Nand ECC校验和纠错详解

原文出处：http://linux.chinaunix.net/techdoc/net/2009/07/15/1124340.shtml

        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个比特错误和检测2个比特错误，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。
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1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。

图表1 行地址校验生成规则

其中CP0 ~ CP5 为六个Bit位，表示Column Parity（列极性），
CP0为第0、2、4、6列的极性，CP1为第1、3、5、7列的极性，
CP2为第0、1、4、5列的极性，CP3为第2、3、6、7列的极性，
CP4为第0、1、2、3列的极性，CP5为第4、5、6、7列的极性。
用公式表示就是：CP0=Bit0^Bit2^Bit4^Bit6， 表示第0列内部256个Bit位异或之后再跟第2列256个Bit位异或，再跟第4列、第6列的每个Bit位异或，这样，CP0其实是256*4=1024个Bit位异或的结果。CP1 ~ CP5 依此类推。
行校验如下图表2所示：

图表2  行校验码生成规则

其中RP0 ~ RP15 为十六个Bit位，表示Row Parity（行极性），
RP0为第0、2、4、6、….252、254 个字节的极性
RP1-----1、3、5、7……253、255
RP2----0、1、4、5、8、9…..252、253 （处理2个Byte，跳过2个Byte）
RP3---- 2、3、6、7、10、11…..254、255 （跳过2个Byte，处理2个Byte）
RP4---- 处理4个Byte，跳过4个Byte；
RP5---- 跳过4个Byte，处理4个Byte；
RP6---- 处理8个Byte，跳过8个Byte
RP7---- 跳过8个Byte，处理8个Byte；
RP8---- 处理16个Byte，跳过16个Byte
RP9---- 跳过16个Byte，处理16个Byte；
RP10----处理32个Byte，跳过32个Byte
RP11----跳过32个Byte，处理32个Byte；
RP12----处理64个Byte，跳过64个Byte
RP13----跳过64个Byte，处理64个Byte；
RP14----处理128个Byte，跳过128个Byte
RP15----跳过128个Byte，处理128个Byte；
可见，RP0 ~ RP15 每个Bit位都是128个字节（也就是128行）即128*8=1024个Bit位求异或的结果。
综上所述，对256字节的数据共生成了6个Bit的列校验结果，16个Bit的行校验结果，共22个Bit。在Nand中使用3个字节存放校验结果，多余的两个Bit位置1。存放次序如下图表3所示：

图表3 ECC校验码组织结构

以K9F1208为例，每个Page页包含512字节的数据区和16字节的OOB区。前256字节数据生成3字节ECC校验码，后256字节数据生成3字节ECC校验码，共6字节ECC校验码存放在OOB区中，存放的位置为OOB区的第0、1、2和3、6、7字节。

生成ECC校验码表的算法源码：

#include "StdAfx.h"
/*
 * =====================================================================================
 *
 *       Filename:  nand_ecc.c
 *
 *    Description:  
 *
 *        Version:  1.0
 *        Created:  2009年06月04日 15时10分20秒
 *       Revision:  none
 *       Compiler:  gcc
 *
 *         Author:  Li Hongwang (mn), [email protected]
 *        Company:  University of Science and Technology of China
 *
 * =====================================================================================
 */

#include <stdio.h>

#define         BIT0(x)         (((x)&0x01)>>0)
#define         BIT1(x)         (((x)&0x02)>>1)
#define         BIT2(x)         (((x)&0x04)>>2)
#define         BIT3(x)         (((x)&0x08)>>3)
#define         BIT4(x)         (((x)&0x10)>>4)
#define         BIT5(x)         (((x)&0x20)>>5)
#define         BIT6(x)         (((x)&0x40)>>6)
#define         BIT7(x)         (((x)&0x80)>>7)
typedef unsigned char byte;
byte nand_ecc_precalc_table[256];

void MakeEccTable()
{
    byte i=0;
    byte xData;

    for(i=0; i<255; i++)
    {
        xData = 0;
        if( BIT0(i)^BIT2(i)^BIT4(i)^BIT6(i) )   //CP0 
            xData |= 0x01;
        if( BIT1(i)^BIT3(i)^BIT5(i)^BIT7(i) )   //CP1
            xData |= 0x02;
        if( BIT0(i)^BIT1(i)^BIT4(i)^BIT5(i) )   //CP2
            xData |= 0x04;
        if( BIT2(i)^BIT3(i)^BIT6(i)^BIT7(i) )   //CP3
            xData |= 0x08;
        if( BIT0(i)^BIT1(i)^BIT2(i)^BIT3(i) )   //CP4
            xData |= 0x10;
        if( BIT4(i)^BIT5(i)^BIT6(i)^BIT7(i) )   //CP5
            xData |= 0x20;
        
        if( BIT0(i)^BIT1(i)^BIT2(i)^BIT3(i)^BIT4(i)^BIT5(i)^BIT6(i)^BIT7(i) )
            xData |= 0x40;
        
        nand_ecc_precalc_table[i] = xData;

    }
}

int main()
{
    int i;
    FILE *fp;
    if((fp=fopen("C:\\ECC.txt","wt+"))==NULL){
        return 0;
    }
    MakeEccTable();
    
    
    
    for( i=0; i<256; i++ )
    {
        if( i%16==0 )
        {
            fprintf(fp,"\n");
        }
        fprintf(fp,"0x%02X,", nand_ecc_precalc_table[i]);
    }
    
    printf("\n\n");
}