CN203311409U - 一种Nand Flash的坏列管理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种能延长Nand Flash的使用寿命并相对扩大Nand Flash的存储容量的Nand Flash的坏列管理装置。本实用新型包括Nand Flash控制器、伪随机数发生器、数据比较器、坏列控制器和Nand Flash数据缓冲器，本实用新型通过坏列查找建立简单的坏列信息表，读/写Nand Flash时，结合坏列信息表,屏蔽或者跳过坏列的位置，顺序读/写坏列之后好列位置，这不但不影响Nand Flash的读写速度，而且可以继续使用坏列位数较多，超过ECC纠错能力的页和块，大大提高了Nand Flash的使用寿命和存储容量。本实用新型可应用于Nand Flash领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种Nand Flash的坏列管理装置。
背景技术
闪存（Flash Memory），简称闪存或Flash，是一种长寿命的非易失性（在断电情况下仍能保持所存储的数据信息）存储器，允许在操作中被多次擦(Erase) 或写(Program)，它以其大容量、低成本等优势，在终端中得到广泛的应用。
目前Flash主要分为NOR型和NAND型两种，Nand Flash相较于NOR Flash具有擦写速度快、储存容量大、单位成本低的优点，因此主要用来存储资料，我们常用的闪存产品有闪存盘、数码存储卡等。Nand Flash在物理上分为块（Block）、页（Page）、列（Column）或物理单元（Cell），Nand Flash由若干块组成，而其中每个块由若干个页组成，而其中每个页则由若干列（或物理单元）组成。不同类型的Flash，其一个列（物理单元）可以存储1个bit或2个bit，甚至更多个bit的数据。
Nand Flash虽是EEPROM的一种，但与常见的EEPROM有很大的不同，主要表现在擦写方面的限制。Nand Flash的读写操作单位是页，擦除操作则是以块为单位，并且Nand Flash的物理单元在写操作（Program）时只能由1变为0，所以写过的单元也只能通过擦除（Erase）的方法来恢复。Nand Flash的列经过一定的擦除和写入操作之后，1或0的状态变得不稳定，存储数据出现错误，这些列就认为已经损坏。虽然大部分基于Flash 的存储装置都会带有一定程度的纠错机制，但是错误的范围增加，超过ECC纠错能力时，就不再能够保证数据的正确性，这时候可以认为存储装置的使用寿命到了。但是如果因为小部分物理单元错误，就导致整个Nand Flash报废，显然是很浪费的。所以Nand Flash存储装置包含有一定的坏块管理机制，基本原理是：以Nand Flash的块为单位，将Nand Flash的存储空间划分出一些冗余块，使用过程中发现有存储数据的块损坏时，采用地址映射的方法，从冗余块中选取一块来替换坏块，这样就能保证数据的有效存储，延长存储装置的寿命。这种管理方法虽然延长了存储装置的寿命，但是被认为已经损坏的块，并非所有的列都已经损坏，事实上只是其中某一个页损坏，甚至是某个页中一部分列损坏。因此，该块还有很多页或列是可以使用的，如果可以对存储装置的列操作，将这些好页或列利用起来，等效增加了Nand Flash的使用寿命和容量。目前采用地址映射的方法替换坏块是较常见的坏块管理方法，采用这种方法需要存储坏块地址和冗余地址信息，信息存储量较大。如果能减少存储坏块地址和冗余地址信息，相当于扩大Nand Flash的容量。所以非常有必要采用新的管理方法对Nand Flash进行坏列管理。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能延长Nand Flash的使用寿命并相对扩大Nand Flash的存储容量的Nand Flash的坏列管理装置。
本实用新型所采用的技术方案是：本实用新型包括Nand Flash控制器、伪随机数发生器、数据比较器、坏列控制器和Nand Flash数据缓冲器，其中，所述Nand Flash控制器用于控制Nand Flash的擦除和读写操作；所述伪随机数发生器用于产生伪随机数，配置相同的随机化种子产生相同的随机数序列；所述数据比较器用于比较从Nand Flash控制器读取的数据序列和伪随机数发生器产生相同的随机数序列；所述坏列控制器用于分析所述数据比较器输出的结果并建立坏列信息表，并保存到Nand Flash；所述Nand Flash数据缓冲器用于缓冲即将写入到Nand Flash的数据或者从Nand Flash中读取的数据。
所述伪随机数发生器先后两次产生相同的测试数据，第一次产生的测试数据，通过所述Nand Flash控制器写入Nand Flash；第二次产生的测试数据送至所述数据比较器；从Nand Flash中读取伪随机数发生器第一次产生的测试数据送到所述数据比较器，与送入到数据比较器的第二次产生的测试数据进行比较，输出比较结果到所述坏列控制器。
所述坏列信息表记录所述坏列控制器分析所述数据比较器输出的结果形成的坏列信息。
本实用新型的有益效果是：由于本实用新型包括Nand Flash控制器、伪随机数发生器、数据比较器、坏列控制器和Nand Flash数据缓冲器，其中，所述Nand Flash控制器用于控制Nand Flash的擦除和读写操作；所述伪随机数发生器用于产生伪随机数，配置相同的随机化种子产生相同的随机数序列；所述数据比较器用于比较从Nand Flash控制器读取的数据序列和伪随机数发生器产生相同的随机数序列；所述坏列控制器用于分析所述数据比较器输出的结果并建立坏列信息表，并保存到Nand Flash；所述Nand Flash数据缓冲器用于缓冲即将写入到Nand Flash的数据或者从Nand Flash中读取的数据；本实用新型提供的Nand Flash的坏列管理在对Nand Flash的坏列进行管理的步骤为：（1）查找Nand Flash中的坏列，（2）建立坏列信息表，（3）读/写数据到Nand Flash时，屏蔽或跳过坏列位置；所以，本实用新型只需通过坏列查找建立简单的坏列信息表，读/写Nand Flash时，结合坏列信息表,屏蔽或者跳过坏列的位置，顺序读/写坏列之后好列位置，这不但不影响Nand Flash的读写速度，而且可以继续使用坏列位数较多，超过ECC纠错能力的页和块，大大提高了Nand Flash的使用寿命和存储容量。
附图说明
图1是本实用新型提供的Nand Flash坏列管理装置的结构示意图；
图2是本实用新型实施例的坏列查找流程图；
图3是本实用新型实施例应用坏列信息写数据到Nand Flash的流程图；
图4是本实用新型实施例应用坏列信息读取Nand Flash数据的流程图；
图5是Nand Flash无坏列时读写数据的示意图；
图6是Nand Flash有坏列时读写数据的示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例提供了一种Nand Flash的坏列管理装置。该装置包括Nand Flash控制器、伪随机数发生器、数据比较器、坏列控制器和Nand Flash数据缓冲器，其中，所述Nand Flash控制器用于控制Nand Flash的擦除和读写操作；所述伪随机数发生器用于产生伪随机数，配置相同的随机化种子产生相同的随机数序列；所述数据比较器用于比较从Nand Flash控制器读取的数据序列和伪随机数发生器产生相同的随机数序列。所述伪随机数发生器先后两次产生相同的测试数据，第一次产生的测试数据，通过所述Nand Flash控制器写入Nand Flash；第二次产生的测试数据送至所述数据比较器；从Nand Flash中读取伪随机数发生器第一次产生的测试数据送到所述数据比较器，与送入到数据比较器的第二次产生的测试数据进行比较，输出比较结果到所述坏列控制器；所述坏列控制器用于分析所述数据比较器输出的结果并建立坏列信息表，并保存到Nand Flash；所述坏列信息表记录所述坏列控制器分析所述数据比较器输出的结果形成的坏列信息；所述Nand Flash数据缓冲器用于缓冲即将写入到Nand Flash的数据或者从Nand Flash中读取的数据。
假设一个基于Nand Flash的存储装置，所用FLASH的block size是（1.5M+196K）Bytes，其中1.5M Bytes是Block的有效数据区，196K Bytes是Block保留的冗余区，Page size是（8K+1024）x8bit，其中，8K是Page的有效数据区，1024 Bytes是Page保留的冗余区。
本Nand Flash的坏列管理装置的工作方式如下：
1、查找Nand Flash中的坏列。
如图2所示，所述伪随机数发生器产生32Bit（4 Bytes）伪随机数即测试数据，该伪随机数发生器先后产生两次相同的伪随机数Ox5555FFFF，第一次产生的伪随机数0x5555FFFF数据写入Nand Flash第1块第1页第1～4字节的位置。第二次产生的相同伪随机数0x5555FFFF送到所述数据比较器，同时读取Nand Flash第1～4字节的数据并送到数据比较器中与第二次产生的相同伪随机数Ox5555FFFF比较。假如Nand Flash第1块第1页的第3字节是坏列，从Nand Flash中读取的第3字节的数据与伪随机数发生器第二次产生的伪随机数第16～23bit不匹配，经过对比，数据比较器将比较结果输入坏列控制器。
2、建立坏列信息表。
1) 根据Nand Flash坏列查找结果建立坏列信息表：坏列控制器分析数据比较器输出的结果，形成坏列信息表，该坏列信息表经Nand Flash控制器保存到Nand Flash的可靠数据区域。
类似的方法，可以查找Nand Flash中的其它坏列位置，例如该页除了第3字节损坏之外，其它字节（例如第21～36字节、第60、61字节）也有损坏，同时也将这些坏列信息记录到坏列信息表并保存到Nand Flash的可靠数据区域。
2）读/写Nand Flash时坏列控制器重建坏列信息表：需要读写Nand Flash时，坏列控制器通过Nand Flash控制器从Nand Flash的可靠区域中读取坏列信息数据，生成坏列信息表的内容，重建坏列信息表。
3、应用坏列数据对Nand Flash执行写操作。
图3是结合坏列信息写数据到Nand Flash的示意图。假定写入一个8K的数据（D1～D8k）到Nand Flash第1块第1页（第1块第1页的第3字节、第21～36字节、第60、61字节已经确定为坏列）。Nand Flash控制器从Nand Flash数据缓冲器中获得要写入Nand Flash的数据。然后，Nand Flash控制器在坏列控制器的配合下，结合坏列信息表向Nand Flash不同地址顺序写入数据。当写至第3字节、第21～36字节、第60、61字节的地址时，坏列控制器控制Nand Flash控制器产生地址跳跃动作，将对应的D3数据写到第4字节的位置，第4字节的数据D4写到第5字节的位置，依次类推，D21～D36写入到第38～53字节的位置，D60写到第79字节的位置，D61写到第80字节的位置，D8k写到第8K+19的位置（对应冗余区第19字节的位置）。占用冗余区19字节的位置，与数据区坏列（D3、D21～D36、D60、D61）的数目相同，如图6所示。
4、应用坏列数据对Nand Flash执行读操作。
图4是结合坏列信息进行读取Nand Flash数据的示意图。图5是Nand Flash无坏列时读写数据的示意图。如图6所示，假定读出Nand Flash中第1块第1页（第1块第1页的第3字节、第21～36字节、第60、61字节已经确定为坏列）的8K数据（D1～D8k）。Nand Flash控制器在坏列控制器的配合下，结合坏列信息表顺序读取Nand Flash的数据，当读至第3字节、第21～36字节、第60、61字节的地址时，坏列控制器控制Nand Flash控制器产生地址跳跃动作，对应的D3到第4字节的位置读取，D21～D36到第38～53字节的位置读取，D60到第79字节的位置读取，D61到第80字节的位置读取，D8K到第8K+19字节的位置（对应冗余区第19字节的位置）读取。到冗余区读取数据的字节数，与数据区坏列（D3、D21～D36、D60、D61）的数目相同。
本实施例只为说明本实用新型的构思和特点，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型实质所做的等效变化或修饰，应包含在本实用新型的保护范围之内。
本实用新型可应用于Nand Flash领域。
Claims (1)
1.一种Nand Flash的坏列管理装置，其特征在于：该装置包括Nand Flash控制器、伪随机数发生器、数据比较器、坏列控制器和Nand Flash数据缓冲器，其中，
所述Nand Flash控制器用于控制Nand Flash的擦除和读写操作；
所述伪随机数发生器用于产生伪随机数，配置相同的随机化种子产生相同的随机数序列；
所述数据比较器用于比较从Nand Flash控制器读取的数据序列和伪随机数发生器产生相同的随机数序列；
所述坏列控制器用于分析所述数据比较器输出的结果并建立坏列信息表，并保存到Nand Flash；
所述Nand Flash数据缓冲器用于缓冲即将写入到Nand Flash的数据或者从Nand Flash中读取的数据。
Priority Applications (1)
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Publications (1)
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2013
- 2013-05-15 CN CN2013202643571U patent/CN203311409U/zh not_active Expired - Lifetime
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