NAND Flash ECC 校验原理与实现

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<h1 class="title_txt"> NAND FLASH ECC校验原理与实现
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</cite>

</h1>
<div class="blogstory">
参考文档: <a href="http://blogimg.chinaunix.net/blog/upfile2/080702112233.pdf">http://blogimg.chinaunix.net/blog/upfile2/080702112233.pdf</a>




NANDFLASHECC校验原理与实现 

<div>
ECC简介
 
　　由于NANDFlash的工艺不能保证NAND的MemoryArray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NANDFlash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，NANDFlash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NANDFlash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：
<img src="http://hi.csdn.net/attachment/201012/15/7929_12924282529qYY.png" alt="" width="774" height="206">
　　 
　　ECC的列校验和生成规则如下图所示：
<img src="http://hi.csdn.net/attachment/201012/15/7929_12924282535Srs.png" alt="" width="442" height="113">
<img src="http://hi.csdn.net/attachment/201012/15/7929_1292428254jjKq.png" alt="" width="702" height="334">
 
　　用数学表达式表示为： 
　　　　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 
　　这里(+)表示“位异或”操作 
　　 
　　ECC的行校验和生成规则如下图所示：
<img src="http://hi.csdn.net/attachment/201012/15/7929_1292428254k9R8.png" alt="" width="710" height="337">
　　用数学表达式表示为： 
　　　　P8=bit7(+)bit6(+)bit5(+)bit4(+)bit3(+)bit2(+)bit1(+)bit0(+)P8 
　　　　…………………………………………………………………………………… 
　　这里(+)同样表示“位异或”操作 
　 
　　当往NANDFlash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NANDFlash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
 
　　staticconstu_charnand_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 
　　};
　　//　Createsnon-invertedECCcodefromlineparity 
　　staticvoidnand_trans_result(u_charreg2,u_charreg3,u_char*ecc_code) 
　　{ 
　　　　u_chara,b,i,tmp1,tmp2;
　　　　/*Initializevariables*/ 
　　　　a=b=0x80; 
　　　　tmp1=tmp2=0;
　　　　/*CalculatefirstECCbyte*/ 
　　　　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; 
　　　　}
　　　　/*CalculatesecondECCbyte*/ 
　　　　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; 
　　　　}
　　　　/*StoretwooftheECCbytes*/ 
　　　　ecc_code[0]=tmp1; 
　　　　ecc_code[1]=tmp2; 
　　}
　　//　Calculate3byteECCcodefor256byteblock 
　　voidnand_calculate_ecc(constu_char*dat,u_char*ecc_code) 
　　{ 
　　　　u_charidx,reg1,reg2,reg3; 
　　　　intj;
　　　　/*Initializevariables*/ 
　　　　reg1=reg2=reg3=0; 
　　　　ecc_code[0]=ecc_code[1]=ecc_code[2]=0;
　　　　/*Buildupcolumnparity*/ 
　　　　for(j=0;j<256;j++) 
　　　　{
　　　　　　/*GetCP0-CP5fromtable*/ 
　　　　　　idx=nand_ecc_precalc_table[dat[j]]; 
　　　　　　reg1^=(idx&0x3f);
　　　　　　/*AllbitXOR=1?*/ 
　　　　　　if(idx&0x40){ 
　　　　　　　　reg3^=(u_char)j; 
　　　　　　　　reg2^=~((u_char)j); 
　　　　　　} 
　　　　}
　　　　/*Createnon-invertedECCcodefromlineparity*/ 
　　　　nand_trans_result(reg2,reg3,ecc_code);
　　　　/*CalculatefinalECCcode*/ 
　　　　ecc_code[0]=~ecc_code[0]; 
　　　　ecc_code[1]=~ecc_code[1]; 
　　　　ecc_code[2]=((~reg1)<<2)|0x03; 
　　}
　　//　Detectandcorrecta1biterrorfor256byteblock 
　　intnand_correct_data(u_char*dat,u_char*read_ecc,u_char*calc_ecc) 
　　{ 
　　　　u_chara,b,c,d1,d2,d3,add,bit,i;
　　　　/*Doerrordetection*/ 
　　　　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) 
　　　　{ 
　　　　　　/*Noerrors*/ 
　　　　　　return0; 
　　　　} 
　　　　else 
　　　　{ 
　　　　　　a=(d1^(d1>>1))&0x55; 
　　　　　　b=(d2^(d2>>1))&0x55; 
　　　　　　c=(d3^(d3>>1))&0x54;
　　　　　　/*Foundandwillcorrectsinglebiterrorinthedata*/ 
　　　　　　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; 
　　　　　　　　return1; 
　　　　　　} 
　　　　　　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) 
　　　　　　　　{ 
　　　　　　　　　　/*ECCCodeErrorCorrection*/ 
　　　　　　　　　　read_ecc[0]=calc_ecc[0]; 
　　　　　　　　　　read_ecc[1]=calc_ecc[1]; 
　　　　　　　　　　read_ecc[2]=calc_ecc[2]; 
　　　　　　　　　　return2; 
　　　　　　　　} 
　　　　　　　　else 
　　　　　　　　{ 
　　　　　　　　　　/*UncorrectableError*/ 
　　　　　　　　　　return-1; 
　　　　　　　　} 
　　　　　　} 
　　　　}
　　　　/*Shouldneverhappen*/ 
　　　　return-1; 
　　}
</div>
</div>

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