CN104598169A - 用于flash存储器的高可靠性数据读取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于flash存储器的高可靠性数据读取方法，包括一组ECC控制寄存器，此ECC控制寄存器包括：管理字节使能位、左扇区数据使能位、右扇区数据使能位，用于控制是否对所述用户数据区中另一个扇区进行纠错处理；在对nandflash进行读操作时：当在逻辑上读用户数据区中左扇区时，则使能ECC控制寄存器中左扇区数据使能位，如果左扇区位于第一用户数据区内，则配置ECC控制寄存器中管理字节长度控制位有效（长度为8），发送读命令将用户管理信息读入BCH模块解码查错，但不加载到控制器缓存中，将左扇区数据读到BCH模块解码查错，并加载到控制器缓存中进行纠错，再将右扇区读到BCH模块解码查错，但不加载到控制器缓存中。本发明提高了对nandflash存储设备的读写速度，又保证了加载信息准确性且硬件利用率。

Description

用于flash存储器的高可靠性数据读取方法
技术领域
本发明涉及一种存储设备读写方法，具体涉及一种用于flash存储器的高可靠性数据读取方法。
背景技术
现有nandflash内存由若干物理块组成，如图1所示，物理块包含若干个物理页，物理页包括管理字节区、若干个由至少两个扇区组成的用户数据区和若干个分别与所述用户数据区一一对应的错误校验区（ECC），每个错误校验区（ECC）用于校验并纠错其负责的用户数据区的错误代码，所述管理字节区用来建立逻辑页与物理页之间或者建立逻辑块与物理块之间的对应关系。
管理理字节：一般是存储控制器厂家根据自己的管理算法定义的几个字节，在实际应用中需要单独读取这部分数据用来建立逻辑页与物理页之间或者建立逻辑块与物理块之间的对应关系和提供其它用户管理信息。
1k用户数据: 包含用户数据两个扇区的数据。
LBA: logical block address，逻辑块地址对应于用户一个扇区(512个字节)的数据，PC主端与存储类设备通信是以一个扇区（512个字节）为单位进行读写的。
ECC: error correction code，错误校验（代码）。 nandflash 物理特性上使得其数据读写过程中会发生一定几率的错误，需要有个对应的错误检验和纠正的机制，所以存储控制器一般都提供ECC用于用户数据的检测和纠正. Nandflash的ECC，常见的算法有BCH和海明码；
当用户只需要1k用户数据中前一个扇区或后一个扇区的数据，如果将整个1k的数据都加载到存储控制器缓存中，势必存储控制器缓存需要多增加一个扇区大小的容量; 另外本来只需要对一个扇区进行纠错，如果对整个1k用户数据都进行纠错的话， 必然降低了对nandflash的读速度。因此如何提高了对nandflash存储设备的读写速度，成为本领域技术人员努力的方向。
发明内容
本发明目的是提供一种用于flash存储器的高可靠性数据读取方法，该方法提高了对flash存储器的读写速度，且保证了读写信息准确性且硬件利用率高。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种应用于nandflash存储设备的快速读写方法，所述nandflash存储器由若干物理块组成，物理块包含若干个物理页，物理页包括管理字节区、若干个由左、右两个扇区组成的用户数据区和若干个分别与所述用户数据区一一对应的具有纠错功能的错误校验区（ECC），每个错误校验区（ECC）用于校验并纠错其负责的用户数据区中错误代码，所述管理字节区用来建立逻辑页与物理页之间的对应关系或者建立逻辑块与物理块之间的对应关系；
还包括一组ECC控制寄存器用于对管理字节区、用户数据区及错误校验区分别控制是否进行纠错，此ECC控制寄存器包括：
管理字节使能位，用于控制是否对所述管理字节区进行纠错；
左扇区数据使能位，用于控制是否对所述用户数据区中一个扇区进行纠错处理；
右扇区数据使能位，用于控制是否对所述用户数据区中另一个扇区进行纠错处理；
错误校验使能位，用于控制是否对所述错误校验区（ECC）进行纠错处理；
管理字节长度控制位，用于配置管理字节的长度，从而控制对物理页中使能的区域进行纠错，而对物理页中关闭的区域不进行纠错；
所述用户数据区包括一个第一用户数据区和至少一个第二用户数据区，所述错误校验区（ECC）包括一个第一错误校验区（ECC）和至少一个第二错误校验区（ECC），所述第一错误校验区（ECC）用于将其相应的第一用户数据区和管理字节区合在一起进行校验纠错编码；
在对nandflash进行读操作时：当在逻辑上读用户数据区中左扇区时，则使能ECC控制寄存器中左扇区数据使能位，如果左扇区位于第一用户数据区内，则配置ECC控制寄存器中管理字节长度控制位有效（长度为8），发送读命令将用户管理信息读入BCH模块解码查错，但不加载到控制器缓存中，将左扇区数据读到BCH模块解码查错，并加载到控制器缓存中进行纠错，再将右扇区读到BCH模块解码查错，但不加载到控制器缓存中，否则，发送读命令将左扇区数据读到BCH模块解码查错，并加载到控制器缓存中进行纠错，再将右扇区读到BCH模块解码查错，但不加载到控制器的缓存中；
当在逻辑上读用户数据区中右扇区时，则使能ECC控制寄存器中右扇区数据使能位，如果右扇区位于第一用户数据区内，则配置ECC控制寄存器中管理字节长度控制位有效（长度为8），发送读命令将用户管理信息和左扇区数据读入BCH模块解码查错，但不加载到控制器缓存中，将右扇区数据读到BCH模块解码查错，并加载到控制器缓存中进行纠错，否则，发送读命令将左扇区读到BCH模块解码查错，但不加载到控制器的缓存中，将扇区数据读到BCH模块解码查错，并加载到控制器缓存中进行纠错；
当在逻辑上读一个由左、右两个扇区组成的用户数据区时，则使能ECC控制寄存器中左、右扇区数据使能位，如果用户数据区为第一用户数据区，则配置ECC控制寄存器中管理字节长度控制位有效（长度为8），发送读命令将用户管理信息读入BCH模块解码查错，但不加载到控制器缓存中，将用户数据区数据读到BCH模块解码查错，并加载到控制器缓存中进行纠错，否则，发送读命令将用户数据区数据读到BCH模块解码查错，并加载到控制器缓存中进行纠错；
在对nandflash进行写操作时：当对第一用户数据区中写数据时，将用户管理信息与待写入第一用户数据区的数据经BCH模块进行编码生成BCH码，再将用户管理信息、待写入第一用户数据区的数据和BCH码分别写入用户管理信息区、第一用户数据区和第一错误校验区（ECC）；
当对第二用户数据区中写数据时，则管理字节长度控制位无效，再将待写入第二用户数据区的数据经BCH模块进行编码生成BCH码，再将待写入第二用户数据区的数据和BCH码分别写入第二用户数据区和第二错误校验区（ECC）。
上述技术方案中的进一步改进方案如下：
1. 上述方案中，所述物理页包括4个用户数据区，4个错误校验区（ECC）。
2. 上述方案中，所述用户管理信息区长度为8个字节，包括4个字节的管理字节和4个字节的CRC校验码。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
本发明用于flash存储器的高可靠性数据读取方法，其硬件在ECC 控制寄存器提供了一个机制去使能或关闭相关区域数据是否需要纠错，所以如果我们只需要读取前一个扇区数据到存储控制器缓存中时，我们可以只使能左扇区数据区域，让整个1k数据+BCH码需要经过ECC通道进行查错，但只需要读左扇区数据到存储控制器缓存中进行纠错；基于上面同样的原因，我们在实际读取数据时，可能只需要读取右扇区数据到存储控制器缓存中，而且存储控制器缓存就只能提供一个扇区的容量可用（多读出的数据会覆盖掉前面的有用数据），因此，我们在只需要读取后一个扇区数据到存储控制器缓存中时，可以配置ECC 控制寄存器，只使能右扇区数据区域，将整个1k数据+BCH码经过ECC通道进行查错，但只读右扇区数据到存储控制器缓存中进行纠错；又提高了对nandflash存储设备的读写速度。
附图说明
附图1为现有技术nandflash存储器结构示意图；
附图2为本发明nandflash存储器结构示意图；
附图3为本发明管理字节读操作流程图；
附图4为本发明ECC控制寄存器结构示意图；
附图5为本发明用户数据读操作流程图；
附图6为本发明用户数据写操作流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例：一种用于flash存储器的高可靠性数据读取方法，所述nandflash存储器由若干物理块组成，物理块包含若干个物理页，物理页包括管理字节区、若干个由左、右两个扇区组成的用户数据区和若干个分别与所述用户数据区一一对应的具有纠错功能的错误校验区（ECC），每个错误校验区（ECC）用于校验并纠错其负责的用户数据区中错误代码，所述管理字节区用来建立逻辑页与物理页之间的对应关系或者建立逻辑块与物理块之间的对应关系；
还包括一组ECC控制寄存器用于对管理字节区、用户数据区及错误校验区分别控制是否进行纠错，此ECC控制寄存器包括：
管理字节使能位，用于控制是否对所述管理字节区进行纠错；
左扇区数据使能位，用于控制是否对所述用户数据区中一个扇区进行纠错处理；
右扇区数据使能位，用于控制是否对所述用户数据区中另一个扇区进行纠错处理；
错误校验使能位，用于控制是否对所述错误校验区（ECC）进行纠错处理；
管理字节长度控制位，用于配置管理字节的长度，从而控制对物理页中使能的区域进行纠错，而对物理页中关闭的区域不进行纠错；
所述用户数据区包括一个第一用户数据区和至少一个第二用户数据区，所述错误校验区（ECC）包括一个第一错误校验区（ECC）和至少一个第二错误校验区（ECC），所述第一错误校验区（ECC）用于将其相应的第一用户数据区和管理字节区合在一起进行校验纠错编码；
在对nandflash进行读操作时：当在逻辑上读用户数据区中左扇区时，则使能ECC控制寄存器中左扇区数据使能位，如果左扇区位于第一用户数据区内，则配置ECC控制寄存器中管理字节长度控制位有效（长度为8），发送读命令将用户管理信息读入BCH模块解码查错，但不加载到控制器缓存中，将左扇区数据读到BCH模块解码查错，并加载到控制器缓存中进行纠错，再将右扇区读到BCH模块解码查错，但不加载到控制器缓存中，否则，发送读命令将左扇区数据读到BCH模块解码查错，并加载到控制器缓存中进行纠错，再将右扇区读到BCH模块解码查错，但不加载到控制器的缓存中；
当在逻辑上读用户数据区中右扇区时，则使能ECC控制寄存器中右扇区数据使能位，如果右扇区位于第一用户数据区内，则配置ECC控制寄存器中管理字节长度控制位有效（长度为8），发送读命令将用户管理信息和左扇区数据读入BCH模块解码查错，但不加载到控制器缓存中，将右扇区数据读到BCH模块解码查错，并加载到控制器缓存中进行纠错，否则，发送读命令将左扇区读到BCH模块解码查错，但不加载到控制器的缓存中，将扇区数据读到BCH模块解码查错，并加载到控制器缓存中进行纠错；
当在逻辑上读一个由左、右两个扇区组成的用户数据区时，则使能ECC控制寄存器中左、右扇区数据使能位，如果用户数据区为第一用户数据区，则配置ECC控制寄存器中管理字节长度控制位有效（长度为8），发送读命令将用户管理信息读入BCH模块解码查错，但不加载到控制器缓存中，将用户数据区数据读到BCH模块解码查错，并加载到控制器缓存中进行纠错，否则，发送读命令将用户数据区数据读到BCH模块解码查错，并加载到控制器缓存中进行纠错；
在对nandflash进行写操作时：当对第一用户数据区中写数据时，将用户管理信息与待写入第一用户数据区的数据经BCH模块进行编码生成BCH码，再将用户管理信息、待写入第一用户数据区的数据和BCH码分别写入用户管理信息区、第一用户数据区和第一错误校验区（ECC）；
当对第二用户数据区中写数据时，则管理字节长度控制位无效，再将待写入第二用户数据区的数据经BCH模块进行编码生成BCH码，再将待写入第二用户数据区的数据和BCH码分别写入第二用户数据区和第二错误校验区（ECC）。
上述物理页包括4个用户数据区，4个错误校验区（ECC），上述用户管理字节为4个字节， CRC校验码长度为4个字节。
上述内容进一步阐述如下。
对管理字节会单独采用一个查错纠错算法：
从实际分析和测试的情况来看，绝大多数nandflash的绝大部分物理页这几个字节都没有错，只有极少数物理页有错。我们只采用一个简单的查错算法，只判定有没有错， 如有错，则采用将管理字节和后面的1k数据作为一个整体，利用原有的ECC模块进行纠错，如没错，系统就直接获取管理字节数据。
用户只需要读一个扇区的数据
我们将实际存放的每一个最小读写单位数据分成4个区域，如表1所示：
                              表1
用户管理信息 左扇区（512个字节）数据 右扇区（512个字节）数据 CRC Code
结合相关的硬件，使每一个区域都可以单独控制要不要进行纠错，另外每次管理字节的长度是可配置的，从而可以控制只对使能的区域进行纠错，而对关闭的区域不进行纠错。
本发明设计相关的硬件机制，再结合软件算法实现相关功能。 以一个长度为8个字节的管理信息， 采用BCH纠错算法的一个实际应用为例，进行以下详细设计说明。
1. ECC control register 如附图4所示。
Ctrl_MIEn，Ctrl_LeftEn，Ctrl_RightEn及ECC_En: 这些控制位用于控制相关区域要不要纠错。我们数据的存放顺序为8个字节（管理信息）+左扇区（512个字节）数据+右扇区（512个字节）+ BCHCode， 根据系统的设计需要， 使能相应的控制位（设置为“1”）表示相应的部分数据需要纠错，关闭相应的控制位（设置为“0”）表示相应的部分数据不需要纠错。
MI[3:0]: 选择管理字节的长度，如表2所示：
                               表2
MI[3:0] 管理信息数据长度
0000 0
0001 1
0010 2
0011 3
0100 4
0101 5
0110 6
0111 7
1000 8
1001 9
1010 10
1011 11
1100 12
1101 13
1110 14
1111 15
对管理字节读写的处理：
管理信息长度为4个字节的用户管理字节和4个字节的CRC校验码，总共8个字节。 4个字节的用户管理字节用于建立虚拟逻辑页与实际物理页的对应关系， 以及其它用户自定义的管理信息等。 4个字节的CRC校验只是用于检测4个字节的管理字节是否有错，无纠错功能， 因此算法简单，速度快，成本低。如CRC判断有错，则采用将管理字节和后面的1k数据作为一个整体，利用原有的ECC模块进行纠错，如没错，系统就直接获取管理字节数据。
对只读取1K数据中左扇区的处理：
在对数据的实际读写操作中，对于要求对1K数据进行纠错的nandflash，因为我们所有的数据都是以1K+BCHCode作为一个整体写入到nandflash中，因此我们读取数据时，也必须将这1K+BCHCode作为一个整体进行读取。但我们在实际读取数据时，可能只需要读取前一个扇区数据到存储控制器缓存中，而且存储控制器缓存就只能提供一个扇区的容量可用（多读出的数据会覆盖掉后面的有用数据），因此，我们结合ECC硬件的相关支持模块做个特别处理；
硬件在ECC 控制寄存器提供了一个机制去使能或关闭相关区域数据是否需要纠错，所以如果我们只需要读取前一个扇区数据到存储控制器缓存中时，我们可以只使能左扇区数据区域，让整个1k数据+BCH码需要经过ECC通道进行查错，但只需要读左扇区数据到存储控制器缓存中进行纠错。
对只读取1K数据中右扇区的处理：
基于上面同样的原因，我们在实际读取数据时，可能只需要读取右扇区数据到存储控制器缓存中，而且存储控制器缓存就只能提供一个扇区的容量可用（多读出的数据会覆盖掉前面的有用数据），因此，我们在只需要读取后一个扇区数据到存储控制器缓存中时，可以配置ECC 控制寄存器，只使能右扇区数据区域，将整个1k数据+BCH码经过ECC通道进行查错，但只读右扇区数据到存储控制器缓存中进行纠错。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1. 一种用于flash存储器的高可靠性数据读取方法，所述nandflash存储器由若干物理块组成，物理块包含若干个物理页，物理页包括管理字节区、若干个由左、右两个扇区组成的用户数据区和若干个分别与所述用户数据区一一对应的具有纠错功能的错误校验区（ECC），每个错误校验区（ECC）用于校验并纠错其负责的用户数据区中错误代码，所述管理字节区用来建立逻辑页与物理页之间的对应关系或者建立逻辑块与物理块之间的对应关系；其特征在于：
还包括一组ECC控制寄存器用于对管理字节区、用户数据区及错误校验区分别控制是否进行纠错，此ECC控制寄存器包括：
管理字节使能位，用于控制是否对所述管理字节区进行纠错；
左扇区数据使能位，用于控制是否对所述用户数据区中一个扇区进行纠错处理；
右扇区数据使能位，用于控制是否对所述用户数据区中另一个扇区进行纠错处理；
错误校验使能位，用于控制是否对所述错误校验区（ECC）进行纠错处理；
管理字节长度控制位，用于配置管理字节的长度，从而控制对物理页中使能的区域进行纠错，而对物理页中关闭的区域不进行纠错；
所述用户数据区包括一个第一用户数据区和至少一个第二用户数据区，所述错误校验区（ECC）包括一个第一错误校验区（ECC）和至少一个第二错误校验区（ECC），所述第一错误校验区（ECC）用于将其相应的第一用户数据区和管理字节区合在一起进行校验纠错编码；
在对nandflash进行读操作时：当在逻辑上读用户数据区中左扇区时，则使能ECC控制寄存器中左扇区数据使能位，如果左扇区位于第一用户数据区内，则配置ECC控制寄存器中管理字节长度控制位有效（长度为8），发送读命令将用户管理信息读入BCH模块解码查错，但不加载到控制器缓存中，将左扇区数据读到BCH模块解码查错，并加载到控制器缓存中进行纠错，再将右扇区读到BCH模块解码查错，但不加载到控制器缓存中，否则，发送读命令将左扇区数据读到BCH模块解码查错，并加载到控制器缓存中进行纠错，再将右扇区读到BCH模块解码查错，但不加载到控制器的缓存中；
当在逻辑上读用户数据区中右扇区时，则使能ECC控制寄存器中右扇区数据使能位，如果右扇区位于第一用户数据区内，则配置ECC控制寄存器中管理字节长度控制位有效（长度为8），发送读命令将用户管理信息和左扇区数据读入BCH模块解码查错，但不加载到控制器缓存中，将右扇区数据读到BCH模块解码查错，并加载到控制器缓存中进行纠错，否则，发送读命令将左扇区读到BCH模块解码查错，但不加载到控制器的缓存中，将扇区数据读到BCH模块解码查错，并加载到控制器缓存中进行纠错；
当在逻辑上读一个由左、右两个扇区组成的用户数据区时，则使能ECC控制寄存器中左、右扇区数据使能位，如果用户数据区为第一用户数据区，则配置ECC控制寄存器中管理字节长度控制位有效（长度为8），发送读命令将用户管理信息读入BCH模块解码查错，但不加载到控制器缓存中，将用户数据区数据读到BCH模块解码查错，并加载到控制器缓存中进行纠错，否则，发送读命令将用户数据区数据读到BCH模块解码查错，并加载到控制器缓存中进行纠错。
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