CN104317733A - 一种nand flash坏块管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种NAND FLASH坏块管理方法，解决常见NAND FALSH坏块管理算法中速度与容量无法均衡的问题。该本发明在一个操作周期即可得到逻辑块地址对应的物理块地址。本发明可以在采用较少存储空间的情况下，实现坏块的管理工作。同时速度与全容量映射方法一样，在一个操作周期即可得到逻辑块地址对应的物理块地址。有效解决了常见的坏块管理方法中速度与面积的矛盾。将该方法应用在存储器的电子设计中，降低了对硬件的要求，如计算映射关系的RAM、存储映射表的FLASH等，在不降低产品性能的情况下，显著降低产品的板面积和成本。本发明明显缩小芯片集成电路规模和芯片面积。

Description

一种NAND FLASH坏块管理方法

技术领域

本发明属于航空电子技术领域，具体涉及一种NAND FLASH坏块管理方法。 

背景技术

NAND FLASH Memory是一种点可擦除读写非易失性存储器。它具有高密度，低成本，非易失性，功耗低，读写和擦除速度快等优点，因此在移动设备中得到了广泛应用。为了提高产品是良品率，NAND FLASH在出厂时存在一定比例的坏块，芯片厂家会在固定位置给出坏块标记，此外在使用过程中，也可能产生新的坏块。由于坏块无法完成正常的读、写、擦操作，因此采用一种方便快捷的坏块管理方法，屏蔽坏块的使用，使得数据始终在有效块上操作，使用该类存储器，保证数据安全必须的过程。 

为了使用方便，我们将应用层欲操作的块地址称为逻辑块地址，将实际数据存放的块地址称为物理块地址，逻辑块地址到物理块地址的对应关系，称为映射关系，存储该映射关系的表，称为映射表。目前普遍采用的坏块管理方法主要有两种：一是采用全容量映射的方法。首先将物理块地址分为数据区和冗余区，然后每个NAND FLASH逻辑块均对应一个物理块地址，存储该块对应的物理地址，如果数据区存在坏块，则从冗余区选择一个好块进行映射即可。操作某块时，直接读取映射表，即可得到对应的物理块地址。二是采用坏块映射的方法。即仅对坏块进行映射，每个坏块均有一个冗余区好块进行对应。每次操作前，首先遍历映射区，如果有对应的地址，则操作冗余区物理地址，如果没有，则说明当前块为好块。可直接进行操作。 

从以上描述可以看出，方法一随着存储容量的增加，其需要的存储的地址的容量成比例上升。尤其在海量存储设备中，其容量大到不可接受的地步。方法二，虽然存储容量较小，但是由于每次操作前，均需要进行扫描，会严重影响整个系统的读写速度。 

发明内容

发明目的：提供一种NAND FLASH坏块管理方法，解决常见NAND FALSH坏块管理算法中速度与容量无法均衡的问题。 

技术方案：一种NAND FLASH坏块管理方法，首先建立坏块标记表和映射表，将NAND FLASH的物理存储区域分为数据区和冗余区，其中数据区作为数据的正常记录区域，冗余区作为数据区中坏块的备份，并定义逻辑区与数据区地址相同且大小一致；首先，按照数据区地址顺序遍历NAND FLASH坏块标记，按照遍历顺序建立一个坏块标记表，使用1表示对应块为坏块，0表示对应块为好块；当某块为坏块时，在冗余区寻找一个好块建立映射关系，形成映射表，映射表中未使用的地址写入全F将该映射关系保存；当需要操作某个逻辑区块的地址时，按照以下步骤实现其对应的物理块地址： 

步骤1：查询坏块标记，若坏块标记为0，说明与该逻辑块地址值相同的数据区块为好块，可直接操作；若坏块标记为1，转步骤2； 

步骤2：将逻辑区块地址对应的坏块标记表中地址之前的1相加，记为sum，转步骤3； 

步骤3：将sum作为映射表的地址，输出映射表地址sum位置存储的数据，即为对应的冗余区的物理块地址。 

优选的，步骤2采用二进制全加器实现。 

优选的，步骤2具体采用硬件电路或FPGA实现。 

如果对某个逻辑区块的地址进行操作时发现新的坏块，则需要更新坏块标记表和映射表，按照以下步骤实现： 

步骤4：将当前块的坏块标记更新为1，转步骤5； 

步骤5：在冗余区寻找未使用的好块进行映射，转步骤6； 

步骤6：将sum开始的内容依次后移，将映射关系填入sum位置即可建立新的映射表。 

有益效果：本发明可以在采用较少存储空间的情况下，实现坏块的管理工作。同时速度与全容量映射方法一样，在一个操作周期即可得到逻辑块地址对应的物理块地址。有效解决了常见的坏块管理方法中速度与面积的矛盾。将该方法应用在存储器的电子设计中，降低了对硬件的要求，如计算映射关系的RAM、存储映射表的FLASH等，在不降低产品性能的情况下，显著降低产品的板面积和成本。将该方法应用在NAND FLASH控制器等芯片设计中，可以在不降低产品性能的情况下，明显缩小芯片集成电路规模和芯片面积。 

附图说明

图1常见的坏块管理方法一 

图2常见的坏块管理方法二 

图3本发明采用的坏块管理方法 

图4标记求和方法 

图5以某NAND FLASH为例的坏块管理方法示意图 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述，如图3所示，首先建立坏块标记表和映射表，将NAND FLASH的物理存储区域分为数据区和冗余区，其中数据区作为数据的正常记录区域，冗余区作为数据区中坏块的备份，并定义逻辑区与数据区地址相同且大小一致；首先，按照数据区地址顺序遍历NAND FLASH坏块标记，按照遍历顺序建立一个坏块标记表，使用1表示对应块为坏块，0表示对应块为好块；当某块为坏块时，在冗余区寻找一个好块建立映射关系，形成映射表，映射表中未使用的地址写入全F将该映射关系保存；当需要操作某个逻辑区块的地址时，按照以下步骤实现其对应的物理块地址： 

步骤1：查询坏块标记，若坏块标记为0，说明与该逻辑块地址值相同的数据区块为好块，可直接操作；若坏块标记为1，转步骤2； 

步骤2：将逻辑区块地址对应的坏块标记表中地址之前的1相加，采用二进制全加器实现，具体采用硬件电路或FPGA实现。记为sum，转步骤3； 

步骤3：将sum作为映射表的地址，输出映射表地址sum位置存储的数据，即为对应的冗余区的物理块地址。 

如果对某个逻辑区块的地址进行操作时发现新的坏块，则需要更新坏块标记表和映射表，按照以下步骤实现： 

步骤4：将当前块的坏块标记更新为1，转步骤5； 

步骤5：在冗余区寻找未使用的好块进行映射，转步骤6； 

步骤6：将sum开始的内容依次后移，将映射关系填入sum位置即可建立新的映射表。 

下面以如图5所示例具体进一步详细描述，示例中NAND FLASH有16384个块，其中第3、5、9块为坏块的NAND FLASH为例进行说明，假设数据区为第0块～第15999块，冗余区为第16000块～第16384块，第8块在操作过程中损坏。首先通过读取NAND FLASH的坏块标记，判断是否为坏块，按照遍历顺序建立一个16384×1bit的坏块标记表，其中第3，5，9块的标记为1，其余标记为0。分别于冗余区的第16000，16001，16002块建立建立映射关系，在冗余块映射表的地址1，2，3分别填入16000，16001，16002，其余未使用的地址写入全F，将该映射关系保存。当需要操作某个逻辑区块的地址时，按照以下步骤实现其对应的物理块地址： 

步骤1：查询坏块标记，若坏块标记为0，说明与该逻辑块地址值相同的数据区块为好块，可直接操作；若坏块标记为1，进入步骤2，以图5所示例，操作逻辑地址0，1，2，4，6，7，8，10……时，查询坏块标记为0，转换后的物 理地址为地址0，1，2，4，6，7，8，10……。当操作逻辑地址3，5，9时，由于坏块标记为1，转步骤2； 

步骤2：将地址3，5，9之前所有的坏块标记相加，通过二进制全加器分别得到sum为1，2，3.，转步骤3； 

步骤3：将1，2，3作为映射表地址，分别得到冗余区的物理块地址16000，16001，16002，即对逻辑块3，5，9的操作，就是对物理块16000，16001，16002的操作。 

如果对某个逻辑区块的地址进行操作时发现新的坏块，则需要更新坏块标记表和映射表，以图5示例，操作第8块时，发现其损坏，此刻需要更新坏块标记表和冗余映射表。按照以下步骤实现： 

步骤4：将当前块的坏块标记地址8的位置更新为1。转步骤5； 

步骤5：在冗余区寻找未使用的好块16003进行映射。此时，sum为3，转步骤6； 

步骤6：将映射表地址3开始的内容依次后移，将16003填入地址3的位置，完成映射表的更新。 

通过以上示例，可以看出共需要16384×1bit+384byte×2＝2816byte的存储空间，由于中间的加法器采用硬件电路或FPGA实现，所以实际的操作周期为1个时钟。 

若采用图1所示全映射的坏块管理方法，则需要16384×2byte＝32768byte的存储空间，操作周期为1个时钟。 

若采用图2冗余区映射的坏块管理方法，则需要384byte×2＝768byte的存储空间，但是操作周期至少为384个时钟。 

可见在本示例中，全映射的坏块管理方法所需的存储空间是本发明的11.6倍，操作周期相同，而冗余区映射的坏块管理方法所需时间是本发明的384倍，但存储空间只有本发明的0.27倍。 

Claims (4)

1.一种NAND FLASH坏块管理方法，首先建立坏块标记表和映射表，将NANDFLASH的物理存储区域分为数据区和冗余区，其中数据区作为数据的正常记录区域，冗余区作为数据区中坏块的备份，并定义逻辑区与数据区地址相同且大小一致；首先，按照数据区地址顺序遍历NAND FLASH坏块标记，按照遍历顺序建立一个坏块标记表，使用1表示对应块为坏块，0表示对应块为好块；当某块为坏块时，在冗余区寻找一个好块建立映射关系，形成映射表，映射表中未使用的地址写入全F将该映射关系保存；其特征在于，当需要操作某个逻辑区块的地址时，按照以下步骤实现其对应的物理块地址：

步骤1：查询坏块标记，若坏块标记为0，说明与该逻辑块地址值相同的数据区块为好块，可直接操作；若坏块标记为1，转步骤2；

步骤2：将逻辑区块地址对应的坏块标记表中地址之前的1相加，记为sum，转步骤3；

步骤3：将sum作为映射表的地址，输出映射表地址sum位置存储的数据，即为对应的冗余区的物理块地址。

2.根据权利要求1所述的一种NAND FLASH坏块管理方法，其特征在于，步骤2采用二进制全加器实现。

3.根据权利要求2所述的一种NAND FLASH坏块管理方法，其特征在于，步骤2具体采用硬件电路或FPGA实现。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种NAND FLASH坏块管理方法，其特征在于，如果对某个逻辑区块的地址进行操作时发现新的坏块，则需要更新坏块标记表和映射表，按照以下步骤实现：

步骤4：将当前块的坏块标记更新为1，转步骤5；

步骤5：在冗余区寻找未使用的好块进行映射，转步骤6；

步骤6：将sum开始的内容依次后移，将映射关系填入sum位置即可建立新的映射表。