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基于NAND Flash的差错控制算法研究

吴智龙  
【摘要】:随着SLC(Single-Level Cell) NAND Flash页容量的扩大以及MLC(Multi-L evel Cell)和TLC(Trinary-Level Cell)架构的推出,NAND Flash出现错误的概率增大,出现错误的种类也增多,传统的汉明(Hamming)码ECC(Error Checking and Correcting)只能纠正一位错误,检测出两位错误,已不能满足当前多数NA ND Flash的纠错要求。对于存储产品中使用最广的MLC NAND Flash,则要采用纠错能力更强的二进制BCH(Bose Chaudhuri Hoequenghem)码或RS(Reed So lomn)码。BCH码是是循环码的子类,纠错能力可控制,有很强的纠正随机错误的能力。RS码是BCH码的重要子类,能够纠正突发错误。本文选取目前市场上不同的页容量大小的NAND Flash,分别设计了NAND Flash的汉明码、二进制BCH码和RS码的差错控制算法,并用C语言实现了软件仿真,验证了这些差错控制编码的纠错能力。BCH码的译码部分选用运算效率高的算法,着重介绍了BM(Berlekamp-Massey)迭代算法以及其优化形式。 本文将二进制BCH码和RS码作为研究重点,在Visual C++开发平台下,实现了不同伽罗华域维度、不同数据编码长度、以及可变纠错能力大小的二进制BCH码和RS码的编译码引擎,并用MFC编写了用于NAND Flash产品擦写的自动测试工具,建立了一个高效可靠的实验平台。通常认为MLC NAND Flash的错误是以位的形式随机分部在整个NAND Flash的各页中,二进制BCH码具有的很强的随机错误纠正能力,比RS码更适合对MLC NAND Flash进行差错控制。但MLC错误的模型并非固定。通过总结,本文列出了3种NAND Flash的出错模型,即普通随机错误模型、多位元数据翻转错误模型和页错误模型。针对多位元数据翻转错误模型,本文提出了一种RS(178,172)码+RS(145,139)码的RS码优化方案,实验发现在此错误模型下该方案表现出比与其拥有相似编码冗余度的二进制BCH码具有更好的纠错性能。NAND Flash的额外空间的合理利用也是工程上一个需解决的问题,由页错误模型可知页中错误分布不均,所以整个NAND Flash使用同一种纠错方案势必造成资源浪费。本文采用一种校验区共享的二进制BCH码优化方案,在对页数较多的MLC NAND Flash进行纠错时,用不同的纠错能力的二进制BCH码搭配。实验证明此方案既保证了资源的合理利用,更重要的是在页错误模型下,利用此方案设计的ECC纠错性能得到显著提高。


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