用于SD卡的NAND flash控制芯片的設(shè)計(jì)

　　當(dāng)需要更新數(shù)據(jù)時(shí)，寫入的策略可分為兩種情況。首先，當(dāng)子塊仍然有空閑頁(yè)時(shí)，可直接將數(shù)據(jù)寫到子塊中的下一個(gè)空閑頁(yè)中，并在spare區(qū)中記錄該塊對(duì)應(yīng)的子塊、該物理塊對(duì)應(yīng)的邏輯塊以及該物理頁(yè)對(duì)應(yīng)的邏輯頁(yè)，這樣，當(dāng)重新上電時(shí)，就可以建立邏輯物理映射關(guān)系。其次，當(dāng)母塊和子塊都寫滿時(shí)，需要從空塊池中取出一個(gè)新的子塊。如果允許一個(gè)邏輯塊對(duì)應(yīng)三個(gè)或更多的物理塊，一方面管理起來(lái)比較復(fù)雜，另外也會(huì)造成空物理塊緊缺，因此，可以考慮將母塊或者子塊釋放掉，這樣，母塊或者子塊中原有的有效數(shù)據(jù)就需要搬移到新子塊中并將該母塊或子塊擦除再釋放到空塊池。出于速度的考慮，選擇母塊和子塊有效頁(yè)數(shù)較少的塊進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移并釋放。

　　實(shí)踐證明，這樣操作對(duì)寫文件速度有明顯提高，特別是寫小文件時(shí)，其速度提升可達(dá)9.2倍。

　　2.3 SPARE區(qū)和ECC校驗(yàn)

　　Flash中每個(gè)頁(yè)里的每個(gè)字節(jié)都是沒(méi)有任何差別的，物理上并沒(méi)有data區(qū)和spare區(qū)的區(qū)別，具體怎樣劃分data區(qū)和spare區(qū)，可由用戶自己決定。本設(shè)計(jì)采用的劃分辦法如圖4所示，這樣，每個(gè)扇區(qū)和一個(gè)spare區(qū)相連，故可方便連續(xù)讀出，并進(jìn)行校驗(yàn)糾錯(cuò)。

　　圖4中同時(shí)給出了Spare的區(qū)定義，其中兩字節(jié)用于標(biāo)識(shí)本物理塊所對(duì)應(yīng)的母塊;兩字節(jié)用于標(biāo)識(shí)本物理塊對(duì)應(yīng)的邏輯塊;一字節(jié)用于標(biāo)識(shí)本物理頁(yè)對(duì)應(yīng)的邏輯頁(yè)，一字節(jié)用于標(biāo)識(shí)連續(xù)邏輯頁(yè)數(shù)(表示上面連續(xù)邏輯頁(yè)的個(gè)數(shù)，此域可以輔助加快建立頁(yè)映射表的時(shí)間)，余下的10字節(jié)用于存放ECC，這樣可以達(dá)到4字節(jié)錯(cuò)誤的糾錯(cuò)能力。一般情況下，前面的4個(gè)字節(jié)是建立塊地址映射表的關(guān)鍵，其次，后面兩個(gè)字節(jié)則是建立頁(yè)地址映射表的關(guān)鍵。

　　2.4 頁(yè)映射表建立時(shí)間的優(yōu)化

　　因?yàn)榻㈨?yè)映射表需要讀取母塊和子塊中各物理頁(yè)spare區(qū)以判定該物理頁(yè)對(duì)應(yīng)的邏輯頁(yè)，而每個(gè)物理頁(yè)的讀取都要花費(fèi)大約50μs的時(shí)間。因此，如果對(duì)每個(gè)物理頁(yè)都讀取，建立頁(yè)映射表就會(huì)比較費(fèi)時(shí)。為了加快建立頁(yè)映射表的速度，一般只希望能讀取一個(gè)物理頁(yè)，而免于讀取其他若干頁(yè)，以便加快建表速度。因?yàn)楹芏鄷r(shí)候都是連續(xù)寫，而連續(xù)的幾個(gè)物理頁(yè)在邏輯上也是連續(xù)的，因此可以考慮在spare區(qū)加入連續(xù)邏輯頁(yè)號(hào)，這樣，重新建表時(shí)，就可根據(jù)連續(xù)頁(yè)號(hào)知道連續(xù)幾個(gè)物理頁(yè)對(duì)應(yīng)的邏輯頁(yè)，從而加快建表的速度。對(duì)于最佳情形，有時(shí)只需要讀一個(gè)頁(yè)就可以建立整個(gè)邏輯塊的頁(yè)映射表。圖5所示是一種加快建表的示意圖。

　　2.5 分區(qū)

　　不同的flash，塊數(shù)是不同的，其塊映射表需要的RAM空間也不一樣。對(duì)于當(dāng)前主流flash，有的具有8192個(gè)塊，如果對(duì)整個(gè)flash建表，需要的RAM空間將多達(dá)32KB，這樣芯片成本就會(huì)比較高。一個(gè)可行的解決辦法是對(duì)flash分區(qū)，比如1024個(gè)塊為一個(gè)分區(qū)，每次只對(duì)一個(gè)分區(qū)進(jìn)行建表，這樣，RAM空間就可以降低到4KB。這樣，隨著將來(lái)flash容量的增加，塊數(shù)即使再多，也能夠用同樣的方法處理，而不用增大RAM。

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　本文介紹了一種針對(duì)MLC flash的優(yōu)異管理算法及軟件實(shí)現(xiàn)方法，并且已在SD卡上大規(guī)模商用。該算法只需簡(jiǎn)單配置就能支持市場(chǎng)上的各種flash，而且也兼容各種SD設(shè)備。同時(shí)RAM空間需求小，成本低，壽命長(zhǎng)，兼容性好，擴(kuò)展性強(qiáng)，flash空間利用率高，具有很高的商用價(jià)值。