評價存儲器的一個重要指標就是它的可靠性，在一般的數據存儲中，幾個位的錯誤可能不是很關鍵的問題，如果但是發(fā)生在某個敏感的數據上，這個小小的故障可能會導致嚴重的后果。因此，必須采取一些措施來及時檢出并糾正出錯的數據。目前常用的方法有：奇偶校驗、CRC校驗、重復碼校驗等。
ECC校驗是在奇偶校驗的基礎上發(fā)展而來的，它將數據塊看作一個矩陣，利用矩陣的行、列奇偶信息生成ECC校驗碼。它能夠檢測并糾正單比特錯誤和檢測雙比特錯誤，但對雙比特以上的錯誤不能保證檢測。它克服了傳統(tǒng)奇偶校驗只能檢出奇數位出錯、校驗碼冗長、不能糾錯的局限性。文中在高速大容量固態(tài)存儲器的硬件結構基礎上，詳細介紹了ECC校驗碼的生成規(guī)則以及ECC校驗流程，并用C語言和VHDL語言兩種方法實現了該算法。
1 存儲器的硬件結構及芯片介紹
本存儲器是以FPGA為控制核心，用64片Flash芯片構成存儲陣列，采用CPCI接口實現數據的高速率存儲。Flash存儲陣列分為16組，每組4片，每組Flash芯片共用數據和控制總線。該存儲器的硬件結構圖，如圖1所示。
存儲器的硬件結構圖
存儲板上的存儲芯片用的是Samsung公司的高速大容量固態(tài)存儲芯片K9W8G08U1 M Nand Flash Memory，其容量為1 G×8 bit，分為8 192個塊，每個塊又分為64頁，1頁有(2 k+64)Byte，其中一頁有64 bit的空閑區(qū)。存儲板上的控制芯片是Ahera公司的高端FPGA芯片EP3SE110F1152C4，它負責數據的緩沖和整個存儲器的時序控制，并負責以頁為單位生成校驗碼，并把校驗碼存人到頁的空閑區(qū)內。下面以1頁2 048 bit為單位介紹校驗碼的生成以及校驗流程。
2 EGG算法分析及校驗流程
2．1 EGG校驗碼生成規(guī)則
Flash在讀寫數據的時候是以頁為單位進行的，一頁有2 048個數據，所以可以以2 048 bit為單位生成校驗碼。每個數據有8位信息組成，可以把這2 048個數據看成2 048×8的矩陣，這樣就可以分別生成行校驗碼和列校驗碼來分別校驗。ECC校驗中，每2 048個數據生成4個字節(jié)的校驗碼，這32位的校驗碼分成3個部分：6位的列校驗信息，22位的行校驗信息，其余的4位置1，ECC校驗碼組成，如表1所示。
ECC校驗碼組成
其中P4_l，P4_2，P2_1，P2_2，P1_1，P1_2是列校驗碼，而P8_1，P8_2，P16_1，P16_2，P32_1，P32_2，P64_1，P64_2，P128_1，P128_2，P256_1，P256_2， P512_1，P512_2，P1024_1，P1 024_2， P2 048_1， P2 048_2， P4 096_1，P4096_2，P8192_1，P8192_2是行校驗碼。行列校驗碼生成表，
這里xor表示異或操作。
因為發(fā)生錯誤的數據位在該數據塊中的字節(jié)的偏移量為
程序
發(fā)生錯誤的數據位在所處的字節(jié)中的位偏移量為P4_1，P2_1，P1_1
所以根據字節(jié)的偏移量和字節(jié)中的位的偏移量即可確定該頁數據中哪一位發(fā)生了變化。
2．2 ECC校驗流程
當向NAND Flash的頁中寫入數據的時候，每2 048 bit生成4 bit的ECC校驗碼，稱之為寫ECC校驗碼，保存到每一頁的空閑數據區(qū)中。
當從NAND Flash中讀取數據的時候，每2 048 bit生成4 bit的ECC校驗碼，稱之為讀ECC校驗碼。校驗的時候，根據上述ECC生成原理不難推斷：將從頁空閑區(qū)中讀出的寫ECC校驗碼和讀ECC校驗碼按位異或，若結果為0，則表示不存在錯；若4 bit的異或結果中存在14 bit為1，表示存在1 bit錯誤，且可糾正；若4個bit的異或結果中只存在1 bit為1，表示空閑區(qū)中的校驗碼出錯；其他情況均表示出現了無法糾正的錯誤，校驗流程圖，如圖2所示。
3 ECC算法的實現
3．1 C語言實現ECC算法
以一頁數據2 048個字節(jié)作為測試數據產生ECC校驗碼，數據是000～0FF，循環(huán)8次產生2048個數據，數據序列，如圖3所示。
按前面的ECC校驗碼生成規(guī)則，2 048個數據應該生成4個校驗碼，生成的校驗碼，如圖4所示，其中ecccode1，ecccode2，ecccode3，ecccode4是生成的4個校驗碼。
2 048個數據應該生成4個校驗碼
現在假設讀出的數據中有一位數據發(fā)生了翻轉，出現了一位數據錯誤的情況，即假設數據的第2 bit的最低位發(fā)生了翻轉，0×0l變成了O×00，此時讀出的數據序列，如圖5所示。
讀出的數據序列
讀出數據生成的ECC校驗碼
3．2 利用VHDL語言實現EGG算法
文中以000~OxFF循環(huán)8次產生2 048個數據，利用VHDL語言編程，在QuartusII7．2下進行了仿真，得到了如圖7所示的校驗碼。其中ecccodel =00000000，ecccode2=00000000，ecccode3=11000000，ecccode4=000000ll是生成的4個校驗碼，從圖中可以看到利用VHDL語言得到的校驗碼和用C語言得到的ECC校驗碼是相同的。
VHDL語言生成的ECC校驗碼
4 結束語
文中介紹了ECC算法的一種實現方法，說明了ECC的校驗流程，最后用兩種方法實現ECC校驗算法。ECC校驗算法簡單，軟硬件均能實現，它能夠檢測并糾正單比特錯誤和檢測雙比特錯誤，所以可以為數據存儲和通信系統(tǒng)提供一種強有力的差錯檢測手段。
