轻量级 NAND 坏块管理方法分析及改进（2）

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改进的轻量级坏块管理方法针对现有管理方法的缺陷，本文提出了一种更加安全高效的管理方法，将从以下三个方面阐述其实现原理。
共用好块池机制首先，使用一个统一的备用好块池，为所有存放在 NAND 中的模块提供可替换的好块。这样，就不需要在每个模块后面放置一个保留区，提高了 NAND 的空间利用率。
图 2. 共用好块池示意图为了实现共用好块池，需要建立一个从坏块到好块的映射，所以，除了 BBT 之外，还需定义一个替换表(SBT)。这样一来，当读第 i 个块的数据时，如果发现 BBT 中记录该块为坏块，就去 SBT 中查询其替换块；如果写第 i 个块出错，需要在 BBT 中标记该块为坏块，同时从好块池中获取一个新的好块，假设其序号为 j，然后将此好块的序号 j 写入 SBT 中的第 i 个字节，而且 SBT 的第 j 个字节写序号 i。SBT 中的这种双向映射可确保数据的可靠性。此外，好块池中的块也有可能成为坏块，如果扫描时发现是坏块，则将 SBT 中的对应位置标记为 0x00，如果是在写的过程中出错，则除了在 SBT 对应位置标记 0x00 之外，还要更新双向映射数据。
图 3. BBT/SBT 映射示意图安全的 BBT/SBT 数据校验机制传统方法仅检查 BBT 所在块的签名，将读到的前几个字节和一个特征字符串进行比较，如果一致，就认为当前块的数据为 BBT，然后读取接下来的 BBT 数据，但并不对 BBT 的数据做校验。如果 BBT 保存在 NAND 中，数据的有效性是可以得到验证的，因为 NAND 控制器或驱动一般都会对数据做 ECC 校验。但是，大多数控制器使用的 ECC 算法也仅仅能纠正一个 bit、发现 2 两个 bit 的错误。如果 BBT 保存在其他的没有 ECC 校验机制的存储体中，比如 NOR Flash，没有对 BBT 的数据进行校验显然是不安全的。
为了更加可靠和灵活地验证 BBT/SBT 数据，定义下面这个结构体来描述 BBM 信息。
清单 1. BBM 头信息

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typedef struct { UINT8     acSignature[4];/* BBM 签名 */ UINT32    ulBBToffset;/* BBT 偏移 */ UINT32    ulSBToffset;/* SBT 偏移 */ UINT16    usBlockNum;/* BBM 管理的 block 数目 */    UINT16    usSBTstart;/* SBT 所在位置的起始 block 序号 */ UINT16    usSBtop;/* SBT top block */ UINT16    usSBnum;/* SBT number */ UINT32    ulBBTcrc;/* BBT 数据 CRC 校验码 */ UINT32    ulSBTcrc;/* SBT 数据 CRC 校验码 */ UINT32    ulHeadcrc;/* BBM 头信息 CRC 校验码 */ } BBM_HEAD

图 4. BBT/SBT 的保存形式使用三重 CRC 校验机制，无论 BBT 保存在哪种存储体中，都可以更加严格地验证数据的有效性。
安全的掉电保存机制传统的方法仅保存一份 BBT 数据，如果在写 BBT 时系统掉电，则 BBT 丢失，系统将可能无法正常启动或工作。为安全起见，本文所述方法将同时保留三个备份，如果在写某个备份时掉电，则还有两个完好的备份。最坏的情况是，如果在写第一个备份时掉电，则当前最新的一个坏块信息丢失。
读取坏块表时，顺序读取三个备份，如果发现三个备份的数据不一致，用记录的坏块数最多的备份为当前的有效备份，同时立刻更新另外两备份。
总结本文介绍了几类 NAND 坏块管理方法，指出了 uboot 的轻量级管理方法的缺陷，提出了一种改进的方法，提高了 NAND 的利用率及坏块管理的安全性，可对嵌入式开发起到有很好的借鉴作用。