JP5874525B2 - 制御装置、記憶装置、記憶制御方法 - Google Patents
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Description
上記特許文献1〜4にはフラッシュメモリを用いた記憶装置が開示されている。
消去(イレーズ)は物理ブロック単位で行われ、書込(プログラム)及び読出(リード)は物理ページ単位で可能とされる。
ホスト機器側からのアドレス指定は、論理アドレスが用いられる。論理アドレスによる論理ブロック、論理ページが、上記の物理アドレスに対応づけられる。これによりアクセス要求時には論理アドレスが物理アドレスに変換されて、実際のフラッシュメモリへのアクセスが実行される。
従って、この変換を行うための管理情報を構築しなければならない。
この手法によれば、非連続な論理アドレスデータの書き込みが行われても上記のようなガベージコレクションの発生を回避できるが、物理ブロック内に論理アドレスが非連続なデータが連続するため、管理情報の構築に時間を要するものとなってしまう。具体的にこの場合における管理情報の構築は、対象とする物理ブロック内における全ての物理ページの論理アドレスを取得して行うものとされており、結果として管理情報の取得までに多くの時間を要し、この点において書き込み/読み出し速度の低下が生じてしまうものである。
すなわち、本技術の制御装置は、消去単位である物理ブロックのサイズが書込最小単位である物理ページのサイズよりも大とされた第1の不揮発性メモリに対するデータの書込制御を行うと共に、該書込制御によってデータが書き込まれた書込対象物理ブロック内における物理ページアドレスと論理アドレスとの対応関係を表す論理・物理アドレス管理情報を生成し、該論理・物理アドレス管理情報が、上記第1の不揮発性メモリに対するデータ書き込みごとに、第2の不揮発性メモリに記憶されるように制御を行う制御部を備え、上記制御部は、上記書込対象物理ブロックについての直前のデータ書込時に上記第2の不揮発性メモリに記憶された上記論理・物理アドレス管理情報が保存されるように、上記論理・物理アドレス管理情報の追記制御を行うものである。
つまり、本技術の記憶装置は、消去単位である物理ブロックのサイズが書込最小単位である物理ページのサイズよりも大とされた第1の不揮発性メモリを備える。
また、第2の不揮発性メモリを備える。
また、上記第1の不揮発性メモリに対するデータの書込制御を行うと共に、該書込制御によってデータが書き込まれた書込対象物理ブロック内における物理ページアドレスと論理アドレスとの対応関係を表す論理・物理アドレス管理情報を生成し、該論理・物理アドレス管理情報が、上記第1の不揮発性メモリに対するデータ書き込みごとに、上記第2の不揮発性メモリに記憶されるように制御を行う制御部とを備え、上記制御部は、上記書込対象物理ブロックについての直前のデータ書込時に上記第2の不揮発性メモリに記憶された上記論理・物理アドレス管理情報が保存されるように、上記論理・物理アドレス管理情報の追記制御を行うものである。
ここで、従来、物理ブロック内に非連続な論理アドレスを持つデータを連続に書き込むことを許容する手法では、論理・物理アドレス管理情報を取得するにあたっては、該論理・物理アドレス管理情報が管理する全ての物理ページを読み出すようにされていた。これに対し上記本技術によれば、論理・物理アドレス管理情報を第2の不揮発性メモリに記憶するものとしているので、論理・物理アドレス管理情報の取得は、該第2の不揮発性メモリを読み出すことで実現できる。このように管理情報の取得が高速化されることで、書き込み/読み出し速度の向上が図られる。
なお、説明は以下の順序で行う。
<1.記憶装置の構成>
<2.従来の書込方式について>
<3.実施の形態の書込手法>
<4.処理手順>
<5.変形例>
図1のブロック図は、本技術の記憶装置に係る実施の形態としてのメモリカード1の内部構成を示している。
メモリカード1はホスト機器2に接続され、記憶装置として用いられる。ホスト機器2としては、例えばパーソナルコンピュータ、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、オーディオプレーヤ、ビデオプレーヤ、ゲーム機器、携帯電話機、PDA(Personal Digital Assistant)等の情報端末など、各種の電子機器、情報処理装置が想定される。
デバイスインターフェース13はホスト機器2との間の通信を行う。
バッファRAM14はホスト機器2との間の転送データ(書込データや読出データ)のバッファリングに用いられる。
フラッシュメモリ15は、不揮発性のメモリであり、本例ではNAND型フラッシュメモリが用いられている。
ホスト機器2から送られてくるデータは、デバイスインターフェース13で受信されてバッファRAM14にバッファリングされる。そして制御部11の制御の下、データがフッラシュメモリ15に書き込まれる。制御部11は書込要求、書込アドレス、データサイズに応じてこれらの動作を制御する。
データ読出時にはホスト機器2から読出要求とともに、読出アドレス(論理アドレス)、データサイズが送られてくる。制御部11は、読出アドレス、データサイズに基づいてフラッシュメモリ15から指示されたデータの読み出しを行い、バッファRAM14にバッファリングする。また制御部11はバッファリングされた読出データに対してエラー訂正処理等を行う。そして読出データはバッファRAM14からデバイスインターフェース13に転送され、ホスト機器2に送信される。
本実施の形態では、1つの物理ブロックが128個の物理ページで構成されているとする。
なお、図示はしていないが、物理ページ内は複数の物理セクタに分けられている。
従前の一般的な書込方式の1つとしては、図3に示すように、物理ブロック内において論理アドレスが必ず連続となるようにデータを書き込む方式を挙げることができる。
この図3では、ホストデータとして0〜5の論理アドレス(ページ単位の論理アドレス)の付された6ページ分に対応するデータの書き込みが指示された場合の様子を示している。
物理ブロックは物理ページ番号=0の物理ページから順に使用されていくため、この場合のホストデータ(論理アドレス=0〜5)は、図のように連続した物理ページに書き込まれる。
ここで確認のため述べておくと、最終使用済み物理ページとは、その時点で過去に最新のデータ書込が行われた物理ページを意味する。前述のように物理ブロックは物理ページ番号=0の物理ページから順に使用されていくため、物理ブロック内で論理アドレスの連続性が保証される下では、最終使用済み物理ページに記録されたデータの論理アドレスが判明すれば、その物理ブロック内における論理・物理アドレスの対応関係が把握されるものである。
図4では、1回目の書込時におけるホストデータが0〜4の論理アドレスを持つデータ(5ページ分のデータ)とされ、2回目の書き込みとして、論理アドレス=1のデータについての書き換えが行われる場合を例示している。
この場合、1回目書込時におけるホストデータ(論理アドレス=0〜4)は物理ブロックMに対して行われたとする。
よってこの場合は、物理ブロックMとは別の物理ブロックNを新たに確保し、物理ブロックM内に記録されている論理アドレス=0,2,3,4のデータと2回目に書き込み指示された論理アドレス=1のデータとを、このように確保した物理ブロックNに対して論理アドレスが連続となるように書き込むことになる。
また図示による説明は省略するが、このようなガベージコレクションは、物理ブロックに対して非連続な論理アドレスのホストデータを書き込むとした場合にも生じるものとなる。すなわち、論理アドレスの連続性を保証する従来方式は、ガベージコレクションが多発する事態を招くものとなる。
このようにガベージコレクションが多発することで、デバイス寿命、及び書き込み速度を著しく低下させてしまう。
この方式を採った場合には、図5に示されるように、先の図4と同様に論理アドレス=0〜4のホストデータの書き込み後、2回目書込時に論理アドレス=1の書き換えが指示された場合に、該2回目書込時の論理アドレス=1のホストデータを、物理ページ番号=5としての続き部分に対して書き込むことができる。
つまりこの点からも理解されるように、物理ブロック内における論理アドレスの非連続性を許容する方式によれば、ガベージコレクションが多発する事態を効果的に回避できる。
先ず、本実施の形態では、物理ブロック内における論理アドレスの非連続性を許容できるようにするべく、論理・物理アドレス管理情報により、物理ブロック内における論理・物理アドレスの対応関係を管理するものとする。具体的には、後述する管理テーブルである。
物理ブロック内における論理アドレスの非連続性を許容することで、前述のようなガベージコレクションの発生回数を減少させることができる。
具体的に本実施の形態では、1回のホストデータの書き込みごとに、論理・物理アドレス管理情報を図1に示したNVメモリ16に対して書き込むという手法を採る。
なお以下、論理・物理アドレス管理情報は、管理テーブルとも表記する。
なおこの図では、書込対象とされた或る物理ブロック(未記録の物理ブロックであったとする)に対し、1回目のホストデータとして論理アドレス=0〜4のデータの書き込みが指示され、2回目のホストデータとして論理アドレス=1の書き換えが指示され、その後n回目のホストデータとして論理アドレス=200のデータの書き込みが指示された場合を例示している。
前述のように物理ブロックは、物理ページ番号=0の物理ページから順に使用されていくものである。
そして、これら書き込んだデータについての論理・物理アドレスの対応関係を表す管理テーブルを生成し、該管理テーブルを、NVメモリ16に書き込む。具体的に、この図に示す1回目ホストデータの書き込みに応じては、論理アドレス=0,1,2,3,4と、これらの論理アドレスを持つデータが書き込まれた物理ページ番号との対応関係を表す管理テーブルを生成し、これをNVメモリ16に対して書き込むことになる。
具体的に、2回目のホストデータの書き込み(論理アドレス=1のデータの書き換え)が指示されたことに応じては、図のように書き込み指示された論理アドレス=1のホストデータを物理ページ番号=5の物理ページに書き込んだ後、物理ページ番号=0〜5までの物理ページにおける論理・物理アドレスの対応関係を表す管理テーブルを生成し、該生成した管理テーブルをNVメモリ16に書き込む。
この図7に示すように、管理テーブルは論理アドレスと物理ページ番号とを対応づけた情報となる。
本例の場合、1つの管理テーブルは、1つの物理ブロック内における論理・物理アドレスの対応関係を管理する情報とされている。ここで言う論理アドレスは、対象とする物理ブロック内の物理ページに対して書き込まれたホストデータに付されている論理アドレスであり、管理テーブルでは、論理アドレスごとに、その論理アドレスの付されたホストデータが書き込まれた物理ページ番号の情報が対応づけられる。
具体的に、物理ブロック内における論理アドレスの非連続性を許容する従来方式では、論理・物理アドレス管理情報の取得のためには対象とする物理ブロック内の全ての物理ページを読み出す必要があったが、本実施の形態によればその必要性はなく、単にNVメモリ16内に記憶された該当する論理・物理アドレス管理情報を読み出すことで足るものとできる。この結果、従来よりも高速な管理情報の取得が可能となり、それにより読み出し/書き込み速度の向上が図られる。
本例においては、後者の手法、すなわち上書きせずに前回の管理テーブルが保存されるように追記する手法を採用するものとしている。
後の図8で説明する処理では、このように保存される前回書込時の管理テーブルを利用して、最新管理テーブルの復旧処理が高速に行われるように図っている。
前述のように、制御部11では、ホスト機器2側からのコマンドにより書き込むべきデータの論理アドレスが把握される。
制御部11は、書き込みが指示されたホストデータの論理アドレスとそのホストデータを書き込むべき物理ページの物理ページ番号とを対応づけた情報を、管理テーブルのエントリ情報としてインターナルRAM12上に蓄積していく。この結果、管理テーブル(最新の管理テーブル)が生成される。このように生成された管理テーブルを、ホストデータの書き込みごとにNVメモリ16に対して書き込んでいく。
図8及び図9のフローチャートにより、上記により説明した実施の形態としての書込手法を実現するために実行されるべき具体的な処理の手順を説明する。
なおこれら図8、図9に示される処理は、制御部11が例えばフラッシュメモリ15やNVメモリ16等の所定の記憶装置に記憶されたプログラムに従って実行するものである。
この図8に示す管理テーブルの構築処理は、少なくとも起動時において実行されればよい。
ステップS101において、NVメモリ16に対象物理ブロックの管理テーブルがあるということは、該対象物理ブロックに過去にホストデータの書き込みが為されている(つまり対象物理ブロックが使用中)ということを意味する。
一方、NVメモリ16に対象物理ブロックの管理テーブルがないということは、該対象物理ブロックが未使用であるか、或いは、使用中であっても何らかの理由で管理テーブルが読み出せなかった場合となる。
なお、本例では管理テーブルを追記するものとして直前の書込時の管理テーブルを残すものとしているので、上記「管理テーブルが読み出せなかった場合」としては、新/旧2つの管理テーブルの双方が読み出せなかった場合と、対象物理ブロックに1回のみ行われたホストデータの書き込みに対応してNVメモリ16に記憶されていた1つの管理テーブルを読み出せなかった場合とがあり得る。
例えば2分検索などとして最終使用済み物理ページを探すことができる。前述のように最終使用済み物理ページとは、その時点で過去に最新のデータ書き込みが行われた物理ページを意味するものである。
上記2分検索とは、例えば中央の物理ページを確認しながら最終使用済み物理ページを探索する手法となる。仮に、物理ブロックが8個の物理ページ(0〜7)で成る場合には、中央部に位置する例えば物理ページ番号=4の物理ページを先ず確認する。この物理ページ番号=4の物理ページが書込済みであれば、最終使用済み物理ページは当該物理ページ番号=4以降の物理ページにあることが分かる。そこで次に、物理ページ番号=5〜7の範囲の中央部に位置する物理ページ番号=6の物理ページを確認する。この物理ページ番号=6の物理ページが書込済みであれば、最終使用済み物理ページは物理ページ番号=7と特定できる。このように中央部の物理ページを確認しながら追い込んでいき、最終使用済み物理ページを探索する。
なお確認のため述べておくと、ここで言う「最新の管理テーブル」とは、その時点において対象物理ブロックに記録されている全てのホストデータについての論理・物理アドレスの対応関係を表す管理テーブルを意味するものである。
すなわち、ステップS104で読み出した最終使用済み物理ページ(又はS107で読み出した物理ページ)が対象物理ブロックの先頭の物理ページであるか否かを判別する。
ステップS105〜S107のループ処理により、最終使用済み物理ページから先頭物理ページまでの各物理ページについての論理アドレスが取得されることになる。
ここで、上記「最終物理ページ番号」とは、対象物理ブロックについての管理テーブルで管理されている物理ページ番号のうち最も値の大きい物理ページ番号を意味するものであり、例えば対象物理ブロックについて新/旧2つの管理テーブルがNVメモリ16上に存在している場合には、これら管理テーブルで管理される物理ページ番号のうち最も値の大きい物理ページ番号が該当する。
具体的には、ステップS112で取得した最終使用済み物理ページ番号からステップS110で取得した最終物理ページ番号の次の物理ページ番号までの間の物理ページについて、そこに記録されたデータの論理アドレスを取得するものである。
これにより、最新の管理テーブルの復旧が行われたことになる。
このことで、上記のステップS114・S115の最新管理テーブルの復旧処理において、当該保存された管理テーブルの情報内容を利用することができ、その分、最新管理テーブルの復旧を高速に行うことができる。
例えば仮に、2回分のホストデータの書き込みごとにそれら2回分のホストデータについての管理テーブルを生成・NVメモリ16に記憶するとした場合には、n回目とn+1回目のホストデータの書き込みの間に電源断があったとすると、その後の起動時には必ず図8に示す構築処理で最新の管理テーブルの復旧を行わなければならないことになる。これに対し1回のホストデータの書き込みごとにNVメモリ16に管理テーブルを書き込むものとすれば、そのような事態を回避することができるものである。
図9において、制御部11は、ステップS201において、ホスト機器2からデータ書き込み要求に応じて書き込みを行うホストデータの取り込みや論理アドレスの取得等を行う。
具体的に制御部11は、送信されてくるホストデータについてはデバイスインターフェース13を介してバッファRAM14に一時格納させる。また制御部11は、デバイスインターフェース13を介して送信される書き込み要求のコマンドにより、書き込むホストデータの論理アドレスとデータ量を把握する。
先の図8に示した構築処理が実行されることで、制御部11は、現時点(ホストデータの書き込み前時点)における、書き込み対象とする物理ブロック内の論理・物理アドレスの対応関係を把握した状態にある。
対象とする物理ブロックに対し過去にホストデータの書き込みが実行されていた場合には、当該ステップS202の処理は、これから書き込むべきホストデータについての論理・物理アドレスの対応関係情報に基づき、既にインターナルRAM12上に置かれた管理テーブルを更新する処理となる。或いは、対象とする物理ブロックが今回初めて使用される場合には、当該ステップS202の処理は、これから書き込むべきホストデータについての論理・物理アドレスの対応関係情報に基づき、管理テーブルを新規に作成する処理となる。
前述のように物理ブロックは物理ページ番号=0から順に使用するものとされるので、制御部11は、ホスト機器2側から指示されたホストデータを、対象とする物理ブロックの最終使用済み物理ページの次の物理ページから順に書き込む。
本例の場合、このステップS204では、当該対象物理ブロックに対する前回のホストデータの書き込み時にNVメモリ16上に記憶された管理テーブル(前回管理テーブとする)が保存されるべく、ステップS202でインターナルRAM12上にて作成/更新された管理テーブルを、前回管理テーブルに対する上書きではなく、追記として書き込むようにする。
以上、本技術に係る実施の形態について説明したが、本技術はこれまでで説明した具体例に限定されるべきものではない。
例えば、これまでの説明では、管理テーブルは、1つの物理ブロック分の論理・物理アドレスの対応関係を表す情報としたが、管理テーブルは、複数の物理ブロック分の論理・物理アドレスの対応関係を表す情報とすることもできる。
この図10の例では、物理ブロックM,N,Oの3つの物理ブロック分の論理・物理アドレスの対応関係を表す管理テーブルを例示している。
この場合、3つの物理ブロックは一体で管理され、管理テーブルは、これら3つの物理ブロック内を対象としたホストデータの書き込みが行われるごとに、NVメモリ16に対して書き込むことになる。
複数の物理ブロック分の論理・物理アドレスの対応関係を表す場合、管理テーブルとしては、論理アドレスと、その論理アドレスの付されたデータが書き込まれた物理ページの番号(物理ページ番号)と共に、その論理アドレスの付されたデータの書き込まれた物理ブロックのアドレス(物理ブロックアドレス)とを対応づける。
(1)
消去単位である物理ブロックのサイズが書込最小単位である物理ページのサイズよりも大とされた第1の不揮発性メモリに対するデータの書込制御を行うと共に、該書込制御によってデータが書き込まれた書込対象物理ブロック内における物理ページアドレスと論理アドレスとの対応関係を表す論理・物理アドレス管理情報を生成し、該論理・物理アドレス管理情報が、上記第1の不揮発性メモリに対するデータ書き込みごとに、第2の不揮発性メモリに記憶されるように制御を行う制御部を備える
制御装置。
(2)
上記制御部は、
上記書込対象物理ブロックについての直前のデータ書込時に上記第2の不揮発性メモリに記憶された上記論理・物理アドレス管理情報が保存されるように、上記論理・物理アドレス管理情報の追記制御を行う
上記(1)に記載の制御装置。
(3)
上記制御部は、
対象とする物理ブロック内の最終使用済み物理ページを検索して取得した当該最終使用済み物理ページの物理ページ番号と、上記対象とする物理ブロックについての論理・物理アドレス管理情報で管理される最終物理ページ番号とが一致するか否かを判別し、これらの番号が一致しない場合に、上記対象とする物理ブロックについての論理・物理アドレス管理情報で未管理とされる各物理ページに記録されるデータの論理アドレスを取得し、該取得した論理アドレスに基づき、論理・物理アドレス管理情報を更新する処理を行う
上記(2)に記載の制御装置。
(4)
上記制御部は、
上記第2の不揮発性メモリに対する上記論理・物理アドレス管理情報の記憶が、上記書込対象物理ブロックについての直前のデータ書込時に上記第2の不揮発性メモリに記憶された上記論理・物理アドレス管理情報に対する上書きとして行われるように制御する
上記(1)に記載の制御装置。
(5)
上記制御部は、
上記論理・物理アドレス管理情報として、1つの物理ブロックごとの上記物理ページアドレスと論理アドレスとの対応関係を表す情報を生成する
上記(1)乃至(4)何れかに記載の制御装置。
(6)
上記制御部は、
上記論理・物理アドレス管理情報として、複数の物理ブロックごとの上記物理ページアドレスと論理アドレスとの対応関係を表す情報を生成する
上記(1)乃至(4)何れかに記載の制御装置。
(7)
上記制御部は、
NAND型フラッシュメモリである上記第1の不揮発性メモリに対して書込制御を行う上記(1)乃至(6)何れかに記載の制御装置。
Claims (7)
- 消去単位である物理ブロックのサイズが書込最小単位である物理ページのサイズよりも大とされた第1の不揮発性メモリに対するデータの書込制御を行うと共に、該書込制御によってデータが書き込まれた書込対象物理ブロック内における物理ページアドレスと論理アドレスとの対応関係を表す論理・物理アドレス管理情報を生成し、該論理・物理アドレス管理情報が、上記第1の不揮発性メモリに対するデータ書き込みごとに、第2の不揮発性メモリに記憶されるように制御を行う制御部を備え、
上記制御部は、上記書込対象物理ブロックについての直前のデータ書込時に上記第2の不揮発性メモリに記憶された上記論理・物理アドレス管理情報が保存されるように、上記論理・物理アドレス管理情報の追記制御を行う
制御装置。 - 上記制御部は、
対象とする物理ブロック内の最終使用済み物理ページを検索して取得した当該最終使用済み物理ページの物理ページ番号と、上記対象とする物理ブロックについての論理・物理アドレス管理情報で管理される最終物理ページ番号とが一致するか否かを判別し、これらの番号が一致しない場合に、上記対象とする物理ブロックについての論理・物理アドレス管理情報で未管理とされる各物理ページに記録されるデータの論理アドレスを取得し、該取得した論理アドレスに基づき、論理・物理アドレス管理情報を更新する処理を行う
請求項1に記載の制御装置。 - 上記制御部は、
上記論理・物理アドレス管理情報として、1つの物理ブロックごとの上記物理ページアドレスと論理アドレスとの対応関係を表す情報を生成する
請求項1に記載の制御装置。 - 上記制御部は、
上記論理・物理アドレス管理情報として、複数の物理ブロックごとの上記物理ページアドレスと論理アドレスとの対応関係を表す情報を生成する
請求項1に記載の制御装置。 - 上記制御部は、
NAND型フラッシュメモリである上記第1の不揮発性メモリに対して書込制御を行う
請求項1に記載の制御装置。 - 消去単位である物理ブロックのサイズが書込最小単位である物理ページのサイズよりも大とされた第1の不揮発性メモリと、
第2の不揮発性メモリと、
上記第1の不揮発性メモリに対するデータの書込制御を行うと共に、該書込制御によってデータが書き込まれた書込対象物理ブロック内における物理ページアドレスと論理アドレスとの対応関係を表す論理・物理アドレス管理情報を生成し、該論理・物理アドレス管理情報が、上記第1の不揮発性メモリに対するデータ書き込みごとに、上記第2の不揮発性メモリに記憶されるように制御を行う制御部とを備え、
上記制御部は、上記書込対象物理ブロックについての直前のデータ書込時に上記第2の不揮発性メモリに記憶された上記論理・物理アドレス管理情報が保存されるように、上記論理・物理アドレス管理情報の追記制御を行う
記憶装置。 - 消去単位である物理ブロックのサイズが書込最小単位である物理ページのサイズよりも大とされた第1の不揮発性メモリに対するデータの書込制御を行うと共に、該書込制御によってデータが書き込まれた書込対象物理ブロック内における物理ページアドレスと論理アドレスとの対応関係を表す論理・物理アドレス管理情報を生成し、該論理・物理アドレス管理情報が、上記第1の不揮発性メモリに対するデータ書き込みごとに、第2の不揮発性メモリに記憶されるように制御し、上記書込対象物理ブロックについての直前のデータ書込時に上記第2の不揮発性メモリに記憶された上記論理・物理アドレス管理情報が保存されるように、上記論理・物理アドレス管理情報の追記制御を行う
記憶制御方法。
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