JP2003085054A - フラッシュメモリを搭載した半導体記憶装置における装置寿命警告発生システムとその方法 - Google Patents

フラッシュメモリを搭載した半導体記憶装置における装置寿命警告発生システムとその方法

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Shinichi Mizoguchi
慎一 溝口
Masatoshi Kimura
正俊 木村
Takayuki Shinohara
隆幸 篠原
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フラッシュメモリが使用不可能となる前に、
寿命が近づいたことを確認できる半導体カード等のフラ
ッシュストレージデバイスを提供する。 【解決手段】 代替領域に制限のあるフラッシュメモリ
を搭載したフラッシュストレージデバイスにおいて、デ
ータの書き込み時にエラー発生有りと判定した場合に代
替領域への書き換えを行い、書き換え完了後、代替領域
の残数を算出し、算出された代替残数を設定値と比較チ
ェックし、代替残数が設定値より小さければ、警告を発
生し、寿命を超えて使用して機能障害が生じるといった
ことを未然に防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、書換え回数に制限
のあるフラッシュメモリを搭載した半導体カード等の半
導体記憶装置に関し、特に、書換えによる欠陥セクタを
予備の代替セクタで代替使用する半導体記憶装置におい
て、装置としての書換え寿命が近づいたことを警告する
機能を有する半導体記憶装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、フラッシュメモリを搭載した半導
体カード等の半導体記憶装置の大容量化が実現し、携帯
情報端末などの移動端末のみならずファクトリオートメ
ーション（以後「ＦＡ」という）機器でのデータ保管等
に、半導体カードが使用され始めている。特に、ＦＡ機
器では装置として高い耐環境性が要求されるため、従来
ハードディスクを搭載していたが、より高い耐環境性の
ある半導体カードをＦＡ機器で採用することが進められ
ている。
【０００３】また、フローティングゲート構造のメモリ
セルを有する不揮発性メモリであるフラッシュメモリを
搭載し、ハードディスク装置と互換のプロトコルでデー
タの書き込み／読出しが可能な、フラッシュＡＴＡＰＣ
カード、コンパクトフラッシュ（登録商標）カード、フ
ラッシュドライブ等の半導体記憶装置がハードディスク
装置の代替用として、各種分野の機器で採用が進められ
ている。
【０００４】フラッシュメモリはフロティングゲート構
造メモリを採用しており、書換え回数に有限の寿命があ
るため、一般に上記半導体記憶装置においては、フラッ
シュメモリの予備のセクタ（ブロック）を当該メモリ内
に確保しておき、書換えにより寿命に至った欠陥セクタ
（ブロック）を、前記予備のセクタ（ブロック）で代替
して使用することにより、装置としての書換え寿命の延
命を図っている。これにより、フラッシュメモリ素子の
セクタ（ブロック）当たりの書換え可能回数以上の書換
えが、半導体記憶装置として可能となる。
【０００５】しかし、このような半導体記憶装置におい
ても、メモリ素子内部に確保した代替セクタ（ブロッ
ク）を使い切った状態で、更なる書換えによる新たな欠
陥セクタ（ブロック）が発生すると、セクタ（ブロッ
ク）代替が不可となり、半導体記憶装置としての不具合
（書込みエラー）が発生する。
【０００６】このように、従来のフラッシュメモリを搭
載した半導体記憶装置においては、この代替セクタ（ブ
ロック）の消費状況をホスト装置へ知らせる手段が無か
ったために、当該装置を連続使用中に突然上記の書込み
エラー等の不具合が発生し、このエラー発生時点で初め
て、装置の寿命が判明していた。
【０００７】図８は、フラッシュメモリを搭載した半導
体カードを半導体記憶装置として使用した従来例を示す
ブロック図である。同図において、半導体カード８２
は、カード制御部８３とフラッシュメモリ８４と電源回
路８６を備え、カード制御部８３はＣＰＵ８５とバッフ
ァ部８８と誤り訂正符号化（以下「ＥＣＣ」という）回路
８９とを備え、カード制御部８３には発振子８７が連結
されている。上記構成のカード制御部８３は、外部シス
テム８１との間でＩ／Ｏ信号、アドレス信号、コントロ
ール信号等の各種データ信号の転送を行っている。
【０００８】以下、その動作内容について簡単に説明す
る。システム８１から入力されたコマンドの内容をカー
ド制御部８３が認識し、コマンドの実行に必要な各種制
御を行う。カード制御部８３で行われる動作は、基本的
にはカード制御部８３に内蔵したＣＰＵ８５の命令に基
づき実行される。フラッシュメモリ８４に対する書き込
みや読み出しは、カード制御部８３に内蔵したバッファ
部８８とのデータ転送により実現している。
【０００９】一般に、フラッシュメモリには書き換え寿
命があるため、半導体カードではこの書き換え寿命の延
命処置として代替領域を準備している。各種半導体カー
ドごとの代替領域については、１回の代替により書き換
わるサイズや全代替領域のサイズが、搭載するフラッシ
ュメモリの種別や制御方法の違いにより個別に設定管理
されている。
【００１０】現行の半導体カードでは、代替領域をすべ
て使用後に更に代替処理が必要となった場合に初めてシ
ステム８１に対してエラーを報告する設計となってお
り、代替領域の減少に伴うシステム８１への警告は実施
していない。即ち、代替領域をすべて使用してしまった
後でエラー報告があるまでは代替領域残数の無くなった
ことに気づくことができず、代替領域の減少程度をチェ
ックすることができなかった。このため、気付かぬ間に
書き換え可能な制限をオーバーしてフラッシュメモリが
使用不可能になり、装置の誤動作を招く等の不都合が生
じることがあった。
【００１１】また、ＦＡ機器等でフラッシュメモリを搭
載した半導体カードを使用する場合では、フラッシュメ
モリが書き換え寿命に達し、突然のエラーによりライン
の異常・停止等、システム上の機能障害が発生すること
も考えられるため、半導体カードの寿命が近づいたこと
を警告する方法を実現することが緊要であった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記課題を解
決するためになされたもので、フラッシュメモリを搭載
した半導体カードにおいて、書き換え代替領域の残数を
チェックし、フラッシュメモリが使用不可能となる前
に、フラッシュメモリの寿命が近づいたことを確認で
き、寿命を超えて使用して機能障害が生じるといったこ
とを未然に防止できる半導体カードの警報発生システム
およびその方法を提供することを目的とする。
【００１３】また、本発明は、セクタ（ブロック）単位
で書換えが可能なフラッシュメモリを搭載した半導体記
憶装置において、代替セクタ（ブロック）の消費状況を
確認するための新たなコマンドを使用し、当該コマンド
をホスト等の外部装置より入力することにより、代替セ
クタ（ブロック）の消費状況をホスト装置へ通知し、代
替セクタの残数が少なくなったことをホスト装置に通知
する機能を持たせ、システムの誤動作を招く等の不都合
が発生する前に、当該半導体記憶装置の交換時期をホス
ト装置に知らせることが可能な半導体記憶装置を提供す
ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の態様による半導体記憶装置は、代替
領域に制限のあるフラッシュメモリを搭載し、データの
書き込み・読み出しを行うカード型構成の半導体記憶装
置であって、データの書き込みにおいてエラー発生の有
無を判定するエラー判定部と、前記エラー発生が有ると
判定された場合は、前記代替領域へデータの書き換えを
行う代替書き換え処理部と、前記書き換え完了後、前記
代替領域の残数を算出する代替残数算出部と、前記算出
された代替残数を予め設定された所定値と比較する代替
残数チェック部と、前記代替残数が前記所定の設定値よ
り小さい値であれば、警告を発生する警告発生部、とを
備える。
【００１５】前記代替領域への書き換え処理部は、前記
フラッシュメモリの管理領域にある代替領域のスタート
およびエンドアドレスを管理している代替領域管理テー
ブルから代替領域スタートアドレスを確認することによ
り前記代替領域アドレスへ再書き込みを行い、書き換え
完了後に、前記管理領域にある論理物理変換テーブルと
代替領域管理テーブルを更新する構成としてもよい。
【００１６】本発明の第２の態様による半導体記憶装置
の警告発生システムは、外部システムとの間でコマンド
およびデータ転送を行い、データの書き込みにおいてエ
ラー発生の有無が判定するエラー判定部と、前記エラー
発生が有ると判定された場合は、前記代替領域への書き
換えを行う代替書き換え処理部と、前記書き換え完了
後、前記代替領域の残数を算出する代替残数算出部と、
前記算出された代替残数を予め設定された所定値と比較
する代替残数チェック部と、前記代替残数が前記所定の
設定値より小さい値であれば、警告を発生する警告発生
部、とを備えたことを特徴とする。
【００１７】本発明の第３の態様による半導体記憶装置
の警告発生方法は、データの書き込みにおいてエラー発
生の有無を判定する工程と、前記エラー発生が有ると判
定された場合は、前記代替領域への書き換えを行う工程
と、前記代替書き換え完了後、前記代替領域の残数を算
出する工程と、前記算出された代替残数を予め設定され
た所定値と比較する代替残数チェック工程と、前記代替
残数が前記所定の設定値より小さい値であれば、警告を
発生する工程、とを有することを特徴とする。
【００１８】上記構成および方法により、半導体カード
等の半導体記憶装置内部のフラッシュメモリへのデータ
書き込みにおいてエラーが発生した場合は、代替領域へ
の書き換えを実施した後、代替領域残数をチェックし、
代替領域残数が予め設定された所定値より小さい値であ
れば、半導体カードに備えられた警告発生部から警告を
発生する。これにより、半導体カード等の半導体記憶装
置から使用者へタイムリーに寿命の近いことを知らせる
ことができる。
【００１９】前記代替領域の残数を、外部システムから
発行される代替数チェックコマンドに基づいて算出して
もよい。これにより、外部システムからの代替残数チェ
ック要求があったときのみ警告の有無を判断することか
ら、使用者へ効果的に警告を発することができる。
【００２０】また、前記半導体記憶装置はレジスタを備
え、前記代替残数が判定チェックにおいて警告が必要と
なる値の場合、前記レジスタの特定のビットを立てるこ
とにより警告を認識する構成としてもよい。
【００２１】また、前記外部システムとの間に警告表示
信号を予め送受信し、前記代替残数チェック部において
警告が必要となる値であれば該警告表示信号がレベル変
化することにより、上記外部システムが前記半導体カー
ドからの警告を認識する構成としてもよい。これによ
り、外部システムからの要求があったときのみ警告の有
無を判断することにより、システムへ効果的に警告を発
することができる。
【００２２】また、前記代替残数算出部は代替領域残数
の確認を、前記半導体記憶装置の外部に設けたスイッチ
のオン動作により実行してもよい。これにより、外部シ
ステム側の動作状況とは独立して実現できることによ
り、システム側に負担をかけることなく半導体カード等
の半導体記憶装置の寿命チェックが可能となる。
【００２３】本発明の第４の態様によるフラッシュメモ
リを搭載した半導体記憶装置は、データの書き込みにお
いてエラー発生の有無を判定するエラー判定部と、前記
エラー発生が有ると判定された場合は、当該データを前
記代替領域へ書き込みを行う代替書き込み処理部と、代
替領域残数確認用コマンドを受け入れるコマンド受け入
れ手段と、前記書き込み完了後、前記代替領域残数確認
用コマンドを用いて前記代替領域の残数を算出する代替
領域残数算出部と、前記算出された代替領域残数を予め
設定された所定値と比較する代替領域残数チェック部
と、を備える。
【００２４】上記構成により、代替セクタ数をモニタ管
理することが可能となり、代替セクタを使い尽くしたこ
とによって生じる装置の書込みエラーが発生する前に、
当該装置の交換時期を察知できるという効果が得られ
る。
【００２５】前記代替領域残数確認用コマンドの入力お
よび応答手順は、非データ転送系コマンドプロトコルで
あってもよい。
【００２６】また、前記代替領域残数確認用コマンドは
外部ホスト装置から入力され、該コマンドの入力に対し
て、前記代替領域残数算出部は、搭載されている各フラ
ッシュメモリの前記代替領域にある良品セクタ数のカウ
ント値の中の最小値を当該半導体装置の代替セクタ残数
として決定し、該決定された代替セクタ残数と前記予め
設定された所定値との大小を比較し、該決定された代替
セクタ残数が前記所定値以下の場合は、該決定された代
替セクタ数を前記ホスト装置に通知する構成としてもよ
い。これにより、ホスト装置は当該記憶装置の代替セク
タの残数を読み取ることができる。
【００２７】また、前記代替領域残数確認用コマンドに
対する応答として、代替セクタの消費状況に応じた規定
のコードを返信する構成としてもよい。これにより、ホ
スト装置は、当該コマンド実行後の戻り値をチェックす
るだけで、当該記憶装置の交換要否を容易に判定するこ
とができるという効果が得られる。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の実施の形態について説明する。なお、各図において
共通する要素には同一の符号を付し、重複する説明につ
いては省略している。
【００２９】図１は、本発明の実施の形態による半導体
記憶装置として半導体カードを使用したデータの書き込
み・読み出しシステムの基本構成を示すブロック図であ
る。同図において、半導体カード１２は、カード制御部
１３とフラッシュメモリ１４と電源回路１６を備え、カ
ード制御部１３はＣＰＵ１５とバッファ部１８と誤り訂
正符号化（ＥＣＣ）回路１９とを備え、カード制御部１
３には発振子１７が連結されている。上記構成のカード
制御部１３は、外部システム１１との間でＩ／Ｏ信号、
アドレス信号、コントロール信号等の各種データ信号の
送受信を行っている。半導体カード１２は、更に警告発
生部（ＬＥＤ２１）を備え、ＬＥＤ制御部２０等の制御
に基づいて警告を発生する。
【００３０】カード制御部１３で行われる動作は、基本
的にはカード制御部１３に内蔵したＣＰＵ１５の命令に
基づき実行される。フラッシュメモリ１４に対するデー
タの書き込みや読み出しは、カード制御部１３に内蔵し
たバッファ部１８を介したデータ転送により実現してい
る。このバッファ部１８は、フラッシュメモリ１４から
読み出されるデータの種類、例えば、カード内部で必要
な管理データやシステムからのデータなどにより、サイ
ズの異なる複数のバッファを有する構成としている。
【００３１】図２は、本発明の実施の形態による半導体
カードのデータ書込み基本動作を示す模式図である。同
図において、半導体カード内部のフラッシュメモリへの
データ書き込みコマンドがシステム１１からバッファ部
に入力されると（Ｓ１）、フラッシュメモリでの当該デ
ータの対応アドレスが求められ（Ｓ２）、確認されたア
ドレスのデータの書き込みが開始される（Ｓ３）。次
に、データの書き込みにおいてエラー（不具合）発生の
有無が判定され（Ｓ４）、エラー（不具合）の発生が無
い場合は、正常な書き込み動作が行われる（Ｓ５）。
【００３２】エラー（不具合）発生が有ると判定された
場合は、代替領域への書き換えを実施し（Ｓ６）、書き
換え完了後、代替領域の残数が算出される（Ｓ７）。こ
の算出された代替残数を予め設定された所定値と比較チ
ェックし（Ｓ８）、代替残数が設定値より小さい値であ
れば、半導体カードに備えられた警告発生部から警告を
発生する（Ｓ９）。
【００３３】上記構成により、半導体カード内部のフラ
ッシュメモリへのデータ書き込みにおいてエラーが発生
した場合は、代替領域への書き換えを実施した後、代替
領域残数をチェックし、代替領域残数が予め設定された
所定値より小さい値であれば、半導体カードに備えられ
た警告発生部から警告を発生する。これにより、半導体
カードから使用者へタイムリーに寿命の近いことを知ら
せることができる。
【００３４】
【実施例１】本実施例では、外部システム１１からのデ
ータ書き込みコマンドにより、半導体カード内部のフラ
ッシュメモリへのデータ書き込み動作において、フラッ
シュメモリからの書き込みエラー応答が発生した場合
や、カード制御部が書き込みエラーが発生したと判断し
た場合について、図１及び図２を用いて説明する。
【００３５】電源回路１６のパワーオン（ＯＮ）によ
り、システム１１から入力されたコマンドの内容をカー
ド制御部１３が認識し、コマンドの実行に必要な各種制
御を開始する。フラッシュメモリ１４に対するデータの
書き込みは、カード制御部１３に内蔵したバッファ部１
８とのデータ転送により実現している。
【００３６】エラー発生に対する警告発信にいたる手順
例として、システム１１からのデータ書き込み要求時に
行われる警告について説明する。先ず、システム１１か
らのデータ書き込み要求に対して、カード制御部１３が
書き込み可能アドレスと判断すれば、システム１１から
の書き込みデータをバッファ部１８で受け取りながら、
図３に示すような管理領域３１にある論理物理変換テー
ブルの値を読み出し、システムから要求されたアドレス
（論理アドレス）に対して、書き込むべきフラッシュメ
モリ１４へのアドレス（論理アドレス）を確認する。
【００３７】管理領域とは、システム１１からの書き込
みや読み出しが不可の領域であり、半導体カード１２の
内部動作に必要な各種データ（例えば、ファームウェ
ア、変換テーブル等）を格納、管理する領域であり、図
３に示すように、上記論理物理変換テーブルを有すると
ともに、代替領域のスタートおよびエンドアドレスを管
理している代替領域管理テーブルも有している。管理領
域のデータは、電源回路１６のパワーオン（Power On）
時にカード制御部１３にあるＲＡＭ領域へ、フラッシュ
メモリ１４からロードされ、その内容は、フラッシュメ
モリ１４への書き換えを含み、随時変更されている。
【００３８】バッファ部１８にてシステム１１からのデ
ータ受け取りを完了した後、書き込むべきフラッシュメ
モリ１４へデータの書き込みを実行する（図２のＳ３参
照）。フラッシュメモリ１４への書き込みは、フラッシ
ュメモリ１４への書き込みコマンドを実行し、書き込み
処理自体はフラッシュメモリ１４に任せる。
【００３９】フラッシュメモリ１４への書き込み途中に
おいて、規定された書き込み時間をオーバーした等のフ
ラッシュメモリ１４への書き込みエラーが発生したと判
断した場合、管理領域にある代替領域のスタートおよび
エンドアドレスを管理している前述の代替領域管理テー
ブル（図３参照）から代替領域スタートアドレスを確認
し、バッファ部１８にある入力データをその代替領域ア
ドレスへ再書き込みを行う（図２のＳ６参照）。
【００４０】代替領域への書き込みが正常に完了すれ
ば、管理領域３１にある論理物理変換テーブルと代替領
域管理テーブルを更新する。代替領域管理テーブル更新
後に、代替領域残数を計算し（図２のＳ７参照）、設定
値より代替領域残数が少なくなっていれば（Ｓ８でＹＥ
Ｓの場合）、カード制御部１３はＬＥＤ制御部２０へ連
絡し、警告発生部ＬＥＤ２１を発光させる等の点灯表示
することで、使用者に対して警告通知する。
【００４１】上記例では、データについては、システム
１１からの書き込みデータとなっているが、システム１
１とのデータ転送を伴わない管理領域のデータであった
としても、代替領域へのデータ書き込みを実施した後に
代替領域残数を確認し、設定値よりも小さい値であれば
警告を発生する。
【００４２】このように本実施例では、半導体カード内
部のフラッシュメモリ１４へのデータ書き込みにおいて
エラーが発生した場合は、代替領域への書き換えを実施
した後、代替領域残数をチェックし、代替領域残数が予
め設定された値より小さい値であれば、半導体カード１
２に備えられたＬＥＤ制御部２０およびＬＥＤ２１等の
点灯表示を用いて警告を発生することにより、半導体カ
ード１２から使用者へタイムリーに警告を発することが
できる。
【００４３】なお、本実施例では警告の発生をＬＥＤ制
御部２０とＬＥＤ２１で構成した点灯表示を用いる構成
としたが、例えば図４に示すように、ＬＥＤによる点灯
表示の代わりに音声制御部４１とスピーカ４２を用いて
音声警報を発生する構成とすることもできる。
【００４４】
【実施例２】本実施例では、実施例１で説明した警告発
信への手順における代替領域残数の確認工程（図２のＳ
７）を、システム１１からのコマンドにより実現し、必
要に応じて警告を発するものである。
【００４５】警告発生への手順を以下に説明する。シス
テム１１から代替残数チェックコマンドを発行し、カー
ド制御部１３は、代替残数チェックコマンドに基づいて
管理領域３１にある代替領域のスタートおよびエンドア
ドレスを管理している代替領域管理テーブルから代替残
数を計算し（図２のＳ７）、代替残数チェック工程（図
２のＳ８）において警告が必要となる値であると判定さ
れれば、ＬＥＤ２１や音声スピーカ４２を使用して警告
を発する。
【００４６】本実施例では、システム１１からの代替残
数チェック要求があったときのみ警告の有無を判断する
ことから、使用者へ効果的に警告を発することができ
る。尚、代替セクタ残数の確認用コマンドの詳細な実施
形態については、実施例５、６において図１２および図
１３を参照して後述する。
【００４７】
【実施例３】本実施例では、実施例１、２で説明した警
告発信への手順におけるシステム１１及び使用者への警
告（図２のＳ９）を、カード制御部１３にレジスタ４３
を設け、システムから読み出し可能なレジスタの特定ビ
ットを立てることにより実現するものである。
【００４８】図５は本実施例の構成を示すブロック図で
ある。同図を用いて警告発生への手順を以下に説明す
る。システム１１から代替残数チェックコマンドが発行
されると、管理領域３１にある代替領域のスタートおよ
びエンドアドレスを管理している代替領域管理テーブル
から代替残数を計算し（図２のＳ７）、代替残数チェッ
ク工程（図２のＳ８）において警告が必要となる値であ
れば、システム１１から読み出し可能なレジスタ４３の
規定されたある特定のビットを立て、システム１１がそ
の値を読み出すことによって警告を認識する。
【００４９】また、図６に示す構成例では、レジスタに
よる警告ではなく、システム１１との間に警告表示信号
を予め準備し、例えば、この警告表示信号がＨレベルに
なれば、システム１１が半導体カード１２から警告があ
ったと判断するように構成してもよい。
【００５０】本実施例では、システム１１からの要求が
あったときのみ警告の有無を判断することにより、シス
テムへ効果的に警告を発することができる。
【００５１】
【実施例４】本実施例では、代替領域残数の確認を、半
導体カード１２の外部に設けたスイッチ７１により実現
し、必要な場合に警告を発することを特徴とする。
【００５２】図７は本実施例の構成を示すブロック図で
ある。同図において、半導体カード１２は外部スイッチ
７１を制御するスイッチ制御部７２と独自の電源電池７
３を備える。
【００５３】上記構成において、警告発生への手順を以
下に説明する。スイッチ７１をオン（ＯＮ）することに
より、管理領域にある代替領域のスタートおよびエンド
アドレスを管理している代替領域管理テーブルから代替
領域残数を計算し（図２のＳ７）、代替残数チェック工
程（図２のＳ８）において警告が必要となる値であれ
ば、ＬＥＤ２１や音声スピーカ４２を使用して警告を発
する。
【００５４】本実施例では、システム１１側の動作状況
とは独立して実現できることにより、システム１１側に
負担をかけることなく半導体カードの寿命チェックが可
能となる。また、半導体カード１２への非アクセス時に
は、半導体カード１２に対して電圧印加しないシステム
１１の場合には、半導体カード１２の内部に電池７３を
内蔵させることにより、電圧非印加時でも警告発生への
手順を実行可能としている。
【００５５】
【実施例５】本実施例では、書換えによる欠陥セクタを
予備の代替セクタで代替使用するフラッシュメモリを搭
載した半導体記憶装置において、欠陥セクタの代替用と
して予備搭載された代替セクタの残数が少なくなったこ
とをホスト装置に通知する機能を持たせるために、代替
セクタの残数確認用のコマンドを新たに設けた構成を例
示している。
【００５６】図９は、本発明の第５の実施例に係る半導
体記憶装置の内部機能の基本構成を示すブロック図であ
る。本実施例においては、ストレージフラッシュメモリ
として２５６ＭｂのＡＮＤ型フラッシュメモリを採用
し、ＡＴＡインターフェース（Ｉ／Ｆ）を有する構成の
半導体記憶装置を例示している。
【００５７】同図において、半導体記憶装置９１は、フ
ラッシュＡＴＡコントローラ９２と、ＡＮＤ型フラッシ
ュメモリ９３と、発振子９４とを備え、ホスト装置９５
と接続された状態で使用される。フラッシュＡＴＡコン
トローラ９２は、ＣＰＵ９２１と、ＣＰＵ９２１の命令
コードが格納されるＲＯＭ９２２と、作業領域として使
用されるＲＡＭ９２３と、ホスト装置９５とのインター
フェース（Ｉ／Ｆ）を実現するホストＩ／Ｆ回路９２４
と、ＣＰＵ９２１の指示により内部データ転送／タイミ
ングを制御するシーケンサ９２５と、セクタバッファ９
２７と、フラッシュＩ／Ｆ回路９２８と、発振回路９２
９とを備え、シーケンサ９２５は誤り訂正符号化／復号
化（ＥＣＣ）回路９２６を有する。発振回路９２９は発
振子９４と接続され、ＣＰＵ９２１及びシーケンサ９２
５の動作に必要なクロックを生成する。
【００５８】本実施例の半導体記憶装置９１は、パーソ
ナルコンピュータの外部記憶装置用Ｉ／Ｆとして普及し
ているＡＴＡ仕様のプロトコルに基づき動作する構成と
している。
【００５９】図１０は、本実施例で使用する２５６Ｍｂ
AND型フラッシュメモリ（Ｍ５Ｍ２９Ｆ２５６１１Ｖ
Ｐ）のセクタ構成を示す。このAND型フラッシュメモリ
は、（２０４８＋６４）バイトのサイズを有する１６３
８４個の物理セクタから構成され、セクタアドレスとコ
ラムアドレスを指定することによりセクタ単位での読出
し／書込み／消去の基本動作が行われる。本実施例にお
けるAND型フラッシュメモリは、初期的なセクタ不良を
全セクタ数の２％まで許容したＭＧＭ（Mostly Good Me
mory）であり、そのセクタが使用可能かどうかは、各セ
クタの８２０Ｈから８２５Ｈのコラムアドレスの位置に
書込まれている良品コードを読み出すことにより判断可
能としている。
【００６０】図１１は、本実施例の半導体記憶装置に使
用されるｎ個の２５６ＭｂAND型フラッシュメモリ（チ
ップ１〜チップｎ）の各セクタの良・不良状況を示す。
各フラッシュメモリは、先頭の数セクタに各メモリデバ
イス毎の良品セクタの分布状態を示す論理／物理アドレ
ス変換テーブルが格納される管理領域と、実際にユーザ
データが読み書きされるユーザ領域と、ユーザ領域のセ
クタの書換えにより発生する欠陥セクタを代替するため
の予備のセクタとして使用される代替領域とに区分して
使用される。各メモリのユーザ領域および代替領域のス
タートアドレスは各メモリの管理領域内に記載され、且
つ、個々のセクタのコントロールバイト（図１０参照）
の規定の位置に、当該セクタの属性を示すフラグ情報が
格納される。このフラグ情報を読み出すことにより、Ｃ
ＰＵ９２１は、当該セクタが管理情報格納セクタである
か、ユーザデータ格納セクタであるか、それとも代替領
域の予備セクタであるかを知ることができる。
【００６１】本実施例に係る半導体記憶装置において
は、上記代替セクタ領域に存在し、代替セクタとして使
用可能な良品セクタの残数をカウントする機能を、ＡＴ
Ａ仕様における非データ転送系コマンド（Non-data Com
mand）プロトコルで実現している。即ち、代替セクタ数
カウントコマンドを受信すると、半導体記憶装置内部の
ＣＰＵ９２１は、搭載されているフラッシュメモリのそ
れぞれの代替セクタ数をカウントする構成である。
【００６２】図１２は、代替セクタ数カウントコマンド
実行時の設定パラメータおよび実行後の各レジスタの値
を示す。上記代替セクタ数カウントコマンドの実行は、
実行するドライブ（デバイス）のドライブ番号 (DRV)
を Drive/Head Register（ドライブ／ヘッドレジスタ）
の Driveビットにセットした後、Command Register（コ
マンドレジスタ）にコマンドコード（Ｆ０ｈ）を書込む
ことにより実行される。コマンドが書込まれると、ドラ
イブ（デバイス）は Status Register（ステイタスレジ
スタ）の busy（ビジー：ＢＳＹ）ビットをセットす
る。
【００６３】次に、ＣＰＵ９２１は、搭載されている各
フラッシュメモリの代替領域にある良品セクタ数をカウ
ントし、それらの中の最小値を当該ドライブの代替セク
タ数(RepSecCount) として Sector Count Register（セ
クタカウントレジスタ）にセットし、busyビットをクリ
アして割込みを発生する。代替セクタが所定数２５５個
以上存在する場合は、Sector Count Register（セクタ
カウントレジスタ）にはＦＦｈがセットされ、ホスト装
置は、当該ドライブにはまだ充分な代替セクタが存在し
ていることを知ることができる。代替セクタ数が２５５
個より少ない場合は、その数量がそのまま１６進数表示
で Sector Count Register にセットされ、ホスト装置
は当該ドライブの代替セクタの残数を読み取ることがで
きる。
【００６４】ホスト装置は上記コマンドを定期的に実行
することにより、ドライブの代替セクタ数をモニタ管理
することが可能となり、ドライブの交換時期を察知で
き、代替セクタを使い尽くしたことによって生じるドラ
イブの書込みエラーの発生を防止することができるとい
う効果が得られる。
【００６５】
【実施例６】図１３は、本発明の第６の実施例に係る、
代替セクタ状況チェックコマンド (Check Replace Cond
ition Command) の実行時および実行後の各レジスタの
値を示す。本実施例では、代替セクタ状況チェエクコマ
ンド実行後のドライブのホスト装置への応答として、代
替セクタ残数 (RepCode) をそのまま Sector Count Reg
ister（セクタカウントレジスタ）にセットするのでは
なく、図１３に示すように、代替セクタ残数に応じて、
セクタ消費状況を例えば３段階００ｈ，０Ｆｈ，ＦＦｈ
等で表示するようにしている。
【００６６】即ち、代替セクタ状況チェックコマンドに
対し、各フラッシュメモリの中の最小の代替セクタ数を
求め、その値がある既定値よりも多いか少ないかを比較
し、その比較結果を半導体記憶装置の代替セクタ消費状
況としてホスト装置に返す。例えば、代替セクタ残数が
初期値の５０％以上の場合は００ｈ、初期値の１０％以
上５０％未満の場合は０Ｆｈ、初期値の１０％未満の場
合はＦＦｈをＲｅｐＣｏｄｅとしてセクタカウントレジ
スタにセットする。
【００６７】これにより、ホスト装置は、当該コマンド
実行後の Sector Count Register（セクタカウントレジ
スタ）の値がＦＦｈであるかどうかをチェックするだけ
で、ドライブの交換要否を容易に判定することができる
という効果が得られる。
【００６８】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、フラッ
シュメモリを搭載した半導体カードにおいて、書き換え
代替領域の残数をチェックし、フラッシュメモリが使用
不可能となる前に、フラッシュメモリの寿命が近づいた
ことを確認でき、寿命を超えて使用して機能障害が生じ
るといったことを未然に防止でき、システムの信頼性を
高めることができる。
【００６９】また、本発明のフラッシュメモリを搭載し
た半導体記憶装置によれば、代替セクタ（ブロック）の
消費状況を確認するための新たなコマンドを設け、当該
コマンドをホスト装置より入力することにより、代替セ
クタの消費状況をホスト装置へ通知し、代替セクタの残
数が少なくなったことをホスト装置に通知する機能を持
たせたので、システムの誤動作を招く等の不都合が発生
する前に、装置の交換時期をホスト装置に知らせること
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る半導体カードの警報発生システ
ムの基本構成を示すブロック図
【図２】 本発明に係る半導体カードの基本動作を示す
フロー図
【図３】 本発明に係る半導体カード内の管理領域の構
成を示す模式図
【図４】 本発明に係る半導体カードの警報発生システ
ムの他の構成例を示すブロック図
【図５】 本発明に係る半導体カードの警報発生システ
ムの他の構成例を示すブロック図
【図６】 本発明に係る半導体カードの警報発生システ
ムの他の構成例を示すブロック図
【図７】 本発明に係る半導体カードの警報発生システ
ムの他の構成例を示すブロック図
【図８】 従来の半導体カードの構成を示すブロック図
【図９】 本発明に係るフラッシュストレージデバイス
の基本構成を示すブロック図
【図１０】 本発明に係るフラッシュストレージデバイ
スに使用されるAND型フラッシュメモリのセクタ構成を
示す模式図
【図１１】 本発明に係るフラッシュストレージデバイ
スに使用されるAND型フラッシュメモリの各セクタの状
況を示す模式図
【図１２】 本発明に係る代替セクタ数カウントコマン
ド実行時の設定パラメータおよび実行後の各レジスタの
値を示す図
【図１３】 本発明に係る代替セクタ状況チェックコマ
ンド実行時および実行後の各レジスタの値を示す図
【符号の説明】
１１ 外部システム、 １２ 半導体カード、 １３
カード制御部、 １４、９３ フラッシュメモリ、 １
５、９２１ ＣＰＵ、 １６ 電源回路、 １８ バッ
ファ部、 １９、９２６ ＥＣＣ回路、 ２０ ＬＥＤ
制御部、 ２１ＬＥＤ、 ３１ 管理領域、 ４１ 音
声制御部、 ４２ スピーカ、 ４３レジスタ、 ７１
外部スイッチ、 ７２ スイッチ制御部、 ９１ 半
導体記憶装置、 ９２ フラッシュＡＴＡコントロー
ラ、 ９４ 発振子、 ９５ホスト装置、 ９２２ Ｒ
ＯＭ、 ９２３ ＲＡＭ、 ９２４ ホストＩ／Ｆ、９
２５ シーケンサ、 ９２７ セクタバッファ、 ９２
８ フラッシュＩ／Ｆ、 ９２９ 発振回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ１１Ｃ 29/00 ６３１ Ｇ１１Ｃ 17/00 ６０１Ｅ ６０１Ｐ (72)発明者 篠原 隆幸 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5B018 GA04 HA23 KA02 KA13 KA18 MA23 NA06 QA15 5B025 AD00 AE08 AE09 5B065 BA09 EA13 EA19 EK03 5L106 AA10 BB01 BB12 GG05

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 代替領域に制限のあるフラッシュメモリ
    を搭載し、データの書き込み・読み出しを行う半導体記
    憶装置であって、 データの書き込みにおいてエラー発生の有無を判定する
    エラー判定部と、 前記エラー発生が有ると判定された場合は、前記代替領
    域へデータの書き換えを行う代替書き換え処理部と、 前記代替書き換え完了後、前記代替領域の残数を算出す
    る代替残数算出部と、 前記算出された代替残数を予め設定された所定値と比較
    する代替残数チェック部と、 前記代替残数が前記所定の設定値より小さい値であれ
    ば、警告を発生する警告発生部、とを備えたことを特徴
    とする半導体記憶装置。
  2. 【請求項２】 前記代替領域への書き換え処理部は、前
    記フラッシュメモリの管理領域にある代替領域のスター
    トおよびエンドアドレスを管理している代替領域管理テ
    ーブルから代替領域スタートアドレスを確認することに
    より前記代替領域アドレスへ再書き込みを行い、書き換
    え完了後に、前記管理領域にある論理物理変換テーブル
    と代替領域管理テーブルを更新する請求項１記載の半導
    体記憶装置。
  3. 【請求項３】 前記代替領域の残数を、外部システムか
    ら発行される代替数チェックコマンドに基づいて算出す
    る請求項１記載の半導体記憶装置。
  4. 【請求項４】 前記半導体記憶装置はレジスタを備え、
    前記代替残数が判定チェックにおいて警告が必要となる
    値の場合、前記レジスタの特定のビットを立てることに
    より、警告を認識する請求項１〜３のいずれか１項に記
    載の半導体記憶装置。
  5. 【請求項５】 前記外部システムとの間に警告表示信号
    を予め送受信し、前記代替残数チェック部において警告
    が必要となる値であれば該警告表示信号がレベル変化す
    ることにより、上記外部システムが前記半導体記憶装置
    からの警告を認識する請求項１〜３のいずれか１項に記
    載の半導体記憶装置。
  6. 【請求項６】 前記代替残数算出部は代替領域残数の確
    認を、前記半導体記憶装置の外部に設けたスイッチのオ
    ン動作により実行することを特徴とする請求項１〜３の
    いずれか１項に記載の半導体記憶装置。
  7. 【請求項７】 外部システムとの間でコマンドおよびデ
    ータ転送を行い、代替領域に制限のあるフラッシュメモ
    リを搭載し、データの書き込み・読み出しを行う半導体
    記憶装置の警告発生システムであって、 データの書き込みにおいてエラー発生の有無を判定する
    エラー判定部と、 前記エラー発生が有ると判定された場合は、前記代替領
    域への書き換えを行う代替書き換え処理部と、 前記書き換え完了後、前記代替領域の残数を算出する代
    替残数算出部と、 前記算出された代替残数を予め設定された所定値と比較
    する代替残数チェック部と、 前記代替残数が前記所定の設定値より小さい値であれ
    ば、警告を発生する警告発生部、とを備えたことを特徴
    とする半導体記憶装置の警告発生システム。
  8. 【請求項８】 代替領域に制限のあるフラッシュメモリ
    を搭載し、データの書き込み・読み出しを行う半導体記
    憶装置における警告発生方法であって、 データの書き込みにおいてエラー発生の有無を判定する
    工程と、 前記エラー発生が有ると判定された場合は、前記代替領
    域への書き換えを行う工程と、 前記代替書き換え完了後、前記代替領域の残数を算出す
    る工程と、 前記算出された代替残数を予め設定された所定値と比較
    する代替残数チェック工程と、 前記代替残数が前記所定の設定値より小さい値であれ
    ば、警告を発生する工程、とを有することを特徴とする
    半導体記憶装置における警告発生方法。
  9. 【請求項９】 書換回数に制限のあるフラッシュメモリ
    を搭載し、当該フラッシュメモリ内に、書換により発生
    する欠陥部分を代替するための予備の代替領域を設けた
    半導体装置であって、 データの書き込みにおいてエラー発生の有無を判定する
    エラー判定部と、 前記エラー発生が有ると判定された場合は、当該データ
    を前記代替領域へ書き込みを行う代替書き込み処理部
    と、 外部装置からの代替領域残数確認用コマンドを受け入れ
    るコマンド受け入れ手段と、 前記書き込み完了後、前記代替領域残数確認用コマンド
    に応答して、前記代替領域の残数を算出する代替領域残
    数算出部と、 前記算出された代替領域残数を予め設定された所定値と
    比較する代替流域残数チェック部と、を備えたことを特
    徴とする半導体記憶装置。
  10. 【請求項１０】 セクタ単位での書換えが可能な前記各
    フラッシュメモリは、各メモリデバイス毎の良品セクタ
    の分布状態を示す論理／物理アドレス変換テーブルを格
    納する管理領域と、ユーザデータを格納するユーザ領域
    と、欠陥セクタを代替するための代替領域とを備え、各
    メモリデバイスのユーザ領域および代替領域のスタート
    アドレスは各メモリデバイスの管理領域内に記載され、
    各セクタ内の所定バイト位置に、当該セクタの属性を示
    すフラグ情報を格納する請求項９記載の半導体記憶装
    置。
  11. 【請求項１１】 前記代替領域残数確認用コマンドの入
    力および応答手順は非データ転送系コマンドプロトコル
    である請求項９記載の半導体記憶装置。
  12. 【請求項１２】 前記代替領域残数確認用コマンドは外
    部ホスト装置から入力され、該コマンドの入力に対し
    て、前記代替領域残数算出部は、各メモリデバイスの前
    記代替領域にある良品セクタ数のカウント値の中の最小
    値を当該半導体記憶装置の代替セクタ残数として決定
    し、該決定された代替セクタ残数と前記予め設定された
    所定値との大小を比較し、該決定された代替セクタ残数
    が前記所定値以下の場合は、該決定された代替セクタ数
    を前記ホスト装置に通知する請求項９記載の半導体記憶
    装置。
  13. 【請求項１３】 前記代替領域残数確認用コマンドに対
    する応答として、代替セクタの消費状況に応じた規定の
    コードを返信する請求項９〜１２のいずれか１項に記載
    の半導体記憶装置。
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