基于FPGA的硬件ECC校验的设计与实现

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1、第44卷第6期2014年11月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．44No．6NOV．2014基于FPGA的硬件ECC校验的设计与实现邹晨，高云(中航工业西安航空计算技术研究所，陕西西安710068)摘要：随着存储技术的高速发展，以NANDFLASH为存储介质的存储系统具有存储密度高、容量大、体积小、功耗低和成本低等优点，因此NANDFLASH在不同的领域都得到了广泛的应用。然而，由于NANDFLASH本身的工艺局限性，其数据在传输与存储过程中可能发生“位翻转

2、”的现象，故为了保证存储数据的可靠性，NANDFLASH存储系统在使用过程中需要伴随一定的检错与纠错机制。在对常用的NANDFLASH存储系统校验算法进行简要介绍的基础上，结合NANDFLASH的本身特性，确定在系统中使用ECC校验。对ECC校验的原理及FPGA设计实现进行了阐述，并对设计实现进行了功能仿真和试验验证。关键词：ECC校验；NANDFLASH；FPGA；位翻转中图分类号：TP343文献标识码：A文章编号：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引言随着存储技术的发展，嵌入式系统的存储容量从过去的KB级存储空间发展至现在的GB甚至TB级存储空

6、间¨J，与此同时，嵌入式系统对存储器的读写速度与性价比的要求也越来越高，因此，具有高存储密度的NANDFLASH在实际应用中已经开始逐渐取代以磁盘为媒介的存储介质旧J。然而，由于NANDFLASH本身的工艺局限性，其数据在传输与存储过程中可能发生“位翻转”的现象，故在使用NANDFLASH作为存储介质时，在整个存储系统中需要有检错与纠错机制。一般来说，常用的数据检验方法有奇偶校验和CRC校验[3]，传统的奇偶校验虽然实现简单，但其只能检错不能纠错；CRC校验虽然可以纠错，但其在具体实现上却十分复杂。虽然

7、NANDFLASH存在“位翻转”的现象，但NANDFLASH出错时不会造成整块(Block)或者是整页(Page)大面积的“位翻转”，仅仅只是发生在其中的1位或者是几位‘4

8、。故通常在NANDFLASH存储系统中采用的检错与纠错机制为ECC(ErrorCheckingandCorrecting)校验。1ECC校验早期的存储器数据检错方式是奇偶校验(ParityCheck)，其是原理为每8位增加1位的方式进行检错。假设工作时采用奇数形式，当8位数据每位相加，再加上增加的1位奇偶校验位后，应该为奇数，因此当

9、数据从存储器被读出时，若不为奇数值，系统便得知在数据中必有一位有错误。这种方式仅仅只能检测在某个字节内部某一位发生通信或者存储错误，并不能确收稿日期：2014—05—22修订日期：2014—07—28基金项目：装备预研共用技术基金项目资助(9140A16010311HK6101)作者简介：邹晨(1987一)，男，江苏南通人，硕士研究生，主要研究方向为计算机系统结构。2014年11月邹晨等：基于FPGA的硬件ECC校验的设计与实现定是哪一位发