JP3956305B2 - 不揮発性半導体記憶装置およびデータ処理装置 - Google Patents
不揮発性半導体記憶装置およびデータ処理装置 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばハンドヘルドコンピュータ、電子手帳、携帯電話装置およびメモリカードリーダなどに用いられ、データの書き込み、消去または読み出しを可能とする不揮発性半導体装置、これをデータ記憶媒体として用いたデータ処理装置に関に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の不揮発性半導体装置は、コードストレージ型メモリとして、NOR型と称されるメモリアレイ構造を有するフラッシュメモリとして、例えばハンドヘルドコンピュータ、電子手帳、携帯電話装置およびメモリカードリーダなどに用いられて全盛である。フラッシュメモリは、不揮発でかつ書き換え可能という特性を持っており、この特性からメモリ内容を容易に修正することができる。この結果、フラッシュメモリは、メモリ内容の修正が困難であるマスクROMに取って代わり、コードストレージ型メモリとして急速に浸透していった。
【0003】
図10は、フラッシュメモリをコードストレージ形メモリとして用いた従来のデータ処理装置の要部構成を示すブロック図である。
【0004】
図10において、データ処理装置30は、データの書き込み、消去または読み出しを可能とする不揮発性半導体装置であるフラッシュメモリ31と、フラッシュメモリ31に対して書き込み処理、消去処理および読み出し処理を実行するプロセッサ32と、フラッシュメモリ31とプロセッサ32間には各種データを送信するたに接続された複数のバスとを備えている。
【0005】
フラッシュメモリ31は、メモリアレイと、メモリアレイに対して書き込み動作および消去動作を制御する書き込み/消去制御回路(WSM、Write State Mchine)とを有している。
【0006】
プロセッサ32は、該割り込み信号入力部32aを備え、書き込み/消去ルーチン処理部32bと、割り込みルーチン処理部32cとを実行する。この際にサスペンドコマンドをフラッシュメモリ31に与えて書き換え動作を一時的に中断させ、読み出しモードに切り替える後述のソフトウェア・デュアルワーク方式を用いている。
【0007】
バスは、コードストレージ型メモリとしてSRAMを用いた場合のバスに等しい。このバス構成により、プロセッサ32は、フラッシュメモリ31より、直接、自らが動作する命令の種類を表すインストラクション・コード(命令コード)を取り込むとともに、このインストラクション・コードに応じた命令処理を実行する。
【0008】
以下に、ここで用いられるソフトウェア・デュアルワーク方式について、その前提となるフラッシュメモリの問題点から説明する。
【0009】
フラッシュメモリをコードストレージ型メモリとして用いる場合には、プロセッサが要求するタイミングで常にプログラムコードにアクセスできることが要求される。フラッシュメモリをROM(コードストレージ型メモリ)として使用する限り、この点については全く問題がない。
【0010】
しかしながら、データ処理装置30において、コードストレージ機能だけではなく、フラッシュメモリ31の書き換え機能(書き込み機能および消去機能)を利用してデータストレージ機能をフラッシュメモリ31に併せ持たせようとするニーズがある。
【0011】
フラッシュメモリ31をデータストレージ型メモリとして使用する場合、以下の第1および第2の問題が発生する。
【0012】
第1に、フラッシュメモリ31の書き換え処理はSRAMやDRAMに比して非常に長いレイテンシを必要とする(時間がかかる)。
【0013】
第2に、プロセッサ32はフラッシュメモリ31の書換え動作中にフラッシュメモリ31のメモリアレイに記憶されたデータを読み出すことができない。書換え動作中にメモリアレイのデータを読み出すことができないのは、フラッシュメモリ31では、書き換え動作中にフラッシュメモリ31内部のレジスタの格納内容が出力されるためである。
【0014】
上記理由から、フラッシュメモリ31をデータストレージ型メモリとして使用する書き換えを前提としたデータ処理装置30では、i)書換え動作中に、フラッシュメモリ31上のメモリアレイに対する読み出し(すなわち割り込み処理)を発生させてはならないこと、およびii)書き換え用のプログラムコードを含め、書き換え中に実行しなければならないプログラムをフラッシュメモリ31に配置してはならないことなどの制約を受ける。
【0015】
i)は、書き換え動作中に外部からフラッシュメモリ31にアクセス要求があった場合には、アクセス要求に対するフラッシュメモリ31の応答時間が長くなることを意味し、ii)は、データ処理装置30のシステム設計の自由度が著しく損なわれることを意味する。
【0016】
上記制約i)およびii)を緩和する方法としては、1)ハードウェア・デュアルワーク方式と、2)ソフトウェア・デュアルワーク方式がある。
【0017】
1)ハードウェア・デュアルワーク方式
フラッシュメモリ31のメモリアレイ部を複数のバンクに分割する。書き換えによってアクセス不可能になるメモリアレイを同じバンク内のメモリアレイにのみ限定することにより、別のバンク内のメモリアレイからの任意の読み出し動作を可能にする。このように、メモリアレイ部を複数のバンクに分割することにより、データの書き換えを行うメモリアレイと、プログラムコードが記憶されるメモリアレイとを互いに独立動作させることができる。これにより、書き換え動作と読み出し動作との同時性が保障される。さらに、バンク構成に合わせてコードおよびデータ配置を切り分けることにより、上述したように書き換え動作と読み出し動作との同時性が保障され、データの書き換えに際してコードフェッチ(命令読み出し動作)が阻害されることは決してない。この方式の一例は、特許文献1に開示されている。
【0018】
2)ソフトウェア・デュアルワーク方式
ソフトウェアを用いてフラッシュメモリ31の動作状態を動的に制御することにより、外部入力されてから応答までのレスポンスを向上させる。具体的には、フラッシュメモリ素子の動作を中断するサスペンドコマンドと、中断された動作を再開するレジュームコマンドとをフラッシュメモリ31に活用する。ソフトウェアにより、書き換え中のフラッシュメモリ31の状態と、データを読み出すためのフラッシュメモリ31に対するアクセス要求とを同時にモニタリングさせる。ソフトウェアは、フラッシュメモリ31へのアクセス要求を検知すると、サスペンドコマンドをフラッシュメモリ31に与え、これにより書き換え動作を一時的に中断させ、次いで、読み出しモードに切り替えさせるように制御が為される。
【0019】
このソフトウェア・デュアルワーク方式の動作について図11を用いて説明する。
【0020】
図11は、従来のソフトウェア・デュアルワーク方式の動作を示すシーケンス図である。ここでは、プロセッサ32の書き込み/消去ルーチン処理部)がアクセス要求および、フラッシュメモリ31の書き込み処理、消去処理および読み出し処理など一切を制御し、プロセッサ32の割り込みルーチン処理部が割り込み処理の実行および、この割り込み処理の実行に関連する処理(例えば、割り込み処理のプログラムコードをフラッシュメモリ31から読み出す処理など)を制御する。
【0021】
このソフトウェア・デュアルワーク方式の動作(1)〜(8)は以下の通りである。
【0022】
(1)フラッシュメモリ31の動作状態を一元管理するため、書き込み・消去前には、ソフトウェア・デュアルワーク方式による割り込み処理やタスク切り替え処理を禁止する。この禁止期間中のアクセス要求は、書き込み・消去ルーチン処理部32bでソフトウェア的に監視するものとする。
【0023】
(2)外部からのアクセス要求は先ず、書き込み・消去ルーチン処理部32bにおける監視処理で検出され、一旦ここでホールド(記憶保持)される。
【0024】
(3)アクセス要求をトリガーとして、フラッシュメモリ31に対しサスペンドコマンドを発行する。
【0025】
(4)フラッシュメモリ31にてサスペンド処理を終了させた後、フラッシュメモリ31をアレイ読み出しモードに移行させる。
【0026】
(5)アレイ読み出しモードへの移行を確認後、割り込み、およびタスク切り替え処理の禁止を解除する。その後、ホールドしていたアクセス要求を開放し、アクセス要求のある処理に必要なプログラムコードをフラッシュメモリ341から読み出し、アクセス要求のある処理への分岐を実施する。
【0027】
(6)アクセス要求のあった処理が終了した後、再びフラッシュメモリ31の書き込み・消去ルーチン処理部32bが再び割り込み・タスク切り替え処理を禁止する。
【0028】
(7)フラッシュメモリ31に対して、中断された動作を再開するレジュームコマンドを発行し、書き込み・消去動作を再開する。
【0029】
(8) (2)〜(7)の動作を必要なだけ繰り返し、書き込み・消去の終了後、割り込みを許可して処理を終了する。
【0030】
このようなソフトウェア・デュアルワーク方式では、書き換え動作の中断に要するレイテンシが書き換え動作の終了に要するレイテンシより遥かに短いために、外部からのアクセス要求に対するシステムの応答速度を向上できる。
【0031】
また、ソフトウェア・デュアルワーク方式は、ハードウェア・デュアルワーク方式と比較すると、コード/データの配置に関してシステム設計をより柔軟に構築することが可能である(ただし、書き換え用のモニタリング・コードを配置/実行するメモリには排他アクセスが必須となる)。
【0032】
このソフトウェア・デュアルワーク方式の一例は、特許文献2に開示されている。
【0033】
このようなハードウェア・デュアルワーク方式およびソフトウェア・デュアルワーク方式は、携帯電話装置に代表される低コストかつ高い応答性が必要な分野で採用されて実績を上げている。
【0034】
【特許文献1】
特開平6−180999公報
【特許文献2】
特開平2−61896公報
【0035】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のハードウェア・デュアルワーク方式およびソフトウェア・デュアルワーク方式では以下に述べる問題がある。
【0036】
ハードウェア・デュアルワーク方式では、書き換え動作中のバンクにアクセス要求があった場合に対応できない。ハードウェア・デュアルワーク方式によって対応できない場合として、例えば、i)ユーザが用いるシステムがフラッシュメモリのバンクサイズに不適合なために、インストラクション・コードの一部がデータ書換え用のバンク内のメモリアレイに及んで書き込まれている場合、ii)インストラクション・コードへのアクセス要求だけでなく、書換え用のバンク内のメモリアレイに記録されたデータ自体へのアクセス要求がある場合が挙げられる。このようなデータ処理装置ではソフトウェア・デュアルワーク方式の併用が必須となる。
【0037】
ソフトウェア・デュアルワーク方式では、フラッシュメモリ31のサスペンド動作に要する時間と比較して、ソフトウェア部分のオーバーヘッドが非常に大きく、データ処理装置30における実装の方法にも依るが、データ処理装置30の応答速度が結果として要求される応答速度より低くなるおそれがある。ソフトウェア・デュアルワーク方式によって対応できない場合として、例えば、i)データ処理装置が応答時間に対して厳しい制約のあるリアルタイム系のシステムである場合、およびii)データ処理装置がハードウェアによる割り込み処理等のアクセス要求に対してソフトウェアによって制御できない処理系である場合がある。
【0038】
上記について整理すると、ハードウェア・デュアルワーク方式およびソフトウェア・デュアルワーク方式には、(a)書き換え動作が生じるバンク内のメモリアレイに高速処理する必要のあるコードがあり、かつ(b)このコードへのアクセスをソフトウェア的に制限できない場合、または(c)ソフトウェア・デュアルワーク処理の遅延が許容されない場合に対応できないという問題がある。
【0039】
このような問題を本質的に含むのが割り込み処理におけるデュアルワーク動作の保障である。
【0040】
割り込み処理とは、コンピュータにおいて現在実行中の処理とは全く別に、突発的に発生して優先的に実行される処理をいう。
【0041】
通常、プロセッサは、一つないし複数の割り込み信号入力端子を有しており、この割り込み信号入力端子に入力された割り込み信号をトリガーとして割り込み処理を実行する。割り込み処理の手順は以下の通りである。
【0042】
1)プロセッサ32は、入力された割り込み信号をトリガーとして現在実行中の処理を中断して、中断された処理を退避する。
【0043】
2)プロセッサ32は、割り込みベクトルテーブルから割り込み信号に応じた分岐先のアドレスを読み出し、このアドレスで指定された分岐先に記憶された割り込みサブルーチンを読み出して最優先で実行する。割り込みベクトルテーブルとは、割り込み処理への分岐先を記した記録領域をいい、割り込みサブルーチンとは、割り込み処理自体のプログラムコードをいう。
【0044】
3)プロセッサ32は、割り込み処理が終了した後、一旦退避した処理に復帰して再びこれを実行する。
【0045】
このような割り込み処理では、書き換え動作が生じるバンク内のメモリアレイに、処理を実行するのに必要なコードが記録されている場合もある(上記問題の(a)に相当)。
【0046】
また、上記1),2)の処理は、プロセッサ32によって自動的に行われるため、ユーザ・システムを問わず、ソフトウェアでこれらの処理に干渉することは通常できない。さらに、このような割り込み処理は偶発的な性質の処理であるため、事前に割り込み処理の発生を予測して分岐先で、上記1),2)の処理を実行することによって書換え動作中のメモリに対するアクセスをソフトウェア的に制限することはできない(上記問題の(b)に相当)。
【0047】
また、割り込み信号をマスクするなどの方法で割り込み処理の開始前にソフトウェアの介在が可能である場合でも、一般に割り込み操作系のプログラムはオーバーヘッドが大きいために割り込み処理の実行を大幅に遅延させるケースが多い。割り込み処理は高速で処理されることが要求されており、割り込み処理にはソフトウェア・デュアルワーク方式による遅延が許容されない(上記問題の(c)に相当)。
【0048】
したがって、フラッシュメモリ31をコードストレージ型メモリおよびデータストレージ型メモリとして使用するデータ処理装置30では、プロセッサ32の割り込み信号入力端子(割り込み信号入力部)に割り込み信号が入力される前に、割り込みベクトルおよびその分岐先に必ずアクセスできる状態にする必要がある。
【0049】
本発明は、上記従来の問題を解決して、リアルタイムな応答性を要求する割り込み処理を簡便・確実・高速で処理可能な不揮発性半導体記憶装置およびこの不揮発性半導体記憶装置を用いたデータ処理装置を提供することを目的とする。
【0050】
【課題を解決するための手段】
本発明の不揮発性半導体記憶装置は、電気的にデータの書き込み、消去または読み出し可能な不揮発性半導体記憶装置において、外部から割り込み信号が入力される割り込み信号入力部と、入力割り込み信号に応答して所定の割り込み準備処理の後に割り込み信号を外部に出力するための割り込み信号出力部とを有し、これにより上記目的が達成される。
【0051】
上記所定の割り込み準備処理を実行する制御部を有し、上記制御部は、上記所定の割り込み準備処理として、データの書き込み動作または消去動作の実行中に、入力された割り込み信号に応答して、少なくとも、上記データの書き込み動作または消去動作を中断するサスペンド処理と、上記サスペンド処理後に、データの読み出しモードに移行させる処理とを実行してもよい。
【0052】
上記割り込み信号の外部への出力後に、割り込み処理が為され、データの書き込み動作または消去動作を再開させるためのレジューム命令の入力検知後に、割り込み処理終了からデータの書き込みまたは消去動作への復帰処理を行うための所定期間として、データの読み出し動作を継続させる期間が設けられていてもよい。
【0053】
上記制御部は、上記割り込み処理の終了時を示す外部からの所定の信号を検知した場合に上記書き込み動作または消去動作を再開させるように制御してもよい。
【0054】
上記制御部は、上記割り込み処理のプログラムコードに記録された最終アドレスをメモリアレイに格納し、上記最終アドレス信号と外部から入力されるアドレス信号とが一致した場合に、上記書き込み動作または消去動作を再開させるように制御してもよい。
【0055】
上記不揮発性半導体記憶装置はランダムアクセスメモリをさらに有し、上記制御部は、上記割り込み処理のプログラムコードに記録された最終アドレスを上記ランダムアクセスメモリに格納し、上記最終アドレス信号と外部から入力されるアドレス信号とが一致した場合に、上記書き込み動作または消去動作を再開させるように制御してもよい。
【0056】
上記制御部はハードウェアで構成されてもよい。
【0057】
上記不揮発性半導体記憶装置と、上記不揮発性半導体記憶装置に対するデータの書き込み処理、消去処理または読み出し処理を制御し、割り込み処理を実行可能とするメモリ制御手段とを有するデータ処理装置において、上記不揮発性半導体記憶装置は、入力割り込み信号に応答して書き込み動作または消去動作を中断してデータの読み出しモードに移行した後に、上記割り込み信号を上記メモリ制御手段に出力する制御部を有し、これにより上記目的が達成される。
【0058】
上記メモリ制御手段は、上記割り込み信号の入力により割り込み処理を上記不揮発性半導体記憶装置に対して実行し、上記割り込み処理の終了時に、上記不揮発性半導体記憶装置にレジューム命令を出力してもよい。
【0059】
上記構成により、以下、本発明の作用について説明する。
【0060】
本発明において、割り込み処理に際して、プロセッサに先んじて割り込み信号が入力される割り込み信号入力部(入力端子)、および、メモリ側の準備処理終了後にプロセッサに対して割り込み信号を与える割り込み信号出力部(出力端子)または配線ラインなどをフラッシュメモリ側に設ける。
【0061】
外部より与えられる割り込み信号入力は、先ずフラッシュメモリ側の割り込み入力端子へ入力する。フラッシュメモリからの割り込み信号出力はプロセッサ側の割り込み入力端子に入力する。これによりフラッシュメモリは、常にプロセッサに先んじて割り込み処理の発生を知ることができる。つまりプロセッサが割り込み処理を開始する前に、フラッシュメモリは割り込みに対する準備処理動作に入ることが可能になる。
【0062】
割り込みに対する準備動作とは、以下の項目を必ず含む。すなわち、1)サスペンドによる書き込み・消去動作の中断、2)アレイ読み出しモードへの切り替え、である。これらの操作はソフトウェア制御とは無関係に、フラッシュメモリ側のハードウェア・ロジックによって自動的に行われ得る。フラッシュメモリは、少なくとも上記の二項目を実施した後、プロセッサ側に割り込み信号を出力、プロセッサは通常の割り込み処理を開始する。
【0063】
割り込み処理が終了した場合、フラッシュメモリは本来の書き込み・消去動作に戻らなければならない。つまり割り込み処理を終了して元の処理へ復帰する際に、何らかの手段を用いてフラッシュメモリのレジュームを実行する必要がある。
【0064】
したがって、割り込み信号入力部と割り込み信号出力部をフラッシュメモリ側に設けることにより、容易に割り込み信号を検出でき、その検出によりフラッシュメモリでの各種準備処理をメモリ制御手段からの割り込み処理に先立って行うことが可能になる。これにより、本発明は、リアルタイムな応答性を要求する割り込み処理を簡便・確実・高速で処理可能な不揮発性半導体記憶装置およびこの不揮発性半導体記憶装置を用いたデータ処理装置を提供することが可能になる。
【0065】
【発明の実施の形態】
以下、データ処理装置の本発明の実施形態1〜3について図面に基づいて説明する。
【0066】
[実施形態1]
図1は、本実施形態1のデータ処理装置の構成要部の概略図である。
【0067】
図1において、本実施形態1のデータ処理装置10は、電気的にデータの書き込み、消去または読み出しを可能とする不揮発性半導体装置であるフラッシュメモリ11と、フラッシュメモリ11に対して書き込み処理、消去処理および読み出し処理を実行するメモリ制御手段であるプロセッサ12と、フラッシュメモリ11とプロセッサ12間には各種データを送信するたに接続された複数のバスとを備えている。
【0068】
フラッシュメモリ11は、メモリアレイと、メモリアレイに対して書き込み動作および消去動作を制御する制御部としての書き込み/消去制御回路(WSM)と、割り込み入力部11aと、割り込み信号が外部入力される割り込み信号入力入力部としての入力端子[A]と、外部入力された割り込み信号をホールドするレジスタと、レジスタにホールドされた割り込み信号をプロセッサに出力する割り込み信号出力部としての出力端子[B]とを含む。
【0069】
プロセッサ12は、書き込み処理および消去処理を制御する書き込み/消去ルーチン処理部12aと、フラッシュメモリ11から入力される割り込み信号に応じて割り込み処理を実行する割り込みルーチン処理部12bとを実行する。
【0070】
フラッシュメモリ11とプロセッサ12との間に配置されたバス構成により、プロセッサ12は、フラッシュメモリ11にアドレスを送信するアドレスバスと、プロセッサとフラッシュメモリとの間でデータを送受信するデータバスと、フラッシュメモリの処理を制御する制御信号(例えば、チップイネーブル信号、アウトプットイネーブル信号およびライトイネーブル信号)を送信する制御バスを含む。なお、図1において、CEはチップイネーブル信号、OEはアウトプットイネーブル信号、WEはライトイネーブル信号、Addressはアドレス信号、DQはデータを表している。
【0071】
以下に、本実施形態1の特徴を説明する。
【0072】
本実施形態1の特徴は、割り込み信号の外部入力に応じて、書き込み動作および消去動作の中断処理(サスペンド処理)およびフラッシュメモリのアレイ読み出しモードへの切り替え等の割り込み準備処理をフラッシュメモリ側(ハードウェア側)に委ね、割り込み処理を終了した後に中断された書き込み動作または消去動作を再開させる(レジューム処理)レジュームコマンド(命令)の発行をソフトウェア側に委ねることにある。すなわち、サスペンド処理に関してはハードウェアで、レジューム処理についてはソフトウェア側で対応する。
【0073】
その理由は、以下の通りである。
【0074】
ソフトウェア的に見たとき、割り込み処理は一種のサブルーチンコールである。その起動は外部応答による不定期呼び出しであり、開始タイミングや開始アドレスは一意に決まらない。このためソフトウェアにより、割り込み処理の起動を制御することは困難である。逆に、割り込み処理の終了は、ユーザが記述したプログラムコードに明示的に記されたリターンコードによって決定され、復帰アドレスは一意的である。このためソフトウェアにより、割り込み処理の終了を制御することは容易である。したがって、レジュームコマンドの発行は、ハードウェア側に委ねるのではなく、ソフトウェア側に委ねる方が望ましい。
【0075】
さらに、レジュームコマンドの発行をソフトウェア側に委ねることにより、ハードウェア側にはレジュームコマンドを発行するタイミングを監視するための特別な機構が不要になり、ハードウェア・ロジックを簡略化することができる。また、レジュームタイミングの監視によって生じる処理負荷を軽減することにもつながる。
【0076】
一方ハードウェア的に見ると、割り込み処理の起動時は専用の入力端子への入力であるから検出は容易である。逆に割り込み処理の終了時は、復帰アドレスが分岐先次第であり、一意的ではないために検出することが困難である。したがって、割り込み信号の外部入力に応じた、書き込み動作および消去動作の中断は、ハードウェア側(すなわちフラッシュメモリ側)に委ねる方が望ましい。
【0077】
以下に、本実施形態1のデータ処理装置10による割り込み処理の動作を説明する。
【0078】
図2は、本実施形態1のデータ処理装置による割り込み処理のシーケンス図を示す。
【0079】
この割り込み処理の動作(1)〜(8)は以下の通りである。
【0080】
(1)フラッシュメモリ11の書き込み/消去制御回路は、割り込み入力端子[A]に割り込み信号が外部入力されると、書き込み・消去動作のサスペンド動作を実行する。
【0081】
(2)フラッシュメモリ11の書き込み/消去制御回路は、サスペンド動作の終了後、アレイ読み出しモードへの切り替えを行う。
【0082】
(3)フラッシュメモリの書き込み/消去制御回路は、アレイ読み出しモードへの切り替え終了後、割り込み信号出力端子[B]からプロセッサに割り込み信号INTを出力させる。
【0083】
(4)プロセッサ12は、割り込み処理終了時のリターン命令直前に、必ずレジュームコマンドをフラッシュメモリ11に発行するものとする。フラッシュメモリ11の書き込み/消去制御回路は、このレジュームコマンドの入力に応答してレジューム処理に入る前に、リターン命令のフェッチに必要な期間だけ、アレイ読み出しモードを継続させる。
【0084】
フラッシュメモリ11は、レジュームコマンドの入力に対して、レジューム動作に入る前に、リターン命令のフェッチに必要な期間[C]だけ、アレイ読み出しモードを維持して、その後レジューム動作を行う。これにより、プロセッサ12は、レジューム動作直後のリターン命令の実行を確実なものと
する。
【0085】
図3は、フラッシュメモリ11にて実行される自動サスペンド動作に関するフローチャートを示す図である。
【0086】
このフラッシュメモリ11は、割り込み入力端子[A]に外部入力された割り込み信号を検知する。割り込み信号を検知した時に、フラッシュメモリ11において書き込み・消去動作が実行している場合には、割り込み信号をホールド(記録保持)し(S1)、次いで、書き込み・消去動作を中断するサスペンド処理を実行する(S2)。次いで、フラッシュメモリ11は、書き込み/消去制御回路によって書き込み・消去動作に関するデータを所定のバッファに退避させてアレイ読み出しモードへの切り替えを実行する(S3)。この段階までは、外部入力された割り込み信号はフラッシュメモリ11にてホールド(記録保持)され、プロセッサ12には出力されない。フラッシュメモリ11のアレイ読み出しモードへの切り替えが終了した後、このフラッシュメモリ11は、割り込み出力端子[B]を通じてプロセッサ12に割り込み信号を出力する。
【0087】
一方、フラッシュメモリ11が割り込み入力端子[A]に外部入力された割り込み信号を検知した時に、フラッシュメモリ11がすでにアレイ読み出しモードにある場合、フラッシュメモリ11は、割り込み信号をホールドせずに、割り込み信号を割り込み信号出力端子からプロセッサにスルー出力する。
【0088】
図4は、図2に示されるレジューム処理(5)の手順を示すフローチャートである。
【0089】
フラッシュメモリ11は、レジュームコマンドの入力からレジューム処理の開始までの間(すなわち図2に示されたリターン命令のフェッチ期間[C])、数サイクルのアレイ読み出しモードを維持する(S11)。[C]の期間が経過した場合(YESの場合)(S12)、フラッシュメモリは、レジューム動作を実行する(S13)。[C]の期間が経過していない場合(NOの場合)(S12)、フラッシュメモリ11は、アレイ読み出しモードを維持する
プロセッサ12は、リターン命令のフェッチ期間において、リターン命令(すなわちリターンコード)をフェッチするとともに、割り込み処理を終了させて割り込みルーチン処理部12bから書き込み・消去ルーチン処理部12aへの復帰を実行する。
【0090】
このリターン命令のフェッチ期間に割り込み信号が入力された場合、この割り込み信号は、フラッシュメモリ11がレジューム処理を終了するまでホールドされる。ホールドされた割り込み信号は、レジューム処理終了後に行われる次のサスペンド処理のトリガーとなる。
【0091】
プロセッサ12が割り込み処理から復帰するのと平行して、または復帰が終了してから、フラッシュメモリ11はレジューム処理を開始し、書き込み・消去動作を再開する。
【0092】
[実施形態2]
本実施形態2のデータ処理装置10Aの構成は、フラッシュメモリの内部構成を除いて上記実施形態1のデータ処理装置10の構成と同じである。上記実施形態1の構成要素と同一の本実施形態2の構成要素は、上記実施形態1と同一の参照番号によって示される。また上記実施形態1と同一の構成要素の説明は省略する。
【0093】
本実施形態2のフラッシュメモリ11Aは、上記実施形態1のフラッシュメモリ11の構成要素に加えて、さらに、内部に任意のアドレスを記憶させるバッファ(バッファ上のアドレス値はユーザによって任意値に変更できるものとする)と、アドレスバス上のアドレス(このアドレスを示すアドレス信号)とバッファ(メモリアレイ)に格納されたアドレス(このアドレスを示すアドレス信号)とが一致しているか否かを判定する比較器とを含む。この一致判定は、比較器の他にデータ一致手段を用いることができ、データ一致手段はアンド回路などの論理回路で構成することができる。
【0094】
このバッファ上には、割り込み処理のプログラムコード末尾のリターンコードが記述された最終アドレスを登録するものとする。
【0095】
また、このアドレスはサスペンド動作のトリガーとなるアドレスである。
【0096】
以下に、本実施形態2の特徴を説明する。
【0097】
本実施形態2の特徴は、上記実施形態1と同様にサスペンド処理をハードウェア(フラッシュメモリ)側に委ねることに加えて、レジュームコマンド発行もフラッシュメモリ11A側に委ねることにある。
【0098】
上述したように、ハードウェア的に見ると、割り込み処理の終了時は、復帰アドレスが分岐先次第であり、一意ではないために検出が困難である。
【0099】
しかし、レジュームコマンド発行のトリガーをアドレスバス上のアドレス入力の検出とすることにより、レジュームコマンド発行をフラッシュメモリ11A側で自動的に実行できる。検出対象となるアドレスは、フラッシュメモリ11A内に準備されたバッファ上のアドレス値を用いる。このアドレス値はユーザの手によって任意の値に設定できるものとする。
【0100】
レジュームコマンド発行のトリガーをアドレスバス上のアドレス入力の検出とするためには、例えば、割り込み処理の終了アドレスを網羅してフラッシュメモリ11A上に保持することが必要となる。割り込み処理の終了アドレスを網羅してフラッシュメモリ11A上に保持できるか否かは、プロセッサ12の割り込み処理に対するアーキテクチャの実装に依存する。
【0101】
したがって、レジュームコマンド発行をフラッシュメモリ11A側に委ねることの現実上の制約はアーキテクチャの実装である。例えば、X86アーキテクチャのように、割り込み入力信号と割り込み処理が一対一に対応するアーキテクチャは、信号数分のバッファを用意することで比較的容易に実現できる。
【0102】
この結果、本実施形態2のデータ処理装置10Aでは、割り込み処理を終了した後、速やかに書き込み・消去動作への復帰処理を行うことが可能になる。また、本実施形態2のデータ処理装置では、ユーザおよびシステム側において割り込み処理のためのフラッシュメモリ11Aのサスペンド・レジューム動作に特別な配慮が不要になるため、システム設計上の負担を大幅に軽減できる。
【0103】
以下に、割り込み処理を実行する本実施形態2のデータ処理装置10Aの動作を示す。
【0104】
図5は、本実施形態2のデータ処理装置10Aによる割り込み処理のシーケンス図を示す。
【0105】
フラッシュメモリ11Aの書き込み/消去制御回路は、割り込み処理入力端子[A]からの割り込み入力を受けて、書き込み・消去動作のサスペンドを実行する。この自動サスペンド動作は、上記実施形態1のサスペンド動作(図3参照)と同様である。
【0106】
次いで、フラッシュメモリ11Aの書き込み/消去制御回路は、サスペンド動作終了後、アレイ読み出しモードへの切り替えを行う。
【0107】
フラッシュメモリ11Aの書き込み/消去制御回路は、アレイ読み出しモードへの切り替え終了後、割り込み処理出力端子[B]よりプロセッサ22へ割り込み信号を出力させる。
【0108】
サスペンド中のアレイ読み出しモードにおいて、フラッシュメモリ11Aは、比較器により、入力されたアドレスバス上のアドレスとバッファ上のアドレスを逐一比較する。両者が一致した場合、フラッシュメモリ11Aはレジューム動作を実行する。
【0109】
アドレスバッファへのアドレス登録方法については、特開2001−306400に準じる。
【0110】
図6は、本実施形態2のレジューム動作(4)に関するフローチャートを示す。
【0111】
フラッシュメモリ11Aは、サスペンド状態へ移行後、アドレスバスの監視を行う(S21)。アドレス監視はフラッシュメモリ11Aの非選択状態でも行われる。
【0112】
フラッシュメモリ11Aの比較器は、アドレスバスへの入力値とフラッシュメモリ11A内のバッファにあるアドレス値とを比較することにより、両方の値が一致するか(YES)否か(NO)を判定する(S22)。
【0113】
アドレスバス上のアドレス値とバッファ上のアドレス値が一致するタイミングは、プロセッサ12がリターンコードをフェッチしたタイミングであり、このタイミングで割り込み処理が終了したと判断できる。したがって、本実施形態2のフラッシュメモリ11Aの書き込み/消去制御回路は、アドレスバス上のアドレスとバッファ上のアドレスの一致によってレジューム処理を実行する(S23)。なお、バッファ内に登録されたアドレス値がフラッシュメモリ11A内のリターンコードの配置されたアドレスと同じであることを前提にしている。
【0114】
[実施形態3]
図7は、本実施形態3のデータ処理装置構成の要部概略図である。
【0115】
本実施形態3のデータ処理装置の構成は、上記実施形態2のデータ処理装置10Aの構成とは以下の点で異なっている。
【0116】
本実施形態3のデータ処理装置20において、フラッシュメモリ21は、プロセッサ23からRAM22にDQ、CE信号(S−CE信号)およびWE信号(S−WE信号)を送信するためのバスをRAMと共有する。フラッシュメモリ21には、通常のチップセレクト端子以外に、リターンアドレス検出用のチップセレクト端子とライトイネーブル端子とが設けられる。このリターンアドレス検出用チップセレクト端子は、RAM22に備えられたチップセレクト端子とともに、プロセッサ23からRAM22へのチップセレクト入力に接続される。これにより、フラッシュメモリ21は、プロセッサがこのデータバスを介してRAMに送信するCE信号またはWE信号を監視することが可能になる。この結果、フラッシュメモリ21は、プロセッサ23がRAM22にプログラムカウンタを退避する瞬間のタイミングを取得できる。
【0117】
RAM22は、プロセッサ23からのRAM22のみにCE信号(S−CE信号)、WE信号(S−WE信号)およびOE信号(S−OE信号)を送信する制御バスと、プロセッサ23からのRAM22にS−アドレスを送信するアドレスバスとをさらに有する。
【0118】
本実施形態3の特徴は、実施形態2と同様に、サスペンド処理をハードウェア(フラッシュメモリ)側に委ねること、および、レジュームコマンド発行をフラッシュメモリ側に委ねることである。
【0119】
レジュームコマンド発行のトリガーは、アドレスバスへの特定アドレス入力を検出することである。検出対象となるアドレスは、フラッシュメモリ21内に準備されたバッファ上のアドレス値を用いる。フラッシュメモリ21は、割り込み処理が発生する都度、プロセッサ23がRAM22のスタックエリア上に退避するプログラムカウンタの値を読み取って、自動的にバッファへセットする。なお、プログラムカウンタの値とは割り込み処理終了時に復帰するリターンアドレスである。
【0120】
プログラムカウンタの退避の検知は、プロセッサ23が割り込み処理を開始した直後にプログラムカウンタがスタックエリアのあるRAM22上に書き込まれる際の、RAM22のチップセレクト、およびライトイネーブルを監視することによって行われる。フラッシュメモリ21は、プログラムカウンタ退避を検知した時に、データバスから入力されたプログラムカウンタをバッファ上に保存する。退避されたプログラムカウンタが割り込み処理終了時に復帰するリターンアドレスであることから、このアドレスが次にアドレスバス上に現れるときを以って割り込み処理が終了したと判定してフラッシュメモリ21のレジューム動作を実行することができる。
【0121】
現実上の制約として、プログラムカウンタの退避を検知し、フラッシュメモリ21上に保持する事が可能か否かは、プロセッサ23の割り込み処理に対するアーキテクチャに依存する。割り込み処理専用のシャドウ・レジスタなどを持たない、従来のプロセッサは、割り込み処理開始と同時に現在のプログラムカウンタをスタックエリア上にプッシュするタイプが多い。このようなプロセッサには、本実施形態3のデータ処理装置の構成が適用できる。
【0122】
図8は、本実施形態3のデータ処理装置20による割り込み処理のシーケンス図を示す。
【0123】
(1)フラッシュメモリ21の書き込み/消去制御回路は、[A]からの割り込み入力を受けて、書き込み・消去動作のサスペンド処理を実行する。
【0124】
(2)フラッシュメモリの書き込み/消去制御回路は、サスペンド処理終了後、アレイ読み出しモードへの切り替えを行う。
【0125】
(3)フラッシュメモリ21の書き込み/消去制御回路は、アレイ読み出しモードへの切り替え終了後、割り込み信号出力端子[B]よりプロセッサ23へ割り込み出力を行う。
【0126】
(4)フラッシュメモリ21では、スタックエリアのあるRAM22のチップセレクト端子、及びライトイネーブル端子を監視し、プロセッサ23がスタック上にプログラムカウンタを退避したことを検知する。検知した時点でのデータバス上のデータがプログラムカウンタとして、フラッシュメモリ21はプログラムカウンタの値を自身のバッファにセットする。
【0127】
(5)サスペンド中のアレイ読み出しモードにおいて、フラッシュメモリ21は入力されたアドレスバス上のアドレスとバッファ上のアドレスを逐一比較する。両者が一致した場合、フラッシュメモリ21はレジュームを実行する。実施形態3のデータ処理装置20のレジューム動作は、実施形態2のデータ処理装置のレジューム動作(図6参照)と同様である。
【0128】
図9は、本実施形態3のデータ処理装置20による自動サスペンド動作のフローチャートを示す。
【0129】
フラッシュメモリ21は、割り込み入力端子[A]に割り込み信号が入力されるのを検知した時に書き込み・消去動作が実行中である場合、割り込み信号をホールドし(S31)、次いで、書き込み・消去動作のサスペンド処理を実行する(S32)。次に、フラッシュメモリ21はアレイ読み出しモードに切り替わる(S33)。割り込み入力が検知されてからアレイ読み出しモードに切り替わるまでの間、割り込み信号はフラッシュメモリ21にホールドされ、プロセッサ23には出力されない。アレイ読み出しモードへの切り替えが終了した後、フラッシュメモリ21は、割り込み出力端子[B]を通じてプロセッサに割り込み信号をリリース(出力)する(S34)。
【0130】
フラッシュメモリ21は、割り込み信号が割り込み入力端子に入力されるのを検知した時にフラッシュメモリ21がアレイ読み出しモードにある場合、割り込み信号をフラッシュメモリ21内にホールドせずに、プロセッサ23に割り込み信号をスルー出力する。割り込み信号がプロセッサ23に出力された後、このフラッシュメモリ21は、プロセッサによるプログラムカウンタの退避に備えてRAMのデータバスを監視する(S35)。このデータバスの監視は、フラッシュメモリ21の非選択状態でも行われる。
【0131】
フラッシュメモリ21が割り込み信号をプロセッサ23に出力すると、プロセッサ23は、プログラムカウンタ値をRAM上のスタックエリアに退避させる。
【0132】
フラッシュメモリ21は、SRAMに書き込みが有りの場合(YESの場合)(S36)、プログラムカウンタの退避があったとみなし、フラッシュメモリ21内部のバッファに読取ったプログラムカウンタ値を保存する(S37)。フラッシュメモリ21は、SRAMに書き込みがない場合(NOの場合)(S36)、プロセッサによるプログラムカウンタの退避に備えてRAMのデータバスを監視を継続する(S35)
プロセッサ23は、このプログラムカウンタ値を用いてレジュームコマンド発行を行う。
【0133】
実施形態1〜3では、サスペンド処理、またはサスペンド処理およびレジューム処理をフラッシュメモリ側で対応していたが、ハードウェアで構成された制御装置で対応するのであれば、フラッシュメモリ外の制御装置が設けられてもいてもよい。
【0134】
【発明の効果】
以上のように、本発明のデータ処理装置は、サスペンド処理、またはサスペンド処理およびレジューム処理をハードウェアで構成された制御装置で処理する。この結果、本発明は、リアルタイムな応答性を要求する割り込み処理を簡便・確実・高速で処理可能な不揮発性半導体記憶装置およびこの不揮発性半導体記憶装置を用いたデータ処理装置を提供することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態のデータ処理装置の構成要部の概略図である。
【図2】本発明の実施形態における割り込み処理のシーケンス図を示す。
【図3】フラッシュメモリにて実行される自動サスペンド動作に関するフローチャートを示す図である。
【図4】図2に示されるレジューム処理の手順を示すフローチャートである。
【図5】本発明の別の実施形態における割り込みのシーケンス図を示す。
【図6】本発明の別の実施形態のレジューム動作に関するフローチャートを示す。
【図7】本発明のさらに別の実施形態のデータ処理装置構成の要部概略図である。
【図8】本発明のさらに別の実施形態のデータ処理装置による割り込み処理のシーケンス図を示す。
【図9】本発明のさらに別の実施形態のデータ処理装置による自動サスペンド動作のフローチャートを示す。
【図10】従来のデータ処理装置の構成要部を示す概略図である。
【図11】従来のソフトウェア・デュアルワーク方式の動作をシーケンス図である。
【符号の説明】
10 データ処理装置
11 フラッシュメモリ
11a 割り込み入力部
Claims (8)
- 電気的にデータの書き込み、消去または読み出し可能な不揮発性半導体記憶装置において、
外部から割り込み信号が入力される割り込み信号入力部と、入力割り込み信号に応答して所定の割り込み準備処理の後に割り込み信号を外部に出力するための割り込み信号出力部と、前記所定の割り込み準備処理を実行する制御部とを有し、
該制御部は、該所定の割り込み準備処理として、データの書き込み動作または消去動作の実行中に、入力された割り込み信号に応答して、少なくとも、該データの書き込み動作または消去動作を中断するサスペンド処理と、該サスペンド処理後に、データの読み出しモードに移行させる処理と、該移行させる処理の後に前記割り込み信号を前記割り込み信号出力部から外部へ出力する処理と、該出力する処理後に外部からの指示による割り込み処理が為されると、データの書き込み動作または消去動作を再開させるためのレジューム命令の入力検知後に、外部での割り込み処理終了からデータの書き込みまたは消去動作への復帰処理を行うための所定期間、データの読み出しモードを継続させる処理と、該継続させる処理後に、前記中断された書き込み動作または消去動作へ復帰させる処理と、を実行することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 前記制御部は、前記中断された書き込み動作または消去動作への復帰処理が終了すると、該中断された書き込み動作または消去動作を再開させるように制御する請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記制御部は、前記割り込み処理の終了時を示す外部からの所定の信号を検知した場合に前記書き込み動作または消去動作を再開させるように制御する請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 電気的にデータの書き込み、消去または読み出し可能な不揮発性半導体記憶装置において、
外部から割り込み信号が入力される割り込み信号入力部と、入力割り込み信号に応答して所定の割り込み準備処理の後に割り込み信号を外部に出力するための割り込み信号出力部と、前記所定の割り込み準備処理を実行する制御部とを有し、
該制御部は、該所定の割り込み準備処理として、データの書き込み動作または消去動作の実行中に、入力された割り込み信号に応答して、少なくとも、該データの書き込み動作または消去動作を中断するサスペンド処理と、該サスペンド処理後に、データの読み出しモードに移行させる処理と、該移行させる処理の後に前記割り込み信号を前記割り込み信号出力部から外部へ出力する処理と、該出力する処理後に外部からの指示による割り込み処理が為されると、該割り込み処理のプログラムコードに記録された最終アドレスをメモリアレイに格納する際の該最終アドレス信号と外部から入力されるアドレス信号とが一致した場合に前記書き込み動作または消去動作へ復帰させる処理と、を実行することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 電気的にデータの書き込み、消去または読み出し可能な不揮発性半導体記憶装置において、
外部から割り込み信号が入力される割り込み信号入力部と、入力割り込み信号に応答して所定の割り込み準備処理の後に割り込み信号を外部に出力するための割り込み信号出力部と、前記所定の割り込み準備処理を実行する制御部とを有し、
該制御部は、該所定の割り込み準備処理として、データの書き込み動作または消去動作の実行中に、入力された割り込み信号に応答して、少なくとも、該データの書き込み動作または消去動作を中断するサスペンド処理と、該サスペンド処理後に、データの読み出しモードに移行させる処理と、該移行させる処理の後に前記割り込み信号を前記割り込み信号出力部から外部へ出力する処理と、該出力する処理後に外部からの指示による割り込み処理が為されると、該割り込み処理のプログラムコードに記録された最終アドレスがランダムアクセスメモリに格納される際の該最終アドレスの信号と外部から入力されるアドレス信号とが一致した場合に前記書き込み動作または消去動作へ復帰させる処理と、を実行することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 前記制御部はハードウェアで構成されている請求項1〜5の何れかに記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 請求項1〜6の何れかに記載の不揮発性半導体記憶装置と、該不揮発性半導体記憶装置に対するデータの書き込み処理、消去処理または読み出し処理を制御し、割り込み処理を実行可能とするメモリ制御手段とを有するデータ処理装置において、
該不揮発性半導体記憶装置の前記制御部は、入力割り込み信号に応答して書き込み動作または消去動作を中断してデータの読み出しモードに移行した後に、該割り込み信号を前記割り込み信号出力部から該メモリ制御手段に出力する、データ処理装置。 - 前記メモリ制御手段は、前記割り込み信号の入力により割り込み処理を前記不揮発性半導体記憶装置に対して実行し、該割り込み処理の終了時に、該不揮発性半導体記憶装置にレジューム命令を出力する請求項7に記載のデータ処理装置。
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