nand flash壞塊管理OOB,BBT,ECC

0.nand的操作管理方式

nand flash的管理方式：以三星flash為例，一片nand flash為乙個裝置(device)，1 (device) = ***x (blocks)，1 (block) = ***x (pages)，1(page) =528 (bytes) = 資料塊大小(512bytes) + oob 塊大小(16bytes，除oob第六位元組外，通常至少把oob的前3個位元組存放nand flash硬體ecc碼)。

關於oob區，是每個page都有的。page大小是512位元組的nand每頁分配16位元組的oob；如果nand物理上是2k的page，則每個page分配64位元組的oob。如下圖：

以hynix為例，圖中黑體的是實際探測到的nand，是個2g bit（256m）的nand。pgsize是2k位元組，pgspblk表示每個block包含64頁，那麼每個block占用的位元組數是64x2k=128k位元組；該nand包好2048個block，那麼可以算出nand占用的位元組數是2048x128k=256m，與實際相符。需要注意的是sprsize就是oob大小，也恰好是2k頁所用的64位元組。

1.為什麼會出現壞塊

由於nand flash的工藝不能保證nand的memory array在其生命週期中保持效能的可靠，因此，在nand的生產中及使用過程中會產生壞塊。壞塊的特性是：當程式設計/擦除這個塊時，會造成page program和block erase操作時的錯誤，相應地反映到status register的相應位。

2.壞塊的分類

總體上，壞塊可以分為兩大類：（1）固有壞塊：這是生產過程中產生的壞塊，一般晶元原廠都會在出廠時都會將每個壞塊第乙個page的spare area的第6個byte標記為不等於0xff的值。（2）使用壞塊：這是在nand flash使用過程中，如果block erase或者page program錯誤，就可以簡單地將這個塊作為壞塊來處理，這個時候需要把壞塊標記起來。為了和固有壞塊資訊保持一致，將新發現的壞塊的第乙個page的 spare area的第6個byte標記為非0xff的值。

3.壞塊管理

根據上面的這些敘述，可以了解nand flash出廠時在spare area中已經反映出了壞塊資訊，因此，

如果在擦除乙個塊之前，一定要先check一下第一頁的spare area的第6個byte是否是0xff，如果是就證明這是乙個好塊，可以擦除；如果是非0xff，那麼就不能擦除，以免將壞塊標記擦掉。

當然，這樣處理可能會犯乙個錯誤―――「錯殺偽壞塊」，因為在晶元操作過程中可能由於電壓不穩定等偶然因素會造成nand操作的錯誤。但是，為了資料的可靠性及軟體設計的簡單化，還是需要遵照這個標準。

可以用bbt：bad block table，即壞塊表來進行管理。各家對nand的壞塊管理方法都有差異。比如專門用nand做儲存的，會把bbt放到block0，因為第0塊一定是好的塊。但是如果nand本身被用來boot，那麼第0塊就要存放程式，不能放bbt了。

有的把bbt放到最後一塊，當然，這一塊堅決不能為壞塊。

bbt的大小跟nand大小有關，nand越大，需要的bbt也就越大。

需要注意的是：oob是每個頁都有的資料，裡面存的有ecc（當然不僅僅）；而bbt是乙個flash才有乙個；針對每個block的壞塊識別則是該塊第一頁spare area的第六個位元組。

4.壞塊糾正

ecc：

nand flash出錯的時候一般不會造成整個block或是page不能讀取或是全部出錯，而是整個page（例如512bytes）中只有乙個或幾個bit出錯。一般使用一種比較專用的校驗——ecc。ecc能糾正單位元錯誤和檢測雙位元錯誤，而且計算速度很快，但對1位元以上的錯誤無法糾正，對2位元以上的錯誤不保證能檢測。

ecc一般每256位元組原始資料生成3位元組ecc校驗資料，這三位元組共24位元分成兩部分：6位元的列校驗和16位元的行校驗，多餘的兩個位元置1。（512生成兩組ecc，共6位元組）

當往nand flash的page中寫入資料的時候，每256位元組我們生成乙個ecc校驗和，稱之為原ecc校驗和，儲存到page的oob（out-of-band）資料區中。其位置就是eccpos。校驗的時候，根據上述ecc生成原理不難推斷：將從oob區中讀出的原ecc校驗和新ecc校驗和按位異或，若結果為0，則表示不存在錯（或是出現了ecc無法檢測的錯誤）；若3個位元組異或結果中存在11個位元位為1，表示存在乙個位元錯誤，且可糾正；若3個位元組異或結果中只存在1個位元位為1，表示oob區出錯；其他情況均表示出現了無法糾正的錯誤。

5.補充

（1）需要對前面由於page program錯誤發現的壞塊進行一下特別說明。如果在對乙個塊的某個page進行程式設計的時候發生了錯誤就要把這個塊標記為壞塊，首先就要把塊裡其他好的面的內容備份到另外乙個空的好塊裡面，然後，把這個塊標記為壞塊。當然，這可能會犯「錯殺」之誤，乙個補救的辦法，就是在進行完塊備份之後，再將這個壞塊擦除一遍，如果block erase發生錯誤，那就證明這個塊是個真正的壞塊，那就毫不猶豫地將它打個「戳」吧！

（2）可能有人會問，為什麼要使用每個塊第一頁的spare area的第六個byte作為壞塊標記。這是nand flash生產商的預設約定，你可以看到samsung,toshiba,stmicroelectronics都是使用這個byte作為壞塊標記的。

（3）為什麼好塊用0xff來標記？因為nand flash的擦除即是將相應塊的位全部變為1，寫操作時只能把晶元每一位(bit)只能從1變為0，而不能從0變為1。0xff這個值就是標識擦除成功，是好塊。

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