基于FPGA的硬件ECC校驗的設(shè)計與實現(xiàn)

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1、第44卷第6期2014年11月航空計算技術(shù)AeronauticalComputingTechniqueV01．44No．6NOV．2014基于FPGA的硬件ECC校驗的設(shè)計與實現(xiàn)鄒晨，高云(中航工業(yè)西安航空計算技術(shù)研究所，陜西西安710068)摘要：隨著存儲技術(shù)的高速發(fā)展，以NANDFLASH為存儲介質(zhì)的存儲系統(tǒng)具有存儲密度高、容量大、體積小、功耗低和成本低等優(yōu)點，因此NANDFLASH在不同的領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。然而，由于NANDFLASH本身的工藝局限性，其數(shù)據(jù)在傳輸與存儲過程中可能發(fā)生“位翻轉(zhuǎn)

2、”的現(xiàn)象，故為了保證存儲數(shù)據(jù)的可靠性，NANDFLASH存儲系統(tǒng)在使用過程中需要伴隨一定的檢錯與糾錯機制。在對常用的NANDFLASH存儲系統(tǒng)校驗算法進行簡要介紹的基礎(chǔ)上，結(jié)合NANDFLASH的本身特性，確定在系統(tǒng)中使用ECC校驗。對ECC校驗的原理及FPGA設(shè)計實現(xiàn)進行了闡述，并對設(shè)計實現(xiàn)進行了功能仿真和試驗驗證。關(guān)鍵詞：ECC校驗；NANDFLASH；FPGA；位翻轉(zhuǎn)中圖分類號：TP343文獻標識碼：A文章編號：1671．654X(2014)06．0120．05DesignandImplement

3、ationofECCCheck—outonHardwareBasedonFPGAZOUChen，GAOYun(xi’anAeronauticsComputingTechniqueResearchInstitute，AVIC，Xi’an710068，China)Abstract：Withtherapiddevelopmentofstoragesystem，storagesystemusingNANDFLASHhasthead—vantageofhishstoragedensity，largecapacit

4、y，lowpowerandSOon．Soithaswidelyusedinthedifferentdomains．However，NANDFLASHhasthecharacterofsinglebiterror，tosolvethisproblem，storagesys-temwithNANDFLASHalwaysusesthecheckandcorrectmechanism．Thispaperfirstlyintroducessomebasicconceptsandclassificationofch

5、eckandcorrectmechanisminNANDFLASHstoragesystem，thenconfirlnsusingECCcheck—outinthissystem．Theperformancesanalysis，simulationandsynthesisresultisgivenattheendofthispaper．Keywords：ECC；NANDFLASH；FPGA；BitError引言隨著存儲技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的存儲容量從過去的KB級存儲空間發(fā)展至現(xiàn)在的GB甚至TB級存儲空

6、間¨J，與此同時，嵌入式系統(tǒng)對存儲器的讀寫速度與性價比的要求也越來越高，因此，具有高存儲密度的NANDFLASH在實際應(yīng)用中已經(jīng)開始逐漸取代以磁盤為媒介的存儲介質(zhì)舊J。然而，由于NANDFLASH本身的工藝局限性，其數(shù)據(jù)在傳輸與存儲過程中可能發(fā)生“位翻轉(zhuǎn)”的現(xiàn)象，故在使用NANDFLASH作為存儲介質(zhì)時，在整個存儲系統(tǒng)中需要有檢錯與糾錯機制。一般來說，常用的數(shù)據(jù)檢驗方法有奇偶校驗和CRC校驗[3]，傳統(tǒng)的奇偶校驗雖然實現(xiàn)簡單，但其只能檢錯不能糾錯；CRC校驗雖然可以糾錯，但其在具體實現(xiàn)上卻十分復(fù)雜。雖然

7、NANDFLASH存在“位翻轉(zhuǎn)”的現(xiàn)象，但NANDFLASH出錯時不會造成整塊(Block)或者是整頁(Page)大面積的“位翻轉(zhuǎn)”，僅僅只是發(fā)生在其中的1位或者是幾位‘4

8、。故通常在NANDFLASH存儲系統(tǒng)中采用的檢錯與糾錯機制為ECC(ErrorCheckingandCorrecting)校驗。1ECC校驗早期的存儲器數(shù)據(jù)檢錯方式是奇偶校驗(ParityCheck)，其是原理為每8位增加1位的方式進行檢錯。假設(shè)工作時采用奇數(shù)形式，當(dāng)8位數(shù)據(jù)每位相加，再加上增加的1位奇偶校驗位后，應(yīng)該為奇數(shù)，因此當(dāng)

9、數(shù)據(jù)從存儲器被讀出時，若不為奇數(shù)值，系統(tǒng)便得知在數(shù)據(jù)中必有一位有錯誤。這種方式僅僅只能檢測在某個字節(jié)內(nèi)部某一位發(fā)生通信或者存儲錯誤，并不能確收稿日期：2014—05—22修訂日期：2014—07—28基金項目：裝備預(yù)研共用技術(shù)基金項目資助(9140A16010311HK6101)作者簡介：鄒晨(1987一)，男，江蘇南通人，碩士研究生，主要研究方向為計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。2014年11月鄒晨等：基于FPGA的硬件ECC校驗的設(shè)計與實現(xiàn)定是哪一位發(fā)