ECC糾錯(cuò)算法在存儲(chǔ)式測(cè)井儀器中的應(yīng)用

祝清法　張阿朋

摘 要：存儲(chǔ)式測(cè)井儀器在工作過(guò)程中把測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)存儲(chǔ)到本地，測(cè)井完畢后把數(shù)據(jù)讀出到PC機(jī)進(jìn)行處理。儀器采用NAND_Flash作為存儲(chǔ)介質(zhì)，使用ECC糾錯(cuò)算法對(duì)存儲(chǔ)到NAND_Flash中的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)和糾錯(cuò)是非常重要的工作，文章使用STM32實(shí)現(xiàn)了ECC糾錯(cuò)算法。

關(guān)鍵詞：存儲(chǔ)式；NAND_Flash ECC糾錯(cuò)算法；STM32

引言

目前世界上主流的非易失閃存技術(shù)分為NAND和NOR，NAND結(jié)構(gòu)以其極高的存儲(chǔ)密度，極快的寫(xiě)入和擦除速度，占領(lǐng)了中大容量存儲(chǔ)器的市場(chǎng)，我公司存儲(chǔ)式測(cè)井儀器的存儲(chǔ)體便采用K9F2G08U0C作為存儲(chǔ)介質(zhì)，典型的NAND_Flash。

ECC全稱Error Checking and Correction，是常用的對(duì)NAND_Flash進(jìn)行校驗(yàn)和糾錯(cuò)的算法，其只能糾正1bit的錯(cuò)誤，檢測(cè)出2bit以內(nèi)的錯(cuò)誤，對(duì)2bit以上的錯(cuò)誤不能保證檢測(cè)。由于NAND_Flash的出錯(cuò)模式一般不會(huì)整個(gè)Block或者Page全部失效，而是某一個(gè)bit發(fā)生錯(cuò)誤，故ECC糾錯(cuò)算法對(duì)NAND_Flash的糾錯(cuò)效果非常理想。

1 算法詳細(xì)介紹

ECC校驗(yàn)每次對(duì)256字節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，形成一個(gè)256行、8列的矩陣，矩陣每個(gè)元素代表一個(gè)bit。ECC算法的校驗(yàn)包括列校驗(yàn)和行校驗(yàn)，對(duì)每個(gè)待校驗(yàn)的bit位求異或，很顯然，如果結(jié)果為0，則表示有偶數(shù)個(gè)1，如果結(jié)果為1，則表示有奇數(shù)個(gè)1。

列校驗(yàn)矩陣示意圖如圖1所示

2 實(shí)際應(yīng)用

K9F2G08U0C的每個(gè)Page頁(yè)包含512字節(jié)的數(shù)據(jù)區(qū)和16字節(jié)的OOB區(qū)，每次往K9F1208寫(xiě)入256字節(jié)的數(shù)據(jù)，同時(shí)生成一個(gè)ECC校驗(yàn)碼存儲(chǔ)到OOB區(qū)；讀數(shù)據(jù)的時(shí)候，將從OOB區(qū)中讀出的原ECC校驗(yàn)和新ECC校驗(yàn)和按位異或，若結(jié)果為0，則表示不存在錯(cuò)（或是出現(xiàn)了 ECC無(wú)法檢測(cè)的錯(cuò)誤）；若3個(gè)字節(jié)異或結(jié)果中存在11個(gè)比特位為1，表示存在一個(gè)比特錯(cuò)誤，且可糾正，根據(jù)相應(yīng)的規(guī)則即可定位到特定的Bit發(fā)生了反轉(zhuǎn)，修正過(guò)來(lái)即可；若3個(gè)字節(jié)異或結(jié)果中只存在1個(gè)比特位為1，表示 OOB區(qū)出錯(cuò)；其他情況均表示出現(xiàn)了無(wú)法糾正的錯(cuò)誤。

如果使用軟件進(jìn)行ECC編碼和解碼，根據(jù)上述ECC計(jì)算規(guī)則，進(jìn)行一次列計(jì)算最少需要1024個(gè)指令周期，256字節(jié)共需要1024*22=22528個(gè)指令周期，嚴(yán)重影響MCU工作效率。使用STM32F407自帶硬件ECC模塊，可以自動(dòng)計(jì)算出ECC校驗(yàn)碼，提高系統(tǒng)的工作效率。用STM32F407的FSMC接口連接K9F2G08U0C，對(duì)FSMC進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐渲弥?，即可在讀寫(xiě)NAND_Flash的時(shí)候讀到ECC校驗(yàn)數(shù)據(jù)，無(wú)需手動(dòng)計(jì)算。

3 結(jié)束語(yǔ)

采用ECC糾錯(cuò)算法糾正NAND_Flash中的位翻轉(zhuǎn)錯(cuò)誤，有效的保證了數(shù)據(jù)的正確性和完整性，從而保證了存儲(chǔ)式測(cè)井儀器的測(cè)井成功率。在實(shí)際使用中，充分利用MCU的硬件模塊，極大的提高系統(tǒng)工作效率。ECC糾錯(cuò)算法也可以應(yīng)用在其他任何需要高可靠性存儲(chǔ)的系統(tǒng)中。

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作者簡(jiǎn)介：祝清法（1988-），男，江蘇連云港人，學(xué)士，助理工程師，主要研究方向?yàn)槭蜏y(cè)井儀器。張阿朋（1985-），男，江蘇連云港人，學(xué)士，工程師，主要研究方向?yàn)槭蜏y(cè)井儀器。