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nand flash坏块管理OOB,BBT,ECC

时间:2018-05-14 23:32来源:USB开发群 作者:USB开发频道 点击:

  

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)。 copyright dedecms

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:

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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。

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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。

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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。 本文来自织梦

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。 copyright dedecms

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。 织梦内容管理系统

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

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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

本文来自织梦


(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。 织梦好,好织梦

(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。 织梦好,好织梦

bbt坏块管理 日月 发表于 - 2010-3-2 9:59:00 2 推荐 前面看到在nand_scan()函数的最后将会跳至scan_bbt()函数,这个函数在nand_scan里面有定义: 2415 if (!this->scan_bbt) 2416 this->scan_bbt = nand_default_bbt; nand_default_bbt()位于Nand_bbt.c文件中。 1047 /** * nand_default_bbt - [NAND Interface] Select a default bad block table for the device * @mtd: MTD device structure * * This selects the default bad block table * support for the device and calls the nand_scan_bbt   **/   int nand_default_bbt (struct mtd_info *mtd)   {    struct nand_chip *this = mtd->priv; 这个函数的作用是建立默认的坏块表。 1059 /* Default for AG-AND. We must use a flash based * bad block table as the devices have factory marked * _good_ blocks. Erasing those blocks leads to loss * of the good / bad information, so we _must_ store * this information in a good / bad table during * startup */ if (this->options & NAND_IS_AND) { /* Use the default pattern deors */ if (!this->bbt_td) { this->bbt_td = &bbt_main_descr; this->bbt_md = &bbt_mirror_descr; } this->options |= NAND_USE_FLASH_BBT; return nand_scan_bbt (mtd, &agand_flashbased); } 如果Flash的类型是AG-AND(这种Flash类型比较特殊,既不是MLC又不是SLC,因此不去深究了,而且好像瑞萨要把它淘汰掉),需要使用默认的模式描述符,最后再进入nand_scan_bbt()函数。 1078 /* Is a flash based bad block table requested ? */ if (this->options & NAND_USE_FLASH_BBT) { /* Use the default pattern deors */ if (!this->bbt_td) { this->bbt_td = &bbt_main_descr; this->bbt_md = &bbt_mirror_descr; } if (!this->badblock_pattern) { this->badblock_pattern = (mtd->oobblock > 512) ? &largepage_flashbased : &smallpage_flashbased; } } else { this->bbt_td = NULL; this->bbt_md = NULL; if (!this->badblock_pattern) { this->badblock_pattern = (mtd->oobblock > 512) ? &largepage_memorybased : &smallpage_memorybased; } } return nand_scan_bbt (mtd, this->badblock_pattern); 如果Flash芯片需要使用坏块表,对于1208芯片来说是使用smallpage_memorybased。 985 static struct nand_bbt_descr smallpage_memorybased = { .options = NAND_BBT_SCAN2NDPAGE, .offs = 5, .len = 1, .pattern = scan_ff_pattern   }; 暂时没看到如何使用这些赋值,先放着。后面检测坏块时用得着。 1099 return nand_scan_bbt (mtd, this->badblock_pattern); 最后将badblock_pattern作为参数,调用nand_can_bbt函数。 844 /**   * nand_scan_bbt - [NAND Interface] scan, find, read and maybe create bad block table(s) * @mtd: MTD device structure * @bd: deor for the good/bad block search pattern * * The checks, if a bad block table(s) is/are already * available. If not it scans the device for manufacturer * marked good / bad blocks and writes the bad block table(s) to * the selected place. * * The bad block table memory is allocated here. It must be freed * by calling the nand_free_bbt . *   */   int nand_scan_bbt (struct mtd_info *mtd, struct nand_bbt_descr *bd)   { 检测、寻找、读取甚至建立坏块表。函数检测是否已经存在一张坏块表,否则建立一张。坏块表的内存分配也在这个函数中。 860 struct nand_chip *this = mtd->priv; int len, res = 0; uint8_t *buf; struct nand_bbt_descr *td = this->bbt_td; struct nand_bbt_descr *md = this->bbt_md; len = mtd->size >> (this->bbt_erase_shift + 2); /* Allocate memory (2bit per block) */ this->bbt = kmalloc (len, GFP_KERNEL); if (!this->bbt) { printk (KERN_ERR "nand_scan_bbt: Out of memory/n"); return -ENOMEM; } /* Clear the memory bad block table */ memset (this->bbt, 0x00, len); 一些赋值、变量声明、内存分配,每个block分配2bit的空间。1208有4096个block,应该分配4096*2bit的空间。 877 /* If no primary table decriptor is given, scan the device * to build a memory based bad block table */ if (!td) { if ((res = nand_memory_bbt(mtd, bd))) {     printk (KERN_ERR "nand_bbt: Can't scan flash and build the RAM-based BBT/n"); kfree (this->bbt); this->bbt = NULL; } return res; } 如果没有提供ptd,就扫描设备并建立一张。这里调用了nand_memory_bbt()这个内联函数。 653 /** * nand_memory_bbt - [GENERIC] create a memory based bad block table * @mtd: MTD device structure * @bd: deor for the good/bad block search pattern * * The creates a memory based bbt by scanning the device * for manufacturer / software marked good / bad blocks   */   static inline int nand_memory_bbt (struct mtd_info *mtd, struct nand_bbt_descr *bd)   { struct nand_chip *this = mtd->priv; bd->options &= ~NAND_BBT_SCANEMPTY; return create_bbt (mtd, this->data_buf, bd, -1);   } 函数的作用是建立一张基于memory的坏块表。 将操作符的NAND_BBT_SCANEMPTY清除,并继续调用creat_bbt()函数。 271 /**   * create_bbt - [GENERIC] Create a bad block table by scanning the device * @mtd: MTD device structure * @buf: temporary buffer * @bd: deor for the good/bad block search pattern * @chip: create the table for a specific chip, -1 read all chips. * Applies only if NAND_BBT_PERCHIP option is set * * Create a bad block table by scanning the device * for the given good/bad block identify pattern */   static int create_bbt (struct mtd_info *mtd, uint8_t *buf, struct nand_bbt_descr *bd, int chip)   { 真正的建立坏块表函数。chip参数是-1表示读取所有的芯片。 284 struct nand_chip *this = mtd->priv; int i, j, numblocks, len, scanlen; int startblock; loff_t from; size_t readlen, ooblen; printk (KERN_INFO "Scanning device for bad blocks/n"); 一些变量声明,开机时那句话就是在这儿打印出来的。 292 if (bd->options & NAND_BBT_SCANALLPAGES) len = 1 << (this->bbt_erase_shift - this->page_shift); else { if (bd->options & NAND_BBT_SCAN2NDPAGE) len = 2; else len = 1; } 在前面我们定义了smallpage_memorybased这个结构体,现在里面NAND_BBT_SCANALLPAGES的终于用上了,对于1208芯片来说,len=2。 304 if (!(bd->options & NAND_BBT_SCANEMPTY)) { /* We need only read few bytes from the OOB area */ scanlen = ooblen = 0; readlen = bd->len; } else { /* Full page content should be read */ scanlen = mtd->oobblock + mtd->oobsize; readlen = len * mtd->oobblock; ooblen = len * mtd->oobsize; } 前面已经将NAND_BBT_SCANEMPTY清除了,这里肯定执行else的内容。需要将一页内容都读取出来。 316 if (chip == -1) { /* Note that numblocks is 2 * (real numblocks) here, see i+=2 below as it * makes shifting and masking less painful */ numblocks = mtd->size >> (this->bbt_erase_shift - 1); startblock = 0; from = 0; } else { if (chip >= this->numchips) { printk (KERN_WARNING "create_bbt(): chipnr (%d) > available chips (%d)/n", chip + 1, this->numchips); return -EINVAL; } numblocks = this->chipsize >> (this->bbt_erase_shift - 1); startblock = chip * numblocks; numblocks += startblock; from = startblock << (this->bbt_erase_shift - 1); } 前面提到chip为-1,实际上我们只有一颗芯片,numblocks这儿是4096*2。 335 for (i = startblock; i < numblocks;) { int ret; if (bd->options & NAND_BBT_SCANEMPTY) if ((ret = nand_read_raw (mtd, buf, from, readlen, ooblen))) return ret; for (j = 0; j < len; j++) { if (!(bd->options & NAND_BBT_SCANEMPTY)) { size_t retlen; /* Read the full oob until read_oob is fixed to * handle single byte reads for 16 bit buswidth */ ret = mtd->read_oob(mtd, from + j * mtd->oobblock, mtd->oobsize, &retlen, buf); if (ret) return ret; if (check_short_pattern (buf, bd)) { this->bbt[i >> 3] |= 0x03 << (i & 0x6); printk (KERN_WARNING "Bad eraseblock %d at 0x%08x/n", i >> 1, (unsigned int) from); break; } } else { if (check_pattern (&buf[j * scanlen], scanlen, mtd->oobblock, bd)) { this->bbt[i >> 3] |= 0x03 << (i & 0x6); printk (KERN_WARNING "Bad eraseblock %d at 0x%08x/n", i >> 1, (unsigned int) from); break; } } } i += 2; from += (1 << this->bbt_erase_shift); } return 0; 检测这4096个block,刚开始的nand_read_raw肯定不会执行。len是2,在j循环要循环2次。 每次循环真正要做的事情是下面的内容: ret = mtd->read_oob(mtd, from + j * mtd->oobblock, mtd->oobsize, &retlen, buf); read_oob()函数在nand_scan()里被指向nand_read_oob(),这个函数在Nand_base.c文件中,看来得回Nand_base.c看看了。 1397 /** * nand_read_oob - [MTD Interface] NAND read out-of-band * @mtd: MTD device structure * @from: offset to read from * @len: number of bytes to read * @retlen: pointer to variable to store the number of read bytes * @buf: the databuffer to put data * * NAND read out-of-band data from the spare area */ static int nand_read_oob (struct mtd_info *mtd, loff_t from, size_t len, size_t * retlen, u_char * buf)   { 才发现oob全称是out-of-band, from是偏移量,len是读取的长度,retlen是存储指针。 1409 int i, col, page, chipnr; struct nand_chip *this = mtd->priv; int blockcheck = (1 << (this->phys_erase_shift - this->page_shift)) - 1; DEBUG (MTD_DEBUG_LEVEL3, "nand_read_oob: from = 0x%08x, len = %i/n", (unsigned int) from, (int) len); /* Shift to get page */ page = (int)(from >> this->page_shift); chipnr = (int)(from >> this->chip_shift); /* Mask to get column */ col = from & (mtd->oobsize - 1); /* Initialize return length value */ *retlen = 0; 一些初始化,blockcheck对于1208应该是(1<<(0xe-0x9)-1)=31。然后通过偏移量计算出要读取oob区的page,chipnr和col。 1425 /* Do not allow reads past end of device */ if ((from + len) > mtd->size) { DEBUG (MTD_DEBUG_LEVEL0, "nand_read_oob: Attempt read beyond end of device/n"); *retlen = 0; return -EINVAL; } /* Grab the lock and see if the device is available */ nand_get_device (this, mtd , FL_READING); /* Select the NAND device */ this->select_chip(mtd, chipnr); /* Send the read command */ this->cmdfunc (mtd, NAND_CMD_READOOB, col, page & this->pagemask); 不允许非法的读取,获取芯片控制权,发送读取OOB命令,这儿会调用具体硬件驱动中相关的Nand控制函数。 1442 /* * Read the data, if we read more than one page * oob data, let the device transfer the data ! */ i = 0; while (i < len) { int thislen = mtd->oobsize - col; thislen = min_t(int, thislen, len); this->read_buf(mtd, &buf[i], thislen); i += thislen; /* Read more ? */ if (i < len) { page++; col = 0; /* Check, if we cross a chip boundary */ if (!(page & this->pagemask)) { chipnr++; this->select_chip(mtd, -1); this->select_chip(mtd, chipnr); } /* Apply delay or wait for ready/busy pin * Do this before the AUTOINCR check, so no problems * arise if a chip which does auto increment * is marked as NOAUTOINCR by the board driver. */ if (!this->dev_ready) udelay (this->chip_delay); else nand_wait_ready(mtd); /* Check, if the chip supports auto page increment * or if we have hit a block boundary. */ if (!NAND_CANAUTOINCR(this) || !(page & blockcheck)) { /* For subsequent page reads set offset to 0 */ this->cmdfunc (mtd, NAND_CMD_READOOB, 0x0, page & this->pagemask); } } } /* Deselect and wake up anyone waiting on the device */ nand_release_device(mtd); /* Return happy */ *retlen = len; return 0; 开始读取数据,while循环只要获取到oob区大小的数据即可。注意,read_buf才是最底层的读写Nand的函数,在我们的驱动中根据参数可以实现读取528byte全部内容,或者16byte的oob区。 如果一次没读完,就要继续再读,根据我们实际使用经验好像没出现过这种问题。 最后Return Happy~回到Nand_bbt.c的creat_bbt()函数,348行,好像都快忘记我们还没出creat_bbt()函数呢,我再把他贴一遍吧: 346 /* Read the full oob until read_oob is fixed to * handle single byte reads for 16 bit buswidth */ ret = mtd->read_oob(mtd, from + j * mtd->oobblock, mtd->oobsize, &retlen, buf); if (ret) return ret; if (check_short_pattern (buf, bd)) { this->bbt[i >> 3] |= 0x03 << (i & 0x6); printk (KERN_WARNING "Bad eraseblock %d at 0x%08x/n", i >> 1, (unsigned int) from); break; } } else { if (check_pattern (&buf[j * scanlen], scanlen, mtd->oobblock, bd)) { this->bbt[i >> 3] |= 0x03 << (i & 0x6); printk (KERN_WARNING "Bad eraseblock %d at 0x%08x/n", i >> 1, (unsigned int) from); break; } } } i += 2; from += (1 << this->bbt_erase_shift); } return 0;   } 刚刚如果不是Ruturn Happy,下面的352行就会返回错误了。接着会调用check_short_pattern()这个函数。 113 /** * check_short_pattern - [GENERIC] check if a pattern is in the buffer * @buf: the buffer to search * @td: search pattern deor * * Check for a pattern at the given place. Used to search bad block * tables and good / bad block identifiers. Same as check_pattern, but * no optional empty check *   */   static int check_short_pattern (uint8_t *buf, struct nand_bbt_descr *td) { int i; uint8_t *p = buf; /* Compare the pattern */ for (i = 0; i < td->len; i++) { if (p[td->offs + i] != td->pattern[i]) return -1; } return 0; } 检查读到的oob区是不是坏块就靠这个函数了。前面放了好久的struct nand_bbt_descr smallpage_memorybased终于用上了,挨个对比,有一个不一样直接返回-1,坏块就这样产生了。下面会将坏块的位置打印出来,并且将坏块记录在bbt表里面,在nand_scan_bbt()函数的开始我们就为bbt申请了空间。 this->bbt[i >> 3] |= 0x03 << (i & 0x6); 为啥要右移3bit呢?首先i要右移1bit,因为前面乘以了2。由于没个block占用2bit的空间,一个char变量8bit,所以还再要右移2bit吧。   下面的check_pattern()函数调用不到的。 依次检测完所有block,creat_bbt()函数也顺利返回。 这样nand_memory_bbt()函数也正确返回。 接着是nand_scan_bbt()同样顺利结束。 最后nand_default_bbt()完成。 整个nand_scan()的工作终于完成咯,好长。 内容来自dedecms

MTD的坏块管理(一)-快速了解MTD的坏块管理




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