NAND Flash的壞塊管理設計

摘要：主要介紹了基于嵌入式Linux的NAND Flash壞塊管理設計和實現方案，詳細闡述了壞塊映射表的建立、維護及其相關算法，同時分析了此壞塊算法在Linux內核及Bootloader中的具體應用。測試結果表明該算法能夠處理NANDFlash的相關壞塊問題，具有較高的穩定性。
關鍵詞：NAND Flash；嵌入式IAnux；映射表；壞塊管理

在擁有諸多優點的同時，NAND Flash由于生產工藝的問題，其在出廠時可能存在一定的壞塊。這些固有壞塊不能用于存儲數據，已被產家標識好。另外，使用過程中由于讀寫次數增多，好塊也會變得不穩定或失效，成為壞塊，這就是出廠后產生的壞塊。
NAND Flash在生產及使用過程中都有可能產生壞塊，這將使得系統變得不穩定。應用中一般采用跳塊策略來管理壞塊，但它不能解決系統運行中產生的壞塊情況。針對此情形，本文提出基于嵌入式Linux系統平臺下的一種基于壞塊映射的NAND Flash壞塊管理的方案，并詳細介紹其相關映射算法和整套系統的相關壞塊管理流程。

1 壞塊管理層次結構
Linux下的MTD(Memory Technology Device)是用于管理ROM、Flash等內存設備的一層子系統，它使編寫管理內存設備驅動變得更加簡單。
MTD子系統將Flash設備或其分區抽象為MTD設備，使底層驅動只需實現MTD設備，而向上層文件系統提供標準的接口，如MTD字符設備、MTD塊設備。
如圖1所示，本方案設計中，將壞塊管理層(BBMlayer)緊靠在驅動層之上MTD層之下，從而使得MTD層對壞塊不可見，并使壞塊的管理是基于整個芯片而不是某個分區，便于上層文件系統實現損耗平衡。

BBM層基于驅動層提供的讀、寫、擦除相關操作實現接口read()、write()、erase()、read_oob()、write_oob()、isbad()、mark_bad()。對于其上層MTD子系統而言，關于壞塊的相關接口將不存在，物理介質類似于NORFlash。其中read_oob()、write_oob()接口為文件系統提供相關用途，如JFFS2的cleanmarker相關載體。

2 壞塊管理模塊的設計實現
2．1 壞塊管理原理
本文的設計的壞塊管理是基于壞塊映射原理的一種實現。在本壞塊映射的設計中，NAND Flash被劃分為基本空間和預留空間。基本空間為用戶看到的NANDFlash的總的存儲空間。基本空間中的壞塊被映射到預留空間中的相應好塊。基本映射關系如圖2所示。映射管理信息記錄在壞塊映射表中，它存儲在預留空間。