基于固態存儲器的ECC算法分析及實現

評價存儲器的一個重要指標就是它的可靠性，在一般的數據存儲中，幾個位的錯誤可能不是很關鍵的問題，如果但是發生在某個敏感的數據上，這個小小的故障可能會導致嚴重的后果。因此，必須采取一些措施來及時檢出并糾正出錯的數據。目前常用的方法有：奇偶校驗、CRC校驗、重復碼校驗等。
ECC校驗是在奇偶校驗的基礎上發展而來的，它將數據塊看作一個矩陣，利用矩陣的行、列奇偶信息生成ECC校驗碼。它能夠檢測并糾正單比特錯誤和檢測雙比特錯誤，但對雙比特以上的錯誤不能保證檢測。它克服了傳統奇偶校驗只能檢出奇數位出錯、校驗碼冗長、不能糾錯的局限性。文中在高速大容量固態存儲器的硬件結構基礎上，詳細介紹了ECC校驗碼的生成規則以及ECC校驗流程，并用C語言和VHDL語言兩種方法實現了該算法。

1 存儲器的硬件結構及芯片介紹
本存儲器是以FPGA為控制核心，用64片Flash芯片構成存儲陣列，采用CPCI接口實現數據的高速率存儲。Flash存儲陣列分為16組，每組4片，每組Flash芯片共用數據和控制總線。該存儲器的硬件結構圖，如圖1所示。

存儲板上的存儲芯片用的是Samsung公司的高速大容量固態存儲芯片K9W8G08U1 M Nand Flash Memory，其容量為1 G×8 bit，分為8 192個塊，每個塊又分為64頁，1頁有(2 k+64)Byte，其中一頁有64 bit的空閑區。存儲板上的控制芯片是Ahera公司的高端FPGA芯片EP3SE110F1152C4，它負責數據的緩沖和整個存儲器的時序控制，并負責以頁為單位生成校驗碼，并把校驗碼存人到頁的空閑區內。下面以1頁2 048 bit為單位介紹校驗碼的生成以及校驗流程。

2 EGG算法分析及校驗流程
2．1 EGG校驗碼生成規則
Flash在讀寫數據的時候是以頁為單位進行的，一頁有2 048個數據，所以可以以2 048 bit為單位生成校驗碼。每個數據有8位信息組成，可以把這2 048個數據看成2 048×8的矩陣，這樣就可以分別生成行校驗碼和列校驗碼來分別校驗。ECC校驗中，每2 048個數據生成4個字節的校驗碼，這32位的校驗碼分成3個部分：6位的列校驗信息，22位的行校驗信息，其余的4位置1，ECC校驗碼組成，如表1所示。

其中P4_l，P4_2，P2_1，P2_2，P1_1，P1_2是列校驗碼，而P8_1，P8_2，P16_1，P16_2，P32_1，P32_2，P64_1，P64_2，P128_1，P128_2，P256_1，P256_2， P512_1，P512_2，P1024_1，P1 024_2， P2 048_1， P2 048_2， P4 096_1，P4096_2，P8192_1，P8192_2是行校驗碼。行列校驗碼生成表，如表2所示。