JP7436901B1

JP7436901B1 - テスト用ｎａｎｄ装置及びｎａｎｄ装置のデバッグ方法

Info

Publication number: JP7436901B1
Application number: JP2022164340A
Authority: JP
Inventors: 匡紀岩田
Original assignee: Toshiba Information Systems Japan Corp
Current assignee: Toshiba Information Systems Japan Corp
Priority date: 2022-10-12
Filing date: 2022-10-12
Publication date: 2024-02-22
Anticipated expiration: 2042-10-12
Also published as: JP2024057525A

Abstract

【課題】不具合の再現を短時間で行うことができるテスト用ＮＡＮＤ装置を提供する。【解決手段】テスト用ＮＡＮＤ装置に疑似エラーの発生を指示する疑似エラー発生指示手段２１と、発生する前記疑似エラーの内容と範囲を指定するエラー内容・範囲指定手段２２と、前記疑似エラー発生指示手段２１により疑似エラーの発生指示がなされ、前記エラー内容・範囲指定手段２２により発生する疑似エラーの内容と範囲の指定があると、この指示の内容と範囲に応じた疑似エラーを発生実行する疑似エラー発生実行手段２３と、を具備する。【選択図】図８

Description

この発明は、テスト用ＮＡＮＤ装置及びＮＡＮＤ装置のデバッグ方法に関するものである。

現在、ＮＡＮＤフラッシュメモリ開発が多数国共同で進められている。このプロジェクトは、アメリカとイギリスの海外会社がＦＷやＨａｒｄｗａｒｅを抽象化したＨａｒｄｗａｒｅＡｂｓｔｒａｃｔｉｏｎＬａｙｅｒ（ＨＡＬ）の設計・実装を担っている。一方、日本ではＮＡＮＤの疲弊を抑える機能やＮＡＮＤが疲弊しても正常なデータの読み書きを行うための機能の確認に特化したＮＡＮＤ信頼性テストの実施やＦＷ不具合のデバッグ作業等を行い、海外開発チームの不具合改修をサポートしている。アメリカ、イギリス、日本の三者の作業範囲をまとめると図１のようになる。つまり、設計、実装、論理テストをアメリカとイギリスが担当し、テストを日本が担当し、実機テスト、デバッグをアメリカとイギリスと日本が担当している。

前述のように、ＮＡＮＤ信頼性テストの実施やデバッグ作業を行っているものの、開発したＦＷに、多くの不具合が検出され、修正が長期化し、エンドユーザへのＦＷリリースが遅延する事態も予想される。ＦＷの不具合修正において不具合分析とデバッグ作業に時間を要することも気がかりである。このため、デバッグツールのスペックを向上させること、更に、特定条件や環境下で検出した不具合の再現を短時間で行うことが求められている。

特に、ＮＡＮＤフラッシュメモリの場合には、リードエラーの発生が問題であり、応答性の悪化やＮＡＮＤ疲弊に関する状況を把握することが肝要である。

上記のような課題に対し、応答性能の悪化を抑制したメモリシステムを提供することを目的として特許文献１に記載のものが知られている。
この特許文献１の実施形態によれば、メモリシステムは、不揮発性のメモリと、コントローラと、を備える。メモリは、複数の記憶領域を備える。複数の記憶領域のそれぞれは、データに応じてしきい値電圧が設定される複数のメモリセルを備える。コントローラは、複数の記憶領域のうちの第１の記憶領域が備える複数のメモリセルのしきい値電圧の分布である第１の分布を取得する。コントローラは、複数の記憶領域のうちの第２の記憶領域が備える複数のメモリセルのしきい値電圧の分布である第２の分布を取得する。コントローラは、第１の分布と第２の分布との乖離量である第１の乖離量に基づいて第１の記憶領域または第２の記憶領域の異常を検出する。

また、ガベージコレクションという観点から問題を捕えたものが特許文献２に記載されている。即ち、この特許文献２のものは、ガベージコレクション時の消費電力を削減するものである。
この特許文献２の実施形態によるメモリシステムは、不揮発性メモリにおける各物理ブロックの疲弊度情報を管理する疲弊度管理部と、前記疲弊度管理部で管理されている各物理ブロックの前記疲弊度情報に基づいて、ガベージコレクションの対象とされた物理ブロックの有効クラスタから読み出されたデータに対する符号化・復号処理部による復号及び符号化の実行の有無を判定するガベージコレクション管理部と、を備える。

特開２０２１－１４９９９１号公報特開２０１９－５３４１５号公報

上記のＦＩＬの機能別の不具合件数を整理したところ、ＲｅｔｒｙＲｅａｄ機能が大半を占めていることが判った。（図２）ＲｅｔｒｙＲｅａｄ機能とはＮＡＮＤ疲弊が進み正しいデータを一度で読み込めなかったときに発動する再読み込み機能である。ＲｅｔｒｙＲｅａｄ機能はＮＡＮＤ疲弊が進むことで動作する機能であるため、同機能を用いた不具合は、ＮＡＮＤ疲弊が進んだ後工程のテストで多く検出される。図２のＰＬＰ機能は、ＰｏｗｅｒＬｏｓｓＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ機能の略であり、ＳＳＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ，ＳＳＤ）への電力供給が突如断たれた場合、その時に行われていたＳＳＤに対するＷｒｉｔｅデータを保護するための機能を示す。統計情報集計機能は、ホストからのＷｒｉｔｅ／Ｒｅａｄの要求回数などを示す統計データの集計を行う機能を示す。デバッグ機能は、ＳＳＤＦＷのデバッグ用機能でＦＷの特定領域のデータを読み書きする機能を示す。各機能の後に付記されている数字は、各機能別の比率を示している。

現在進めているＮＡＮＤフラッシュメモリ開発におけるＦＷ開発では、開発工程ごとに複数のテストを実施しており、後工程へ進むほどＮＡＮＤに着目したテストとなっている。ＲｅｔｒｙＲｅａｄ機能を用いた不具合は、図３に示す通り、後工程でのテストで多く検出されている。前工程のテストであるシステムテスト、ヒートランテストの段階ではＮＡＮＤの疲弊が少なく、ＲｅｔｒｙＲｅａｄ機能のパスを通過することが少ないため、同機能を用いても不具合が見つかり難い。後工程の温度交差テストやＮＡＮＤ負荷テストはＮＡＮＤ疲弊を促すテストであり、後工程のテストにおいてＲｅｔｒｙＲｅａｄ機能の不具合が多く検出されるのはこのためである。

これら後工程のテストは、恒温槽を使用してＮＡＮＤの温度の上昇と下降とが行われ、高温状態で長時間放置を行うなどの実際の温度を変動させる手順が必要なため、テスト実行時間は１週間から１月を要するものもある。このため、不具合の再現や動作確認に時間がかかり、不具合修正までに長い時間を要するケースが見られる問題がある。既存のテスト手順を調査して、時間を要する要因を特定してみると、図４に示すようになる。

即ち、要因の第１は、外的環境の変動時間を要することであり、具体的には、恒温槽を使用する温度交差などテストの前提条件である外的環境を意図的に変動させるため、時間を要することである。また、要因の第２は、事象発生の再現が困難なことにあり、具体的には、ＮＡＮＤエラーなど異常状態時における機能確認など偶発的なイベント発生を待つため、再現までに時間を要することである。

本発明は、ＮＡＮＤフラッシュメモリ開発における問題点を解決せんとしてなされたもので、その目的は、上記のような不具合の再現を短時間で行うことができるテスト用ＮＡＮＤ装置を提供することである。また、本発明は、実施形態に係るテスト用ＮＡＮＤ装置を用いたＮＡＮＤ装置のデバッグ方法を提供する。

実施形態に係るテスト用ＮＡＮＤ装置は、メモリにＮＡＮＤ型フラッシュメモリを用いたＳＳＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ，ＳＳＤ）により構成されるテスト用ＮＡＮＤ装置において、前記テスト用ＮＡＮＤ装置に疑似エラーの発生を指示する疑似エラー発生指示手段と、発生する前記疑似エラーの内容と範囲を指定するエラー内容・範囲指定手段と、前記疑似エラー発生指示手段により疑似エラーの発生指示がなされ、前記エラー内容・範囲指定手段により発生する疑似エラーの内容と範囲の指定があると、この指示の内容と範囲に応じた疑似エラーを発生実行する疑似エラー発生実行手段と、を具備することを特徴とする。

実施形態に係るテスト用ＮＡＮＤ装置では、前記疑似エラー発生実行手段は、リードコマンドの発生に対して疑似リードエラーを発生させることを特徴とする。

実施形態に係るテスト用ＮＡＮＤ装置では、前記疑似エラー発生実行手段は、リードコマンドの発生に対して疑似リードエラーを発生させる場合に所定回のリトライリードを繰返し実行することを特徴とする。

実施形態に係るテスト用ＮＡＮＤ装置では、前記疑似エラー発生実行手段はリトライリードを実行する際にリードエラーとするためのランダマイズキーを用いることを特徴とする。

実施形態に係るテスト用ＮＡＮＤ装置では、コマンドが生成されてから当該コマンドに対応する結果を出すまでの過程において関わる複数のファームウェア機能のいずれか１つの機能を順次停止する動作を行わせる機能順次停止手段を備えることを特徴とする。

実施形態に係るテスト用ＮＡＮＤ装置では、前記エラー内容・範囲指定手段は、発生する前記疑似エラーの内容と範囲について、複数候補を有し、外部からの指示の内容と範囲に応じた疑似エラーの内容と範囲を指定することを特徴とする。

実施形態に係るテスト用ＮＡＮＤ装置では、前記疑似エラー発生実行手段はリード、ライト、イレーズを実行する際にエラーとなるフラグを用いることを特徴とする。

実施形態に係るＮＡＮＤ装置のデバッグ方法は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のテスト用ＮＡＮＤ装置を用いてデバッグを行うことを特徴とする。

現在進められている、ＮＡＮＤフラッシュメモリ開発における各国の役割を示す図。現在開発中のＮＡＮＤフラッシュメモリにおける不具合件数を、ＦＩＬの機能別に示す図。現在進めているＮＡＮＤフラッシュメモリにおけるＲｅｔｒｙＲｅａｄ機能を用いた不具合件数を、工程の経過により示した図。ＮＡＮＤフラッシュメモリにおける不具合の再現や動作確認について、時間を要する要因を特定してみた図。本実施形態に係るテスト用ＮＡＮＤ装置の要部構成例を示すブロック図。本実施形態に係るテスト用ＮＡＮＤ装置の要部構成例を示すブロック図。本実施形態に係るテスト用ＮＡＮＤ装置の第１の実施形態における要部構成例を示すブロック図。本実施形態に係るテスト用ＮＡＮＤ装置の第１の実施形態における要部構成例における動作の説明図。本実施形態に係るテスト用ＮＡＮＤ装置の要部構成例を示すブロック図。本実施形態に係るテスト用ＮＡＮＤ装置の第２の実施形態における要部構成例を示すブロック図。本実施形態に係るテスト用ＮＡＮＤ装置の第２の実施形態における要部構成例における動作の説明図。本発明の実施形態に係るＮＡＮＤ装置のデバッグ方法によって生じる効果を従来の手法と比較して数値で示した図。本発明の実施形態に係るＮＡＮＤ装置のデバッグ方法によって生じる効果を従来の手法と比較して棒グラフで示した図。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態に係るテスト用ＮＡＮＤ装置及びＮＡＮＤ装置のデバッグ方法を説明する。各図において同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。本実施形態に係るテスト用ＮＡＮＤ装置は、メモリにフラッシュメモリを用いたＳＳＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ，ＳＳＤ）と称されるものであり、半導体メモリをディスクドライブのように扱える補助記憶装置の一種とする。即ち、本実施形態に係るテスト用ＮＡＮＤ装置は、メモリにＮＡＮＤ型フラッシュメモリを用いたＳＳＤにより構成され、図５と図６に示される。

このＳＳＤのＦＷ（ファームウエア）は、図５で示すＨｏｓｔＩｎｔｅｒｆａｃｅＬａｙｅｒ，ＢａｃｋＥｎｄＬａｙｅｒ，ＨｏｓｔＷｒｉｔｅ／ＲｅａｄｏｒＦＷＷｒｉｔｅＥｒａｓｅＲｅａｄのレイヤで構成されている。ＦＩＬ（フラッシュ・インタフェース・レイヤ）はＦＩＬ０～ＦＩＬ３の４並列分存在し、複数あるＢａｃｋＥｎｄレイヤからＷｒｉｔｅ、Ｅｒａｓｅ、Ｒｅａｄ要求を受け、ＮＡＮＤを効率よく制御するレイヤである。

各ＦＩＬとＮＡＮＤ間の構成は図６に示す通りであり、各ＦＩＬとＮＡＮＤの間にはＮＡＮＤのコマンド制御を吸収してくれるＦｌａｓｈＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒｕＣｏｄｅ（以降、ＦＣｕＣｏｄｅ）が存在し、各ＦＩＬはＦＣｕＣｏｄｅを経由して接続されているＮＡＮＤを制御している。以上のように、本実施形態に係るテスト用ＮＡＮＤ装置は、ＨｏｓｔがＮＡＮＤをアクセスするためのハードウェアとファームウェアとがＨｏｓｔとＮＡＮＤとの間に設けられた構成となっている。

図７に、第１の実施形態に係るテスト用ＮＡＮＤ装置の要部構成を示す。本実施形態では、疑似エラー発生指示手段２１、エラー内容・範囲指定手段２２、疑似エラー発生実行手段２３を備える。疑似エラー発生指示手段２１は、上記テスト用ＮＡＮＤ装置に疑似エラーの発生を指示するものである。

エラー内容・範囲指定手段２２は、発生する前記疑似エラーの内容と範囲を指定するものである。発生する上記疑似エラーの内容とは、エラーがリードエラー（ＲｅａｄＤｉｓｔｕｒｂ）かプログラムディスターブ（ＰｒｏｇｒａｍＤｉｓｔｕｒｂ）か、データリテンション（ＤａｔａＲｅｔｅｎｔｉｏｎ）を示し、疑似エラーの範囲とは、チャネル（ｃｈａｎｎｅｌ）やバンク（ｂａｎｋ）などの物理位置の範囲を示す。

疑似エラー発生実行手段２３は、上記疑似エラー発生指示手段２１により疑似エラーの発生指示がなされ、上記エラー内容・範囲指定手段２２により発生実行する疑似エラーの内容と範囲の指定があると、この指示の内容と範囲に応じた疑似エラーを発生実行するものである。本実施形態では、上記疑似エラー発生実行手段２３は、リードコマンドの発生に対して疑似リードエラーを発生実行する。

実際には、テスト用ＮＡＮＤ装置から見ると外部であるＨｏｓｔに、いくつかの疑似エラー発生指示用キーを設けるかいくつかの疑似エラー発生指示用コマンドを用意（設定）しておき、キー操作やコマンドを受けてＦＩＬに備えられた上記エラー内容・範囲指定手段２２が外部からの指示の内容と範囲に応じた疑似エラーの内容と範囲を指定するように構成することができる。

また、本実施形態では、上記疑似エラー発生実行手段２３は、リードコマンドの発生に対して疑似リードエラーを発生させる場合に所定回（本実施形態では、２回）のリトライリードを繰返し実行する。更に、上記疑似エラー発生実行手段２３はリトライリードを実行する際にリードエラーとするためのランダマイズキーを用いる。通常、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリにおいては、ＮＡＮＤ疲弊を防ぐためにＮＡＮＤに対して書き込むデータの１ｂｉｔと０ｂｉｔが均一になるようランダマイズを行っている。本実施形態では、そのランダマイズに用いられるランダマイズキーを敢えて誤った値を指定することで必ずエラーとなるように構成している。

以上のように構成されたテスト用ＮＡＮＤ装置の動作を、図８を参照して説明する。例えば、ホストからリトライリードにより疑似エラー発生の指示入力がなされ、対応するリードコマンドがＨｏｓｔＩｎｔｅｒｆａｃｅＬａｙｅｒ，ＢａｃｋＥｎｄＬａｙｅｒを介してＦＩＬへ到る。すると、上記疑似エラー発生指示手段２１により疑似エラーの発生指示がなされ、上記エラー内容・範囲指定手段２２により発生実行する疑似エラーの内容と範囲の指定が、「２回のリトライエラー」として指定があったものとする。

すると、ＦＣｕＣｏｄｅからは３度のリードエラーが返され、ＦＩＬからは２度のリトライリードの要請が出される。このように本実施形態によってＮＡＮＤの疲弊があって、３度のリードエラーが短時間に生じた如く、事象を発生することができる。

図９に示すように、コマンドが生成されてから当該コマンドに対応する結果を出すまでの過程において関わる複数のファームウェア機能のいずれか１つの機能を順次停止する動作を行わせる機能順次停止手段３１を備える。例えば、Ｐｒｏｇｒａｍコマンドを実行中にＲｅａｄコマンドを先に処理させるＰｒｏｇｒａｍＳｕｓｐｅｎｄ機能などを１つずつ無効化させて所定のエラーが発生することの再現試験を行うことによりどの機能に不具合があるのかをチェックすることができ、この手段３１の機能を用いてデバッグを行うことができる。

本実施形態に係る疑似エラー発生実行手段２３はリード、ライト、イレーズを実行する際にエラーとなるフラグを用いることで、エラーを発生させることができ、図８に示した本実施形態と同様に、ＮＡＮＤの疲弊があって、何度かのリードエラーが短時間に生じた如く、事象を発生することができる。

ＮＡＮＤエラーは複数の種類があり、既に説明した如く、通常ではそれらを自然発生させるには時間を要し効率が悪い。そこで本実施形態では、任意のＮＡＮＤエラーを発生させるために、ＦＷにエラー内容・範囲指定手段２２を備えさせてテスト環境の構築を行い、時短を図ることにした。任意のＮＡＮＤエラーを発生させるための条件（ｃｈａｎｎｅｌ，ｂａｎｋ等の物理位置などであり、「エラー内容」や「エラー範囲」としている）を指定できる機能とその条件成立時にＮＡＮＤエラーを疑似に発生させる機能の追加を示した。ＮＡＮＤエラーを疑似発生させるためにＦＣｕＣｏｄｅに、例えば疑似エラー発生実行手段２３を具備させ、ＮＡＮＤエラーを発生させるための条件を指定するために過去の開発経験を活かし、ＨｏｓｔＩｎｔｅｒｆａｃｅＬａｙｅｒへエラー内容・範囲指定手段２２を追加し、専用テストスクリプトも具備させるようにした。以上の構成を採用した第２の実施形態に係るテスト用ＮＡＮＤ装置の構成例を図１０に示す。

先に、Ｈｏｓｔからキー操作やコマンドによりＨｏｓｔＩｎｔｅｒｆａｃｅＬａｙｅｒに備えられた上記エラー内容・範囲指定手段２２が外部からの指示の内容と範囲に応じた疑似エラーの内容と範囲を疑似エラー発生実行手段２３へ指定する。次に、ＮＡＮＤエラーを発生させるためのリードコマンドを入力することで、ＦＩＬの疑似エラー発生指示手段２１により疑似エラーの発生指示がなされる。ＮＡＮＤ疑似エラーリードが、ＦＣｕＣｏｄｅの疑似エラー発生実行手段２３へ送られる。既に、疑似エラー発生実行手段２３には、疑似エラーの内容と範囲が指定されており、ＮＡＮＤ疑似エラーが送られる。

上記エラー内容・範囲指定手段２２と疑似エラー発生実行手段２３は、ＦＷとＦＣｕＣｏｄｅにより実現されるものであり、これを「ＦＷの作り（構成）」と「ＦＣｕＣｏｄｅの作り（構成）」として説明すると以下のようである。まず、「ＦＷの作り」については、ＨｏｓｔＩｎｔｅｒｆａｃｅＬａｙｅｒからｃｈ，ｂａｎｋ，エラーとするコマンドの指定（ＲｅａｄｏｒＰｒｏｇｒａｍｏｒＥｒａｓｅ）を行い、何回目のコマンド発行でエラーにするか？（閾値）をＦＩＬへ渡し、ＦＩＬ側でＲｅａｄ／Ｐｒｏｇｒａｍ／Ｅｒａｓｅを発行するたびにカウンタを設けて閾値超過時にＮＡＮＤ疑似エラーをＦＣｕＣｏｄｅに発行するように、構成することができる。
また、「ＦＣｕＣｏｄｅの作り」については、ＦＷからＦＣｕＣｏｄｅに発行するＲｅａｄ／Ｐｒｏｇｒａｍ／Ｅｒａｓｅのコマンドの予備領域にフラグを設けて、フラグがＯＮならＦＣｕＣｏｄｅが特定のエラーコードをＦＷに返すように、構成することができる。

以上のようにして、上記エラー内容・範囲指定手段２２が外部からの指示の内容と範囲に応じた疑似エラーの内容と範囲を疑似エラー発生実行手段２３へ指定しておくことにより、所定の内容・範囲のＮＡＮＤ疑似エラーという事象が再現できることになる。

以上の実施形態に係るテスト用ＮＡＮＤ装置及びＮＡＮＤ装置のデバッグ方法によって、各手段を用いた場合の効果を従来の手法と比較して図１２に示す。改善１は、第１の実施形態による処理へ改善したことを示している。改善２は、第２の実施形態による処理により改善したことを示している。全体として、図１３の棒グラフに示すように、４６９日を要していた処理を３日に短縮することができ、作業時間の削減率は９９％とすることができた。

２１疑似エラー発生指示手段
２２エラー内容・範囲指定手段
２３疑似エラー発生実行手段
３１機能順次停止手段

Claims

メモリにＮＡＮＤ型フラッシュメモリを用いたＳＳＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ，ＳＳＤ）により構成されるテスト用ＮＡＮＤ装置において、
前記テスト用ＮＡＮＤ装置に疑似エラーの発生を指示する疑似エラー発生指示手段と、
発生する前記疑似エラーの内容と範囲を指定するエラー内容・範囲指定手段と、
前記疑似エラー発生指示手段により疑似エラーの発生指示がなされ、前記エラー内容・範囲指定手段により発生する疑似エラーの内容と範囲の指定があると、この指示の内容と範囲に応じた疑似エラーを発生実行する疑似エラー発生実行手段と、
を具備することを特徴とするテスト用ＮＡＮＤ装置。
前記疑似エラー発生実行手段は、リードコマンドの発生に対して疑似リードエラーを発生させることを特徴とする請求項１に記載のテスト用ＮＡＮＤ装置。
前記疑似エラー発生実行手段は、リードコマンドの発生に対して疑似リードエラーを発生させる場合に所定回のリトライリードを繰返し実行することを特徴とする請求項２に記載のテスト用ＮＡＮＤ装置。
前記疑似エラー発生実行手段は、リトライリードを実行する際にリードエラーとするためのランダマイズキーを用いることを特徴とする請求項３に記載のテスト用ＮＡＮＤ装置。
コマンドが生成されてから当該コマンドに対応する結果を出すまでの過程において関わる複数のファームウェア機能のいずれか１つの機能を順次停止する動作を行わせる機能順次停止手段を備えることを特徴とする請求項４に記載のテスト用ＮＡＮＤ装置。
前記エラー内容・範囲指定手段は、発生する前記疑似エラーの内容と範囲について、複数候補を有し、外部からの指示の内容と範囲に応じた疑似エラーの内容と範囲を指定することを特徴とする請求項５に記載のテスト用ＮＡＮＤ装置。
前記疑似エラー発生実行手段はリード、ライト、イレーズを実行する際にエラーとなるフラグを用いることを特徴とする請求項１に記載のテスト用ＮＡＮＤ装置。
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のテスト用ＮＡＮＤ装置を用いてデバッグを行うことを特徴とするＮＡＮＤ装置のデバッグ方法。