CN105740163A - 一种Nand Flash坏块管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Nand Flash坏块管理方法，包括以下步骤：步骤(1)：将Nand Flash存储设备分为坏块信息存储区、数据区和备份区，在坏块信息存储区内建立用于记录坏块与其替换块之间的地址映射关系的坏块映射列表，坏块的替换块存储在备份区中；步骤(2)：检测Nand Flash存储设备的出厂块标志位是否置位，若是，则判定为坏块，并将该坏块的地址信息存储至坏块映射列表中；否则，进入下一步；步骤(3)：当数据区进行当前读/写操作出现坏块时，设置该坏块的标志位置位，同时为该坏块指定备份区中的替换块，将坏块及其替换块的地址均存储至坏块信息表中，则数据区中的坏块地址映射为其替换块的地址。

Description

一种Nand Flash坏块管理方法

技术领域

本发明属于闪存存储器领域，尤其涉及一种NandFlash坏块管理方法。

背景技术

NandFlash内存是flash内存的一种，其内部采用非线性宏单元模式，为固态大容量内存的实现提供了廉价有效的解决方案。Nand-flash存储器具有容量较大，改写速度快等优点，适用于大量数据的存储，因而在业界得到了越来越广泛的应用，如嵌入式产品中包括数码相机、MP3随身听记忆卡、体积小巧的U盘等。

通常，NandFlash标志坏块通常有两种方法：(1)跳过坏块方法：跳过坏块的方法是通过算法创建一个坏块表并且当目标地址和坏块地址一致时，数据将被存储在下一个好块中，跳过坏块；(2)预留块方法：在预留块方法中，坏块表还是像跳过坏块法描述的方式创建，但坏块不被跳过，而是通过重定向替换一个驱动设备认识的好块。

其中，一些单片机的Flash和Ram资源应用紧张，为了节省Flash和Ram通常不会移植文件系统，数据需要存储在特定位置的块，因此，跳过坏块法不适用于此类应用。预留块方法存在的问题有：坏块管理程序复杂，在单片机的Flash和Ram资源受限情况下，会严重消耗单片机资源；在实时性要求很高的应用中，扫描坏块表的时间会影响系统的实时性。

因此，需要建立一种在Flash和Ram资源应用紧张且受限的情况下，扫描坏块的方法简单且不影响系统的实时性的方法。

发明内容

为了解决现有技术的缺点，本发明提供一种NandFlash坏块管理方法。该方法综合了预留块方法与坏块跳过法，能够减少单片机系统Flash和Ram的使用，节约资源；提高程序运行效率，减少查找坏块的时间。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种NandFlash坏块管理方法，包括以下步骤：

步骤(1)：将NandFlash存储设备分为坏块信息存储区、数据区和备份区，在坏块信息存储区内建立用于记录坏块与其替换块之间的地址映射关系的坏块映射列表，坏块的替换块存储在备份区中；

步骤(2)：检测NandFlash存储设备的出厂块标志位是否置位，若是，则判定为坏块，并将该坏块的地址信息存储至坏块映射列表中；否则，进入下一步；

步骤(3)：当数据区进行当前擦除/写操作出现坏块时，设置该坏块的标志位置位，同时为该坏块指定备份区中的替换块，将坏块及其替换块的地址均存储至坏块信息表中，则数据区中的坏块地址映射为其替换块的地址。

在所述步骤(3)中，替换块的分配从备份区的最低的块地址开始向最高的块地址依次递增。

在步骤(3)中为数据区的坏块指定备份区中的替换块的前提条件是备份区中的替换块为好块。

若备份区中的替换块也为坏块，则设置备份区中坏块的标志位置位，同时为备份区中坏块指定备份区中的其他替换块，将备份区中替换块的地址存储至坏块信息表中，则备份区中的坏块地址映射为其替换块的地址。

在步骤(1)中，坏块信息存储区、数据区和备份区的大小根据实际需求划分。

所述步骤(3)的具体过程为：

步骤(3.1)：当数据区进行擦除/写操作出现错误，则判定数据区中当前被操作的存储块为坏块；

步骤(3.2)：设置步骤(3.1)中坏块的标志位置位，为该坏块指定备份区中的替换块；

步骤(3.3)：将坏块及其替换块的地址均存储至坏块信息表中，数据区中的坏块地址映射为其替换块的地址。

所述步骤(3.2)中为坏块指定备份区中的替换块的过程为：

替换块的分配按照备份区的块地址顺序，依次进行检测备份区中的替换块是否为好块，若是，则该替换块为数据区的坏块被指的定备份区中的替换块，其中，数据区中的坏块与备份区中替换块的地址一一对应；否则，备份区中坏块的标志位置位，同时为备份区中坏块指定备份区中的其他替换块，将备份区中替换块的地址存储至坏块信息表中。

所述备份区中坏块及其替换块的地址也是一一对应的关系。

本发明的有益效果为：

(1)本方法过程简单，逻辑清晰，减少了编程代码量；只用了2Kbyte的内存就可以管理达32GBit容量的存储设备，从而减少单片机系统Flash和Ram资源；

(2)本方法采用的是直接操作块地址找到坏块的标志，而不是通过链表查找坏块，从而提高了程序运行效率，减少查找坏块的时间。

附图说明

图1是本发明的坏块管理方法流程图。

图2是本发明的坏块管理方法建立映射表流程图.

图3是本发明的坏块管理方法写入数据流程图。

图4是本发明的坏块管理方法擦除数据流程图。

图5是本发明的坏块管理方法读取数据流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

如图1所示，本发明的NandFlash坏块管理方法，包括以下步骤：

步骤(1)：将NandFlash存储设备分为坏块信息存储区、数据区和备份区，在坏块信息存储区内建立用于记录坏块与其替换块之间的地址映射关系的坏块映射列表，坏块的替换块存储在备份区中；

步骤(2)：检测NandFlash存储设备的出厂块标志位是否置位，若是，则判定为坏块，并将该坏块的地址信息存储至坏块映射列表中；否则，进入下一步；

步骤(3)：当数据区进行当前擦除/写操作出现坏块时，设置该坏块的标志位置位，同时为该坏块指定备份区中的替换块，将坏块及其替换块的地址均存储至坏块信息表中，则数据区中的坏块地址映射为其替换块的地址。

进一步地，在步骤(3)中，替换块的分配从备份区的最低的块地址开始向最高的块地址依次递增。

在步骤(3)中为数据区的坏块指定备份区中的替换块的前提条件是备份区中的替换块为好块。

若备份区中的替换块也为坏块，则设置备份区中坏块的标志位置位，同时为备份区中坏块指定备份区中的其他替换块，将备份区中替换块的地址存储至坏块信息表中，则备份区中的坏块地址映射为其替换块的地址。

在步骤(1)中，坏块信息存储区、数据区和备份区的大小根据实际需求划分。

其中，步骤(3)的具体过程为：

步骤(3.1)：当数据区进行擦除/写操作出现错误，则判定数据区中当前被操作的存储块为坏块；

步骤(3.2)：设置步骤(3.1)中坏块的标志位置位，为该坏块指定备份区中的替换块；

步骤(3.3)：将坏块及其替换块的地址均存储至坏块信息表中，数据区中的坏块地址映射为其替换块的地址。

更进一步地，步骤(3.2)中为坏块指定备份区中的替换块的过程为：

替换块的分配按照备份区的块地址顺序，依次进行检测备份区中的替换块是否为好块，若是，则该替换块为数据区的坏块被指的定备份区中的替换块，其中，数据区中的坏块与备份区中替换块的地址一一对应；否则，备份区中坏块的标志位置位，同时为备份区中坏块指定备份区中的其他替换块，将备份区中替换块的地址存储至坏块信息表中。

其中，备份区中坏块及其替换块的地址也是一一对应的关系。

本发明方法坏块管理的原理，将NandFlash存储设备分为：

坏块信息存储区、数据区和备份区，如表1所示；坏块信息存储区是存储坏块映射表的区域，存储空间一般为2-3个Block。数据区是读写数据的区域，若该区域有一个Block出现坏块则映射到备份区中的一个好块。备份区是当数据区出现坏块时由数据区映射到的存储空间。每个区域的大小可以根据实际需求划分，如表1所示。

表1NandFlash存储设备划分的区域

本方法通过建立一个数组列表BBT[ZONESIZE]，数组长度为ZONESIZE大小，数组元素的索引分别对应相应的Block(块)，如BBT[0]表示Block地址为0的块(假设数组元素的数据类型为int16)。

对于坏块信息存储区，将坏块信息存储在存储区的每一个Block中。每一个Block的第0页存储一个Flag标识数据头，标识存在坏块信息列表BBT；第1页存储坏块信息列表，第二页存储坏块信息列表的校验和，如表2所示。

表2坏块信息存储区

程序运行后，首先检测坏块信息存储区是否存在坏块信息列表，若存在坏块信息直接将坏块信息读到BBT[]数组，若不存在坏块信息则初始化坏块信息列表。列表初始化方法如下，如图2所示：

坏块信息存储区：BBT[0～2]初始化为0；

数据区：BBT[3～N]初始化为3～N；

备份区：BBT[N+1～ZONESIZE-1]初始化为0；

读出厂坏块标志：若为坏块，对应BBT[]数组元素最高位置1。

一、初始化坏块列表BBT[1024]，如图2所示：

读取坏块信息存储区数据头Flag；若存在Flag则读取坏块信息列表到BBT数组；

计算BBT数组的校验位并与存储的校验位比较，若存在一个数组校验正确，则返回BBT数组有效；否则返回NandFlash设备不可用；

若不存在Flag，则进行以下坏块列表初始化；将坏块信息存储区BBT[n]初始化为0；(n∈[0,2])

将数据区BBT[n]初始化为n；(n∈[3,DATASIZE])

将备份区BBT[n]初始化为0；(n∈[DATASIZE+1,ZONESIZE-1])；

读取Blockn的出厂坏块标识，若为坏块将BBT[n]的最高位置1。

二、程序在读写和擦除块的过程中进行坏块映射表的维护，具体方法如下：

(1)在写入操作Blockn出现错误时(n∈[3,N])，首先将BBT[n]的最高位置1，标志此块为坏块；然后在Blockm中寻找BBT[m]为0的Block(m∈[N+1,ZONESIZE-1])，将BBT[m]的值置为n，BBT[n]的值置为m，最高位置1；最后把Blockn中的数据复制到Blockm中，如图3所示，下次在写操作Blockn时，实际上是操作地址为(BBT[n]&0X7FFF)Block中的内容。

以向块地址为n，页地址为p的位置写入数据为例：

向块地址为n的块写入数据，若写入数据返回正确，程序返回写入数据正确，否则进行以下操作；

在备份区查找BBT[m]为0的块(m∈[DATASIZE+1,ZONESIZE-1])，若不存在这样的块，程序返回NandFlash设备不可用；否则进行以下操作；

将BBT[n]＝0x8000+m,BBT[m]＝n；

擦除地址为m的块，擦除成功直接进行一下操作，否则进行在备份区查找BBT[m]为0的块的步骤操作，然后再执行以下操作；

将Blockn的第0～p-1页复制到Blockm的对应位置，将Blockn的第p页复制到Blockm的第p页，将Blockn的p页以后的数据复制到Blockm的对应位置；若复制页数据出错，执行2.2步骤及以后操作，若成功，程序返回写入数据正确。

(2)在擦除操作Blockn出现错误时(n∈[3,N])，首先将BBT[n]的最高位置1，标志此块为坏块；然后在Blockm中寻找BBT[m]为0的Block(m∈[N+1,ZONESIZE-1])，将BBT[m]的值置为n，BBT[n]的值置为m，最高位置1；因为是擦除操作，所以不需要将Blockn中的数据复制到Blockm中，如图4所示，下次在擦除Blockn时，实际上是擦除地址为(BBT[n]&0X7FFF)Block中的内容。

(3)读取块地址为n，页地址为p位置的数据，如图5所示：

取得BBT[n]中映射的块地址(BBT[n]&0x7FFF)；

读取块地址为(BBT[n]&0x7FFF)中p页的数据；

将读出数据的ECC与写入的ECC数据比较，结果相同读出数据正确，否则返回读出数据错误。

在读取操作Blockn时，实际上是读取的地址为(BBT[n]&0X7FFF)Block中内容，如图5所示。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种NandFlash坏块管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)：将NandFlash存储设备分为坏块信息存储区、数据区和备份区，在坏块信息存储区内建立用于记录坏块与其替换块之间的地址映射关系的坏块映射列表，坏块的替换块存储在备份区中；

步骤(2)：检测NandFlash存储设备的出厂块标志位是否置位，若是，则判定为坏块，并将该坏块的地址信息存储至坏块映射列表中；否则，进入下一步；

步骤(3)：当数据区进行当前擦除/写操作出现坏块时，设置该坏块的标志位置位，同时为该坏块指定备份区中的替换块，将坏块及其替换块的地址均存储至坏块信息表中，则数据区中的坏块地址映射为其替换块的地址。

2.如权利要求1所述的一种NandFlash坏块管理方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，替换块的分配从备份区的最高的块地址开始向最低的块地址依次递减。

3.如权利要求1所述的一种NandFlash坏块管理方法，其特征在于，在步骤(3)中为数据区的坏块指定备份区中的替换块的前提条件是备份区中的替换块为好块。

4.如权利要求3所述的一种NandFlash坏块管理方法，其特征在于，若备份区中的替换块也为坏块，则设置备份区中坏块的标志位置位，同时为备份区中坏块指定备份区中的其他替换块，将备份区中替换块的地址存储至坏块信息表中，则备份区中的坏块地址映射为其替换块的地址。

5.如权利要求1所述的一种NandFlash坏块管理方法，其特征在于，在步骤(1)中，坏块信息存储区、数据区和备份区的大小根据实际需求划分。

6.如权利要求1所述的一种NandFlash坏块管理方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体过程为：

步骤(3.1)：当数据区进行擦除/写操作出现错误，则判定数据区中当前被操作的存储块为坏块；

步骤(3.2)：设置步骤(3.1)中坏块的标志位置位，为该坏块指定备份区中的替换块；

步骤(3.3)：将替换块的地址存储至坏块信息表中，数据区中的坏块地址映射为其替换块的地址。

7.如权利要求6所述的一种NandFlash坏块管理方法，其特征在于，所述步骤(3.2)中为坏块指定备份区中的替换块的过程为：

替换块的分配按照备份区的块地址顺序，依次进行检测备份区中的替换块是否为好块，若是，则该替换块为数据区的坏块被指的定备份区中的替换块，其中，数据区中的坏块与备份区中替换块的地址一一对应；否则，备份区中坏块的标志位置位，同时为备份区中坏块指定备份区中的其他替换块，将备份区中替换块的地址存储至坏块信息表中。

8.如权利要求7所述的一种NandFlash坏块管理方法，其特征在于，所述备份区中坏块及其替换块的地址也是一一对应的关系。