基于LDPC新型FEC的NAND Flash控制器研究

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1、硕士学位论文基于LDPC新型FEC的NANDFlash控制器研究作者姓名周观太学科专业微电子学与固体电子学指导教师姜小波副教授所在学院电子与信息学院论文提交日期2018年04月ResearchonNANDFlashControllerBasedonaNewFECofLDPCADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhouGuantaiSupervisor：AssociateProf.JiangXiaoboSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China摘要随着大数据时代的来临，数据存

2、储需求量剧增。NANDFlash作为目前主流存储介质，具有高性能、高密度、非易失性和低功耗等优点。然而，NANDFlash特殊的内部结构，决定了需要设计专门的控制器进行数据管理，以适用于各类存储系统。本文主要研究NANDFlash控制器，包括协议和ECC技术。协议主要规范了高效的数据存储管理机制，以满足高性能、低成本、稳定、易用等的需求。其中，eMMC协议以其独特的优势，广泛应用于手机等移动设备。ECC技术保证了NANDFlash数据储存的可靠性，而LDPC(低密度奇偶校验码)是一种纠错性能优越的前向纠错编码（FEC），已经被提出应用于NANDFlash的ECC技术中。因此，本文以eMMC5

3、.0协议为标准，研究基于LDPC新型FEC的NandFlash控制器，主要包括以下内容：（1）对于NANDFlash控制器的ECC模块，本文首先提出一种基于检错码与LDPC码级联的ECC架构，以解决目前从NANDFlash获取软信息困难问题。提出的纠错码方案中，行列检错码主要用于从NANDFlash读到的硬判决信息中生成相对粗糙的软信息，然后进行LDPC软判决解码，以提高纠错能力。本文设计码率为0.924的检错码与LDPC级联纠错码。仿真结果显示，提出的行列检错码编码只能提供粗略的软信息，然而相比于不采用检错码的硬信息译码方案，本文提出的方案能提高纠错性能。（2）给出一种基于LDPC新型FE

4、C的NandFlash控制器硬件设计方案。根据eMMC协议，采用自上而下的设计方案，设计eMMC的整体架构，完成32条命令的功能仿真，实现协议主要功能。设计的eMMC控制器，主要包括命令处理和数据处理两大模块。命令处理主要完成命令接收、识别、执行与响应等操作。数据处理模块包括主机DATA接口、数据缓存、ECC、NANDFlash接口等模块，重点实现ECC模块。基于提出的ECC架构，本文设计了同时兼容硬输入和软输入解码的ECC模块，并用于eMMC控制器中。（3）完成eMMC控制器FPGA原型设计，并搭建了eMMC控制器硬件验证平台，分别从基本命令和数据传输两方面进行测试，完成eMMC控制器基本

5、功能的验证。关键词：NAND闪存；纠错码；LDPC码；eMMC控制器IAbstractWiththeadventoftheeraofbigdata,thedemandfordatastoragehassoared.Asamainstreamstoragemedium,NANDFlashhastheadvantagesofhighperformance,highdensity,non-volatile,andlowpowerconsumption.However,thespecialinternalstructureofNANDFlashresultsintheneedtodesignaded

6、icatedcontrollerfordatamanagementtosuitavarioustypesofstoragesystems.ThispaperfocusesontheNANDFlashcontroller,includingprotocolandECCtechniques.Theprotocolmainlystandardizesanefficientdatastoragemanagementmechanismtomeettheneedsofhighperformance,lowcost,stability,andeaseofuse.Withitsuniqueadvantage

7、s,theeMMCstandardiswidelyusedinmobiledevicessuchasmobilephones.LDPC(Low-DensityParity-CheckCode)isaforwarderrorcorrectioncoding(FEC)withexcellenterrorcorrectionperformanceandhasbeenproposedforuseintheECCtec