大家应该都在用U盘,而U盘中的存储芯片就是NandFlash,你买的64G的U盘,实际并没有64G,其中一个原因就是存在坏块。
因为工艺和其他方面的原因,不能保证NandFlash不存在坏块,因此就需要“挑选出坏块”。
本文就为大家讲述一下用于NandFlash的ECC校验原理与实现。
ECC简介
由于NAND Flash的工艺不能保证NAND的Memory Array在其生命周期中保持性能的可靠,因此,在NAND的生产中及使用过程中会产生坏块。为了检测数据的可靠性,在应用NAND Flash的系统中一般都会采用一定的坏区管理策略,而管理坏区的前提是能比较可靠的进行坏区检测。
如果操作时序和电路稳定性不存在问题的话,NAND Flash出错的时候一般不会造成整个Block或是Page不能读取或是全部出错,而是整个Page(例如512Bytes)中只有一个或几个bit出错。
对数据的校验常用的有奇偶校验、CRC校验等,而在NAND Flash处理中,一般使用一种比较专用的校验——ECC。ECC能纠正单比特错误和检测双比特错误,而且计算速度很快,但对1比特以上的错误无法纠正,对2比特以上的错误不保证能检测。
ECC原理
ECC一般每256字节原始数据生成3字节ECC校验数据,这三字节共24比特分成两部分:6比特的列校验和16比特的行校验,多余的两个比特置1,如下图所示:
ECC的列校验和生成规则如下图所示:
用数学表达式表示为:
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
备注:这里(+)表示“位异或”操作
ECC的行校验和生成规则如下图所示:
用数学表达式表示为:
P8 = bit7(+)bit6(+)bit5(+)bit4(+)bit3(+)bit2(+)bit1(+)bit0(+)P8
备注:这里(+)表示“位异或”操作
当往NAND Flash的page中写入数据的时候,每256字节我们生成一个ECC校验和,称之为原ECC校验和,保存到PAGE的OOB(out-of-band)数据区中。
当从NAND Flash中读取数据的时候,每256字节我们生成一个ECC校验和,称之为新ECC校验和。
校验的时候,根据上述ECC生成原理不难推断:将从OOB区中读出的原ECC校验和新ECC校验和按位异或,若结果为0,则表示不存在错(或是出现了ECC无法检测的错误);若3个字节异或结果中存在11个比特位为1,表示存在一个比特错误,且可纠正;若3个字节异或结果中只存在1个比特位为1,表示OOB区出错;其他情况均表示出现了无法纠正的错误。
ECC算法的实现
这里附上算法代码:
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};
static void nand_trans_result
(u_char reg2, u_char reg3,u_char *ecc_code){u_char a, b, i, tmp1, tmp2;
a = b = 0x80;tmp1 = tmp2 = 0;
for (i = 0; i < 4; i++)
{ if (reg3 & a) tmp1 |= b;b >>= 1; if (reg2 & a)
tmp1 |= b;b >>= 1;a >>= 1;}
b = 0x80;for (i = 0; i < 4; i++){ if (reg3 & a)
tmp2 |= b;b >>= 1; if (reg2 & a)
tmp2 |= b;b >>= 1;a >>= 1;}
ecc_code[0] = tmp1;ecc_code[1] = tmp2;}
void nand_calculate_ecc (const u_char *dat, u_char *ecc_code)
{u_char idx, reg1, reg2, reg3;int j; reg1 = reg2
= reg3 = 0;ecc_code[0] = ecc_code[1] = ecc_code[2] = 0;
for(j = 0; j < 256; j++){ idx = nand_ecc_precalc_
table[dat[j]];reg1 ^= (idx & 0x3f); if (idx & 0x40) {reg3 ^=
(u_char) j;reg2 ^= ~((u_char) j);}}
nand_trans_result(reg2, reg3, ecc_code); ecc_code[0]
= ~ecc_code[0];ecc_code[1] = ~ecc_code[1];ecc_code[2] = ((~reg1) << 2) | 0x03;}
int nand_correct_data (u_char *dat,
u_char *read_ecc, u_char *calc_ecc){u_char a, b, c, d1, d2, d3, add, bit, i;
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){ return 0;}
else{a = (d1 ^ (d1 >> 1)) & 0x55;b = (d2 ^ (d2 >> 1)) & 0x55;c = (d3 ^ (d3 >> 1))
& 0x54; 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){
read_ecc[0] = calc_ecc[0];read_ecc[1] = calc_ecc[1];read_ecc[2] = calc_ecc[2];return 2;}
else{ return -1;}}} return -1;}
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