ECC纠错算法在存储式测井仪器中的应用

祝清法　张阿朋

摘 要：存储式测井仪器在工作过程中把测井数据存储到本地，测井完毕后把数据读出到PC机进行处理。仪器采用NAND_Flash作为存储介质，使用ECC糾错算法对存储到NAND_Flash中的数据进行校验和纠错是非常重要的工作，文章使用STM32实现了ECC纠错算法。

关键词：存储式；NAND_Flash ECC纠错算法；STM32

引言

目前世界上主流的非易失闪存技术分为NAND和NOR，NAND结构以其极高的存储密度，极快的写入和擦除速度，占领了中大容量存储器的市场，我公司存储式测井仪器的存储体便采用K9F2G08U0C作为存储介质，典型的NAND_Flash。

ECC全称Error Checking and Correction，是常用的对NAND_Flash进行校验和纠错的算法，其只能纠正1bit的错误，检测出2bit以内的错误，对2bit以上的错误不能保证检测。由于NAND_Flash的出错模式一般不会整个Block或者Page全部失效，而是某一个bit发生错误，故ECC纠错算法对NAND_Flash的纠错效果非常理想。

1 算法详细介绍

ECC校验每次对256字节的数据进行操作，形成一个256行、8列的矩阵，矩阵每个元素代表一个bit。ECC算法的校验包括列校验和行校验，对每个待校验的bit位求异或，很显然，如果结果为0，则表示有偶数个1，如果结果为1，则表示有奇数个1。

列校验矩阵示意图如图1所示

2 实际应用

K9F2G08U0C的每个Page页包含512字节的数据区和16字节的OOB区，每次往K9F1208写入256字节的数据，同时生成一个ECC校验码存储到OOB区；读数据的时候，将从OOB区中读出的原ECC校验和新ECC校验和按位异或，若结果为0，则表示不存在错（或是出现了 ECC无法检测的错误）；若3个字节异或结果中存在11个比特位为1，表示存在一个比特错误，且可纠正，根据相应的规则即可定位到特定的Bit发生了反转，修正过来即可；若3个字节异或结果中只存在1个比特位为1，表示 OOB区出错；其他情况均表示出现了无法纠正的错误。

如果使用软件进行ECC编码和解码，根据上述ECC计算规则，进行一次列计算最少需要1024个指令周期，256字节共需要1024*22=22528个指令周期，严重影响MCU工作效率。使用STM32F407自带硬件ECC模块，可以自动计算出ECC校验码，提高系统的工作效率。用STM32F407的FSMC接口连接K9F2G08U0C，对FSMC进行适当的配置之后，即可在读写NAND_Flash的时候读到ECC校验数据，无需手动计算。

3 结束语

采用ECC纠错算法纠正NAND_Flash中的位翻转错误，有效的保证了数据的正确性和完整性，从而保证了存储式测井仪器的测井成功率。在实际使用中，充分利用MCU的硬件模块，极大的提高系统工作效率。ECC纠错算法也可以应用在其他任何需要高可靠性存储的系统中。

参考文献

[1]杨孝光.ECC校验的算法分析和程序实现[M].成都：电子科技大学出版社，2004：13-16.

[2]李晴.高速大容量NAND FLASH存储系统的设计与实现[D].北京理工大学，2015.

[3]陈国，高杨.NAND Flash在大容量存储技术中的应用[J].航空计算技术，2009（2）：113-116.

作者简介：祝清法（1988-），男，江苏连云港人，学士，助理工程师，主要研究方向为石油测井仪器。张阿朋（1985-），男，江苏连云港人，学士，工程师，主要研究方向为石油测井仪器。