[发明专利]Flash存储介质上的数据纠错方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及数据存储领域，尤其涉及一种Flash存储介质上的数据纠错方法和装置。

背景技术

目前Flash芯片被广泛应用在各类嵌入式设备中，一般用途包括存储软件版本、记录运行日志等。由于Flash芯片的存储介质长期、频繁使用过程中存在一定的出错概率，出错表现为Flash芯片出现比特（bit）位翻转，因此需要针对使用需求进行必要的保护。

对于不同应用场景下的数据容错方法也有差别，下面介绍三种方案：

第一，对于存储软件版本并且有高可靠性要求的应用场景，现有方案大多直接在Flash芯片上存储两份软件，通过算法流程来判断使用哪个版本的软件，流程如图1所示。系统启动后，对版本一的软件进行有效性计算，根据计算结果判断版本一的软件是否可用，如果可用，则加载并运行版本一的软件，否则，对版本二的软件进行有效性计算，根据计算结果判断版本二的软件是否可用，如果可用，则加载并运行版本二的软件，否则，本流程结束。

其中，版本软件的有效性判断具体可以使用针对版本软件的循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check，CRC）方法，这种方法是纯粹的应用层保护机制。

第二，对于简单的日志存储应用，由于Flash芯片的写入、读取操作非常频繁，对Flash芯片的磨损程度较高，为了应对错误，现有的Flash芯片驱动程序一般都将Flash芯片划分为若干个标准尺寸的物理单元，常见为512字节，将该物理单元称为物理扇区（sector），针对存储用户数据的物理sector计算纠错（Error Checking and Correcting，ECC）码，将ECC码保存在单独的物理sector中。用户写入数据时计算ECC码并保存到专用物理sector，用户读取数据时使用保存的ECC码对需要读取的数据进行ECC纠错，将纠错后的数据返回给用户。

写入用户数据的流程如图2A所示，在需要写入用户数据时，根据用户数据的大小分配物理sector，根据物理sector的大小计算ECC码，将用户数据写入到分配的物理sector中，并将计算出的ECC码写入到专用sector中。

读取用户数据的流程如图2B所示，在需要读取用户数据时，从物理sector中读取用户数据，并从专用sector中读取ECC码，使用读取到的ECC码对读取出的用户数据进行ECC纠错，并将纠错后的用户数据提交给用户。

第三，对于使用文件系统等复杂sector管理算法的应用场景，文件系统层面使用逻辑扇区（逻辑sector）编号，底层驱动层面使用物理扇区（物理sector）编号，为了实现良好的磨损均衡等算法，需要建立索引关系，当文件系统读取指定的逻辑sector时，底层驱动软件需要通过查表将逻辑sector所对应的物理sector地址计算出来，从而读取数据，同时需要保存每个物理sector当前对应的逻辑sector编号以及使用状态，便于系统重启后恢复出逻辑sector和物理sector的对应关系，将保存物理sector所对应逻辑sector编号、物理sector状态以及物理sector的ECC码等信息的数据称为元数据，而物理sector上需要保存的用户传入的数据称为用户数据。

从图3可以看出，每个用于存储用户数据的物理sector（1～N）都有对应的元数据（1～N），元数据用于描述存储用户数据的物理sector的当前使用情况、对应的逻辑sector编号以及物理sector的ECC码。其中元数据本身也要占用物理sector进行存储。

在系统启动过程中，通过扫描物理sector上的元数据，从而能建立物理sector和逻辑sector的对应关系，在使用过程中，逻辑sector和物理sector的关系可以随着数据存储位置的变化不断更新。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中存在以下技术问题：

现有的方案一要求用户开发软件流程参与选择版本，对用户不透明，完全由应用层保证数据正确性，增加用户代码复杂度，并且只能判错不能纠错。

现有方案二和方案三在元数据部分本质相同，只是方案三中由于包含更多元数据信息可以支持更加灵活的sector管理机制，但是它们在数据安全方案都存在严重缺陷：首先是对于关键的元数据本身没有纠错机制，当元数据出现错误后会造成数据混乱等严重后果，其次是ECC码本身纠错能力有限，每个物理sector的大小为512字节（byte），只能纠错有限的bit数，纠错比例很低。

发明内容