基于LINUX操作系统NAND FLASH在生产预抄写问题之分析.docVIP

基于LINUX操作系统的NAND FLASH在生产预抄写问题之分析 导言： 自20109月MS98、MS48IIPTV在工厂大批量产，由于此系列机芯采用NAND FLASH作为程序存储器，而NAND FLASH对预抄写的文件及抄写设备都有较复杂的要求，且由于这些问题具有较高的隐蔽性，在初期的验证和试产是无法完整出现的，因此只有在量产的生产过程出现了不少的问题，但随着问题的解决，从最初的24%不良率，逐渐下降至13%、1%、0.7%，0.3%，Error Checking Correction）（后文将详细阐述ECC相关算法）。 所以，常见的应用组合就是，用小容量的NOR FLASH存储启动代码，比如uboot；用大容量的NAND FLASH做整个系统和用户数据的存储，如LINUX的内核镜像和根文件系统，以及余下的空间分成一个数据区。 而一般的嵌入式平台的启动流程就是，系统从装有启动代码的NOR FLASH启动后，初始化对应的硬件，包括SDRAM等，然后将NAND FLASH上的LINUX内核读取到内存中，之后在DDR RAM中执行内核，在LINUX启动最后，从NAND FLASH启动文件系统，接着运行初始化脚本，启动console交互，最后才运行通过console与内核交互，完成整个系统启动过程。 NAND FLASH的物理存储单元的阵列组织结构。 以下就HY27UF082G2B的物理结构为例： 图1：NAND FLASH的物理结构 一个NAND FLASH由多个块（Block）组成，块的大小一般是128KB、256KB、512KB，本文所列举的HY27UF082G2B的一个Block为128KB。 每一块里面又包含了很多页（page）。每个页的大小，目前常用的NAND FLASH多为2KB，必威体育精装版NAND FLASH为4KB、8KB等。 页面大于等于2KB称为大页面，此类NAND FLASH称为BIG BLOCK NAND FLASH； 页面为256B、512B称为小页面，此类NAND FLASH称为SMALL BLOCK NAND FLASH。 页Page，作为NAND FLASH读写操作的基本单位。 每一个页，对应有一块区域，叫做空闲区域（spare area）/冗余区域（redundant area），而Linux系统中，一般叫做OOB（Out Of Band），这个区域，最初基于NAND FLASH的硬件特性：数据在读写时候相对容易错误，所以设计了多余的区域，用于放置数据的校验值。OOB的大小与页面的大小有关，一般情况下，页面为512B，其OOB为16B；页面为2KB，其OOB为64B。 OOB的读写操作，一般是随着页的操作一起完成的，即读写页的同时，也读写对应的OOB。 关于OOB具体用途，总结起来有： 标记是否是坏块 存储ECC数据 存储一些和文件系统相关的数据。 3、NAND FLASH的特殊性 由于NAND FLASH特殊的物理特性，使得内部存储的数据，只能从1变成0，初始值均为1，而数据的写入，即是将对应的位变成0；将数据的擦出掉，就是以BLOCK为单位，对该BLOCK的所有位进行置1。 关于NAND FLASH的特殊性总结如下： 普通设备（硬盘/内存等） NAND FLASH 读取/写入的最小单位 Bit/位 Page/页 擦除（Erase）操作的最小单位 Bit/位 Block/块 擦除操作的含义 将数据删除/全部写入0 将整个块都擦除成全为1 对于写操作 直接写即可 在写数据之前，要先擦除，然后再写 NAND FLASH的内部控制流程： 4、NAND FLASH的坏块管理（BBM，Bad Block Management） Nand Flash 中， 一个块中含有1个或多个位是坏的（无法置1），就称其为坏块Bad Block。 坏块的稳定性是无法保证的，也就是说，不能保证写入的数据是对的，或者写入对了，读出来也不一定对的。与此对应的正常的块，肯定是写入读出都是正常的、正确的。 坏块的分类： 出厂时就有存在的坏块。此类出厂时就有的坏块，称作Factory(masked) bad block或Initial bad/invalid block，在出厂之前，就会在所在块的页的SPAER AREA中做对应的标记，标为坏块。 使用过程中产生的坏块。由于使用过程时间长了，在擦除块的时候，出错了，说明此块坏了，也要在程序运行过程中，发现并标记成坏块的。具体标记在位置与上述出厂时一致，这类坏块称为Worn-out bad block。即用坏了的块。 坏块的标记： 对于现在常见的页大小为2K的Nand Flash，块中第一个页