基于FPGA的NAND Flash ECC校验

　　移动产品应用领域，NANDFlash设备已成为人们解决高密度固态存储的专用方法。信息技术的飞速发展，人们对信息的需求量也越来越大。因此，大量数据在系统内部以及网络之间存储和传递时，对数据进行检测并更正可能出现的错误尤为重要。纠错码ECC(ErrorCorrect-ionCode)满足这一需求，其被称为ECC校验，是一种常用于NANDFlash读写控制器的校验编码。

　　ECC校验负责检测错误、维护ECC信息、更正由原数值改变了的单比特错误。所有ECC的操作处理都可由一个ECC模块来控制，其作为一种简单地存储一映射接口，放置在NAND器件和处理器接口之间。该模块一般包含Hamming编码产生模块和出错位置模块，分别用于产生ECC校验码和计算出错位置。

　　1Haremina编码

　　Hamming编码计算简单。广泛用于NANDFlash的Hamming算法，通过计算块上数据包得到2个ECC值。为计算ECC值，数据包中的比特数据要先进行分割，如1/2组、1/4组、1/8组等，直到其精度达到单个比特为止，以8bit即1Byte的数据包为例进行说明，如图1所示。

　　该数据按图1所示方式进行比特分割，分别得到上方的偶校验值ECCe和下方的奇校验值ECCo。其中，1/2校验值经“异或”操作构成ECC校验的最高有效位，同理1/4校验值构成ECC校验的次高有效位，最低有效位由具体到比特的校验值填补。图2展示了两个ECC校验值的计算过程。

　　即偶校验值ECCe为“101”，奇校验值ECCo为“010”。图1所示为只有1Byte数据的数据包，更大的数据包需要更多的ECC值。事实上，每nbit的ECC数值可满足2nbit数据包的校验要求。又由于这种Hamming码算法要求一对ECC数据(奇偶)，所以总共要求2nbit的ECC校验数据来处理2nbit的数据包。

　　计算之后，原数据包和ECC数值都要写入NAND器件。稍后，原数据包将从NAND器件中读取，此时ECC值将重新计算。如果新计算的ECC不同于先前编入NAND器件的ECC，那么表明数据在读写过程中出错。

　　例如，原始数据01010001中有1个单一的比特出现错误，出错后的数据是01010101。经前面所示方法计算，从图3中可以清楚地看到由于数据发生了变化，2个新的ECC数值已不同与原来的ECC值。

　　此时把所有4个ECC数值进行按位“异或”，就可以判断是否出现了1个单一比特的错误或者是多比特的错误。如果计算结果为全“0”，说明数据在读写过程中未发生变化。如果计算的结果为全“1”，表明发生了1bit错误，如图4所示。如果计算结果是除了全“0”和全“1”的任何一种情况，那么就是2bit出错的情况。2bit错误总可以检测到，然而，Hamming码算法仅能够保证更正单一比特的错误。如果两个或是更多的比特出错，那么就不能修改该出错的数据包，在这种情况下，Hamming算法就可能不能够指示出已经出现的错误。不过，考虑到SLCNAND器件的比特错误的情况，出现2、3bit错误的可能性非常低。

　　对于1bit错误的情况，出错地址可通过将原有ECCo值和新ECCo值进行按位“异或”来识别获取。通过图5中的计算，结果为2，表明原数据第2bit位出现了问题。该计算采用奇校验数据ECCo，这是因为它们可以直接地反映出出错比特的位置。

　　找到出错比特后，只要通过翻转它的状态就可修复数据包，具体操作也就是将该位与“1”进行异或操作，如图6所示。