発性ＲＡＭとに前記第１読み書き制御部が主メモリへアクセスする際に用いるアクセスデータが記憶されている補助メモリと、前記補助メモリ内に保持されたアクセスデータを読み書きするものであって、リード時には揮発性ＲＡＭからアクセスデータを読み出し、ライト時には揮発性ＲＡＭと不揮発性ＲＡＭとの両方に同一のアクセスデータを書き込む第２読み書き制御部と、を有していることを特徴とする。

なお、第２読み書き制御部は、補助メモリの初期化処理として、不揮発性ＲＡＭから読み出されたアクセスデータを揮発性ＲＡＭに書き込むと共に、当該アクセスデータを再度不揮発性ＲＡＭに書き込むようにするとよい。前記破壊読み出し型の不揮発性ＲＡＭが、強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）であるとよい。
また、前記アクセスデータは、主メモリ内の状態を管理する物理領域管理テーブルと、論理アドレスを主メモリの物理アドレスに変換する論理物理変換テーブルとを有することが好ましい。

このような構成により、第２読み書き制御部は、アクセスデータ（物理領域管理テーブルと論理物理変換テーブル）の読み出しを揮発性ＲＡＭからのみ行うことになり、不揮発性ＲＡＭの破壊読み出しとそれに伴うデータ書き戻し処理を実行しないで済むようになる。したがって、不揮発性ＲＡＭの書き換え回数が短期間に保証回数に達することを防止でき、メモリコントローラ全体の寿命を長くすることが可能となる。なお、データ書き込みは不揮発性ＲＡＭと揮発性ＲＡＭとの両方にすることにより、両者に記憶されたアクセスデータの内容に齟齬が生じることはない。

また、本発明における不揮発性記憶装置は、不揮発性の主メモリと、外部から与えられる論理アドレスに応じて、該主メモリ内のデータを読み込んだり該主メモリに外部から与えられたデータを書き込むメモリコントローラとを有するものであって、前記メモリコントローラは、前記主メモリ内に記憶されたデータを読み書きする第１読み書き制御部と、破壊読み出し型の不揮発性ＲＡＭならびに揮発性ＲＡＭから構成され、該不揮発性ＲＡＭと揮発性ＲＡＭとに前記第１読み書き制御部が主メモリへアクセスする際に用いるアクセスデータが記憶されている補助メモリと、前記補助メモリ内に保持されたアクセスデータを読み書きするものであって、リード時には揮発性ＲＡＭからアクセスデータを読み出し、ライト時には揮発性ＲＡＭと不揮発性ＲＡＭとの両方に同一のアクセスデータを書き込む第２読み書き制御部と、を有していることを特徴とする。

なお、前記第２読み書き制御部は、補助メモリの初期化処理として、不揮発性ＲＡＭから読み出されたアクセスデータを揮発性ＲＡＭに書き込むと共に、当該アクセスデータを再度不揮発性ＲＡＭに書き込むようにするとよい。前記破壊読み出し型の不揮発性ＲＡＭが、強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）であるとよい。
また、前記アクセスデータは、主メモリ内の状態を管理する物理領域管理テーブルと、論理アドレスを主メモリの物理アドレスに変換する論理物理変換テーブルとを有することが好ましい。

この構成により、第２読み書き制御部は、アクセスデータ（物理領域管理テーブルと論理物理変換テーブル）の読み出しを揮発性ＲＡＭからのみ行うことになり、不揮発性ＲＡＭの破壊読み出しとそれに伴うデータ書き戻し処理を実行しないで済むようになる。したがって、不揮発性ＲＡＭの書き換え回数が短期間に保証回数に達することを防止でき、不揮発性記憶装置全体の寿命を長くすることが可能となる。なお、データ書き込みは不揮発性ＲＡＭと揮発性ＲＡＭとの両方にすることにより、両者に記憶されたアクセスデータの内容に齟齬が生じることはない。

また、本発明における不揮発性記憶システムは、不揮発性の主メモリ、及び外部から与えられる論理アドレスに応じて、前記主メモリ内のデータを読み込んだり主メモリに外部から与えられたデータを書き込むメモリコントローラを有する不揮発性記憶装置と、前記不揮発性記憶装置に論理アドレスとデータとを付与するアクセス装置と、を具備するものであって、前記メモリコントローラは、前記主メモリ内に記憶されたデータを読み書きする第１読み書き制御部と、破壊読み出し型の不揮発性ＲＡＭならびに揮発性ＲＡＭから構成され、該不揮発性ＲＡＭと揮発性ＲＡＭとに前記第１読み書き制御部が主メモリへアクセスする際に用いるアクセスデータが記憶されている補助メモリと、前記補助メモリ内に保持されたアクセスデータを読み書きするものであって、リード時には揮発性ＲＡＭからアクセスデータを読み出し、ライト時には揮発性ＲＡＭと不揮発性ＲＡＭとの両方に同一のアクセスデータを書き込む第２読み書き制御部と、を有していることを特徴とする。

なお、前記第２読み書き制御部は、補助メモリの初期化処理として、不揮発性ＲＡＭから読み出されたアクセスデータを揮発性ＲＡＭに書き込むと共に、当該アクセスデータを再度不揮発性ＲＡＭに書き込むようにするとよい。前記破壊読み出し型の不揮発性ＲＡＭが、強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）であるとよい。
また、前記アクセスデータは、主メモリ内の状態を管理する物理領域管理テーブルと、論理アドレスを主メモリの物理アドレスに変換する論理物理変換テーブルとを有することが好ましい。

この構成により、第２読み書き制御部は、アクセスデータ（物理領域管理テーブルと論理物理変換テーブル）の読み出しを揮発性ＲＡＭからのみ行うことになり、不揮発性ＲＡＭの破壊読み出しとそれに伴うデータ書き戻し処理を実行しないで済むようになる。したがって、不揮発性ＲＡＭの書き換え回数が短期間に保証回数に達することを防止でき、不揮発性記憶システム全体の寿命を長くすることが可能となる。なお、データ書き込みは不揮発性ＲＡＭと揮発性ＲＡＭとの両方にすることにより、両者に記憶されたアクセスデータの内容に齟齬が生じることはない。

また、本発明にかかるメモリの読み書き方法は、破壊読み出し型の不揮発性ＲＡＭならびに揮発性ＲＡＭから構成されると共に、該不揮発性ＲＡＭと揮発性ＲＡＭとに同一のデータが記憶されたメモリ部にアクセスするに際し、データリード時は、揮発性ＲＡＭからデータを読み出し、データライト時は、揮発性ＲＡＭと不揮発性ＲＡＭとの両方にデータを書き込むことを特徴とする。
前記メモリ部の初期化処理として、不揮発性ＲＡＭから読み出されたデータを揮発性ＲＡＭに書き込むと共に、当該データを再度不揮発性ＲＡＭに書き込むようにするとよい。

本発明にかかるメモリモジュールやそれを内蔵したメモリコントローラ、不揮発性記憶装置、不揮発性記憶システムによれば、揮発性ＲＡＭからのみデータを読み出すようにしているため、不揮発性ＲＡＭの破壊読み出しとそれに伴う書き戻し回数を減少させることができる。ゆえに、不揮発性ＲＡＭの書き換え回数が短期間に保証回数に達することが防止でき、装置全体の寿命を長くすることができる。

従来の不揮発性記憶装置のブロック図である。 主メモリの物理ブロックを示した図である。 論理アドレスのフォーマットを示した図である。 物理管理領域テーブルを示した図である。 論理物理変換テーブルを示した図である。 本発明にかかる不揮発性記憶装置のブロック図である。 初期化時の補助メモリへのアクセス形態を示した図である。 通常動作時の補助メモリへのアクセス形態を示した図である。 読み書き制御部に対する読み書き処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ アクセス装置
１０２ メモリコントローラ
１０３ 主メモリ
１１２ ＣＰＵ
１１５ 物理領域管理テーブル
１１６ 論理物理変換テーブル
１１７ 不揮発性ＲＡＭ
１１８ バッファ
１１９ 第１読み書き制御部
１２０ アドレス管理情報制御部
６００ 揮発性ＲＡＭ
６０１ 第２読み書き制御部
６０２ 補助メモリ（メモリ部）
６０４ 物理領域管理テーブル
６０５ 論理物理変換テーブル
６０６ メモリモジュール

以下、本発明を、ＳＤメモリカードなどの不揮発性記憶装置を例示して説明する。
図６に示すように、本実施の形態の不揮発性記憶装置は、メモリコントローラ１０２と、フラッシュメモリからなる不揮発性の主メモリ１０３とで構成されていて、外部に設けられたアクセス装置１００からアクセス可能となっている。この状況はＳＤカードメモリがデジタルスチルカメラ（アクセス装置）に挿入され画像データを記録可能となっている等に相当する。なお、図６において、従来の不揮発性記憶装置（図１）と同じ構成部材には同一の番号を付している。

メモリコントローラ１０２は、従来の不揮発性記憶装置のメモリコントローラに、ＳＲＡＭからなる揮発性ＲＡＭ６００と第２読み書き制御部６０１とが新たに備えられている。さらに従来と同様、ＦｅＲＡＭからなる不揮発性ＲＡＭ１１７を有している。この不揮発性ＲＡＭ１１７と揮発性ＲＡＭ６００とは略同一の容量を有しており、同一のアクセスデータを記憶するものとなっている。
ここで言うアクセスデータとは、第１読み書き制御部１１９（以下、単に第１制御部ともいう）が主メモリ１０３へアクセスする際に用いる物理領域管理テーブルと論理物理変換テーブルとのことである。両テーブルともそのフォーマットは従来の不揮発性記憶装置で用いられているものと同じである（図４，図５）。

なお、この揮発性ＲＡＭ６００と不揮発性ＲＡＭ１１７とを総称して補助メモリ６０２（メモリ部）と呼ぶことにする。また、不揮発性ＲＡＭ１１７を構成するＦｅＲＡＭの書き換え保証回数は約１０^１０，揮発性ＲＡＭ６００を構成するＳＲＡＭの書き換え保証回数は約１０^１５である。
第２読み書き制御部６０１（以下、単に第２制御部ともいう）は、補助メモリ６０２にアクセスしその内部に記憶されているアクセスデータを読み書きするものである。第２読み書き制御部６０１と補助メモリ６０２とはメモリモジュールを構成している。他の構成部材は従来の不揮発性記憶装置と同様である。

本発明は、かかる不揮発性補助記憶装置において、第２読み書き制御部６０１が補助メモリ６０２へアクセスする場合、当該第２読み書き制御部６０１は、リード時には揮発性ＲＡＭ６００（揮発性の補助メモリ）からデータを読み出し、ライト時には揮発性ＲＡＭ６００と不揮発性ＲＡＭ１１７（不揮発性の補助メモリ）との両方にデータを書き込むものである。

以上述べた構成を有する不揮発性記憶装置の動作の詳細について、図を用いて以下説明する。
図７Ａには、メモリコントローラ１０２の初期化時における補助メモリ６０２へアクセス形態を示しており、図７Ｂには、通常動作時における補助メモリ６０２へのアクセス形態を示している。図８は読み書き処理を示すフローチャートである。
なお、本実施の形態の不揮発性記憶装置の基本的な動作は、図１に示した従来の不揮発性記憶装置と略同様であるので、その相違点についてのみ説明する。

［初期化処理］
電源オン後、ＣＰＵ１１２はＲＯＭ１１４に記憶されたプログラムに基づいて初期化処理を実行する。ＣＰＵ１１２で行うべき初期化処理が終了した後は、制御をアドレス管理情報制御部１２０に移し、アドレス管理情報制御部１２０は、第２読み書き制御部６０１に対して補助メモリ６０２の初期化指示を送信する。
初期化指示を受け取った第２読み書き制御部６０１は、不揮発性ＲＡＭ１１７から物理領域管理テーブル１１５に記憶されているステータスフラグ、論理物理変換テーブル１１６に記憶されている物理アドレス等のアクセスデータを読み出す（Ｓ８０１，Ｓ８０２）。

この時、不揮発性ＲＡＭ１１７は破壊読み出しタイプのメモリデバイスなので、読み出し後はアクセスデータが消失する為、該アクセスデータを不揮発性ＲＡＭ１１７へ再び書き戻す処理を行う（Ｓ８０３）。
加えて、読み出したアクセスデータを揮発性ＲＡＭ６００にもコピーする（Ｓ８０４）。具体的には、物理領域管理テーブル１１５を物理領域管理テーブル６０４へ、論理物理変換テーブル１１６を論理物理変換テーブル６０５へコピーする。以上の処理を模式的に表したものが図７Ａである。

［通常動作処理］
かかる初期化処理が終了した場合、第２読み書き制御部６０１は初期化処理の終了をＣＰＵ１１２に通知し、ＣＰＵ１１２はメモリコントローラ１０２における各種制御を通常動作モードに切り替える。アクセス装置１００側も、メモリコントローラ１０２の通常動作モードへの切り替わりを認識し通常動作モードに入る。
通常動作時には、アクセス装置１００がライトコマンド又はリードコマンドをメモリコントローラ１０２に送信すると、ＣＰＵ１１２は何れのコマンドであるかを認識して、アドレス管理情報制御部１２０を介して第２読み書き制御部６０１に各コマンドに対応した指示を転送する。ライトコマンドの場合は、アクセス装置はデータを転送し、メモリコントローラ６００はそのデータをバッファ１１８に保持する。

［書き込み時］
まず、主メモリ１０３の物理ブロックに初めてデータを記録するデータの書き込み処理について説明する。
ＣＰＵ１１２は、アドレス管理情報制御部１２０を介して第２読み書き制御部６０１に対してライトコマンドを発行する。すると、第２読み書き制御部６０１は、補助メモリ６０２の参照が必要であることを認識し（Ｓ８０５）、不揮発性ＲＡＭ１１７ではなく揮発性ＲＡＭ６００からアクセスデータの読み出しを行う（Ｓ８０６）。
Ｓ８０６の読み出し処理においては、アクセス装置１００が転送した論理アドレスＺに基づいて、論理物理変換テーブル６０５から対応する物理アドレスを読み出す。その物理アドレスが１６進数でＦＦＦＦ番地の場合は、従来の不揮発性記憶装置と同様、何も物理アドレスが設定されていないものと認識し、書き込み処理であることを認識する。

更に、第２読み書き制御部６０１は、揮発性ＲＡＭ６００内の物理領域管理テーブル６０４から無効ブロックをサーチして、書き込み先の物理ブロック、ここでは物理アドレスＸを決定する。
次に、データライト処理であるため補助メモリの更新が必要である。そこでＳ８０７より第２読み書き制御部６０１は、不揮発性ＲＡＭ１１７及び揮発性ＲＡＭ６００の両方に、物理アドレスＸの情報で更新されたアクセスデータを書き込む（Ｓ８０８，Ｓ８０９）。
詳しくは、論理アドレスＺと物理アドレスＸが新たに対応するようになった論理物理変換テーブルを不揮発性ＲＡＭ１１７と揮発性ＲＡＭ６００の両方の論理物理変換テーブル１１６，６０５に書き込む。同様に、物理アドレスＸに対応するアドレスのステータスフラグを有効として不揮発性ＲＡＭ１１７と揮発性ＲＡＭ６００との両方の物理領域管理テーブル１１５，６０４に書き込む。

その後、第２読み書き制御部６０１は、物理アドレスＸをアドレス管理情報制御部１２０を介して第１読み書き制御部１１９に転送する。第１読み書き制御部１１９は、主メモリ１０３の物理アドレスＸの物理ブロックに、バッファ１１８に保持されているデータを書き込む。
以上の処理を模式的に表したものが、図７Ｂのライトと記された矢印である。

［通常動作処理・・・書き換え時］
まず、データの書き換え処理について説明する。書き換え処理とは主メモリ１０３の物理ブロックに旧データがあり、それに変えて新データを記録する処理である。この処理は上述したデータの書き込み処理とほぼ同様であり、異なるものではない。異なるのは、旧データの無効化処理を伴う点である。
つまり、Ｓ８０６の読み出し処理において、第２読み書き制御部６０１は、揮発性ＲＡＭ６００の論理物理変換テーブル６０５を参照し、アクセス装置１００が転送した論理アドレスＺに対応する物理アドレスを読み出す。その際、本処理は書き換えであるため、読み出した物理アドレスが１６進数でＦＦＦＦ番地以外（例えば物理アドレスＹ）となっており、物理アドレスＹには旧データが書き込まれていることが示されている。
また同時に、第２読み書き制御部６０１は、揮発性ＲＡＭ６００内の物理領域管理テーブル６０４から無効ブロックをサーチして、書き込み先である無効ブロック（物理アドレスＸ）を決定する。

次に、ライト処理であるため（Ｓ８０７がＹｅｓ）、第２読み書き制御部６０１は、不揮発性ＲＡＭ１１７及び揮発性ＲＡＭ６００の両方に、物理アドレスＸの情報で更新されたアクセスデータを書き込む（Ｓ８０８，Ｓ８０９）。
詳しくは、論理アドレスＺと物理アドレスＸが新たに対応するようになった論理物理変換テーブルを不揮発性ＲＡＭ１１７と揮発性ＲＡＭ６００とのそれぞれの論理物理変換テーブル１１６，６０５に書き込む。加えて、物理アドレスＹのステータスフラグを無効状態に設定する。即ち、物理アドレスＸのステータスフラグが有効であって、物理アドレスＹのステータスフラグが無効として不揮発性ＲＡＭ１１７と揮発性ＲＡＭ６００とのそれぞれの物理領域管理テーブル１１５，６０４に書き込む。

その後、第２読み書き制御部６０１は、物理アドレスＸをアドレス管理情報制御部１２０を介して第１読み書き制御部１１９に転送する。第１読み書き制御部１１９は、主メモリ１０３の物理アドレスＸの物理ブロックに、バッファ１１８に保持されているデータを書き込む。
以上の処理を模式的に表したものが、図７Ｂのライトと記された矢印である。

［通常動作処理・・・読み出し時］
次に、アクセス装置１００がリードコマンドを転送した場合について説明する。
ＣＰＵ１１２は、アドレス管理情報制御部１２０を介して、第２読み書き制御部６０１に「論理物理変換テーブル６０５の参照」を命令する。すなわち、アクセス装置１００が転送した論理アドレスＺから物理アドレスＸへアドレス変換を行う必要があることを通知する。
この際、第２読み書き制御部６０１は補助メモリ６０２の参照が必要であるので、ステップＳ８０５よりＳ８０６に進み、不揮発性ＲＡＭ１１７をリードせずに、揮発性ＲＡＭ６００から論理物理変換テーブル６０５を読み出す。この処理を模式的に表したものが、図７Ｂのリードの矢印である。

読み出された物理アドレスＸはアドレス管理情報制御部１２０に転送され、該物理アドレスＸを用いることで、第１読み書き制御部１１９は主メモリ１０３の物理アドレスＸに格納されたデータを読み出すことができる。読み出されたデータはバッファ１１８及びホストＩ／Ｆ部１１１を介して、アクセス装置１００に転送される。

［書き換え保証回数］
以上述べた本実施の形態の不揮発性記憶装置を要約すると、その構成は下記の２点に対応したものとなっている。
（ｉ）破壊読み出し型の不揮発性ＲＡＭ１１７に対応する揮発性ＲＡＭ６００を設け、その両方で補助メモリ６０２を構成する。
（ｉｉ）この補助メモリ６０２のデータを読み書きする第２読み書き制御部６０１を設ける。
この第２読み書き制御部６０１は以下の特徴を有する。
Ａ）初期化処理
不揮発性ＲＡＭ１１７からデータを読み出し、揮発性ＲＡＭ６００に全領域コピーする。また不揮発性ＲＡＭ１１７からデータを読み出す際は、破壊読みだしとなるので書き戻し処理を実施する。
Ｂ）通常動作処理
読み出し時は、揮発性ＲＡＭから読み出す。書き込み時は、不揮発性ＲＡＭと揮発性ＲＡＭとの両方に書き込む。

したがって、通常の読み出し時において、破壊読み出し型の不揮発性ＲＡＭ１１７からのリードを不要としたので、不揮発性ＲＡＭ１１７への書き戻し処理が不要となり、結果として不揮発性ＲＡＭ１１７の書換回数を、図１に示した従来の不揮発性記憶装置に比べて減少させることができる。

特に、初期化処理がなされない、すなわち電源がオン／オフを繰り返されない限りにおいては、補助メモリ６０２が「破壊読み出しタイプではないメモリデバイス」を用いて構成されたものと略同様になり、データ読み出しによる書き換えの必要性が生じないことになる。このため、不揮発性の主メモリ１０３の全領域（４Ｇバイト）を１クラスタ分ずつ一通り書き換えることを１０万回行ったとしても、補助メモリ６０２も１０万回程度の書き換えに留まるものとなる。
一方、初期化処理においては、不揮発性ＲＡＭ１１７の各アドレスが一通り読み出され、それに応じて書き戻し処理がなされる。したがって、初期化処理のみについてみると、不揮発性ＲＡＭ１１７の書き換え回数は、初期化の回数すなわち電源がオン／オフされる回数に等しい。

以上のことを考え合わせると、本実施の形態の不揮発性記憶装置に関しては、主メモリ１０３が１０万回書き換えられた際に、不揮発性ＲＡＭ１１７の書き換え回数は、初期化時及び通常動作時の両方を合わせたとしても「１０万回＋電源がオン／オフされる回数」となる。
不揮発性の補助メモリ１１７の書き換え回数
＝１０万回 ＋ 電源がオン／オフされる回数
≪１００億回
電源がオン／オフされる回数は、不揮発性記憶装置の使われ方に依存するが、通常の製品使用形態や商品寿命から考えて、１００億回より十分頻度が低いと考えてさしつかえない。従って、不揮発性記憶装置の寿命上、全く問題のない値であると言え、ＦｅＲＡＭの書き換え保証回数である１００億回よりも断然少ないものとなる。

以上、メモリコントローラと不揮発性の主メモリとを備えた不揮発性記憶装置を例示して本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
「破壊読み出し型の不揮発性ＲＡＭに対応する揮発性ＲＡＭを設け、リード時は揮発性ＲＡＭからのみデータを読み出し、ライト時は不揮発性ＲＡＭと揮発性ＲＡＭとの両方にデータ書き込む」という技術思想を反映したメモリモジュール６０６にも及ぶものである。また、前記メモリモジュールを内蔵したメモリコントローラ単体にも及ぶものである。不揮発性記憶装置とアクセス装置とが一体となった不揮発性記憶システムも本発明の技術的範疇に属するものとなる。

本発明にかかる不揮発性記憶装置は、主メモリとしてフラッシュメモリ等の不揮発性メモリを使用し、また補助メモリとして破壊読み出しタイプの不揮発性ＲＡＭを使用した装置において、装置全体の長寿命化を実現する技術を提案したものであり、静止画記録再生装置や動画記録再生装置等のポータブルＡＶ機器、あるいは携帯電話等のポータブル通信機器の記録媒体として有益である。

Claims (12)

1. 外部から与えられる論理アドレスに応じて、不揮発性の主メモリ内のデータを読み込んだり該主メモリに外部から与えられたデータを書き込むメモリコントローラであって、
   前記メモリコントローラは、
   前記主メモリ内に記憶されたデータを読み書きする第１読み書き制御部と、
   前記第１読み書き制御部が前記主メモリへアクセスする際に用いるアクセスデータが夫々記憶されている破壊読み出し型の不揮発性ＲＡＭならびに揮発性ＲＡＭを含んで構成される補助メモリと、
   前記補助メモリ内に保持されたアクセスデータを読み書きするものであって、リード時には揮発性ＲＡＭからアクセスデータを読み出し、ライト時には揮発性ＲＡＭと不揮発性ＲＡＭとの両方に同一のアクセスデータを書き込む第２読み書き制御部と、を有するメモリコントローラ。
2. 前記第２読み書き制御部は、前記補助メモリの初期化処理として、不揮発性ＲＡＭから読み出されたアクセスデータを揮発性ＲＡＭに書き込むと共に、当該アクセスデータを再度不揮発性ＲＡＭに書き込む請求項１に記載のメモリコントローラ。
3. 前記アクセスデータは、前記主メモリ内の状態を管理する物理領域管理テーブルと、論理アドレスを主メモリの物理アドレスに変換する論理物理変換テーブルとを有する請求項１に記載のメモリコントローラ。
4. 前記破壊読み出し型の不揮発性ＲＡＭは、強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）である請求項１に記載のメモリコントローラ。
5. 不揮発性の主メモリと、外部から与えられる論理アドレスに応じて、該主メモリ内のデータを読み込んだり該主メモリに外部から与えられたデータを書き込むメモリコントローラとを有する不揮発性記憶装置において、
   前記メモリコントローラは、
   前記主メモリ内に記憶されたデータを読み書きする第１読み書き制御部と、
   前記第１読み書き制御部が前記主メモリへアクセスする際に用いるアクセスデータが夫々記憶されている破壊読み出し型の不揮発性ＲＡＭならびに揮発性ＲＡＭを含んで構成される補助メモリと、
   前記補助メモリ内に保持されたアクセスデータを読み書きするものであって、リード時には揮発性ＲＡＭからアクセスデータを読み出し、ライト時には前記揮発性ＲＡＭと前記不揮発性ＲＡＭとの両方に同一のアクセスデータを書き込む第２読み書き制御部と、を有する不揮発性記憶装置。
6. 前記第２読み書き制御部は、前記補助メモリの初期化処理として、前記不揮発性ＲＡＭから読み出されたアクセスデータを前記揮発性ＲＡＭに書き込むと共に、当該アクセスデータを再度不揮発性ＲＡＭに書き込む請求項５に記載の不揮発性記憶装置。
7. 前記アクセスデータは、前記主メモリ内の状態を管理する物理領域管理テーブルと、論理アドレスを前記主メモリの物理アドレスに変換する論理物理変換テーブルとを有する請求項５に記載の不揮発性記憶装置。
8. 前記破壊読み出し型の不揮発性ＲＡＭは、強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）である請求項５に記載の不揮発性記憶装置。
9. 不揮発性の主メモリ、及び外部から与えられる論理アドレスに応じて、前記主メモリ内のデータを読み込んだり主メモリに外部から与えられたデータを書き込むメモリコントローラを有する不揮発性記憶装置と、前記不揮発性記憶装置に論理アドレスとデータとを付与するアクセス装置と、を具備する不揮発性記憶システムにおいて、
   前記メモリコントローラは、
   前記主メモリ内に記憶されたデータを読み書きする第１読み書き制御部と、
   前記第１読み書き制御部が前記主メモリへアクセスする際に用いるアクセスデータが夫々記憶されている破壊読み出し型の不揮発性ＲＡＭならびに揮発性ＲＡＭを含んで構成される補助メモリと、
   前記補助メモリ内に保持されたアクセスデータを読み書きするものであって、リード時には揮発性ＲＡＭからアクセスデータを読み出し、ライト時には揮発性ＲＡＭと不揮発性ＲＡＭとの両方に同一のアクセスデータを書き込む第２読み書き制御部と、を有する不揮発性記憶システム。
10. 前記第２読み書き制御部は、前記補助メモリの初期化処理として、不揮発性ＲＡＭから読み出されたアクセスデータを揮発性ＲＡＭに書き込むと共に、当該アクセスデータを再度不揮発性ＲＡＭに書き込む請求項９に記載の不揮発性記憶システム。
11. 前記アクセスデータは、前記主メモリ内の状態を管理する物理領域管理テーブルと、論理アドレスを前記主メモリの物理アドレスに変換する論理物理変換テーブルとを有する請求項９に記載の不揮発性記憶システム。
12. 前記不揮発性ＲＡＭは、強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）である請求項９に記載の不揮発性記憶システム。

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