Verilog实现Nand Flash Ecc校验和纠错

ECC校验原理

​ ECC的全称是Error Checking and Correction，是一种用于Nand的差错检测和修正算法。如果操作时序和电路稳定性不存在问题的话，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。ECC能纠正1个bit错误和检测2个bit错误，而且计算速度很快，但对1bit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校验码生成算法:ECC校验每次对256字节的数据进行操作，包含列校验和行校验。对每个待校验的Bit位求异或，若结果为0，则表明含有偶数个1；若结果为1，则表明含有奇数个1。列校验规则如表所示。256字节数据形成256行、8列的矩阵，矩阵每个元素表示一个Bit位。

​ 列校验如上图所示：
​ CP0 == 所有的 Bit0 ^ Bit2 ^ Bit4 ^ Bit6
​ CP1 == 所有的 Bit1 ^ Bit3 ^ Bit5 ^ Bit7
​ CP2 == 所有的 Bit0 ^ Bit1 ^ Bit4 ^ Bit5
​ CP3 == 所有的 Bit2 ^ Bit3 ^ Bit6 ^ Bit7
​ CP4 == 所有的 Bit0 ^ Bit1 ^ Bit2 ^ Bit3
​ CP5 == 所有的 Bit4 ^ Bit5 ^ Bit6 ^ Bit7
​ --> 每个列校验都是 1024 位异或的结果
​ --> 如果结果为1，说明有奇数个1位，结果如果为0，说明为偶数个1.
​ --> 列校验结果一共有上面6位

​ 行校验如上图所示：
​ RP0 第0行以及每隔 1 行所有位的异或结果。
​ RP1 第1行以及每隔 1 行所有位的异或结果。
​ RP2，RP3 是间隔 2 行所有位的异或结果。
​ RP4，RP5 是间隔 4 行所有位的异或结果。
​ RP6，RP7 是间隔 8 行所有位的异或结果。
​ RP8，RP9 是间隔 16 行所有位的异或结果。
​ RP10，RP11 是间隔 32 行所有位的异或结果。
​ RP12，RP13 是间隔 64 行所有位的异或结果。
​ RP14，RP15 是间隔 128 行所有位的异或结果。

​ --> 这些结果都是8 * 128 = 1024 位的异或结果。
​ --> 如果结果为1，说明有奇数个1位，结果如果为0，说明为偶数个1.
​ --> 行校验一共有16位。

​ 综上所示，8位宽的256字节数据生成6个bit的列校验数据，16个bit的行校验数据，总共22个bit，可得512字节的数据生成6个bit的列校验数据，18个行校验数据，总共24bit。同理，16位宽的256字节数据生成8个bit的列校验数据，14个bit的行校验数据，可得512字节的数据生成8个bit的列校验数据，16个bit的行校验数据。

ECC校验纠错

​ 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，保存起来。当从NAND Flash中读取数据的时候，每256字节我们生成一个ECC校验和，称之为新ECC校验和。将原ECC校验和与新ECC校验和按位异或，若结果为0，则表示不存在错误（或是出现了ECC无法检测的错误）；若22个bit校验和结果中存在11个bit为1，表示存在一个bit数据错误，且可以纠正；若结果中只存在1个bit为1，表示出现了无法纠正的错误。因为每个字节中的每个bit至少会参加列校验总数(CP0…CPn)n/2次列校验计算和行校验总是(RP0…RPm)m/2次行校验校验。因此当256字节的数据校验和结果22个bit校验和结果中存在11个bit为1时，才会表示一个bit数据发送错误。

​ 定位出错的bit位的方式为：先确定行地址（即哪个字节出错），再确定列地址（即该字节的哪一个bit位出错）。将原ECC校验和与新ECC校验和按位异或之后，得到新的“RP15,RP14…RP1,RP0,CP5,CP4…CP1,CP0”校验和结果。抽取RP15,RP13,RP11,RP9,RP7,RP5,RP3,RP1组成新的8bit数据，表示的值就是出错的字节的行地址（范围0~ 255）。抽取CP5,CP3,CP1组成新的3bit数据，表示的值就是出错的字节的列地址（范围0~ 7）。

​ 如上图列地址为例：若CP5发生变化（异或后的CP5=1)，则出错处肯定在 Bit 4 ~ Bit 7中；若CP5无变化（异或后的CP5=0）,则出错处在 Bit 0 ~ Bit 3 中，这样就筛选掉了一半的Bit位。剩下的4个Bit位中，再看CP3是否发生变化，又选出2个Bit位。剩下的2Bit位中再看CP1是否发生变化，则最终可定位1个出错的Bit位。从异或结果中抽取CP5,CP3,CP1位，便可定位出错bit位的列地址。同理行校验抽取异或结果的RP15，RP13，RP11，RP9，RP7，RP5，RP3，RP1位便可定位出哪个Byte出错，再用CP