2.3不揮発メモリ

組込みシステムはファームウェアそのものや設定値・ログを、電源を切っても失われない形で保持しなければなりません。しかし「不揮発メモリなら何でもよい」わけではなく、NORフラッシュ・NANDフラッシュ・EEPROMにはそれぞれ得意な用途がまったく異なります。さらに、フラッシュメモリには書換え回数上限という物理的な制約があり、これを無視した設計は製品寿命を大きく縮めます。この節では、不揮発メモリの選定と寿命管理という2つの実務判断を学びます。

2.3.1NORフラッシュとNANDフラッシュ

• NORフラッシュ＝バイト単位のランダムアクセスが可能で、CPUがアドレス指定で直接実行（XIP：eXecute In Place）できる。読み出し速度が速く信頼性も高いが、書き込み・消去は低速でビット単価が高く大容量化に不向き。ブートローダやファームウェア本体の格納に使われる。
• NANDフラッシュ＝ページ／ブロック単位でのアクセスが基本で、ランダムなバイトアクセスやXIPには向かない。ビット単価が低く大容量化に有利で書き込みも比較的高速だが、信頼性がNORより低くビット誤りの管理（誤り訂正符号 ECC等）が必要。データログやファイルシステムの格納先として使われる。

2.3.2EEPROMとFRAM

• EEPROM＝バイト単位で個別に書き換え可能な不揮発メモリ。フラッシュのようにブロック単位で消去する必要がなく、設定値・校正データ・小容量のパラメータを1バイト単位で頻繁に更新する用途に向く。容量が小さくビット単価が高いため、大容量データの格納には不向き。
• FRAM（強誘電体メモリ）＝強誘電体の分極を利用して情報を保持する不揮発メモリ。書き換え速度がフラッシュ・EEPROMより大幅に高速で、書換え回数上限もはるかに大きいが、ビット単価が高く大容量化には向かない。高頻度な書き換えが必要な用途（頻繁なログ更新等）で採用が検討される。

あるIoTセンサ機器の設計者が、この機器に搭載する不揮発メモリを、（1）ブートローダとファームウェア本体、（2）機器固有の校正パラメータ（数十バイト・工場出荷時に1回書き込み、以後は稀に更新）、（3）1分ごとに追記されるセンサログ（長期間で数MBに達する）の3用途に分けて選定しています。（1）は起動直後にCPUが直接実行できることが望ましく、頻繁な書き換えも発生しないため、XIPが可能で読み出し信頼性の高いNORフラッシュが適切です。（2）は容量こそ小さいものの、バイト単位でピンポイントに書き換えたい要件があるため、ブロック消去が必須のフラッシュよりEEPROMが扱いやすい選択です。（3）は容量が大きく（数MB）、1分ごとという高頻度な追記が長期間続くため、大容量・低ビット単価のNANDフラッシュが適していますが、ここで書換え回数上限（NAND型で一般に数千〜数万回程度が目安）という制約に直面します。もし同じ物理ブロックへログを単純に追記し続ける実装にすると、ログの先頭付近のブロックだけが集中的に書き換えられ、製品の想定稼働年数に到達する前にそのブロックだけ書換え上限に達して寿命切れ（不良ブロック化）を起こすリスクがあります。これを避けるため、コントローラまたはファイルシステム層でウェアレベリング（書き込み先の物理ブロックを均等にローテーションさせ、特定ブロックへの書き込みが集中しないようにする技術）を適用し、フラッシュ全体の書換え回数を平準化することで、想定稼働年数まで製品寿命を持たせる設計とします。

2.3.3この節のまとめ

• NORフラッシュ＝XIP可能・高信頼でブートローダ向き、NANDフラッシュ＝ページ/ブロック単位で大容量・低コストのログ向き
• EEPROMはバイト単位で個別書換え可能な小容量パラメータ向きの不揮発メモリ
• フラッシュには書換え回数上限があり、ウェアレベリングで書き込みを分散させないと想定寿命前に不良ブロック化する