具有数据均衡处理功能的NAND Flash存储系统技术方案

本发明专利技术涉及一种具有数据均衡处理功能的NAND?Flash存储系统。本发明专利技术包括NAND?Flash存储芯片和NAND?Flash控制器。NAND?Flash控制器包括主机接口、FIFO模块、磨损均衡模块、FLASH接口、CPU、ECC编码模块、均衡处理模块、ECC解码模块、解均衡处理模块。均衡处理模块将送入存储芯片的数字信息变换为近似于白噪声的数字序列。解均衡处理模块负责将存储器中的数字信息反变换成原始的数字信息。本发明专利技术在数据存储到NAND?Flash存储芯片之前，进行数据均衡转换处理，使存到NAND?Flash的数据是0和1均衡的数据，这样提高数据存储的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于数据存储
，涉及一种具有数据均衡处理功能的NAND Flash存储系统。
技术介绍
闪存(Flash)存储器具有非挥发性(掉电后仍可保持数据)、快速读/写、低功耗及易携带等优点，已经作为一种重要的存储媒质应用于数字存储产品中。根据内部构架和实现技术不同，现在的主流FLASH主要有NOR和NAND Flash。NOR的特点是多个存储单元并行，可实现快速随机字节访问，适合用在容量要求小，随机读写快的应用领域。NAND的特点是写入和擦除操作速度快，芯片面积小，特别适用于大容量存储器设计，已经成为一种重要的存储媒质应用于数字存储产品中。NAND Flash 又可以分为 SLC (Single-level cell,单阶存储单元)和 MLC(Mult1-level cell,多阶存储单元)NAND闪存。NAND Flash将数据存储在由浮闸晶体管组成的记忆单元数组内，在SLC设备中，每个单元只存储I比特的信息。而MLC设备则利用多种电荷值的控制让每个单元可以存储2比特及以上的数据，达到较高的数据密度，所以单位成本低，正因为这个优点使得MLC的更适合用于海量存储设备中。但是相对于SLC，MLC单个存储单元存在多个参考电压，各参考电压之间的间隔变小，导致了 MLC面临可擦写次数减少，出错率更高等缺点。在这种情况下，提高存储数据的可靠性是应用MLC实现数字存储设备的一大挑战。为保证Flash中存储数据的可靠性，如随着擦除次数的增加，读写电路的误差以及外界环境引入的噪声会使存储数据产生的差错，存储系统一般通过错误校验与纠错(Error Checking and Correction,ECC)模块来保证数据的可靠性,写入数据时,对存储数据进行编码，读取数据时检测差错并进行纠正，如汉明编码、BCH码、LDPC码等。NAND Flash数据存储设备一般存储的数据都是文字，图像和视频，这些文件保存在存储器中的数据经常会出现连续的O或者连续的I。根据Flash工作的特点，具有这种特征数据信息在存取时出错率很高。而ECC的检错纠错能力是有限的，当误码率超过ECC模块的纠错能力时，就无法保证数据的读写的可靠性。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种具有数据均衡处理功能的NAND Flash存储系统。本专利技术解决技术问题所采取的技术方案: 具有数据均衡处理功能的NAND Flash存储系统，包括NAND Flash存储芯片和NANDFlash控制器。所述的NAND Flash控制器包括主机接口、FIFO模块、磨损均衡模块、FLASH接口、CPU、ECC编码模块、均衡处理模块、ECC解码模块、解均衡处理模块。所述的主机接口 负责与主机进行通讯。所述的FIFO模块从主机接收到的数据进行缓存。所述的磨损均衡模块负责处理NAND Flash存储芯片中各个存储块的合理使用，使NAND Flash存储系统的使用寿命达到最长。所述的FLASH接口与NAND Flash存储芯片进行通讯。所述的CPU 24协调控制整个数据通信过程的完成。所述的ECC编码模块是在数据写入NAND Flash存储芯片之前，对数据进行编码。所述的均衡处理模块将送入NAND Flash存储芯片的数字信息变换为近似于白噪声的数字序列，即伪随机序列。所述的解均衡处理模块负责将NAND Flash存储器中的数字信息反变换成原始的数字信息。所述的ECC解码模块是在数据从NAND Flash存储芯片读出时，检测差错并进行纠正，保证数据存取的可靠性。本专利技术的有益效果:该系统在数据存储到NAND Flash存储芯片之前，进行数据均衡转换处理，使真正存到NAND Flash的数据是O和I均衡的数据，这样就提高了数据存储的可靠性。附图说明 图1是典型的NAND FLASH存储系统框 图2是典型的NAND FLASH控制器框 图3是本专利技术的一种实施例； 图4是本专利技术的另一种实施例； 图5是本专利技术采用的一种均衡处理实现方案； 图6是伪数字随机信号发生器的一种实现方案。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术作进一步说明。图1给出了一个典型的NAND FLASH存储系统的结构框图，包括NAND FLASH控制器2和NAND FLASH存储芯片3构成。NAND FLASH控制器是NAND FLASH存储系统的的核心部分，负责主机I和NAND FLASH存储芯片之间的通信。图2给出了典型NAND FLASH控制器2的结构框图，NAND FLASH控制器2包括主机接口 21、先入先出缓冲器(FIFO) 22、磨损均衡(地址映射)模块23、CPU模块24、ECC编码模块25、ECC解码模块26和FLASH接口模块27。其中磨损均衡(Wear-Leveling)就是用来解决NAND闪存芯片中各个块合理使用的技术。其核心问题是研究将NAND闪存的必须的擦除操作均匀的分散在整个存储空间，使NAND闪存系统的使用寿命达到最长。ECC编码模块25是在写入数据时，对存储数据进行编码，ECC解码模块26是读取数据时检测差错并进行纠正，如汉明编码、BCH码、LDPC码等。就可以保证因擦除次数的增加，读写电路的误差以及外界环境引入的噪声导致的存储数据产生的差错，保证数据存取的可靠性。CPU 24协调控制整个数据通信过程的完成。 本专利技术在典型的NAND FLASH存储控制器中增加了均衡处理模块28和解均衡处理模块29两个模块，该技术实现框图如图3和图4所示。均衡处理模块28可以在ECC编码模块25之后进行，如图3所示，在对存储到NAND Flash芯片的数据进行数据均衡转换处理，使真正存到NAND Flash的数据是具有伪随机特性的O和I均衡数据。反之，NAND Flash上获得的存储数据要经过解均衡处理模块29，然后再送到ECC解码获得真正的数据通过查找地址映射通过主机接口 21送往主机I。同理，均衡处理模块28也可以在ECC编码模块25之前进行，如图4所示，在对存储到NAND Flash芯片的数据进行数据均衡转换处理，使数据是具有伪随机特性的O和I均衡数据再编码写入NAND Flash存储芯片。读数据的过程是，NAND Flash上获得的存储数据要先解码处理再解均衡处理模块29，获得真正的数据通过查找地址映射通过主机接口 21送往主机I。这两种方式都会使存入NAND Flash存储芯片中的数字信息变换为具有白噪声特性的数字序列，从而消除数字信息模式对NAND Flash存储系统性能的影响。本专利技术提出的数据均衡处理可以通过NAND FLASH控制器上设计相应的扰码算法，通过软件模块来实现本专利技术，也可以设计NAND FLASH控制器电路时，在这个控制器电路中加上扰码电路的设计，实现本专利技术所产生的效果。本专利技术所述的均衡处理，具体是指把要存入NAND Flash存储芯片数字序列通过数学变换，使其具有白噪声特性，这里所述的白噪声特性是指数字序列中O和I出现的个数相差不超过I个，也·就是伪随机序列。本专利技术所述的解均衡处理，是指把要存入NAND Flash存储芯片数字序列通过相对应数学反变换，恢复成原始数据。实施例: 图3是本专利技术的一种技术实现框图。该方法对存储到NAND Flash的数本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有数据均衡处理功能的NAND?Flash存储系统，包括NAND?Flash存储芯片和NAND?Flash控制器，其特征在于：所述的NAND?Flash控制器包括主机接口、FIFO模块、磨损均衡模块、FLASH接口、CPU、ECC编码模块、均衡处理模块、ECC解码模块、解均衡处理模块；所述的主机接口负责与主机进行通讯；所述的FIFO模块从主机接收到的数据进行缓存；所述的磨损均衡模块负责处理NAND?Flash存储芯片中各个存储块的合理使用，使NAND?Flash存储系统的使用寿命达到最长；所述的FLASH接口与NAND?Flash存储芯片进行通讯；所述的CPU协调控制整个数据通信过程的完成；所述的ECC编码模块是在数据写入NAND?Flash存储芯片之前，对数据进行编码；所述的均衡处理模块将送入NAND?Flash存储芯片的数字信息变换为近似于白噪声的数字序列，即伪随机序列；所述的解均衡处理模块负责将NAND?Flash存储器中的数字信息反变换成原始的数字信息；所述的ECC解码模块是在数据从NAND?Flash存储芯片读出时，检测差错并进行纠正，保证数据存取的可靠性。

【技术特征摘要】
1.具有数据均衡处理功能的NAND Flash存储系统，包括NAND Flash存储芯片和NANDFlash控制器，其特征在于:所述的NAND Flash控制器包括主机接口、FIFO模块、磨损均衡模块、FLASH接口、CPU、ECC编码模块、均衡处理模块、ECC解码模块、解均衡处理模块； 所述的主机接口负责与主机进行通讯； 所述的FIFO模块从主机接收到的数据进行缓存； 所述的磨损均衡模块负责处理NAND Flash存储芯片中各个存储块的合理使用，使NANDFlash存储系统的使用寿命达到最长； ...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊凌雁，方立春，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：