用于SD卡的NAND flash控制芯片的設(shè)計

　　當(dāng)需要更新數(shù)據(jù)時，寫入的策略可分為兩種情況。首先，當(dāng)子塊仍然有空閑頁時，可直接將數(shù)據(jù)寫到子塊中的下一個空閑頁中，并在spare區(qū)中記錄該塊對應(yīng)的子塊、該物理塊對應(yīng)的邏輯塊以及該物理頁對應(yīng)的邏輯頁，這樣，當(dāng)重新上電時，就可以建立邏輯物理映射關(guān)系。其次，當(dāng)母塊和子塊都寫滿時，需要從空塊池中取出一個新的子塊。如果允許一個邏輯塊對應(yīng)三個或更多的物理塊，一方面管理起來比較復(fù)雜，另外也會造成空物理塊緊缺，因此，可以考慮將母塊或者子塊釋放掉，這樣，母塊或者子塊中原有的有效數(shù)據(jù)就需要搬移到新子塊中并將該母塊或子塊擦除再釋放到空塊池。出于速度的考慮，選擇母塊和子塊有效頁數(shù)較少的塊進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移并釋放。

　　實踐證明，這樣操作對寫文件速度有明顯提高，特別是寫小文件時，其速度提升可達(dá)9.2倍。

　　2.3 SPARE區(qū)和ECC校驗

　　Flash中每個頁里的每個字節(jié)都是沒有任何差別的，物理上并沒有data區(qū)和spare區(qū)的區(qū)別，具體怎樣劃分data區(qū)和spare區(qū)，可由用戶自己決定。本設(shè)計采用的劃分辦法如圖4所示，這樣，每個扇區(qū)和一個spare區(qū)相連，故可方便連續(xù)讀出，并進(jìn)行校驗糾錯。

　　圖4中同時給出了Spare的區(qū)定義，其中兩字節(jié)用于標(biāo)識本物理塊所對應(yīng)的母塊;兩字節(jié)用于標(biāo)識本物理塊對應(yīng)的邏輯塊;一字節(jié)用于標(biāo)識本物理頁對應(yīng)的邏輯頁，一字節(jié)用于標(biāo)識連續(xù)邏輯頁數(shù)(表示上面連續(xù)邏輯頁的個數(shù)，此域可以輔助加快建立頁映射表的時間)，余下的10字節(jié)用于存放ECC，這樣可以達(dá)到4字節(jié)錯誤的糾錯能力。一般情況下，前面的4個字節(jié)是建立塊地址映射表的關(guān)鍵，其次，后面兩個字節(jié)則是建立頁地址映射表的關(guān)鍵。

　　2.4 頁映射表建立時間的優(yōu)化

　　因為建立頁映射表需要讀取母塊和子塊中各物理頁spare區(qū)以判定該物理頁對應(yīng)的邏輯頁，而每個物理頁的讀取都要花費(fèi)大約50μs的時間。因此，如果對每個物理頁都讀取，建立頁映射表就會比較費(fèi)時。為了加快建立頁映射表的速度，一般只希望能讀取一個物理頁，而免于讀取其他若干頁，以便加快建表速度。因為很多時候都是連續(xù)寫，而連續(xù)的幾個物理頁在邏輯上也是連續(xù)的，因此可以考慮在spare區(qū)加入連續(xù)邏輯頁號，這樣，重新建表時，就可根據(jù)連續(xù)頁號知道連續(xù)幾個物理頁對應(yīng)的邏輯頁，從而加快建表的速度。對于最佳情形，有時只需要讀一個頁就可以建立整個邏輯塊的頁映射表。圖5所示是一種加快建表的示意圖。

　　2.5 分區(qū)

　　不同的flash，塊數(shù)是不同的，其塊映射表需要的RAM空間也不一樣。對于當(dāng)前主流flash，有的具有8192個塊，如果對整個flash建表，需要的RAM空間將多達(dá)32KB，這樣芯片成本就會比較高。一個可行的解決辦法是對flash分區(qū)，比如1024個塊為一個分區(qū)，每次只對一個分區(qū)進(jìn)行建表，這樣，RAM空間就可以降低到4KB。這樣，隨著將來flash容量的增加，塊數(shù)即使再多，也能夠用同樣的方法處理，而不用增大RAM。

　　3 結(jié)束語

　　本文介紹了一種針對MLC flash的優(yōu)異管理算法及軟件實現(xiàn)方法，并且已在SD卡上大規(guī)模商用。該算法只需簡單配置就能支持市場上的各種flash，而且也兼容各種SD設(shè)備。同時RAM空間需求小，成本低，壽命長，兼容性好，擴(kuò)展性強(qiáng)，flash空間利用率高，具有很高的商用價值。