NAND FLASH ECC校驗(yàn)原理與實(shí)現(xiàn)
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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，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(+)D0
P2=D7(+)D6(+)D3(+)D2 P2`=D5(+)D4(+)D1(+)D0
P1=D7(+)D5(+)D3(+)D1 P1`=D6(+)D4(+)D2(+)D0
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
……………………………………………………………………………………
這里(+)同樣表示“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)
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 co
static void nand_trans_result(u_char reg2, u_char reg3,u_char *ecc_co
{
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 & a) /* LP15,13,11,9 --> ecc_co
tmp1 |= b;
b >>= 1;
if (reg2 & a) /* LP14,12,10,8 --> ecc_co
tmp1 |= b;
b >>= 1;
a >>= 1;
}
/* Calculate second ECC byte */
b = 0x80;
for (i = 0; i < 4; i++)
{
if (reg3 & a) /* LP7,5,3,1 --> ecc_co
tmp2 |= b;
b >>= 1;
if (reg2 & a) /* LP6,4,2,0 --> ecc_co
tmp2 |= b;
b >>= 1;
a >>= 1;
}
/* Store two of the ECC bytes */
ecc_co
ecc_co
}
// Calculate 3 byte ECC co
void nand_calculate_ecc (const u_char *dat, u_char *ecc_co
{
u_char idx, reg1, reg2, reg3;
int j;
/* Initialize variables */
reg1 = reg2 = reg3 = 0;
ecc_co
/* Build up column parity */
for(j = 0; j < 256; j++)
{
/* Get CP0 - CP5 from table */
idx = nand_ecc_precalc_table[dat[j]];
reg1 ^= (idx & 0x3f);
/* All bit XOR = 1 ? */
if (idx & 0x40) {
reg3 ^= (u_char) j;
reg2 ^= ~((u_char) j);
}
}
/* Create non-inverted ECC co
nand_trans_result(reg2, reg3, ecc_co
/* Calculate final ECC co
ecc_co
ecc_co
ecc_co
}
// Detect and correct a 1 bit error for 256 byte block
int nand_correct_da
{
u_char a, b, c, d1, d2, d3, add, bit, i;
/* Do error detection */
d1 = calc_ecc[0] ^ read_ecc[0];
d2 = calc_ecc[1] ^ read_ecc[1];
d3 = calc_ecc[2] ^ read_ecc[2];
if ((d1 | d2 | d3) == 0)
{
/* No errors */
return 0;
}
else
{
a = (d1 ^ (d1 >> 1)) & 0x55;
b = (d2 ^ (d2 >> 1)) & 0x55;
c = (d3 ^ (d3 >> 1)) & 0x54;
/* Found and will correct single bit error in the da
if ((a == 0x55) && (b == 0x55) && (c == 0x54))
{
c = 0x80;
add = 0;
a = 0x80;
for (i=0; i<4; i++)
{
if (d1 & c)
add |= a;
c >>= 2;
a >>= 1;
}
c = 0x80;
for (i=0; i<4; i++)
{
if (d2 & c)
add |= a;
c >>= 2;
a >>= 1;
}
bit = 0;
b = 0x04;
c = 0x80;
for (i=0; i<3; i++)
{
if (d3 & c)
bit |= b;
c >>= 2;
b >>= 1;
}
b = 0x01;
a = dat[add];
a ^= (b << bit);
dat[add] = a;
return 1;
}
else
{
i = 0;
while (d1)
{
if (d1 & 0x01)
++i;
d1 >>= 1;
}
while (d2)
{
if (d2 & 0x01)
++i;
d2 >>= 1;
}
while (d3)
{
if (d3 & 0x01)
++i;
d3 >>= 1;
}
if (i == 1)
{
/* ECC Co
read_ecc[0] = calc_ecc[0];
read_ecc[1] = calc_ecc[1];
read_ecc[2] = calc_ecc[2];
return 2;
}
else
{
/* Uncorrectable Error */
return -1;
}
}
}
/* Should never happen */
return -1;
}
評(píng)論