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Nand Flash的特性及其烧录关键点详解(二)

2020.10.26

  二、Nand系统裸片量产烧录的关键点

  由于Nand flash芯片的特性,以其作为存储介质时必须对这些特性进行恰当处理,这样系统才能正常运行。系统设定各分区数据在Nand芯片的存储布局,并且在存储驱动层对Nand进行位纠错、坏块管理等处理,这些信息需要系统/驱动工程师明确。

  研发阶段或小批量生产阶段,常采用在板烧录的方式,原理是将boot通过串口下载到内存跑起来,由boot从SD卡或网络将内核镜像、文件系统镜像等数据烧录到Nand flash芯片。

  为了提高生产效率或别的方面考虑,会使用烧录器对Nand flash裸片进行量产烧录,由于烧录器厂家并不知道存储驱动层对Nand各种特性的处理方式,所以不加正确配置就进行烧录的话,往往出现以下情况:1. 烧录失败,经常是校验通不过;2. 烧录通过,但是部分芯片贴板之后系统运行不起来,或者运行起来某些模块出现一些错误与异常。这些大多不是烧录器本身的问题,而是裸片烧录Nand系统时几个重要的关键点没有处理好,或者说没有和目标系统相关处理一致。这些关键点包括:

  1) 坏块处理策略

  2) 分区(Partition)

  3) 纠错码(Error Correction Codes,ECC)

  当然,影响烧录的还有其他因素,比如备用区的使用情况、未用好快的格式化以及动态元数据等,但我们这里只讨论上面几个比较普遍的因素。

  1、坏块处理策略

  坏块一般是根据芯片的坏块标记位置进行识别的,而坏块处理策略定义了在遇到坏块时算法应该如何处理。策略算法负责将本来应该写到坏块的内容写到其它可选的好块中。最常用的坏块处理策略是跳过坏块,其他典型的还有带BBT的跳过坏块及预留块区等。

  跳过坏块的处理策略是最基本最常用的坏块替换策略。当烧录中遇到坏块时,算法简单地跳过坏块,而将数据写入下一个好块。它会造成物理数据和逻辑数据的位置偏移,这通常需要分区来解决这个问题。

  2、分区(Partition)

  采用类跳过坏块的处理策略的Nand系统,常常会把存储区分成若干个不同的物理区域,这就是我们说的分区,概念上很像电脑硬盘的分区。使用分区使得你有能力确保你的数据可以存到预先指定的物理块区内,即便在这之前发现了一些坏块。这对一些底层软件组件比如启动引导程序和某些必须很容易定位的文件系统驱动程序来说,是非常有帮助的。

  当使用跳过坏块的替换策略时,坏块会导致数据顺移到下一个好块。如果设置了分区,就可以指导烧录器确定数据的边界,确保数据文件不会侵占邻近的分区。

  Nand Flash的特性及其烧录关键点详解

  图2.2.1 典型的嵌入式Linux系统分区情况

  3、纠错码(Error Correction Codes,ECC)

  针对不同工艺、容量的NAND存储系统采用适当的ECC算法是应该的,要保证系统的可靠性,甚至是必须的。ECC纠错码一般存放在备用区中,对一整页或将页分成若干节的数据进行计算而得。数据烧录之前需要准备好ECC(硬件ECC除外),如果是纯数据则需要使用ECC算法来生成。Nand裸片量产中,知道ECC算法的纠错能力(纠错位数)是很重要的,因为要保证生产效率,烧录器如果采用ECC来进行校验数据是不实际的,而通过简单数据比对就可以知道数据的位翻转个数,如果翻转个数范围在ECC算法的纠错范围之内,则认为校验应该是通过的。

  三、烧录定制

  对于以上关键点或其它特殊部分,如果烧录器软件没有支持的相应的方案,需要联系原厂进行相关算法的定制,比如坏块处理方案、ECC方案等。


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