关于NAND FLASH的面试问题

时间:11-11-14 栏目:技术 作者:liva 评论:0 点击: 3,376 次

今天面试问到了关于NAND Flash的东西,尤其是OOB,一直在追问我OOB是什么,所以将这部分内容赶紧再温习下,顺便也发到博客中来。

0.NAND的操作管理方式

NAND FLASH的管理方式:以三星FLASH为例,一片Nand flash为一个设备(device),1 (Device) = xxxx (Blocks),1 (Block) = xxxx (Pages),1(Page) =528 (Bytes) = 数据块大小(512Bytes) + OOB 块大小(16Bytes,除OOB第六字节外,通常至少把OOB的前3个字节存放Nand Flash硬件ECC码)。

关于OOB区,是每个Page都有的。Page大小是512字节的NAND每页分配16字节的OOB;如果NAND物理上是2K的Page,则每个Page分配64字节的OOB。如下图:

以HYNIX为例,图中黑体的是实际探测到的NAND,是个2G bit(256M)的NAND。PgSize是2K字节,PgsPBlk表示每个BLOCK包含64页,那么每个BLOCK占用的字节数是64X2K=128K字节;该NAND包好2048个BLOCK,那么可以算出NAND占用的字节数是2048X128K=256M,与实际相符。需要注意的是SprSize就是OOB大小,也恰好是2K页所用的64字节。

1.为什么会出现坏块

由于NAND Flash的工艺不能保证NAND的Memory Array在其生命周期中保持性能的可靠,因此,在NAND的生产中及使用过程中会产生坏块。坏块的特性是:当编程/擦除这个块时,会造成Page Program和Block Erase操作时的错误,相应地反映到Status Register的相应位。

2.坏块的分类

总体上,坏块可以分为两大类:(1)固有坏块:这是生产过程中产生的坏块,一般芯片原厂都会在出厂时都会将每个坏块第一个page的spare area的第6个byte标记为不等于0xff的值。(2)使用坏块:这是在NAND Flash使用过程中,如果Block Erase或者Page Program错误,就可以简单地将这个块作为坏块来处理,这个时候需要把坏块标记起来。为了和固有坏块信息保持一致,将新发现的坏块的第一个page的 spare area的第6个Byte标记为非0xff的值。

3.坏块管理

根据上面的这些叙述,可以了解NAND Flash出厂时在spare area中已经反映出了坏块信息,因此,如果在擦除一个块之前,一定要先check一下第一页的spare area的第6个byte是否是0xff,如果是就证明这是一个好块,可以擦除;如果是非0xff,那么就不能擦除,以免将坏块标记擦掉。当然,这样处理可能会犯一个错误―――“错杀伪坏块”,因为在芯片操作过程中可能由于电压不稳定等偶然因素会造成NAND操作的错误。但是,为了数据的可靠性及软件设计的简单化,还是需要遵照这个标准。

可以用BBT:bad block table,即坏块表来进行管理。各家对nand的坏块管理方法都有差异。比如专门用nand做存储的,会把bbt放到block0,因为第0块一定是好的块。但是如果nand本身被用来boot,那么第0块就要存放程序,不能放bbt了。有的把bbt放到最后一块,当然,这一块坚决不能为坏块。bbt的大小跟nand大小有关,nand越大,需要的bbt也就越大。

需要注意的是:OOB是每个页都有的数据,里面存的有ECC(当然不仅仅);而BBT是一个FLASH才有一个;针对每个BLOCK的坏块识别则是该块第一页spare area的第六个字节。

4.坏块纠正

ECC:NAND Flash出错的时候一般不会造成整个Block或是Page不能读取或是全部出错,而是整个Page(例如512Bytes)中只有一个或几个bit出错。一般使用一种比较专用的校验——ECC。ECC能纠正单比特错误和检测双比特错误,而且计算速度很快,但对1比特以上的错误无法纠正,对2比特以上的错误不保证能检测。

ECC一般每256字节原始数据生成3字节ECC校验数据,这三字节共24比特分成两部分:6比特的列校验和16比特的行校验,多余的两个比特置1。(512生成两组ECC,共6字节)

当往NAND Flash的page中写入数据的时候,每256字节我们生成一个ECC校验和,称之为原ECC校验和,保存到PAGE的OOB(out-of-band)数据区中。其位置就是eccpos[]。校验的时候,根据上述ECC生成原理不难推断:将从OOB区中读出的原ECC校验和新ECC校验和按位异或,若结果为0,则表示不存在错(或是出现了ECC无法检测的错误);若3个字节异或结果中存在11个比特位为1,表示存在一个比特错误,且可纠正;若3个字节异或结果中只存在1个比特位为1,表示OOB区出错;其他情况均表示出现了无法纠正的错误。

5.补充

(1)需要对前面由于Page Program错误发现的坏块进行一下特别说明。如果在对一个块的某个page进行编程的时候发生了错误就要把这个块标记为坏块,首先就要把块里其他好的面的内容备份到另外一个空的好块里面,然后,把这个块标记为坏块。当然,这可能会犯“错杀”之误,一个补救的办法,就是在进行完块备份之后,再将这个坏块擦除一遍,如果Block Erase发生错误,那就证明这个块是个真正的坏块,那就毫不犹豫地将它打个“戳”吧!

(2)可能有人会问,为什么要使用每个块第一页的spare area的第六个byte作为坏块标记。这是NAND Flash生产商的默认约定,你可以看到Samsung,Toshiba,STMicroelectronics都是使用这个Byte作为坏块标记的。

(3)为什么好块用0xff来标记?因为Nand Flash的擦除即是将相应块的位全部变为1,写操作时只能把芯片每一位(bit)只能从1变为0,而不能从0变为1。0XFF这个值就是标识擦除成功,是好块。

声明: 本文由( liva )原创编译,转载请保留链接: 关于NAND FLASH的面试问题

关于NAND FLASH的面试问题:等您坐沙发呢!

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