FLASH寫溢出功能測試與問題分析

寧靜　劉國斌　祝周榮　劉偉　陳云

摘要：當(dāng)使用FLASH來存儲數(shù)據(jù)時，相同的地址不能重復(fù)寫入數(shù)據(jù)。在沒有擦除的情況下，重復(fù)對同一個地址進(jìn)行寫操作，會使得存儲的數(shù)據(jù)內(nèi)容出錯，從而導(dǎo)致從FLASH中讀出的數(shù)據(jù)出錯。因此，需要對FLASH的寫溢出功能進(jìn)行測試。當(dāng)FLASH中的所有好塊被占用，F(xiàn)PGA應(yīng)能自動停止寫入數(shù)據(jù)，等待下一輪的寫操作。

關(guān)鍵詞：FLASH；自動寫停；擦除操作；FPGA

中圖分類號：TP333 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）04-0212-02

FLASH存儲器由于其容量較大，體積較小，掉電數(shù)據(jù)不丟失，讀寫速度快等優(yōu)點，適用于大數(shù)據(jù)的存儲[1]。基于FLASH本身的固有特性，F(xiàn)LASH存儲器在寫入數(shù)據(jù)前應(yīng)進(jìn)行擦除操作，并且不能對同一地址進(jìn)行多次的寫操作，否則會導(dǎo)致存儲的數(shù)據(jù)變?yōu)閬y碼。因此無論設(shè)計方的需求中是否明確提出需求，都需要對FLASH進(jìn)行寫溢出功能測試。

1 FPGA對FLASH的控制流程

對FLASH的擦除/讀/寫操作是通過FPGA（現(xiàn)場可編程邏輯門陣列）發(fā)送指令來控制的，常用的指令包括復(fù)位指令、擦除指令、寫操作指令、讀操作指令等。

由于生產(chǎn)工藝的原因，F(xiàn)LASH在出廠前就存在壞塊，記錄該壞塊信息的稱為初始壞塊表。在對FLASH擦除/讀/寫操作過程中，也有可能產(chǎn)生壞塊[2]。因此，F(xiàn)PGA需不斷更新壞塊表來標(biāo)記FLASH中的壞塊位置。這就要求設(shè)計與驗證時需要充分考慮壞塊在整個基片中的分布情況以確保FLASH能正常工作。

FPGA對FLASH控制主流程主要有擦除流程、寫流程、讀流程、壞塊管理流程等。若當(dāng)前狀態(tài)為擦除狀態(tài)且擦除結(jié)束標(biāo)志有效時，則執(zhí)行壞塊管理流程；若當(dāng)前狀態(tài)為頁寫狀態(tài)且非寫溢出時執(zhí)行寫流程；若當(dāng)前狀態(tài)為頁讀狀態(tài)且非讀溢出時執(zhí)行讀流程。

2 測試平臺的搭建

仿真測試是在Linux操作系統(tǒng)下VCS2010環(huán)境下進(jìn)行的。構(gòu)建激勵模型，編寫執(zhí)行腳本Makefile文件，觀察結(jié)果輸出，檢查被測模塊的功能實現(xiàn)。激勵模型框圖如1所示。

該FPGA產(chǎn)品的主要功能是接收文件控制FPGA的遙控指令，接收各路載荷數(shù)據(jù)并對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)接處理后存儲到FLASH中，或者從FLASH存儲陣列中讀出數(shù)據(jù)，發(fā)送給各功能模塊。管理FLASH中的壞塊表，完成壞塊表的更新和重構(gòu)。在搭建激勵模型時，需要模擬不同壞塊分布情況下的FLASH模型。

根據(jù)激勵模型圖，主要需構(gòu)建以下幾組測試模塊，如表1所示。

3 FLASH寫溢出功能測試

FPGA接收寫指令后，查詢該塊是否為好塊，若為好塊，查詢FLASH是否寫溢出，寫溢出則結(jié)束這一輪的寫操作，否則往FLASH中存儲數(shù)據(jù)。

我們需要測試不同壞塊分布情況的，F(xiàn)LASH自動寫停功能是否正常。因此，需要在FLASH的模型中設(shè)置不同的壞塊分布情況。

（1）設(shè)置最后一塊為好塊，且相鄰塊為好塊：

FLASH模型設(shè)置最后一塊為好塊且相鄰塊為好塊時，當(dāng)寫指針wr_addr達(dá)到最后一塊時，該FLASH被寫滿，寫溢出標(biāo)志wr_over置高，F(xiàn)PGA停止往FLASH中寫入數(shù)據(jù)，寫溢出功能正常。

（2）設(shè)置最后一塊為好塊，且相鄰塊為壞塊：

FLASH模型設(shè)置最后一塊為好塊且相鄰塊為壞塊時，當(dāng)寫指針wr_addr達(dá)到最后一塊時，該FLASH被寫滿，寫溢出標(biāo)志wr_over置高，F(xiàn)PGA停止往FLASH中寫入數(shù)據(jù)，寫溢出功能正常。

（3）設(shè)置最后一塊為壞塊，且相鄰塊為好塊：

FLASH模型設(shè)置最后一塊為壞塊且相鄰塊為好塊時，該FLASH被寫滿后，無法自動停止寫入數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致寫指針回頭，繼續(xù)對已存儲過數(shù)據(jù)的好塊中執(zhí)行FLASH寫操作。相同的塊被兩次寫入后，會使得存儲的數(shù)據(jù)內(nèi)容出錯，從而導(dǎo)致從FLASH中讀出的數(shù)據(jù)錯誤。寫溢出功能錯誤。

（4）設(shè)置最后一塊為壞塊，且相鄰塊為壞塊：

FLASH模型設(shè)置最后一塊為壞塊且相鄰塊為壞塊時，該FLASH被寫滿后，無法自動停止寫入數(shù)據(jù)，寫溢出功能錯誤。

4 FLASH寫溢出問題分析及糾正措施

寫溢出功能的判斷條件如圖2所示。

從圖2中可以看出，當(dāng)寫到最后一塊的最后一頁時，判定為寫溢出，F(xiàn)PGA應(yīng)停止寫入數(shù)據(jù)。由于設(shè)計時，并未考慮最后一塊為壞塊的情況。FLASH寫操作前，會預(yù)先判斷該塊為好塊還是壞塊，當(dāng)最后一塊為壞塊時，則不會往該壞塊中寫入數(shù)據(jù)，寫指針可能的最大值為（”11”&”fffe”），使得寫地址wr_addr永遠(yuǎn)無法滿足預(yù)定的寫溢出條件，wr_over始終為0，最終導(dǎo)致flash寫操作無法自動停止。

針對以上寫溢出問題，當(dāng)寫地址wr_addr達(dá)到最后一塊時，無論最后一塊是好塊還是壞塊，均判定為寫溢出，停止寫入數(shù)據(jù)。修改后的代碼如圖3所示。

5 結(jié)語

FLASH寫溢出問題會導(dǎo)致在沒有擦除的情況下，對同一個地址重復(fù)進(jìn)行寫操作，從而導(dǎo)致存儲在FLASH中的數(shù)據(jù)錯亂。需要充分考慮最后一塊及相鄰塊分別為好塊/壞塊情況下的寫溢出功能是否正常，提高FPGA對FLASH控制的可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]李文博.flash陣列存儲技術(shù)研究.哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文，2010：10-11.

[2]林剛.NAND Flash 壞塊管理算法及邏輯驅(qū)動層設(shè)計.西安電子科技大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文，2009：1-6.