一文詮釋NandFlash ECC校驗原理與實現(xiàn)

大家應(yīng)該都在用U盤，而U盤中的存儲芯片就是NandFlash，你買的64G的U盤，實際并沒有64G，其中一個原因就是存在壞塊。

因為工藝和其他方面的原因，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校驗原理與實現(xiàn)。

ECC簡介

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)中及使用過程中會產(chǎn)生壞塊。為了檢測數(shù)據(jù)的可靠性，在應(yīng)用NAND Flash的系統(tǒng)中一般都會采用一定的壞區(qū)管理策略，而管理壞區(qū)的前提是能比較可靠的進行壞區(qū)檢測。

如果操作時序和電路穩(wěn)定性不存在問題的話，NAND Flash出錯的時候一般不會造成整個Block或是Page不能讀取或是全部出錯，而是整個Page（例如512Bytes）中只有一個或幾個bit出錯。

對數(shù)據(jù)的校驗常用的有奇偶校驗、CRC校驗等，而在NAND Flash處理中，一般使用一種比較專用的校驗——ECC。ECC能糾正單比特錯誤和檢測雙比特錯誤，而且計算速度很快，但對1比特以上的錯誤無法糾正，對2比特以上的錯誤不保證能檢測。

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比特的列校驗和16比特的行校驗，多余的兩個比特置1，如下圖所示：

ECC的列校驗和生成規(guī)則如下圖所示：

用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為：

P4=D7（+）D6（+）D5（+）D4P4`=D3（+）D2（+）D1（+）D0P2=D7（+）D6（+）D3（+）D2P2`=D5（+）D4（+）D1（+）D0P1=D7（+）D5（+）D3（+）D1P1`=D6（+）D4（+）D2（+）D0

備注：這里（+）表示“位異或”操作

ECC的行校驗和生成規(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中寫入數(shù)據(jù)的時候，每256字節(jié)我們生成一個ECC校驗和，稱之為原ECC校驗和，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)的時候，每256字節(jié)我們生成一個ECC校驗和，稱之為新ECC校驗和。

校驗的時候，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校驗和新ECC校驗和按位異或，若結(jié)果為0，則表示不存在錯（或是出現(xiàn)了ECC無法檢測的錯誤）；若3個字節(jié)異或結(jié)果中存在11個比特位為1，表示存在一個比特錯誤，且可糾正；若3個字節(jié)異或結(jié)果中只存在1個比特位為1，表示OOB區(qū)出錯；其他情況均表示出現(xiàn)了無法糾正的錯誤。

ECC算法的實現(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 paritystatic 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 & a） /* LP15，13，11，9 --》 ecc_code［0］ */tmp1 |= b;b 》》= 1;if （reg2 & a） /* LP14，12，10，8 --》 ecc_code［0］ */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_code［1］ */tmp2 |= b;b 》》= 1;if （reg2 & a） /* LP6，4，2，0 --》 ecc_code［1］ */tmp2 |= b;b 》》= 1;a 》》= 1;}

/* Store two of the ECC bytes */ecc_code［0］ = tmp1;ecc_code［1］ = tmp2;}

//Calculate 3 byte ECC code for 256 byte blockvoid nand_calculate_ecc （const u_char *dat， u_char *ecc_code）{u_char idx， reg1， reg2， reg3;int j;

/* Initialize variables */reg1 = reg2 = reg3 = 0;ecc_code［0］ = ecc_code［1］ = ecc_code［2］ = 0;

/* 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 code from line parity */nand_trans_result（reg2， reg3， ecc_code）;

/* Calculate final ECC code */ecc_code［0］ = ~ecc_code［0］;ecc_code［1］ = ~ecc_code［1］;ecc_code［2］ = （（~reg1） 《《 2） | 0x03;}

//Detect and correct a 1 bit error for 256 byte blockint 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;

/* 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 data */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 Code Error Correction */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;}

參考文檔：

http://blogimg.chinaunix.net/blog/upfile2/080702112233.pdf

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編輯：jq