JPH07201190A - 不揮発性メモリファイルシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い頻度でファイルの更新を行うファイルシ
ステムに適用でき、かつ磁気ディスク装置よりも信頼性
の高い、不揮発性メモリを用いたファイルシステムを得
る。 【構成】 不揮発性メモリ４の記憶領域に対応する揮発
性メモリ３の記憶領域を記憶領域指定手段により指定し
て、前記揮発性メモリ３の該指定された記憶領域にデー
タを一時的に記憶させた後に、制御手段により所定量の
データ毎に不揮発性メモリ４に揮発性メモリ３中のデー
タを転送して記憶せしめる。 【効果】 高速で振動衝撃に強い信頼性の高いファイル
システムが得られる。また不揮発性メモリへの書き込み
回数を減少でき、高速記憶，不揮発性メモリの長寿命化
を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、不揮発性メモリをフ
ァイルシステムとして用いた不揮発性メモリファイルシ
ステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１７は例えば特開平４−２５５２３号
公報に示された従来の高速化された非同期型の磁気ディ
スク装置の構成を示すブロック図であり、図において、
１６はホストコンピュータ、１７は該ホストコンピュー
タ１６に接続された磁気ディスク制御装置、１８は磁気
ディスク制御装置１７に接続され、該磁気ディスク制御
装置１７により制御される磁気ディスク、１９は磁気デ
ィスク制御装置１７内に設けられた半導体不揮発性メモ
リ、２０は同じく磁気ディスク制御装置１７内に設けら
れ、ホストコンピュータ１６からのデータを受け入れて
不揮発性メモリ１９に記憶させるとともに該不揮発性メ
モリ１９からデータを読み出して磁気ディスク１８に記
憶させる主制御部、２１は不揮発性メモリ１９内のフラ
グ情報格納部である。

【０００３】図１８は図１７に示した非同期型の磁気デ
ィスク装置の電源投入時の動作を示すシーケンスフロー
チャートである。

【０００４】次に動作について説明する。データを磁気
ディスク装置１８に記憶させる書き込み動作の場合、ま
ずホストコンピュータ１６から磁気ディスク装置１８へ
の書き込み指示コマンドと書き込むべきデータが磁気デ
ィスク制御装置１７に送信される。磁気ディスク制御装
置１７の主制御部２０は、ホストコンピュータ１６から
転送されてくるデータを受信し、不揮発性メモリ１９に
格納する。また、データとともに書き込み先のアドレス
も不揮発性メモリ１９に格納する。不揮発性メモリ１９
への転送データの格納が終了すると、主制御部２０はホ
ストコンピュータ１６との接続を電気的に切り離す。こ
れによりホストコンピュータ１６は磁気ディスク１８へ
の書き込み処理から解放され、他の処理を行うことがで
きる。すなわち、ホストコンピュータ１６は動作の速い
不揮発性メモリ１９にデータを格納する時間だけ磁気デ
ィスク制御装置１７に接続されていればよく、動作の遅
い磁気ディスク１８へ直接データを書き込む場合に比べ
て高速化できる。

【０００５】主制御部２０は、不揮発性メモリ１９への
データの書き込み処理の終了を検出すると、不揮発性メ
モリ１９に一次格納したデータを磁気ディスク１８の指
定されたアドレスへ書き込む書き込み動作を開始する。
なお、不揮発性メモリ１９にデータが格納されたとき、
例えば不揮発性メモリ１９の先頭番地に設けられたフラ
グ情報格納部２１にデータの存在を示すフラグがセット
される。

【０００６】次に、電源投入時の処理動作を図１８のフ
ローチャートを参照しながら説明する。磁気ディスク制
御装置１７の電源がオンされると（ステップＳＴ４
１）、主制御部２０が不揮発性メモリ１９上にデータが
あるか否かを不揮発性メモリ１９内のフラグ情報格納部
２１に格納されたフラグにより判断する（ステップＳＴ
４２）。不揮発性メモリ１９上に磁気ディスク１８へ転
送すべきデータが存在する場合には、主制御部２０は該
データと該データを格納すべき磁気ディスク１８のアド
レスデータとを読み出して、これらに基づいて磁気ディ
スク１８へのデータの格納動作を制御するタスクを生成
する（ステップＳＴ４３）。主制御部２０はこのタスク
に基づいて不揮発性メモリ１９に記憶されているデータ
を磁気ディスク１８に書き込む（ステップＳＴ４４）。
この書き込み動作が終了すると、主制御部２０は次の制
御動作に備えて待機する（ステップＳＴ４５）。不揮発
性メモリ１９上に磁気ディスク１８へ転送すべきデータ
が存在しない場合には、主制御部２０はフラグ情報格納
部２１のフラグ情報でこれを判断し、次の制御動作に備
えて待機する（ステップＳＴ４２，ＳＴ４５）。なお、
不揮発性メモリ１９上に存在するデータが磁気ディスク
１８から読み出した読み出しデータである場合には、ホ
ストコンピュータ１６が前回の読み出し動作の不完全な
終了を記憶しているので、磁気ディスク制御装置１７の
電源最投入時にホストコンピュータ１６がレディ信号を
磁気ディスク制御装置１７に送信し、このレディ信号に
基づき磁気ディスク１８からのデータの読み出し動作の
再処理が行われる。このような磁気ディスク装置が計算
機システムにおける不揮発生メモリファイルシステムと
して広く用いられている。しかし、一般的な磁気ディス
ク装置は１０万時間程度の運転時間が保証されている
が、連続運転する場合は、２年数カ月間しか使用できな
い。また、対衝撃性能も他の計算機用記憶装置に比して
劣り、計算機システムで最初に故障するのが磁気ディス
ク装置であることが多かった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の不揮発生メモリ
ファイルシステムは以上のように構成されているので、
ファイルシステムの信頼性により計算機システムの信頼
性が大きな影響を受けた。

【０００８】この欠点を補うために、半導体メモリを使
用してファイルシステムを構築し、磁気ディスクファイ
ルシステムの代替メモリとして使用することも試みられ
ている。このような半導体メモリファイルシステムにお
いては、揮発性半導体を用いて、該揮発性半導体を電池
等のバックアップ電源でバックアップすることによりデ
ータの消失を防止していた。しかし、バックアップ電源
は使用時間に制限があり、電池では漏液等による破損事
故の可能性もあり、ファイルシステムのメモリ装置とし
ては信頼性の上で問題があった。

【０００９】そのため、半導体不揮発性メモリ等の不揮
発性メモリを図１７の従来例の磁気ディスク１８に相当
するメモリとして用いてファイルシステムを構築するこ
とも検討されているが、半導体不揮発性メモリは書き込
み（消去）回数の制限があり、また書き込み時間が遅い
ため、頻繁にファイルの内容を更新するファイルシステ
ムとしては使用できないという問題点があった。

【００１０】請求項１の発明は上記のような問題点を解
消するためになされたもので、更に高速動作が可能で、
不揮発性メモリの書き込み回数が相対的に小さく、した
がって頻繁にファイルの更新を行うファイルシステムに
適用でき、かつ信頼性の高い不揮発性メモリファイルシ
ステムを得ることを目的とする。

【００１１】請求項２の発明は、不揮発性メモリの記憶
領域の一部に異常が発生しても、他の正常な記憶領域を
使用して該不揮発性メモリの耐用期間を実質的に延長で
き、かつ更に高速動作が可能で、頻繁にファイルの更新
を行うファイルシステムに適用できる信頼性の高い不揮
発性メモリファイルシステムを得ることを目的とする。

【００１２】請求項３の発明は、ファイル内容の書き込
みエラーを事前に防止でき、信頼性が高く、不揮発性メ
モリの耐用期間を実質的に延長でき、かつ更に高速動作
が可能で、頻繁にファイルの更新を行うファイルシステ
ムに適用できる不揮発性メモリファイルシステムを得る
ことを目的とする。

【００１３】請求項４の発明は、ファイル内容の書き込
みエラーを事前に防止でき、信頼性が高く、不揮発性メ
モリの耐用期間を実質的に延長でき、かつ更に高速動作
が可能で、頻繁にファイルの更新を行うファイルシステ
ムに適用できる不揮発性メモリファイルシステムを得る
ことを目的とする。

【００１４】請求項５の発明は、低コストに容易に不揮
発性メモリの交換が可能で、更に高速動作でき、頻繁に
ファイルの更新を行うファイルシステムに適用できる信
頼性の高い不揮発性メモリファイルシステムを得ること
を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る不
揮発性メモリファイルシステムは、バックアップ電源に
よりバックアップされた揮発性メモリと不揮発性メモリ
とを組み合わせ、データを一時的に揮発性メモリに記憶
させておいて所定量のデータ毎に該揮発性メモリから不
揮発性メモリに転送する制御手段を設けたものである。

【００１６】請求項２の発明に係る不揮発性メモリファ
イルシステムは、不揮発性メモリ中に代替的記憶領域を
設け、さらに、データの書き込みエラーが発生した不揮
発性メモリの記憶領域の替わりに該代替的記憶領域を割
り当てる記憶領域割り当て手段を設けたものである。

【００１７】請求項３の発明に係る不揮発性メモリファ
イルシステムは、不揮発性メモリ中に代替的記憶領域を
設け、さらに、不揮発性メモリの記憶領域にデータを書
き込んだ書き込み回数を計数する計数手段と、該計数手
段の計数値が所定値を超えた記憶領域の替わりに代替的
記憶領域を割り当てる記憶領域割り当て手段とを設けた
ものである。

【００１８】請求項４の発明に係る不揮発性メモリファ
イルシステムは、不揮発性メモリ中に代替的記憶領域を
設け、さらに、不揮発性メモリの記憶領域にデータを書
き込んだ書き込み回数を計数する計数手段と、該計数手
段の計数値が所定値を超えた記憶領域の替わりに書き込
み回数の小さい記憶領域を割り当てるデータ記憶領域割
り当て手段とを設けたものである。

【００１９】請求項５の発明に係る不揮発性メモリファ
イルシステムは、不揮発性メモリを本体部と別個に設け
たものである。

【００２０】

【作用】請求項１の発明における不揮発性メモリファイ
ルシステムは、不揮発性メモリに記憶させるべきデータ
を一時的に更に高速で書き込み回数の制限のない揮発性
メモリに記憶させて所定量のデータ毎に該揮発性メモリ
から不揮発性メモリに転送する。したがって、不揮発性
メモリに対するデータの書き込み回数を低減でき、その
分不揮発性メモリよりも動作の速い揮発性メモリを用い
ることにより、高速動作が可能となる。また、不揮発性
メモリへの書き込み回数が低減されるので、不揮発性メ
モリを高信頼度で長期間使用できる。したがって、この
発明における不揮発性メモリファイルシステムは、頻繁
にファイルの更新を行うファイルシステムに適用でき
る。

【００２１】請求項２の発明における不揮発性メモリフ
ァイルシステムは、データの書き込みエラーが発生した
不揮発性メモリの記憶領域の替わりに代替的記憶領域を
割り当てるので、不揮発性メモリの記憶領域の一部に異
常が発生しても、他の正常な記憶領域を使用して該不揮
発性メモリの耐用期間を実質的に延長できる。更に、デ
ータを一時的に揮発性メモリに記憶させて所定量のデー
タ毎に該揮発性メモリから不揮発性メモリに転送するの
で、更に高速動作が可能となり、不揮発性メモリを高信
頼度で長期間使用でき、頻繁にファイルの更新を行うフ
ァイルシステムに適用できる。

【００２２】請求項３の発明における不揮発性メモリフ
ァイルシステムは、不揮発性メモリの記憶領域へのデー
タの書き込み回数が所定の回数以上となった記憶領域を
使用しないようにするので、ファイル内容の書き込みエ
ラーを事前に防止でき、信頼性が高く、不揮発性メモリ
の耐用期間を実質的に延長できる。更に、データを一時
的に揮発性メモリに記憶させて所定量のデータ毎に該揮
発性メモリから不揮発性メモリに転送するので、更に高
速動作が可能となり、不揮発性メモリを高信頼度で長期
間使用でき、頻繁にファイルの更新を行うファイルシス
テムに適用できる。

【００２３】請求項４の発明における不揮発性メモリフ
ァイルシステムは、、不揮発性メモリの記憶領域へのデ
ータの書き込み回数が所定の回数以上となった記憶領域
の代わりに書き込み回数の少ない記憶領域を割り当てる
ので、ファイル内容の書き込みエラーを事前に防止で
き、信頼性が高く、不揮発性メモリの耐用期間を実質的
に延長できる。更に、データを一時的に揮発性メモリに
記憶させて所定量のデータ毎に該揮発性メモリから不揮
発性メモリに転送するので、更に高速動作が可能とな
り、不揮発性メモリを高信頼度で長期間使用でき、頻繁
にファイルの更新を行うファイルシステムに適用でき
る。

【００２４】請求項５の発明における不揮発性メモリフ
ァイルシステムは、本体部と別個に設けた不揮発性メモ
リファイルシステムを用いるので、不揮発性メモリが不
良化した場合に該不揮発性メモリのみ取り替えればよ
く、低コストに容易に不揮発性メモリの交換が可能とな
る。更に、データを一時的に揮発性メモリに記憶させて
所定量のデータ毎に該揮発性メモリから不揮発性メモリ
に転送するので、更に高速動作が可能となり、不揮発性
メモリを高信頼度で長期間使用でき、頻繁にファイルの
更新を行うファイルシステムに適用できる。

【００２５】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１において、１はこの実施例の動作を制御する
マイクロプロセッサユニット（以下、ＭＰＵと略記す
る）（記憶領域指定手段、制御手段、点検手段、記憶領
域割り当て手段、計数手段、比較手段、検索手段）、２
は演算動作を制御するシステムプログラムや各種定数等
のデータを記憶した主メモリ（この実施例においてはＤ
ＲＡＭを用いている）、３は図示しない電池（バックア
ップ電源）でバッテリバックアップされた半導体素子を
用いた揮発性メモリ、４は揮発性メモリ３と同一の回路
基板上に装着された半導体素子を用いた不揮発性メモリ
で、揮発性メモリ３と不揮発性メモリ４を搭載した回路
基板はＭＰＵ１を搭載したＣＰＵボードのメモリ子基板
２２として実装される。５はＣＰＵボードのデータバ
ス、６はＣＰＵボードのアドレス・制御信号バスであ
り、データバス５及びアドレス・制御信号バス６は主メ
モリ２及びメモリ子基板２２と電気的に接続されてい
る。

【００２６】図２は、不揮発性メモリ４（図２（Ａ））
及び揮発性メモリ３（図２（Ｂ））内のデータ構造を示
す図である。図２（Ａ）において、７は不揮発性メモリ
４内のブロック（記憶領域）を管理するためのブロック
管理領域、８は不揮発性メモリ４内のブロックであり、
この実施例においてはｍ（ｍは自然数）個ある。ブロッ
ク管理領域７及びブロック８は共に不揮発性メモリ４の
消去単位（書き込み単位）の倍数のサイズ（固定サイ
ズ）（本実施例では６４Ｋバイト）であり、この固定サ
イズをｙ（ｙは正の実数）とすると、不揮発性メモリ４
の全体のサイズｘ（ｘは正の実数）は（ｍ＋１）ｙとな
る。図２（Ｂ）において、７ａは揮発性メモリ３内に複
写されたブロック管理領域７の写像のブロック管理領
域、９は揮発性メモリ３内の記憶領域１０を管理するた
めのバッファ管理領域、１０は揮発性メモリ３内の各記
憶領域（以下バッファと表記する）で、本実施例での各
バッファ１０の記憶容量は４Ｋバイトである。バッファ
はｎ（ｎは自然数）個ある。なお、図の破線の矢印は、
記憶された内容の相関性を表す。

【００２７】図３は図２（Ａ）のブロック管理領域７の
データ構造を示す図である。図３に示すように、ブロッ
ク管理領域７には、不揮発性メモリ４全体の使用の可否
を判定するデータを書き込む使用判定領域、全ブロック
数を書き込む全ブロック数領域が設けられ、全ブロック
数領域は、図の破線に示すように、図の下段のブロック
リストの数を示している。また、ブロック管理領域７に
は、既にデータが書き込まれているブロックの先頭の番
号を書き込む使用中先頭ブロック番号領域（この例で
は、図の破線に示すように、ブロックリストの先頭のブ
ロック番号領域に対応し、図の破線に示すごとく、使用
に伴い順次移行する。）、既にデータが書き込まれたブ
ロックの最後の番号を書き込む使用中最後ブロック番号
領域（図の破線に示すように、この例ではブロックリス
トの下から２段目のブロック番号領域に対応する）、既
にデータが書き込まれたブロックの数を書き込む使用中
ブロック数領域、未だデータが書き込まれていないブロ
ックの先頭の番号を書き込む未使用先頭ブロック番号領
域（図の破線に示すように、この例ではブロックリスト
の３番目のブロック数領域に対応する）、未だデータが
書き込まれていないブロックの最後の番号を書き込む未
使用最後ブロック番号領域（図の破線に示すように、こ
の例ではブロックリストの最後のブロック番号領域に対
応する）、未だデータが書き込まれていないブロックの
数を書き込む未使用ブロック数領域と、不揮発性メモリ
４の各ブロック＃（番号）１〜＃ｍのそれぞれの状態に
関する情報を書き込むブロックリスト領域１１とから成
る。

【００２８】図４は、図２（Ｂ）のバッファ管理領域９
のデータ構造を示す図である。図４に示すように、バッ
ファ管理領域９は、揮発性メモリ３内の全バッファ数を
書き込む全バッファ数領域、未だデータが書き込まれて
いないバッファの先頭の番号を書き込む未使用先頭バッ
ファ番号領域、未だデータが書き込まれていないバッフ
ァの最後の番号を書き込む未使用最後バッファ番号領
域、未だデータが書き込まれていないバッファの数を書
き込む未使用バッファ数領域と、ハッシュ関数の取り得
る値（１〜ｌ）のそれぞれと各バッファとの対応関係を
示すデータを書き込むハッシュリスト１２と、バッファ
のそれぞれの状態に関するデータを書き込むバッファリ
スト１３とから成る。

【００２９】図５は、バッファ管理領域９のハッシュリ
スト１２とバッファリスト１３の内容を示す図である。
ハッシュリスト１２にはハッシュ関数の取り得る値１〜
ｌのそれぞれに対応する先頭バッファ番号（例えば、ハ
ッシュ値１の先頭バッファ番号は、図の破線のごとく、
バッファ＃１次ブロックの１が対応する）と最後バッフ
ァ番号（例えば、ハッシュ値１の最後バッファ番号は、
図の破線のごとく、バッファ＃２次ブロックの２が対応
する）とが書き込まれる。また、バッファリスト１３
は、ｎ個のバッファブロックに分かれ、各バッファブロ
ックはブロック番号を示す領域（バッファ＃１〜ｎ次ブ
ロック領域）と、書き込みがなされたか否かを示すフラ
グを書き込む領域（バッファ＃１〜ｎ書込完了フラグ領
域）と、データを書き込む領域（バッファ＃１〜ｎ不揮
発性メモリブロック＃領域）とから構成される。

【００３０】図６は、本実施例の不揮発性メモリファイ
ルシステムにおいて、記憶されたデータを読み出す場合
のアルゴリズムを示すフローチャートである。また、図
７は、ハッシュ値から対応するバッファブロックの番号
を検索するときの状態を具体的に説明するためのバッフ
ァリスト１３の一部を示す図、図８は、本実施例の不揮
発性メモリファイルシステムにおいて、データを書き込
む場合のアルゴリズムを示すフローチャートである。さ
らに、図９は、本実施例の不揮発性メモリファイルシス
テムの起動時及びシャットダウン時の動作を示すアルゴ
リズムである。

【００３１】次に動作について説明する。まず、本実施
例の不揮発性メモリファイルシステムにおいて、書き込
まれたデータを読み出す場合の動作について説明する。
図示しないキーボードの操作によりデータの読み出しが
指定されると、ＭＰＵ１は主メモリ２から図６のリード
アルゴリズムを読み出し、続いてキーボード入力により
指定された記憶領域を求めるハッシュ計算を行う（ステ
ップＳＴ１）。例えば、不揮発性メモリ４のブロック数
ｍが１０２４でバッファブロック数ｎが１２８であると
して、ハッシュ関数を、 ハッシュ値＝ハッシュ関数（不揮発性メモリブロック番
号） ＝（不揮発性メモリブロック番号／８の余り）＋１ とすると、ハッシュ関数は１〜８（ｌ＝８）のハッシュ
値を取り得、同一のハッシュ値をもつ不揮発性メモリブ
ロックは８個あることとなる。したがって、ハッシュ値
をキーワードとして最大８個のバッファブロックを探す
ことにより、不揮発性メモリブロックに対応するバッフ
ァブロック番号を求めることができる。

【００３２】次に、ＭＰＵ１はこれにより得られたハッ
シュ値が図５のハッシュリスト１２のどの領域に該当す
るかを判断し（ステップＳＴ２）、同一の値を有するハ
ッシュリストに接続されたバッファが存在する場合に
は、該バッファ内の対応ブロックからデータを読み出す
（ステップＳＴ３）。例えば、検索する不揮発性メモリ
のブロック番号が１２８でバッファ内にあるものとす
る。更に、不揮発性メモリブロック＃１がバッファ内に
あるものとすと、 ハッシュ値＝ハッシュ関数（１２８） ＝（１２８／８）の余り＋１ ＝１ であるから、図７のハッシュ値１の先頭バッファの番号
を見ると５０となっているので、バッファ＃５０の不揮
発性メモリ４のブロック番号を見る。これは１であり１
≠１２８であるので、バッファ＃５０の次のブロックを
見る。これは６０となっているので、バッファ＃６０の
不揮発性メモリ番号を見る。これは１２８であるので、
ここで不揮発性メモリブロック１２８に対応したバッフ
ァ＃が６０であることが判明する。したがって、このバ
ッファ＃６０からデータを読み出すこととなる。

【００３３】不揮発性メモリブロック＃２５６について
同じ手続を行うと、バッファ＃６０の次ブロック番号が
０であるので、２５６に対応したバッファはないことが
分かる。この場合に不揮発性メモリ４のブロック（この
場合はブロック＃２５６）から直接データを読み出す
（ステップＳＴ４）。

【００３４】本実施例の不揮発性メモリファイルシステ
ムにおいて、データを書き込む場合には、図８に示すラ
イトアルゴリズムに従って動作する。操作者のキーボー
ド操作により不揮発性メモリの特定ブロックへのデータ
の書き込みが指定されると、ＭＰＵ１は主メモリ２から
図８のライトアルゴリズムを読み出し、続いてキーボー
ド入力により指定されたブロックを求める前述したのと
同様のハッシュ計算を行う（ステップＳＴ５）。読みだ
しの場合と同様に、ハッシュ計算の結果、指定ブロック
がバッファ１０内にあると判断された場合には（ステッ
プＳＴ６）、書き込むべきデータを主メモリ２から読み
出してこれを揮発性メモリ３内のハッシュ値により指定
されたバッファ内にコピーした後、図５に示したバッフ
ァリスト１３の対応するブロックの書き込み完了フラグ
をオフして動作を終了する（ステップＳＴ１０）。

【００３５】ハッシュ計算の結果、指定されたブロック
がバッファ内にないと判断されたときには（ステップＳ
Ｔ６）、揮発性メモリ３のバッファ管理領域９の未使用
バッファ数データから、データが書き込まれていない空
バッファが揮発性メモリ３内に存在するか否かを判断す
る（ステップＳＴ７）。この判断の結果空バッファが存
在する場合にはそのままステップＳＴ９の処理に移行
し、空バッファがない場合には、現在データが書き込ま
れて使用中の揮発性メモリ３のバッファの１ブロックで
最も書き込みが古いブロックのデータをすべて不揮発性
メモリ４に書き写し、書き込み完了フラグをオンにし
て、揮発性メモリ３中に１個の未使用バッファブロック
を作り出す（ステップＳＴ８）。次に、書き込みを指定
された不揮発性メモリ４のブロックの内容を未使用の空
バッファにコピーして、図４及び図５に示したバッファ
管理領域９を更新してハッシュテーブルを書き換える
（ステップＳＴ９）。これは不揮発性メモリ４へデータ
を書き込むためにデータ長を揃える必要があるためであ
る。すなわち、上述のごとく、バッファ１０の記憶容量
は４Ｋバイト、ブロック８の記憶容量は６４Ｋバイトで
あって、バッファ１０のデータをそのままブロック８に
書き込む訳にはいかないからである。次に、主メモリ２
から揮発性メモリ３のバッファへデータをコピーし、図
５に示した揮発性メモリ３の対応するバッファリスト１
３のバッファ書き込み完了フラグをオフして動作を終了
する（ステップＳＴ１０）。

【００３６】この実施例の不揮発性メモリファイルシス
テムの起動時には、図９のアルゴリズムに従って初期化
を行う。起動時に、前回の動作終了時に異状があった場
合、例えば予期しない電源供給の遮断、予期しないリセ
ット、システムのハングアップ等の場合には、揮発性メ
モリ３の内容は不揮発性メモリ４に書き込まれていな
い。この場合、揮発性メモリ３はバックアップ電源によ
りバッテリバックアップされているので、揮発性メモリ
３中のデータは消去されずに残存している。従って、起
動時に、揮発性メモリ３に残存するデータを不揮発性メ
モリ４に書き込まなければならない。そこで、初期化の
アルゴリズムにおいては、まず揮発性メモリ３中にデー
タを不揮発性メモリ４に書き込んでいない未書き込みバ
ッファが存在するか否かを揮発性メモリ３のバッファ管
理領域９のバッファリスト１３のバッファ書き込み完了
フラグを点検して判断する（ステップＳＴ１１）。バッ
ファ書き込み完了フラグが全てオンである場合には、起
動動作を完了する。バッファ書き込み完了フラグがオフ
であるバッファが存在する場合には、このバッファ内の
データを不揮発性メモリ４に書き込み（ステップＳＴ１
２）、このバッファのバッファ書き込み完了フラグをオ
ンして（ステップＳＴ１３）、再度バッファ書き込み完
了フラグを点検して（ステップＳＴ１１）、すべてのバ
ッファの残存データを不揮発性メモリ４に書き写した後
に初期化動作を終了する。

【００３７】この実施例の不揮発性メモリファイルシス
テムの動作終了（シャットダウン）時には、同じく図９
のアルゴリズムに従って動作を終了する。この終了動作
では揮発性メモリ３のバッファに残留していてまだ不揮
発性メモリ４に書き込まれていないバッファブロックの
データを不揮発性メモリ４に書き込まなければならな
い。シャットダウン時に、ステップＳＴ１１でバッファ
リスト１３のバッファ書き込み完了フラグがオフである
バッファを発見した場合には、この未書き込みバッファ
に記憶されているデータを不揮発性メモリ４に書き込み
（ステップＳＴ１２）、バッファ書き込み完了フラグを
オンして（ステップＳＴ１３）、再びステップＳＴ１１
に戻ってバッファ書き込み完了フラグの点検を行い、バ
ッファ書き込み完了フラグがオフであるバッファが存在
しなくなった時点でシャットダウン動作を終了する。

【００３８】実施例２．次に、この発明の第二の実施例
を説明する。この実施例２は、不揮発性メモリブロック
８が故障することを予め想定し、通常使用時にデータを
記憶する正規の記憶領域の他に、この正規の記憶領域に
代替する代替的記憶領域を設けて、故障しにくい不揮発
性メモリファイルシステムを実現するものである。この
実施例２のハードウェアの構成は図１の実施例１のハー
ドウェア構成と同一であるのでその説明を省略する。

【００３９】図１０は、不揮発性メモリ４（図１０
（Ａ））及び揮発性メモリ３（図１０（Ｂ））内のデー
タ構造を示す図である。図２に示した実施例１のデータ
構造とは、不揮発性メモリ４中に、正規の記憶領域（ブ
ロック＃１〜＃ｍ）に代替する代替ブロック（代替的記
憶領域）（代替ブロック＃１〜ｉ）が設けられている点
のみ異なり、その他の構造は同一である。

【００４０】図１１は、不揮発性メモリ４のブロック管
理領域７ａのデータ構造を示す図であり、図３の実施例
１のブロック管理領域７とは代替ブロック＃１〜ｉの管
理情報を記憶する代替ブロックリスト１４が付け加えら
れている点と代替ブロックに関する情報である代替先頭
ブロック＃及び代替ブロック残数の領域が設けられてい
る点のみが異なる。

【００４１】図１２は、実施例２の書き込み動作を示す
ライトアルゴリズムの一部を示すフローチャートであ
る。この実施例２のライトアルゴリズムは、図８の実施
例１のライトアルゴリズムのステップＳＴ８（Ａと示し
た）に相当する部分のみを抜き出して記載したものであ
って、この前後に図８のフローチャートのステップＳＴ
１〜ＳＴ７及びステップＳＴ９〜ＳＴ１０が付け加わる
ことにより全体のライトアルゴリズムが完成する。

【００４２】次に動作について説明する。この実施例の
不揮発性メモリファイルシステムからのデータの読み取
りの動作は実施例１の動作と全く同一であるので、その
説明を省略する。

【００４３】この実施例の不揮発性メモリファイルシス
テムへデータを書き込む書き込み動作は、上述のごと
く、図８の実施例１のステップＳＴ８に相当する部分の
動作のみが実施例１と異なるので、図８のステップＳＴ
８に相当する部分の動作のみを図１２のフローチャート
を用いて説明する。

【００４４】揮発性メモリ３中に空バッファが存在しな
い場合には、現在データが書き込まれて使用中の揮発性
メモリ３のバッファの１ブロックで最も書き込みが古い
ブロックのデータをすべて不揮発性メモリ４に書き写
し、書き込み完了フラグをオンにして、揮発性メモリ３
中に１個の未使用バッファブロックを作り出す（ステッ
プＳＴ１４）。次に、書き込み元の揮発性メモリ３のバ
ッファに記憶されているデータの内容と、書き込み先の
不揮発性メモリ４のブロックに記憶されたデータの内容
とを比較し、不揮発性メモリ４のブロックに書き込まれ
たデータのベリファイを行う（ステップＳＴ１５）。こ
のベリファイの結果、不揮発性メモリ４に書き込まれた
データが正常であれば、図１２での実施例２の動作を終
了し、引き続き図８のステップＳＴ９の動作に移行する
（ステップＳＴ１６）。書き込み元のデータと書き込み
先のデータとの比較結果が異なり、書き込み動作が異常
であった場合には、書き込み動作のリトライ回数の上限
を超えているかいなかを判定し（ステップＳＴ１７）、
まだリトライ回数以内である場合には再び書き込みのリ
トライを行い（ステップＳＴ１４）、リトライ回数を全
て使いきり上限を超えても不揮発性メモリ４への書き込
みが正常に完了しない場合には、図１１に示した不揮発
性メモリ４のブロック管理領域７ａの代替ブロック残数
をチェックすることにより不揮発性メモリ４中に代替ブ
ロックが存在するか否かを判定する（ステップＳＴ１
８）。代替ブロックが１個も残存していない場合には、
正常な書き込みをする手立てが存在しないので、書き込
みエラーとしてライトアルゴリズムを終了する。代替ブ
ロックが残存する場合には、１個の代替ブロックを書き
込みエラーの発生した正規のブロックと入れ替える（ス
テップＳＴ１９）。この入れ替えた代替ブロックのブロ
ック番号等のデータは、図１０の揮発性メモリ３のバッ
ファ管理領域９及び図１０、図１１の不揮発性メモリ４
のブロック管理領域７ｂに設定する。この後、入れ替え
た代替ブロックにバッファからのデータの書き込みを行
い（ステップＳＴ１４）、書き込んだデータのベリファ
イを行い（ステップＳＴ１５）、代替ブロックの状態の
チェックも行う。

【００４５】この実施例の初期化及びシャットダウンの
手順は実施例１と同様である。

【００４６】実施例３．次に、この発明の第三の実施例
について説明する。この実施例３では、実施例２の代替
機能に加えて、不揮発性メモリ４に対するデータの書き
込み回数を計数して、該不揮発性メモリ４の故障を予測
し、書き込みエラーが発生する前に代替領域を割り当て
るようにしたものである。

【００４７】実施例３のハードウェアの構成は、図１に
示した実施例１の構成と同一であるのでその説明を省略
する。

【００４８】図１３は、実施例３の不揮発性メモリ４の
ブロック管理領域７のブロックリスト１１ａと代替ブロ
ックリスト１４ａの構造を示す図である。このブロック
リスト１１ａ及び代替ブロックリスト１４ａには、対応
するブロックへのデータの書き込み回数を示すデータが
書き込めるようになっている。

【００４９】図１４は、実施例３のライトアルゴリズム
の一部を示すフローチャートであり、図１２の実施例２
のライトアルゴリズムの一部のステップＳＴ１４（Ｂと
示した）の直前に挿入する部分のみを示すものであり、
この実施例３のライトアルゴリズムは図１２の実施例２
のライトアルゴリズム及び図８の実施例１のライトアル
ゴリズムを補完して完全なライトアルゴリズムとなる。

【００５０】次に動作について説明する。この実施例３
の不揮発性メモリファイルシステムからのデータの読み
出し動作は、実施例１のデータの読み出し動作と同一で
あるのでその説明を省略する。

【００５１】この実施例３の不揮発性メモリファイルシ
ステムへデータを書き込む場合は、実施例２の図１２の
フローチャートのステップＳＴ１４の直前に図１４に示
したアルゴリズムを実行する以外の点は実施例２のライ
トアルゴリズムと同一であるので、図１４のアルゴリズ
ムについてのみ説明する。

【００５２】揮発性メモリ３内に空バッファが存在しな
い場合には、不揮発性メモリ４のデータを書き込むべき
特定のブロックに対するそれまでのデータの書き込み回
数が不揮発性メモリ４により定まるデータの書き込み
（消去）の上限回数を超えていないかどうかを判定し
（ステップＳＴ２０）、上限回数を超えていない場合に
は、代替ブロックリスト１４ａの当該ブロックのデータ
書き込み回数に１を加算して図１２のステップＳＴ１４
へ移行する（ステップＳＴ２１）。当該ブロックへのデ
ータの書き込み回数が上限回数を超えている場合には、
不揮発性メモリ４中に代替ブロックが存在するか否かを
判断し（ステップＳＴ２２）、代替ブロックが存在しな
い場合には、書き込み動作は不可能であるとしてエラー
としてライトアルゴリズムを終了する。代替ブロックが
存在する場合には、この代替ブロックを正規のブロック
に代替させるべく割り当てて（ステップＳＴ２３）、こ
の割り当てた代替ブロック自体の書き込み回数のチェッ
クを行う（ステップＳＴ２０）。以下、動作を継続す
る。

【００５３】実施例３の初期化及び動作終了の手順は実
施例１の手順と同一である。

【００５４】実施例４．次に、この発明の第四の実施例
について説明する。この実施例４は、実施例３の書き込
み回数計数による障害発生予測機能に加えて、障害発生
が予測されるブロックと書き込み回数の少ないブロック
とを入れ替えることで、効率よく不揮発性メモリを使用
して、不揮発性メモリファイルシステムの寿命を延ばす
ようにしたものである。

【００５５】実施例４のハードウェアの構成は、図１に
示す実施例１のハードウェアの構成と同一であり、また
不揮発性メモリ４のブロック管理領域のブロックリスト
及び代替ブロックリストの構造は図１３の実施例３の構
造と同一であるので、その説明を省略する。

【００５６】次に動作について説明する。実施例４の不
揮発性メモリファイルシステムからのデータの読み取り
動作は実施例１の動作と同一であるのでその説明を省略
する。

【００５７】図１５は、実施例３の図１４に相当する部
分の動作を示すフローチャートである。実施例４のライ
トアルゴリズムは、実施例３の図１４に相当する部分の
動作が図１５に示すアルゴリズムに従って動作する以外
は実施例２の動作と同一であるので、実施例４の不揮発
性メモリファイルシステムへのデータの書き込み動作
は、図１５のフローチャートに相当する部分のみの説明
を行う。

【００５８】揮発性メモリ３内に空バッファが存在しな
い場合には、不揮発性メモリ４のデータを書き込むべき
特定のブロックに対するそれまでのデータの書き込み回
数が予め設定された上限値を超えていないかどうかを判
定し（ステップＳＴ２４）、上限値を超えていない場合
には、代替ブロックリスト１４ａの当該ブロックのデー
タ書き込み回数に１を加算して図１２のステップＳＴ１
４へ移行する（ステップＳＴ２５）。当該ブロックへの
データの書き込み回数が前記上限値を超えている場合に
は、不揮発性メモリ４中に当該ブロックへのデータの書
き込み回数が設定された上限値以下であるブロックを検
索し（ステップＳＴ２６）、このような書き込み回数の
少ないブロックが発見できた場合には（ステップＳＴ２
７）、発見したブロックの内容を対象のブロックに書き
込み（ステップＳＴ２８）、当該ブロックへのデータの
書き込み回数を１だけ増加させる（ステップＳＴ２
９）。次に書き込んだデータのベリファイチェックを行
い（ステップＳＴ３０）、ベリファイエラーが発生しな
ければ、この書き込み回数の少ないブロックを書き込み
ブロックとして指定してブロック管理領域７ｂにブロッ
クの入れ替えを設定して（ステップＳＴ３１）、ステッ
プＳＴ２４に戻り入れ替えたブロックの書き込み回数を
チェックする。

【００５９】ステップＳＴ２７で入れ替えるべき書き込
み回数の少ないブロックが発見できなかった場合及びス
テップＳＴ３０のベリファイチェックでエラーが発生し
た場合には、代替ブロックの存在を検索し（ステップＳ
Ｔ３２）、代替ブロックが存在すれば当該代替ブロック
を割り当て（ステップＳＴ３３）、ステップＳＴ２４に
戻り割り当た代替ブロックの検討を行う。ステップＳＴ
３２の検索で代替ブロックが存在しない場合には、書き
込み動作をエラーとして終了する。この場合には、不揮
発性メモリ４を交換するなどの処置を行う必要がある。

【００６０】この実施例４の初期化及び終了の手順は実
施例１と同一であるので、その説明を省略する。

【００６１】実施例５．次に、この発明の不揮発性メモ
リファイルシステムの第五の実施例について説明する。
この実施例５は、実施例１〜４と異なるハードウェア構
成をとる。図１６に実施例５のハードウェアの構成を示
す。図において、１５は不揮発性メモリ４ａをＣＰＵボ
ードから切り離してＭＰＵ１に接続することができるよ
うにするためのインターフェイス装置である。該インタ
ーフェイス装置１５は、ソケットで接合できる不揮発性
メモリ４ａとケーブルで接続されている。その他の構成
は、図１の実施例１と同一であるので、その説明を省略
する。

【００６２】次に動作について説明する。この実施例５
の動作は上述した実施例１〜４のすべての動作が可能で
ある。更に、実施例５のハードウェア構成の場合、不揮
発性メモリ４ａの交換の場合に、不揮発性メモリ４ａの
みの交換が可能である。実施例１〜４のハードウェア構
成の場合には、メモリ子基板上２２上に共に実装された
揮発性メモリ３も共に交換しなければならず、これに比
して低コストで不揮発性メモリ４ａの交換が可能とな
る。

【００６３】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、不揮発性メモリに記憶させるべきデータを一時的に
更に高速で書き込み回数の制限のない揮発性メモリに記
憶させて所定量のデータ毎に該揮発性メモリから不揮発
性メモリに転送するように構成したので、不揮発性メモ
リに対するデータの書き込み回数を低減でき、その分不
揮発性メモリよりも動作の速い揮発性メモリを用いるこ
とにより、高速動作が可能となる。また、不揮発性メモ
リへの書き込み回数が低減されるので、不揮発性メモリ
を高信頼度で長期間使用できる。したがって、請求項１
の発明は、頻繁にファイルの更新を行うファイルシステ
ムに適用できる。更に、磁気ディスク装置を用いずに安
定にデータの保存ができるので、高速で振動衝撃に強い
ファイルシステムを得ることができるなどの効果があ
る。

【００６４】請求項２の発明によれば、データの書き込
みエラーが発生した不揮発性メモリの記憶領域の替わり
に代替的記憶領域を割り当てるように構成したので、不
揮発性メモリの記憶領域の一部に異常が発生しても、他
の正常な記憶領域を使用して該不揮発性メモリの耐用期
間を実質的に延長できる。更に、データを一時的に揮発
性メモリに記憶させて所定量のデータ毎に該揮発性メモ
リから不揮発性メモリに転送するので、更に高速動作が
可能となり、不揮発性メモリを高信頼度で長期間使用で
き、頻繁にファイルの更新を行うファイルシステムに適
用できる。また、磁気ディスク装置を用いずに安定にデ
ータの保存ができるので、高速で振動衝撃に強いファイ
ルシステムを得ることができるなどの効果がある。

【００６５】請求項３の発明によれば、不揮発性メモリ
の記憶領域へのデータの書き込み回数が所定の回数以上
となった記憶領域を使用しないように構成したので、フ
ァイル内容の書き込みエラーを事前に防止でき、信頼性
が高く、不揮発性メモリの耐用期間を実質的に延長でき
る。更に、データを一時的に揮発性メモリに記憶させて
所定量のデータ毎に該揮発性メモリから不揮発性メモリ
に転送するので、更に高速動作が可能となり、不揮発性
メモリを高信頼度で長期間使用でき、頻繁にファイルの
更新を行うファイルシステムに適用できる。また、磁気
ディスク装置を用いずに安定にデータの保存ができるの
で、高速で振動衝撃に強いファイルシステムを得ること
ができるなどの効果がある。

【００６６】請求項４の発明によれば、、不揮発性メモ
リの記憶領域へのデータの書き込み回数が所定の回数以
上となった記憶領域の代わりに書き込み回数の少ない記
憶領域を割り当てるように構成したので、ファイル内容
の書き込みエラーを事前に防止でき、信頼性が高く、不
揮発性メモリの耐用期間を実質的に延長できる。更に、
データを一時的に揮発性メモリに記憶させて所定量のデ
ータ毎に該揮発性メモリから不揮発性メモリに転送する
ので、更に高速動作が可能となり、不揮発性メモリを高
信頼度で長期間使用でき、頻繁にファイルの更新を行う
ファイルシステムに適用できる。また、磁気ディスク装
置を用いずに安定にデータの保存ができるので、高速で
振動衝撃に強いファイルシステムを得ることができるな
どの効果がある。

【００６７】請求項５の発明によれば、本体部と別個に
設けた不揮発性メモリファイルシステムを用いるように
構成したので、不揮発性メモリが不良化した場合に該不
揮発性メモリのみ取り替えればよく、低コストに容易に
不揮発性メモリの交換が可能となる。更に、データを一
時的に揮発性メモリに記憶させて所定量のデータ毎に該
揮発性メモリから不揮発性メモリに転送するので、更に
高速動作が可能となり、不揮発性メモリを高信頼度で長
期間使用でき、頻繁にファイルの更新を行うファイルシ
ステムに適用できる。また、磁気ディスク装置を用いず
に安定にデータの保存ができるので、高速で振動衝撃に
強いファイルシステムを得ることができるなどの効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による不揮発性メモリファ
イルシステムのハードウェアの構成を示すブロック図で
ある。

【図２】図１の実施例の不揮発性メモリ及び揮発性メモ
リ内のデータ構造を示す図である。

【図３】図２（Ａ）のブロック管理領域のデータ構造を
示す図である。

【図４】図２（Ｂ）のバッファ管理領域のデータ構造を
示す図である。

【図５】図２（Ｂ）のバッファ管理領域のハッシュリス
トとバッファリストの内容を示す図である。

【図６】図１の実施例の記憶されたデータを読み出す場
合のアルゴリズムを示すフローチャートである。

【図７】図１の実施例のハッシュ値から対応するバッフ
ァブロックの番号を検索するときの状態を説明するバッ
ファリスト１３の一部を示す図である。

【図８】図１の実施例のデータを書き込む場合のアルゴ
リズムを示すフローチャートである。

【図９】図１の実施例の起動時及びシャットダウン時の
動作のアルゴリズムを示すフローチャートである。

【図１０】本発明の実施例２の不揮発性メモリ及び揮発
性メモリ内のデータ構造を示す図である。

【図１１】図１０の実施例の不揮発性メモリのブロック
管理領域７ａのデータ構造を示す図である。

【図１２】図１０の実施例の書き込み動作を示すライト
アルゴリズムの一部を示すフローチャートである。

【図１３】本発明の実施例３の不揮発性メモリのブロッ
ク管理領域のブロックリストと代替ブロックリストの構
造を示す図である。

【図１４】図１３の実施例のライトアルゴリズムの一部
を示すフローチャートである。

【図１５】本発明の実施例４のライトアルゴリズムの一
部を示すフローチャートである。

【図１６】本発明の実施例５のハードウェアの構成を示
すブロック図である。

【図１７】従来の非同期型の磁気ディスク装置の構成の
一例を示すブロック図である。

【図１８】図１７に示した非同期型の磁気ディスク装置
の電源投入時の動作を示すシーケンスフローチャートで
ある。

【符号の説明】

１ ＭＰＵ（記憶領域指定手段、制御手段、点検手段、
記憶領域割り当て手段、計数手段、比較手段、検索手
段） ２ 主メモリ ３ 揮発性メモリ ４ 不揮発性メモリ １５ インターフェース装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山根 丈知 神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番２号 三 菱電機株式会社制御製作所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 演算動作を制御するプログラムや各種定
   数等のデータを記憶した主メモリと、該データを一時的
   に記憶する揮発性メモリと、該揮発性メモリをバックア
   ップするバックアップ電源と、前記データを長期的に記
   憶する不揮発性メモリと、該不揮発性メモリの記憶領域
   に対応する前記揮発性メモリの記憶領域を指定する記憶
   領域指定手段と、該記憶領域指定手段の指定に従って前
   記揮発性メモリ中の未記憶の記憶領域に前記データを一
   時的に記憶させた後に所定量のデータ毎に前記不揮発性
   メモリに該揮発性メモリ中のデータを転送して記憶せし
   める制御手段とを備えたことを特徴とする不揮発性メモ
   リファイルシステム。
2. 【請求項２】 前記不揮発性メモリ中に、通常使用時に
   前記データを記憶する正規の記憶領域と、該正規の記憶
   領域に代替する代替的記憶領域とを設けるとともに、前
   記正規の記憶領域に記憶されたデータを点検する点検手
   段と、該点検手段の点検の結果前記データの書き込みエ
   ラーが発生していることが判定された正規の記憶領域の
   替わりに、前記データを記憶する記憶領域として前記代
   替的記憶領域を割り当てる記憶領域割り当て手段とを設
   けたことを特徴とする請求項１記載の不揮発性メモリフ
   ァイルシステム。
3. 【請求項３】 前記不揮発性メモリ中に、通常使用時に
   前記データを記憶する正規の記憶領域と、該正規の記憶
   領域に代替する代替的記憶領域とを設けるとともに、前
   記不揮発性メモリの記憶領域に前記データを書き込んだ
   回数を計数する計数手段と、該計数手段の計数値を所定
   の値と比較する比較手段と、該比較手段の比較の結果前
   記計数値が前記所定の値を超えていることが判定された
   正規の記憶領域の替わりに、前記データを記憶する記憶
   領域として前記代替的記憶領域を割り当てる記憶領域割
   り当て手段とを設けたことを特徴とする請求項１記載の
   不揮発性メモリファイルシステム。
4. 【請求項４】 前記不揮発性メモリへの前記データの書
   き込み回数を計数する計数手段と、該計数手段の計数し
   た計数値と所定の値とを比較する比較手段と、該比較手
   段の比較結果により前記書き込み回数が前記所定の値を
   超えた記憶領域が書き込み領域として指定されたときに
   前記書き込み回数の小さい記憶領域を検索する検索手段
   と、該検索手段による検索の結果書き込み回数の小さい
   記憶領域が検索されたときに、前記データ等を記憶する
   記憶領域として該書き込み回数の小さい記憶領域を割り
   当てる記憶領域割り当て手段とを設けたことを特徴とす
   る請求項１記載の不揮発性メモリファイルシステム。
5. 【請求項５】 前記不揮発性メモリを本体部と別個に設
   け、該不揮発性メモリを前記本体部に接続するインタフ
   ェース装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の不
   揮発性メモリファイルシステム。