CN109165115A - 一种增强flash存储器可靠性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明介绍一种增强FLASH存储器可靠性的方法,涉及应对上层应用对FLASH存储器页的访问请求，通过建立FLASH映射表,在映射表中查找访问页对应的实际地址，访问该实际地址；访问后，检查硬件提供的ECC校验寄存器，如果该寄存器的值为0，则表示访问成功；如果该寄存器的值为1，则表示存在ECC1bit错误并被纠错，此错误作为换页条件，进行换页操作。换页时，在映射表中按规则找到可用冗余区的页地址，如果冗余区耗尽，FLASH存储器可靠性失效，否则使用该冗余区,并更新FLASH映射表信息，完成换页操作。本发明介绍的方法，可以通过建立FLASH映射表,配置FLASH存储器冗余区大小，动态提升FLASH存储器的可靠性，解决不同用户对FLASH存储器可靠性的需求，提高开发效率。

Description

一种增强FLASH存储器可靠性的方法
技术领域
本发明涉及芯片FLASH存储器领域，特别涉及一种增强FLASH存储器可靠性的方法。
背景技术
得益于所具有的大容量、高速度、低功耗、非易失性等优点，闪存(FLASH)存储器正在人们的日常生活中占据着越来越多、越来越重要的位置；但是由于FLASH存储器在更新数据之前，必须先对其所在块/页擦除才能进行写操作，而每个块/页的擦写次数有上限；在FLASH存储器使用过程中，随着使用时间和使用次数的增加，FLASH存储器就会出现坏块/页或者存在坏块/页的隐患，尤其是对某一些块/页的擦写相比于对其它块/页更加频繁(热点页)，将会导致，FLASH块/页数据存储出现异常，影响FLASH存储器可靠性，缩短了整片FLASH的使用寿命。
同时，部分芯片从硬件层面提出一种延长可靠性的方案，即ECC校验机制。该机制利用了存储器中每一bit可靠性有差异的特点，并试验证明通常1bit出错先出现。首先，存储器会对存储器做ECC校验值的冗余存储，并在访问存储器之后，使用ECC算法对读出数据加ECC校验值进行校验，如果数据存在1bit失效，ECC算法本身能够纠错，保证数据正确。如果数据存在2bit失效，ECC算法无法纠错，可靠性失效。
ECC校验机制确实提升了FLASH存储器的可靠性，但是为了达到更好的效果，能够将存储器可靠性提升若干倍，并且不修改硬件设计,本发明提出了一种增强FLASH存储器可靠性的方法。
发明内容
本发明所解决的技术问题是，如何设计一种增强FLASH存储器可靠性的方法。
本发明的方法针对FLASH存储器的读写访问，通过建立FLASH映射表，将ECC算法校验错误标志作为控制信号进行坏页处理以及针对FLASH存储器映射断电的镜像处理；通过坏页处理，使用FLASH冗余区存储器页代替目标FLASH存储区FLASH页，提升FLASH存储器热点页的寿命，增强FLASH存储器整体的可靠性。
为了更好的理解图2中增强FLASH存储器可靠性方法的流程图的流程说明，增加了流程中需要操作的各步骤描述，说明如下：
ECC校验，是指芯片在针对FLASH存储器进行读写操作时，对FLASH存储器数据进行ECC算法校验，并将校验结果标志写入寄存器，通过该硬件寄存器标志判断FLASH存储器可靠性；
读/写FLASH，是指用户针对FLASH存储器的读操作和写操作；
FLASH映射表，是指实现用户FLASH存储器逻辑地址和实际访问的FLASH存储器地址映射关系的管理，供读/写FLASH调用；
坏页处理，是指根据ECC校验输出寄存器标志信号，通过FLASH映射表选择直接操作对应存储器地址还是FLASH冗余区进行替换，并更新FLASH映射表，实际使用块或页可根据FLASH存储器最小操作单位设定；
FLASH存储区，是指默认和用户FLASH逻辑地址对应的存储芯片FLASH数据的区域；
FLASH冗余区，是指当目标FLASH存储区坏页后，新存储芯片FLASH数据的区域。
本发明的方法，在原有用户应用和硬件的体系结构中，通过建立FLASH映射表及其换页处理功能替换原有FLASH存储器的读写操作接口，将读写接口均连接FLASH映射表，即逻辑地址和芯片物理地址映射表，FLASH映射表初始化为默认值(可以全0或者全1)，表示默认状态下FLASH存储器用户逻辑地址即为实际FLASH存储器物理地址；当坏页处理产生使用FLASH冗余区替换目标存储器后，将物理地址块/页地址信息更新到FLASH存储器映射中。
本发明方法使用的芯片硬件ECC算法校验机制，即为芯片在FLASH存储器读写操作后，对FLASH存储器数据进行ECC算法校验，当数据开始出现BIT位错误时，应将将校验结果标志写入寄存器，同时硬件将自动完成此次数据的BIT位纠错，输出正确的FLASH存储器数据，本发明方法通过该硬件寄存器标志信号通过FLASH映射表启动坏页处理，将正确的FLASH存储器数据更新到FLASH冗余区，并更新地址信息到FLASH映射表中。当进行坏页处理时，循环查找空余FLASH冗余区，并且保证在替换时擦写正确，没有ECC算法校验错误。
同时为了保证坏页处理过程中FLASH映射表更新过程发生断电或者异常时，重新上电或异常恢复以后，FLASH存储器映射数据值为旧值或者新值，而不是第三态，本发明方法在坏页处理过程中可以增加镜像处理，在FLASH映射表更新时进行数据镜像备份，当新上电或异常恢复时，先判断FLASH映射表镜像备份数据的合法性，然后根据判断结果选择恢复或者忽略镜像数据，这里的镜像处理可以使用业界通用备份方法，目的是保证FLASH映射表再次上电的正确性，如果芯片FLASH存储器自身可以保证，可以不进行镜像处理。
本发明方法针对作为用户数据区的FLASH存储区进行设计，会额外占用FLASH存储数据区存放FLASH存储器映射、镜像备份区，同时由于需要根据用户划定数据区作为FLASH存储器映射，因此会使用RAM资源申明全局变量，且额外申请FLASH存储数据区作为配置区保存全局变量；这些额外占用的区域会减少用户资源，存放位置用户可以根据需求固定在FLASH存储区的任何位置，这是可以由用户指定的。
本发明方法为了解决整体FLASH存储器的可靠性瓶颈，即增强应用频繁擦写次数高于FLASH存储器块/页本征寿命热点页的寿命，还需要依附单独开启的FLASH冗余区作为FLASH存储区的坏页轮转替换；当目标FLASH存储区坏页后，代替原目标FLASH存储区作为新存储芯片FLASH数据的区域。
附图说明
图1是增强FLASH存储器可靠性方法的软件层次及操作说明图。
图2是增强FLASH存储器可靠性方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明方法进行详细说明。
如图1所示,本发明的方法主要是在用户应用和硬件读写FLASH存储器之间通过建立FLASH映射表来实现功能，其中主要包含映射信息初始化、坏页处理等；
当程序上电后，将FLASH映射表初始化为默认值，表示默认状态下FLASH存储器用户逻辑地址即为实际FLASH存储器物理地址；将全局变量和镜像处理初始化为默认值，表示默认的映射区域以及未断电；
读/写FLASH通过读写接口连接FLASH映射表，获取当前的FLASH存储器用户逻辑地址和实际FLASH存储器物理地址的映射关系，每次访问FLASH存储器前，需要先清空ECC校验输出到寄存器的标志信号，表示后续坏页处理模块获取的标志均为本次FLASH存储器操作引起；
当读写接口进行通过FLASH映射表进行FLASH读/写操作后，将根据ECC校验输出到寄存器的标志信号，判定当前FLASH存储器映块/页操作是否产生错误来决定是否启动坏页处理，使用FLASH冗余区进行替换，如果启动FLASH冗余区进行替换，将更新FLASH映射表，如果有必要可以采用通用镜像处理，保证由于芯片断电操作引起的第三态问题不出现，保证FLASH映射表数据再次上电的正确性。
如图2所示，给出本发明方法具体使用流程图，流程图中介绍第一次使用本发明方法功能如何操作，按以下步骤操作，保证本发明方法功能的正确性，增强FLASH存储器的可靠性：
步骤1，上电后，建立FLASH映射表及初始化,等待上层应用对FLASH存储器访问请求；
步骤2，应对FLASH存储器访问请求，在映射表中进行映射查找，得到实际FLASH存储地址；
步骤3，根据需要操作的实际FLASH存储地址，访问FLASH存储器地址；
步骤4，判断是否需要换页，判断条件为：如果是读访问，检查ECC校验寄存器，为0则不需要换页，访问成功，退出判断；为1则需要换页但返回数据正确，进入步骤5；为其他值则ECC无法纠错，访问失败，退出判断；如果是写访问，检查写函数返回值，如果为0，则不需要换页，访问成功，退出判断；为1则需要换页但返回数据正确，进入步骤5；
步骤5，查询FLASH映射表，按规则找到可用冗余区的页地址。如果冗余区已经耗尽，进入步骤6；如果存在可用的冗余区页，则先将冗余页值更新为与替换页相同，再更新FLASH映射表信息(此步骤应进行镜像保护),访问成功，流程结束；
步骤6，冗余区耗尽，无法换页，存储器整体可靠性失效，访问彻底失败，流程终止。
通过本发明的阐述，对于产品化的芯片，可以预见整体FLASH存储器的可靠性瓶颈是擦写次数高于FLASH存储器块/页的本征寿命的热点页。那么，具体而言，整体热点区寿命提升约：其中Pr为FLASH冗余区大小，n为热点区块/页大小。因此本发明介绍的方法，根据FLASH存储器冗余区的容量配置，可以动态提升FLASH存储器的可靠性，解决不同用户对FLASH存储器可靠性的需求，提高程序开发的测试效率。

Claims (5)

1.一种增强FLASH存储器可靠性的方法，其特征在于，按以下步骤操作进行程序执行和处理，改进FLASH存储器的可靠性：
步骤1，上电后，建立FLASH映射表及初始化,等待上层应用对FLASH存储器访问请求；
步骤2，应对FLASH存储器访问请求，在映射表中进行映射查找，得到实际FLASH存储地址；
步骤3，根据需要操作的实际FLASH存储地址，访问FLASH存储器地址；
步骤4，判断是否需要换页，判断条件为：如果是读访问，检查ECC校验寄存器，为0则不需要换页，访问成功，退出判断；为1则需要换页但返回数据正确，进入步骤5；为其他值则ECC无法纠错，访问失败，退出判断；如果是写访问，检查写函数返回值，如果为0，则不需要换页，访问成功，退出判断；为1则需要换页但返回数据正确，进入步骤5；
步骤5，查询FLASH映射表，按规则找到可用冗余区的页地址，如果冗余区已经耗尽，进入步骤6；如果存在可用的冗余区页，则先将冗余页值更新为与替换页相同，再更新FLASH映射表信息,访问成功，流程结束；
步骤6，冗余区耗尽，无法换页，存储器整体可靠性失效，访问彻底失败，流程终止。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于利用芯片在FLASH存储器访问后产生的ECC校验结果作为控制信号进行坏页处理；基于芯片ECC算法校验机制，在每次FLASH存储器访问操作完成后，芯片对数据进行ECC算法校验，结果写入寄存器，并自动纠错FLASH存储器页访问的数据，保证读出数据的正确性。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于使用FLASH冗余区页代替目标FLASH存储区页；代替的方式为：为所有存储页建立FLASH映射表，每个FLASH存储页在FLASH映射表中有对应的实际地址，当发生换页时，将冗余区页地址信息更新到对应的FLASH映射表位置。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于FLASH映射表可以进行所有存储器页信息管理，包括换页、坏页信息等处理。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于可以通过配置FLASH映射表、FLASH存储器冗余区大小，动态提升FLASH存储器的可靠性，解决不同用户对FLASH存储器可靠性的需求，提高开发效率可以进行所有存储器页信息管理。
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