CN105005453B - 星载nand flash固存坏区管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种星载NAND FLASH固存坏区管理系统，包括：四组FLASH存储芯片，用于记录和回放卫星载荷探测数据，在固存擦除和写过程中，提供芯片状态反馈信息和校验信息；存储控制FPGA，用于控制FLASH存储芯片擦除、写及读操作，根据FLASH存储芯片的芯片反馈信息和校验信息判读该区块的好坏，便于EEPROM更新坏区表；EEPROM，用于存储FLASH存储芯片的坏区表信息；看门狗，用于在单机上电、断电过程中防止存储控制FPGA控制信号端出现不定状态而误将错误信息写入EEPROM。本发明可应用于气象卫星数传分系统中，该坏区管理方法有效的保证了卫星在轨遥感数据的正确性与完整性。

Description

星载NAND FLASH固存坏区管理系统

技术领域

本发明涉及卫星探测数据存取领域，具体地，涉及星载NAND FLASH固存坏区管理系统的设计。

背景技术

随着卫星载荷输入速率大幅提升，固存存储容量需求大幅增加，存储芯片由SDRAM型更换为NAND FLASH系列芯片。该芯片存储容量32Gbits，新采用的存储芯片具有集成度高，指标满足应用需求，技术相对成熟且具有在轨飞行验证经历等特点。

在卫星上应用时，存储模块由一片ACTEL FPGA A54SX32A加上NAND FLASH芯片组构成，采用(72，64)汉明校验，以增强FLASH存储板的抗单粒子翻转能力，其中每个存储单元中的某个存储芯片用于EDAC校验。

NAND Flash存储芯片出厂时存在2％的坏区率，3D PLUS公司提供的NAND FLASH芯片可以保证长时间使用中坏区不会增加。但由于NAND FLASH芯片的工艺结构，在使用过程中还会出现个别坏区，单机必须具有实时更新坏区表的功能。为了实时更新存储芯片的坏区表，对坏区进行有效管理，提高整星的工作效能，确保数据的完整性及正确性，卫星上采用一种新型NAND FLASH固存坏区管理设计方法。

随着卫星型号任务的逐渐增多，载荷速率越来越高，在低轨卫星数传系统的设计中，需要完成超大数据量的存取，鉴于NAND FLASH存储介质具有容量大、速度快及成本低等众多优点，已经逐渐成为星上主要存储介质。如何对NAND FLASH存储介质进行有效的区块管理成为亟待解决的问题。本发明提供了一种星载NAND FLASH固存坏区管理设计方法，将为上述问题的解决提供了一种途径，确保了卫星探测数据的完整性与正确性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种星载NAND FLASH固存坏区 管理系统。利用本发明，可实现低轨卫星数传系统大容量数据存取，对FLASH存储芯片产生新的坏区进行有效剔除，最大效率管理FLASH固存坏区，保证卫星探测数据存取的正确性及完整性，提高卫星的使用效能。

为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的设计方法是利用软件实现的方式来实现，其中四组FLASH存储芯片完成大容量数据的存取，将芯片的状态反馈信息(擦除和写)和校验信息(读)通过内总线方式传输至存储控制FPGA，完成整个区块(8Mbits)操作时进行判读该区块属于好块还是坏块，详细的实现过程如下：

根据本发明提供的一种星载NAND FLASH固存坏区管理系统，包括如下装置：

四组FLASH存储芯片，用于记录和回放卫星载荷探测数据，在固存擦除和写过程中，提供芯片状态反馈信息以及固存回放数据时出现多bit误码时的校验信息，将芯片状态反馈信息和校验信息传送至存储控制FPGA；

存储控制FPGA，用于控制四组FLASH存储芯片的擦除、写及读操作，根据四组FLASH存储芯片的芯片状态反馈信息和校验信息判读相应区块的好坏，便于质EEPROM更新坏区表；

EEPROM，用于存储四组FLASH存储芯片的坏区表信息；

看门狗，用于在单机上电、断电过程中防止存储控制FPGA的控制信号端出现不定状态而误将错误信息写入EEPROM。

优选地，四组FLASH存储芯片，在固存擦除和写过程中，分别提供擦除和编程成功与否的反馈信息，在固存写和读过程中，分别进行(72，64)汉明码的汉明编码和译码，译码时出现1bit错误进行纠正，出现多bit误码时记录校验信息，并将反馈信息和校验信息通过内总线的方式传送给存储控制FPGA。

优选地，存储控制FPGA包括如下装置：

擦除状态处理装置，用于根据FLASH存储芯片擦除状态反馈信息判断相应区块属于好块还是坏块；擦除成功则该区块即为好块，擦除失败则将该区块标记为坏区，并更新EEPROM中固存坏区表；

写状态处理装置，用于根据FLASH存储芯片写入AOS组帧编码数据后，根据寄存器状态信息，判断相应区块属于好块还是坏块；芯片状态反馈为成功信号，则该区块即为好块，芯片状态反馈为失败信号，则将该区块标记为坏区，并更新EEPROM中固存坏区表，将写的数据加载至下一个好区块；

读状态处理装置，用于根据FLASH存储芯片读操作汉明校验的校验失败次数，判断相应区块属于好块还是坏块；固存读完一个区块，若校验失败累计次数大于校验阈值，则判断该区块为坏块，并更新坏区表；若校验失败累计次数小于等于校验阈值，则判断该区块为好块。

优选地，EEPROM，在固存擦除、写和读过程中，根据芯片状态反馈信息判断相应区块属于好区还是坏区，若判断为坏区，立即将该区块的指针地址写入EEPROM中，并将该区块标记为坏区；可编程只读存储器PROM中存储着FLASH固存出厂时的坏区表，在轨发送恢复固存坏区出厂设置内部指令，将PROM中的出厂坏区表重新加载至EEPROM中。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明解决了NAND FLASH固存坏区有效管理问题，利用本发明，可实现低轨卫星数传系统大容量数据存取，对FLASH存储芯片产生新的坏区进行有效剔除，最大效率管理FLASH固存坏区，保证卫星探测数据存取的正确性及完整性，提高卫星的使用效能。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明的原理框图。

图2是本发明的详细设计框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明涉及星载固存坏区管理的设计，固存是指固态存储或固态存储器。

所述星载NAND FLASH固存坏区管理系统，包括装置：四组FLASH存储芯片1，用于记录和回放卫星载荷探测数据，在固存擦除和写过程中，提供芯片状态反馈信息，以及固存回放数据时出现多bit误码时的校验信息，将状态信息和校验信息传送至存储控制 FPGA2；存储控制FPGA2，用于控制四组FLASH存储芯片1的擦除、写及读操作，根据四组FLASH存储芯片1的芯片反馈信息和校验信息判读该区块的好坏，便于EEPROM更新坏区表；非易失性、反复可擦除存储介质EEPROM3，用于存储四组FLASH存储芯片1的坏区表信息；看门狗4，用于在单机上电、断电过程中防止存储控制FPGA2控制信号端出现不定状态而误将错误信息写入EEPROM3。本发明可以应用于气象卫星数传分系统中，该坏区管理方法有效的保证了气象卫星在轨遥感数据的正确性与完整性。

更为具体地，本发明提供的星载NAND FLASH固存坏区管理系统设计，包括四组FLASH存储芯片1、存储控制FPGA2、非易失性、反复可擦除存储介质EEPROM3和看门狗4。

四组FLASH存储芯片1，记录和回放卫星载荷探测数据，在固存擦除和写过程中，提供芯片状态反馈信息，以及固存回放数据时出现多bit误码时的校验信息，将状态信息和校验信息传送至存储控制FPGA。

存储控制FPGA2主要由擦除状态处理装置201、写状态处理装置202、读状态处理装置203组成，主要完成固存不同状态下区块的好坏判断，对坏区进行有效剔除和管理。其中擦除状态处理装置201根据FLASH存储芯片擦除状态反馈信息判断该区块属于好块还是坏块。擦除成功该区块即为好块，擦除失败将该区块标记为坏区，并更新EEPROM中固存坏区表；写状态处理装置202根据FLASH存储芯片写入AOS组帧编码后数据反馈的电平信息，判断该区块属于好块还是坏块。芯片状态反馈为成功信号，该区块即为好块，芯片状态反馈为失败信号，将该区块标记为坏区，并更新EEPROM中固存坏区表，将写的数据加载至下一个好区块；读状态处理装置203根据FLASH存储芯片读操作汉明校验的校验失败次数，判断该区块属于好块还是坏块。FLASH存储芯片读取数据时，进行(72，64)汉明译码，可以纠正64bits中的单比特误码，对于64bits中出现多比特误码时，将汉明校验失败信号反馈至存储控制FPGA的计数器，计数器并加1。写入FLASH固存中的数据已进行RS(255,223)交织编码，考虑到节省芯片资源以及地面试验验证结果，严格坏区判断条件，将阈值初步设置为8次，且卫星在轨地面可注数修改阈值。FLASH固存一个区块容量为8Mbits，读完一个区块会有131072个校验反馈信息。计数电路在读时对汉明校验反馈信息进行判断，判断为多bit误码则计数一次。当区块读结束时，先判断计数器结果是否超过规定阈值N。若计数结果超出阈值，则判断该区块为坏区，立即更新EEPROM中固存坏区表，到下一循环写时，便跳过此区块。若计数结果未超出阈值，则判断该区块为好区。

非易失性、反复可擦除存储介质EEPROM3，在固存擦除、写和读过程中，根据芯片的反馈信息判断该区块属于好区还是坏区，若判断为坏区，立即将该区块的指针地址写入EEPROM中，并将该区块标记为坏区，在固存写和读操作时，不对该区块操作，跳至下一个好区进行存取。另外，PROM中存储着FLASH固存出厂时的坏区表，在轨可发送恢复出厂设置内部指令，将PROM中的出厂坏区表重新加载至EEPROM中。

看门狗4，在单机上电、断电过程中防止存储控制FPGA控制信号端出现不定状态而误将错误信息写入EEPROM。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (1)

1.一种星载NAND FLASH固存坏区管理系统，其特征在于，包括如下装置：

四组FLASH存储芯片(1)，用于记录和回放卫星载荷探测数据，在固存擦除和写过程中，提供芯片状态反馈信息以及固存回放数据时出现多bit误码时的校验信息，将芯片状态反馈信息和校验信息传送至存储控制FPGA(2)；

存储控制FPGA(2)，用于控制四组FLASH存储芯片(1)的擦除、写及读操作，根据四组FLASH存储芯片(1)的芯片状态反馈信息和校验信息判读相应区块的好坏，便于质EEPROM(3)更新坏区表；

EEPROM(3)，用于存储四组FLASH存储芯片(1)的坏区表信息；

看门狗(4)，用于在单机上电、断电过程中防止存储控制FPGA(2)的控制信号端出现不定状态而误将错误信息写入EEPROM(3)；

四组FLASH存储芯片(1)，在固存擦除和写过程中，分别提供擦除和编程成功与否的反馈信息，在固存写和读过程中，分别进行(72，64)汉明码的汉明编码和译码，译码时出现1bit错误进行纠正，出现多bit误码时记录校验信息，并将反馈信息和校验信息通过内总线的方式传送给存储控制FPGA(2)；

存储控制FPGA(2)包括如下装置：

擦除状态处理装置，用于根据FLASH存储芯片(1)擦除状态反馈信息判断相应区块属于好块还是坏块；擦除成功则该区块即为好块，擦除失败则将该区块标记为坏区，并更新EEPROM(3)中固存坏区表；

写状态处理装置，用于根据FLASH存储芯片(1)写入AOS组帧编码数据后，根据寄存器状态信息，判断相应区块属于好块还是坏块；芯片状态反馈为成功信号，则该区块即为好块，芯片状态反馈为失败信号，则将该区块标记为坏区，并更新EEPROM(3)中固存坏区表，将写的数据加载至下一个好区块；

读状态处理装置，用于根据FLASH存储芯片(1)读操作汉明校验的校验失败次数，判断相应区块属于好块还是坏块；固存读完一个区块，若校验失败累计次数大于校验阈值，则判断该区块为坏块，并更新坏区表；若校验失败累计次数小于等于校验阈值，则判断该区块为好块；

EEPROM(3)，在固存擦除、写和读过程中，根据芯片状态反馈信息判断相应区块属于好区还是坏区，若判断为坏区，立即将该区块的指针地址写入EEPROM(3)中，并将该区块标记为坏区；可编程只读存储器PROM中存储着FLASH固存出厂时的坏区表，在轨发送恢复固存坏区出厂设置内部指令，将PROM中的出厂坏区表重新加载至EEPROM(3)中。