NandFlash?ECC校驗(yàn)原理與實(shí)現(xiàn)
時(shí)間：2021-08-19 16:23:55
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[導(dǎo)讀]關(guān)注星標(biāo)公眾號(hào)，不錯(cuò)過(guò)精彩內(nèi)容來(lái)源|nhczp編排|strongerHuang大家應(yīng)該都在用U盤(pán)，而U盤(pán)中的存儲(chǔ)芯片就是NandFlash，你買(mǎi)的64G的U盤(pán)，實(shí)際并沒(méi)有64G，其中一個(gè)原因就是存在壞塊。因?yàn)楣に嚭推渌矫娴脑?，不能保證NandFlash不存在壞塊，因此就需要“...
關(guān)注 星標(biāo)公眾號(hào)，不錯(cuò)過(guò)精彩內(nèi)容來(lái)源 | nhczp編排 | strongerHuang
大家應(yīng)該都在用U盤(pán)，而U盤(pán)中的存儲(chǔ)芯片就是NandFlash，你買(mǎi)的64G的U盤(pán)，實(shí)際并沒(méi)有64G，其中一個(gè)原因就是存在壞塊。
因?yàn)楣に嚭推渌矫娴脑?，不能保證NandFlash不存在壞塊，因此就需要“挑選出壞塊”。
本文就為大家講述一下用于NandFlash的ECC校驗(yàn)原理與實(shí)現(xiàn)。
ECC簡(jiǎn)介由于NAND Flash的工藝不能保證NAND的Memory Array在其生命周期中保持性能的可靠，因此，在NAND的生產(chǎn)中及使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生壞塊。為了檢測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性，在應(yīng)用NAND Flash的系統(tǒng)中一般都會(huì)采用一定的壞區(qū)管理策略，而管理壞區(qū)的前提是能比較可靠的進(jìn)行壞區(qū)檢測(cè)。
如果操作時(shí)序和電路穩(wěn)定性不存在問(wèn)題的話(huà)，NAND Flash出錯(cuò)的時(shí)候一般不會(huì)造成整個(gè)Block或是Page不能讀取或是全部出錯(cuò)，而是整個(gè)Page（例如512Bytes）中只有一個(gè)或幾個(gè)bit出錯(cuò)。
對(duì)數(shù)據(jù)的校驗(yàn)常用的有奇偶校驗(yàn)、CRC校驗(yàn)等，而在NAND Flash處理中，一般使用一種比較專(zhuān)用的校驗(yàn)——ECC。ECC能糾正單比特錯(cuò)誤和檢測(cè)雙比特錯(cuò)誤，而且計(jì)算速度很快，但對(duì)1比特以上的錯(cuò)誤無(wú)法糾正，對(duì)2比特以上的錯(cuò)誤不保證能檢測(cè)。
ECC原理ECC一般每256字節(jié)原始數(shù)據(jù)生成3字節(jié)ECC校驗(yàn)數(shù)據(jù)，這三字節(jié)共24比特分成兩部分：6比特的列校驗(yàn)和16比特的行校驗(yàn)，多余的兩個(gè)比特置1，如下圖所示：
ECC的列校驗(yàn)和生成規(guī)則如下圖所示：
用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為：
ECC的行校驗(yàn)和生成規(guī)則如下圖所示：
用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為：
當(dāng)往NAND Flash的page中寫(xiě)入數(shù)據(jù)的時(shí)候，每256字節(jié)我們生成一個(gè)ECC校驗(yàn)和，稱(chēng)之為原ECC校驗(yàn)和，保存到PAGE的OOB（out-of-band）數(shù)據(jù)區(qū)中。
當(dāng)從NAND Flash中讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候，每256字節(jié)我們生成一個(gè)ECC校驗(yàn)和，稱(chēng)之為新ECC校驗(yàn)和。
校驗(yàn)的時(shí)候，根據(jù)上述ECC生成原理不難推斷：將從OOB區(qū)中讀出的原ECC校驗(yàn)和新ECC校驗(yàn)和按位異或，若結(jié)果為0，則表示不存在錯(cuò)（或是出現(xiàn)了ECC無(wú)法檢測(cè)的錯(cuò)誤）；若3個(gè)字節(jié)異或結(jié)果中存在11個(gè)比特位為1，表示存在一個(gè)比特錯(cuò)誤，且可糾正；若3個(gè)字節(jié)異或結(jié)果中只存在1個(gè)比特位為1，表示OOB區(qū)出錯(cuò)；其他情況均表示出現(xiàn)了無(wú)法糾正的錯(cuò)誤。
ECC算法的實(shí)現(xiàn)這里附上算法代碼：
大家應(yīng)該都在用U盤(pán)，而U盤(pán)中的存儲(chǔ)芯片就是NandFlash，你買(mǎi)的64G的U盤(pán)，實(shí)際并沒(méi)有64G，其中一個(gè)原因就是存在壞塊。
因?yàn)楣に嚭推渌矫娴脑?，不能保證NandFlash不存在壞塊，因此就需要“挑選出壞塊”。
本文就為大家講述一下用于NandFlash的ECC校驗(yàn)原理與實(shí)現(xiàn)。
ECC簡(jiǎn)介由于NAND Flash的工藝不能保證NAND的Memory Array在其生命周期中保持性能的可靠，因此，在NAND的生產(chǎn)中及使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生壞塊。為了檢測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性，在應(yīng)用NAND Flash的系統(tǒng)中一般都會(huì)采用一定的壞區(qū)管理策略，而管理壞區(qū)的前提是能比較可靠的進(jìn)行壞區(qū)檢測(cè)。
如果操作時(shí)序和電路穩(wěn)定性不存在問(wèn)題的話(huà)，NAND Flash出錯(cuò)的時(shí)候一般不會(huì)造成整個(gè)Block或是Page不能讀取或是全部出錯(cuò)，而是整個(gè)Page（例如512Bytes）中只有一個(gè)或幾個(gè)bit出錯(cuò)。
對(duì)數(shù)據(jù)的校驗(yàn)常用的有奇偶校驗(yàn)、CRC校驗(yàn)等，而在NAND Flash處理中，一般使用一種比較專(zhuān)用的校驗(yàn)——ECC。ECC能糾正單比特錯(cuò)誤和檢測(cè)雙比特錯(cuò)誤，而且計(jì)算速度很快，但對(duì)1比特以上的錯(cuò)誤無(wú)法糾正，對(duì)2比特以上的錯(cuò)誤不保證能檢測(cè)。
ECC原理ECC一般每256字節(jié)原始數(shù)據(jù)生成3字節(jié)ECC校驗(yàn)數(shù)據(jù)，這三字節(jié)共24比特分成兩部分：6比特的列校驗(yàn)和16比特的行校驗(yàn)，多余的兩個(gè)比特置1，如下圖所示：
ECC的列校驗(yàn)和生成規(guī)則如下圖所示：
用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為：
P4=D7( )D6( )D5( )D4 P4`=D3( )D2( )D1( )D0P2=D7( )D6( )D3( )D2 P2`=D5( )D4( )D1( )D0P1=D7( )D5( )D3( )D1 P1`=D6( )D4( )D2( )D0備注：這里( )表示“位異或”操作ECC的行校驗(yàn)和生成規(guī)則如下圖所示：
用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為：
P8 = bit7( )bit6( )bit5( )bit4( )bit3( )bit2( )bit1( )bit0( )P8備注：這里( )表示“位異或”操作當(dāng)往NAND Flash的page中寫(xiě)入數(shù)據(jù)的時(shí)候，每256字節(jié)我們生成一個(gè)ECC校驗(yàn)和，稱(chēng)之為原ECC校驗(yàn)和，保存到PAGE的OOB（out-of-band）數(shù)據(jù)區(qū)中。
當(dāng)從NAND Flash中讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候，每256字節(jié)我們生成一個(gè)ECC校驗(yàn)和，稱(chēng)之為新ECC校驗(yàn)和。
校驗(yàn)的時(shí)候，根據(jù)上述ECC生成原理不難推斷：將從OOB區(qū)中讀出的原ECC校驗(yàn)和新ECC校驗(yàn)和按位異或，若結(jié)果為0，則表示不存在錯(cuò)（或是出現(xiàn)了ECC無(wú)法檢測(cè)的錯(cuò)誤）；若3個(gè)字節(jié)異或結(jié)果中存在11個(gè)比特位為1，表示存在一個(gè)比特錯(cuò)誤，且可糾正；若3個(gè)字節(jié)異或結(jié)果中只存在1個(gè)比特位為1，表示OOB區(qū)出錯(cuò)；其他情況均表示出現(xiàn)了無(wú)法糾正的錯(cuò)誤。
ECC算法的實(shí)現(xiàn)這里附上算法代碼：
static const u_char nand_ecc_precalc_table[] = { 0x00, 0x55, 0x56, 0x03, 0x59, 0x0c, 0x0f, 0x5a, 0x5a, 0x0f, 0x0c, 0x59, 0x03, 0x56, 0x55, 0x00, 0x65, 0x30, 0x33, 0x66, 0x3c, 0x69, 0x6a, 0x3f, 0x3f, 0x6a, 0x69, 0x3c, 0x66, 0x33, 0x30, 0x65, 0x66, 0x33, 0x30, 0x65, 0x3f, 0x6a, 0x69, 0x3c, 0x3c, 0x69, 0x6a, 0x3f, 0x65, 0x30, 0x33, 0x66, 0x03, 0x56, 0x55, 0x00, 0x5a, 0x0f, 0x0c, 0x59, 0x59, 0x0c, 0x0f, 0x5a, 0x00, 0x55, 0x56, 0x03, 0x69, 0x3c, 0x3f, 0x6a, 0x30, 0x65, 0x66, 0x33, 0x33, 0x66, 0x65, 0x30, 0x6a, 0x3f, 0x3c, 0x69, 0x0c, 0x59, 0x5a, 0x0f, 0x55, 0x00, 0x03, 0x56, 0x56, 0x03, 0x00, 0x55, 0x0f, 0x5a, 0x59, 0x0c, 0x0f, 0x5a, 0x59, 0x0c, 0x56, 0x03, 0x00, 0x55, 0x55, 0x00, 0x03, 0x56, 0x0c, 0x59, 0x5a, 0x0f, 0x6a, 0x3f, 0x3c, 0x69, 0x33, 0x66, 0x65, 0x30, 0x30, 0x65, 0x66, 0x33, 0x69, 0x3c, 0x3f, 0x6a, 0x6a, 0x3f, 0x3c, 0x69, 0x33, 0x66, 0x65, 0x30, 0x30, 0x65, 0x66, 0x33, 0x69, 0x3c, 0x3f, 0x6a, 0x0f, 0x5a, 0x59, 0x0c, 0x56, 0x03, 0x00, 0x55, 0x55, 0x00, 0x03, 0x56, 0x0c, 0x59, 0x5a, 0x0f, 0x0c, 0x59, 0x5a, 0x0f, 0x55, 0x00, 0x03, 0x56, 0x56, 0x03, 0x00, 0x55, 0x0f, 0x5a, 0x59, 0x0c, 0x69, 0x3c, 0x3f, 0x6a, 0x30, 0x65, 0x66, 0x33, 0x33, 0x66, 0x65, 0x30, 0x6a, 0x3f, 0x3c, 0x69, 0x03, 0x56, 0x55, 0x00, 0x5a, 0x0f, 0x0c, 0x59, 0x59, 0x0c, 0x0f, 0x5a, 0x00, 0x55, 0x56, 0x03, 0x66, 0x33, 0x30, 0x65, 0x3f, 0x6a, 0x69, 0x3c, 0x3c, 0x69, 0x6a, 0x3f, 0x65, 0x30, 0x33, 0x66, 0x65, 0x30, 0x33, 0x66, 0x3c, 0x69, 0x6a, 0x3f, 0x3f, 0x6a, 0x69, 0x3c, 0x66, 0x33, 0x30, 0x65, 0x00, 0x55, 0x56, 0x03, 0x59, 0x0c, 0x0f, 0x5a, 0x5a, 0x0f, 0x0c, 0x59, 0x03, 0x56, 0x55, 0x00 };
// Creates non-inverted ECC code from line parity static void nand_trans_result(u_char reg2, u_char reg3,u_char *ecc_code) { u_char a, b, i, tmp1, tmp2;
/* Initialize variables */ a = b = 0x80; tmp1 = tmp2 = 0;
/* Calculate first ECC byte */ for (i = 0; i < 4; i ) { if (reg3 
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