書込の原理から装置選定まで

デジタル製品製造の際にそのコアとなるプログラムやデータはその製造工程の中で各種のROM-マイコン内蔵Flashメモリ、シリアルFlashやNORFlash、あるいは、大容量eMMC/UFSへの書込みを行わなければなりません。
Flashメモリ内蔵デバイスには、容量、ストレージ系セクタ管理、書込み方式、メモリ単体/マイコン内蔵など各種のタイプ、品種があり、書込みの方法も各種あり、量産ラインにおける最適な製造方法、最適な初期投資およびランニングコストなどを導き出すには多くの経験や広い知識が必要となっています。

本サイトでは、開発から製造にいたる書込み工程の流れ、書込み手段、デバイスタイプごとに最適な書込み手段のを解説し、後半では市場に数多くある前書き(プリプログラミング)装置における最新技術を紹介します。

Flashメモリへの書込みの基本原理

次項で説明する書込み手段(方法)の如何を問わず、実際にFlashメモリに書込む部分のハードウェア構造は原則同じとなります。
Flashメモリは、一般的にはROM(リードオンリ)メモリとして読出し専用で使用されますが、最初にプログラムや初期データを格納する際に使用する電気的/ソフトウェア的に制御可能な「書込みモード」機能を備えています。具体的な「書込みモード」の使用方法は、デバイス毎に異なるため本項では省略します。

書込み手段を問わず、対象のFlashメモリ内蔵デバイスに通電し、デバイスを「書込みモード」に移行させ、その後外部から書込み先アドレスと書込むデータ情報を転送します。この書込みの際にアドレス設定、書込みデータサイズ、書込みモード設定などを正しい手順で行う必要がありますが、これら一連の書込み手順のことを「(書込み)アルゴリズム」と呼びます。このアルゴリズムは、デバイスメーカ、ファミリ、個々の製品型番毎に異なります。従って、新規デバイスを採用し製品を量産する場合、その都度書込みを行うアルゴリズムや次で説明する書込み手段の開発、変更、購入を行う必要があります。、

オンボード書込みとデバイス(前)書込みの違い

書込みには大きく分けて「オンボード書込み」と「デバイス(単体)書込み」(前書き、プレ書きとも呼ぶ)の2つの方法があります。以下で各々についてその基本原理、適する用途、機能、性能の限界などについて説明します。

「オンボード書込み」
Flashマイコンなどでは当初から広く採用された手段です。名前の由来の通り、マイコンを含む電子回路ボードを製作し通電した後、外部からFlashマイコンに直接アクセスし「書込みモード」への移行、書込むべきデータを転送するための専用のツールを用意し強制的に書込みを行います。
▶「利点」としては、外部に用意するツールが比較的価格が安いため製造設備費用を安くすることができます。
▶「欠点」としては、ツールの性格から対象となるマイコンやメモリに特化したツールであることが多く汎用性に欠けます。デバイスメーカ、型番が変わる度にアルゴリズムの開発が必要となり、あるいは、ツール自身も買い直しとなります。頻繁にデバイスが変わる場合にはコストメリットは下がります。
▶また、技術的な「欠点」として、本来のボードに外部ハードウェアを繋げるため、書込み速度が上げられず書込み対象のデータサイズが大きくなるに従い製造ライン中で許容できるタクトタイム(各工程毎にその工程処理を完了し次の工程に送り出すまでの時間)に収まらなくなり、製造ライン全体の効率を下げてしまいます。

「デバイス(単体)書込み」
デバイスプログラマでは対象のデバイス(Flashメモリ、Flashマイコン、ロジックデバイス等)単体をプログラマ装置上に用意されたソケットに挿入し、装置がソケットを介してデバイスに通電し、直接通信ラインにアクセスし「書込みモード」への移行、書込むべきデータを転送するための専用のツールを用意し強制的に書込みを行います。
最初のデバイスプログラマは1972年に米国Data I/O社から「Model1」というユニバーサルPROMプログラマが発表されてから50年近く経ちました。デバイスプログラマは当初対応したPROM、NOR系Flash対応、およびオンボード方式に比べより大量生産向きということで高機能搬送機付き全自動タイプへと発展してまいりました。
▶「利点」は、デバイス単体に対して直接制御するハードウェアを使用するため高速化が容易。また、デバイスと書込み装置本体の間にアダプタを用意することで多数のデバイスへの対応が容易に行え、同じ装置本体を使用することで新規デバイス対応にかかるコストと時間を少なく抑えることができます。
▶「欠点」として装置本体、特に自動システムは高価となり、初期投資が大きいことがネックとなります。また、書込み済デバイスをボード実装前に多数製造して在庫するため、ボード実装の十分前に製造した際のデータがボード実装時に改版され書込みし直しになるといった無駄が発生する可能性も考慮する必要があります。さらに、デバイス単体と接続するためのアダプタ/ソケットが必要で、機械接触部品がために信頼性/寿命およびコストが対象製品に対して妥当となるかの事前検討が重要となります。