基于固態(tài)存儲(chǔ)器的ECC算法分析及實(shí)現(xiàn)

評(píng)價(jià)存儲(chǔ)器的一個(gè)重要指標(biāo)就是它的可靠性，在一般的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中，幾個(gè)位的錯(cuò)誤可能不是很關(guān)鍵的問(wèn)題，如果但是發(fā)生在某個(gè)敏感的數(shù)據(jù)上，這個(gè)小小的故障可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。因此，必須采取一些措施來(lái)及時(shí)檢出并糾正出錯(cuò)的數(shù)據(jù)。目前常用的方法有：奇偶校驗(yàn)、CRC校驗(yàn)、重復(fù)碼校驗(yàn)等。
ECC校驗(yàn)是在奇偶校驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，它將數(shù)據(jù)塊看作一個(gè)矩陣，利用矩陣的行、列奇偶信息生成ECC校驗(yàn)碼。它能夠檢測(cè)并糾正單比特錯(cuò)誤和檢測(cè)雙比特錯(cuò)誤，但對(duì)雙比特以上的錯(cuò)誤不能保證檢測(cè)。它克服了傳統(tǒng)奇偶校驗(yàn)只能檢出奇數(shù)位出錯(cuò)、校驗(yàn)碼冗長(zhǎng)、不能糾錯(cuò)的局限性。文中在高速大容量固態(tài)存儲(chǔ)器的硬件結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了ECC校驗(yàn)碼的生成規(guī)則以及ECC校驗(yàn)流程，并用C語(yǔ)言和VHDL語(yǔ)言?xún)煞N方法實(shí)現(xiàn)了該算法。

1 存儲(chǔ)器的硬件結(jié)構(gòu)及芯片介紹
本存儲(chǔ)器是以FPGA為控制核心，用64片F(xiàn)lash芯片構(gòu)成存儲(chǔ)陣列，采用CPCI接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速率存儲(chǔ)。Flash存儲(chǔ)陣列分為16組，每組4片，每組Flash芯片共用數(shù)據(jù)和控制總線(xiàn)。該存儲(chǔ)器的硬件結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

存儲(chǔ)板上的存儲(chǔ)芯片用的是Samsung公司的高速大容量固態(tài)存儲(chǔ)芯片K9W8G08U1 M Nand Flash Memory，其容量為1 G×8 bit，分為8 192個(gè)塊，每個(gè)塊又分為64頁(yè)，1頁(yè)有(2 k+64)Byte，其中一頁(yè)有64 bit的空閑區(qū)。存儲(chǔ)板上的控制芯片是Ahera公司的高端FPGA芯片EP3SE110F1152C4，它負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的緩沖和整個(gè)存儲(chǔ)器的時(shí)序控制，并負(fù)責(zé)以頁(yè)為單位生成校驗(yàn)碼，并把校驗(yàn)碼存人到頁(yè)的空閑區(qū)內(nèi)。下面以1頁(yè)2 048 bit為單位介紹校驗(yàn)碼的生成以及校驗(yàn)流程。

2 EGG算法分析及校驗(yàn)流程
2．1 EGG校驗(yàn)碼生成規(guī)則
Flash在讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的時(shí)候是以頁(yè)為單位進(jìn)行的，一頁(yè)有2 048個(gè)數(shù)據(jù)，所以可以以2 048 bit為單位生成校驗(yàn)碼。每個(gè)數(shù)據(jù)有8位信息組成，可以把這2 048個(gè)數(shù)據(jù)看成2 048×8的矩陣，這樣就可以分別生成行校驗(yàn)碼和列校驗(yàn)碼來(lái)分別校驗(yàn)。ECC校驗(yàn)中，每2 048個(gè)數(shù)據(jù)生成4個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)碼，這32位的校驗(yàn)碼分成3個(gè)部分：6位的列校驗(yàn)信息，22位的行校驗(yàn)信息，其余的4位置1，ECC校驗(yàn)碼組成，如表1所示。

其中P4_l，P4_2，P2_1，P2_2，P1_1，P1_2是列校驗(yàn)碼，而P8_1，P8_2，P16_1，P16_2，P32_1，P32_2，P64_1，P64_2，P128_1，P128_2，P256_1，P256_2， P512_1，P512_2，P1024_1，P1 024_2， P2 048_1， P2 048_2， P4 096_1，P4096_2，P8192_1，P8192_2是行校驗(yàn)碼。行列校驗(yàn)碼生成表，如表2所示。