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适合NAND闪存控制器BCH纠错编译码器VLSI实现
适合NAND闪存控制器BCH纠错编译码器VLSI实现
摘要:随着大容量MP3播放器、PMP播放器、数码相机、智能手机等消费电子产品的需求持续增长,MLC的NAND闪存已经取代SLC的NAND闪存成为市场主流。而存储容量的增大所带来良率与可靠性的下降,意味着我们需要纠错能力更强大的硬件编译码器来处理可能发生的错误。针对固态硬盘需要支持多通道的NAND闪存,纠错编译码器也要有能够处理并行I/O总线的能力,本文实现了可由软件配置、最大纠错能力t为可变的1~16 b的BCH纠错编译码器,在计算错误位置多项式的过程中使用了修正的欧几里德算法。
关键词:MLC;NAND;BCH
VLSI Implementation of BCH Codec for NAND Flash Controller
CHEN Hong-ming, CHENG Yu-hua
(Shanghai Research Institute of Microelectronics (SHRIME), Peking University, Shanghai, 201203)
Abstract: Along with the increasing demand of mass storage in MP3 player, PMP player, Digital still camera, MLC NAND flash had replaced SLC NAND flash and become the main stream. The increasing storage capacity results in the decreasing of yield and reliability. It means that we need a powerful error correction hardwire codec to handle the possibility of error happened. The Error correction codec for multi-channel solid state disk need the capability to do parallel processing for parallel I/O. In this paper, we implemented the BCH codec with the error correction capability t vary from 1 to 16b which can be configurable by software. A modified version of the Euclidean Algorithms that is specifically adapted to the RS decoding error location.
Keywords: MLC; NAND; BCH
1引言
NAND闪存在工厂制作过程存在缺陷产生的可能性,特别是越先进的工艺导致储存单元的节距越来越近,漏电明显,甚至采用单位记忆储存单元的多位化(Multi-Bit per Cell)的结构导致的良率与可靠性的下降,或者是对其进行擦写操作时可能产生数据错误,资料写入也可能导致电性改变,以上所述在特性上就是随机发生的错误比特,所以在数据被读出来的时候我们需要确认数据是否与写入时是一致的。资料写入时需要编码器产生ECC奇偶(Parity)存在NAND闪存数据区域之外的冗余(Redundancy)区域,数据读出的时候再由译码器译码,确认接收的数据没有错误,或者已经被噪声所干扰了。如果确认数据有错误,还需要将错误位置找出后,把错误的“0”与“1”互换。MLC闪存增加比特密度也降低了每MB的单位成本,但高比特密度会造成性能下降以及耐用性(Endurance)变差。为了解决这些问题,我们需要纠错能力更强的编译码器才能享受到MLC闪存增加比特密度的好处。
纠错编码(FEC)主要分为分组码和卷积码两大类。1949年汉明(Hamming)提出了可纠正单个随机差错的汉明码是一种基本的“线性分组码”。循环码是线性分组码的最重要的一类码,它的结构完全建立在有限域多项式的基础上。1960年Hoopueghem、Bose和Chaudhum三人首先提出的一类循环码,这一类码具有较强的纠错能力。特别是它将多项式的特性与码字的纠错能力联系了起来,使设计者可以根据需要选择码字。Reed与Solomon又提出里德-所罗门误码校正编码,是BCH码的一个重要的子类,在q进制BCH码中,每个码元的取值在GF(q)上,而g
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