CN103412778A

CN103412778A - 一种片上系统NANDFlash程序引导方法与装置

Info

Publication number: CN103412778A
Application number: CN2013103515109A
Authority: CN
Inventors: 林锦麟; 李兴仁; 刘春晖; 石亚飞
Original assignee: SHANGHAI INFOTM MICROELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI INFOTM MICROELECTRONICS CO Ltd
Priority date: 2013-08-12
Filing date: 2013-08-12
Publication date: 2013-11-27

Abstract

本发明提出了一种适用于片上系统(SOC)NANDFlash程序引导方法与装置。所属技术领域为采用MLC类型的NANDFlash。这种NANDFlash程序引导方法与装置利用引导区一般较小而NANDFlash存储器总容量都较大的特点，通过对NANDFlash的引导区页面结构进行重定义和ECC数据长度切割分段进行纠错来实现对引导区数据的加强保护，确保SOC系统引导与启动的稳定性。

Description

一种片上系统NANDFlash程序引导方法与装置

技术领域

本发明所涉及的是一种片上系统NANDFlash程序引导方法与装置，特别适用于采用MLC类型的NANDFlash。

背景技术

对于一个典型的SOC系统程序引导，如图1所示，包括CPU处理器、内部ROM、内容RAM、NANDFlash控制器、DRAM控制器、外部DRAM存储器和外部NANDFlash存储器。一般SOC系统的开机过程包括以下几个步骤：

1)执行处理器固化在内部ROM的程序，实现从外部NANDFlash存储器的Bootloader引导区搬移bootloader引导程序到内部RAM；

2)Bootloader引导程序搬移完毕后，CPU的PC指针会跳到内部RAM去执行Bootloader引导程序；

3)在引导程序中实现对DRAM控制器的配置和外部DRAM器件的初始化，并将系统镜像从外部NANDFlash的系统镜像引导区搬移到外部DRAM空间；

4)系统开机和加载用户应用程序

目前使用最多的外部Flash存储器是NANDFlash，对于SOC系统，一般是使用MLC NANDFlash，甚至有可能采用TLC NANDFlash。MLC是1个存储器单元(cell)中存放2位元(bit)的数据，TLC是1个存储器单元可存放3位元的数据，对于MLC/TLC这种每个cell存有多bits的存储器，所带来的问题是数据容易出现位反现象，即数据发生错误，尤其在工艺进入2Xnm甚至是1Xnm后，数据可靠性问题也越来越严重。

这就需要一些软硬件方法来解决数据不可靠性带来的问题。比如坏块管理、磨损均衡算法、数据加扰和read retry等技术手段，但是这些方法只是用在处理NANDFlash存储器的系统区和用户区，对于引导区，尤其是bootloader引导区，实际上是没有进行较好的保护。随着产品使用时间的推移，有可能是由于引导区数据错误导致系统无法正常开机或运行。

图2是NANDFlash存储器的分区示意图，一般可分为四个区，包括bootloader引导区、系统镜像引导区、系统区和用户区，bootloader引导区大小一般为1～2MB，系统镜像引导区一般为256MB，系统区和用户区一般较大，取决于NANDFlash存储器的总容量(目前基本上都在8GB/16GB以上)。

发明内容

有鉴于此，本发明针对引导区容量较小和占总容量的比重很小的特点，而且对于引导区的程序搬移是在软件底层驱动和NANDFlash控制器中实现的，因此可以对NANDFlash存储器的引导区的页面结构进行重定义，调整一个页面的DATA空间和SPARE空间来实现对引导区的加强保护。

比如对于一个页面大小为8KB、ECC要求为40bit/1KB的NANDFlash存储器，如图3，通常其DATA空间为8KB，SPARE空间为640B，SPARE空间用来存储ECC信息和系统信息。本发明将其页面结构进行重定义，DATA空间可以根据软件配置，如图4所示，从1KB到7KB间都可以，这样对于一个页面大小为8KB的NANDFlash存储器，SPARE空间就足够大(640B+l～7KB)，那么对于引导区的数据，就可以使用60bit/1KB或80bit/1KB、甚至更高纠错能力的ECC来对引导区的数据进行加强保护。

在对页面结构进行重定义后，本发明又进一步对ECC的数据长度进行切割分段处理，进一步保护了引导区的数据。ECC的数据长度软件可配置，仍然以8KB页面大小、ECC要求为40bit/1KB的NANDFlash存储器来说明，如图5是页面结构未调整前的数据和ECC信息存放情况。如图6是页面结构调整后的存放示意图，同样对于1KB数据，由于被分成2块或4块数据块进行ECC保护，明显更可靠。

参考图6，本发明的一个重要特征是能够对NANDFlash存储器的引导区的数据进行了切实可行的ECC保护，确保数据的可靠性，保证SOC系统能够正常引导和启动。

本发明具有的另外一个重要特征是向后兼容性，能够延长芯片的生命期，假如当前片上系统处理器芯片对引导区数据采用页面结构为6KB DATA空间，ECC数据长度为512B，ECC采用80bit，那么对目前比较现有的8KB页面大小、ECC要求为40bit/1KB的NANDFlash存储器，数据和ECC信息存放空间是满足的；对于未来的NANDFlash存储器，比如8KB页面大小、ECC要求为80bit/1KB的NANDFlash存储器或16KB页面大小、ECC要求为80bit/1KB的NANDFlash存储器等都是兼容的。

附图说明

图l为一个典型的片上系统程序引导示意图；

图2为NANDFlash存储器的分区示意图。

图3为NANDFlash页面结构示意图；

图4为本发明重定义的NANDFlash页面结构示意图；

图5为NANDFlash页面结构原始的数据和ECC信息存放示意图；

图6为NANDFlash页面结构重定义后的数据和ECC信息存放示意图；

图7为不同ECC纠错能力对应的ECC信息长度。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步说明。

仍然以页面大小为8KB、ECC要求为40bit/1KB的NANDFlash存储器为例，假定重定义后页面大小为6KB、ECC采用80bit，ECC数据长度为512B。那么参考图4，现在页面的DATA空间是6KB，SPARE空间是2688B(2KB+640B)。

目前ECC算法都采用的是BCH算法，根据BCH算法，不同的纠错能力需要的ECC信息如图7所示，ECC采用80bit后，每256B数据需要的ECC信息是140B，页面大小是6KB，共有12块512B长度的数据需要进行ECC，总共需要的ECC信息长度为1680B，比现在的SPARE空间小。

Bootloader引导程序通常只有32KB左右，未重定义前需要4个页面，重定义后也只需要6个页面。参考图2，对bootloader引导区的分区大小没有影响。

系统镜像引导区以Android4.0为例，镜像大小一般在200MB左右，未重定义前需要25600个页面，重定义后需要34134个页面，占NANDFlash的容量变为267MB，参考图2，对总容量达8/16GB以上的NANDFlash存储器影响并不大。

NANDFlash控制器会根据现在的页面配置参数，自动地以512B为数据长度，进行ECC解码操作。为弥补分块带来的访问效率问题，控制器内部采用pipeline方式，连续处理多块数据，经过测试，对访问效率的影响不大，系统引导时间在可接受范围内。

从上面实施例的描述可以看出，基于本发明，在以牺牲部分容量和较小访问效率的条件下，对引导区的数据能达到很好的ECC保护，ECC纠错能力能够成倍地增加，ECC数据长度也能以更小的单位进行纠错处理。基于本发明的NANDFlash程序引导方法与装置也已应用到公司的产品中，在实际测试中已得到较好的验证，能够增强产品的稳定性与可靠性。

Claims

1.一种片上系统NANDFlash程序引导方法与装置，其特征在于：

第一步重新定义NANDFlash存储器的引导区的页面结构，调整一个页面的DATA空间和SPARE空间来实现对引导区的加强保护。DATA空间可以根据软件配置，使得SPARE空间足够大，对于引导区的数据，就可以使用更高纠错能力的ECC来对引导区的数据进行加强保护。第二步对ECC数据长度切割分段处理。

2.如权利要求1所述一种片上系统NANDFlash程序引导方法与装置，其特征在于：

重新定义NANDFlash存储器的引导区的页面结构，调整一个页面的DATA空间和SPARE空间来实现对引导区的加强保护。DATA空间可以根据软件配置，使得SPARE空间足够大，对于引导区的数据，就可以使用更高纠错能力的ECC来对引导区的数据进行加强保护。

3.如权利要求1所述一种片上系统NANDFlash程序引导方法与装置，其特征在于：

在对页面结构进行重定义后，本发明又进一步对ECC的数据长度进行切割分段处理，进一步保护了引导区的数据。