NAND Flash的驱动程序设计

3  ECC校检原理与实现

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可靠，因此在NAND的生产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地进行坏区检测。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块或是页不能读取或全部出错，而是整个页（例如512字节）中只有一位或几位出错。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，一般使用一种专用的校验——ECC。ECC能纠正单位错误和检测双位错误，而且计算速度很快，但对1位以上的错误无法纠正，对2位以上的错误不保证能检测。ECC一般每256字节原始数据生成3字节ECC校验数据，这3字节共24位分成两部分：6位的列校验和16位的行校验，多余的2位置1，如表1所列。

表1  校检数据组成


首先介绍ECC的列校检。ECC的列校验和生成规则如图4所示，“^”表示“位异或”操作。由于篇幅关系，行校检不作介绍，感兴趣的读者可以参考芯片datasheet，在三星公司网站可以免费下载。


图4  列校验和生成规则

数学表达式为：



当向NAND Flash的页中写入数据时，每256字节生成一个ECC校验和，称之为原ECC校验和，保存到页的OOB数据区中。当从NAND Flash中读取数据时，每256字节生成一个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校验和与新ECC校验和按位异或，若结果为0，则表示无错（或者出现了 ECC无法检测的错误）；若3字节异或结果中存在11位为1，表示存在一个位错误，且可纠正；若3个字节异或结果中只存在1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。

4  UBOOT下功能验证

实现UBOOT对NAND Flash的支持主要是在命令行下实现对NAND Flash的操作。对NAND Flash实现的命令为：nand info、nand device、nand read、nand write、nand erease、nand bad。用到的主要数据结构有：struct nand_flash_dev和struct nand_chip，前者包括主要的芯片型号、存储容量、设备ID、I/O总线宽度等信息，后者是对NAND Flash进行具体操作时用到的信息。由于将驱动移植到UBoot的方法不是本文重点，故不作详细介绍。

验证方式：通过TFTP将数据下载到SDRAM中，利用nand read、nand write、nand erease三个命令对NAND Flash进行读、编程、擦写测试。测试结果如表2所列。和datasheet中数据对比，可以得出结论，驱动在系统中运行良好。

表2  测试结果


结语

现在嵌入式系统应用越来越广泛，而存储器件又是嵌入式系统必不可少的一部分，NAND Flash在不超过4 GB容量的需求下，较其他存储器件优势明显。本文所设计的驱动并未基于任何操作系统，可以方便地移植到多种操作系统和Boot Loader下，对于简化嵌入式系统开发有一定的实际意义。

参考文献

   1. Yang S.Chen X.Alty L Design issues and implementation of Internet-based process control 2003(6)
   2. A Wilson The challenge of embedded Internet 1998(3)
   3. 刘淼 嵌入式系统接口设计与Linux驱动程序开发 2006
   4. Samsung.K9F2808U0CFLASHMemory

作者：成都市西南交通大学 谢韦华  谭永东  徐伟华
来源：单片机与嵌入式系统应用  2009 (2)