nand flash错误特性模型及应用研究

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1、硕士学位论文NANDFlash错误特性模型及应用研究RESEARCHONERRORCHARACTERISTICSMODELINGOFNANDFLASHANDAPPLICATIONS王世元哈尔滨工业大学2016年7月国内图书分类号：TP333.5学校代码：10213国际图书分类号：621.38密级：公开工程硕士学位论文NANDFlash错误特性模型及应用研究硕士研究生：王世元导师：乔立岩教授申请学位：工程硕士学科：仪器仪表工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2016年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:T

2、P333.5U.D.C:621.38ThesisfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONERRORCHARACTERISTICSMODELINGOFNANDFLASHANDAPPLICATIONSCandidate：WangShiyuanSupervisor：Prof.QiaoLiyanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentScienceandTechnologyAffiliation：SchoolofEl

3、ectricEngineeringDateofDefence：July,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要NANDFlash作为存储器中性能卓越的佼佼者，具备生产制造成本低、可存储容量大、存储介质抗震抗磁性好、读写速度快并且数据非易失等优点，在民用消费电子领域备受青睐。同时，因其抗震防磁等物理特性，也被广泛应用于航空、航天、医疗等相关领域，并且逐渐取代磁介质存储器成为主流的存储器。但NANDFlash的工艺发展使得其可靠性不断降低。由于NAND

4、Flash使用寿命严格受限于平均位错误率（BER，BitErrorRate），而BER随着数据驻留时间的增长而不断上升，错误校验码（ECC，ErrorCorrectingCode）却仅仅能够提供有限的纠错能力，因此，研究相关NANDFlash错误特征和相关管理策略就变得十分有意义。本文针对NANDFlash实际使用的需要首先对NANDFlash的错误特性进行分析。然后通过硬件平台对实验数据采集，分析BER随着数据驻留时间和擦写（P/E，ProgramandErase）周期次数的增长规律。最后对NANDFlash的错误进行建模。一方面，使用

5、实测数据进行建模分析，另一方面，采用不同的拟合手段进行对比。实现了对NANDFlash数据综合错误的有效预测。接下去应用模型并结合NANDFlash错误特性展开以下两方面研究。（1）为了在不进行硬件升级或增强ECC校验算法能力的前提下延长数据的可靠驻留时间，本文对NANDFlash驻留错误位置固定度特性进行探索，提出一种延长数据可靠驻留时间的管理策略。该策略依据数据驻留错误的错误位置固定度特性并采用NANDFlash错误模型提供的数据。该策略的核心思想就是：结合错误模型和错误位置信息，在执行ECC前将错误位翻转为正确位，有效降低数据位置信

6、息更新所占用的空间。（2）为了解决传统ECC纠错方案的高纠错能力ECC用于低磨损状态的NANDFlash中造成运算资源及存储空间的浪费的问题，本文对NANDFlash页可靠性差异特性进行探索，提出一种自适应的混合ECC编解码策略。该策略依据NANDFlash页可靠性差异特性并采用NANDFlash错误模型提供的数据。该策略的核心思想就是：针对不同使用阶段的数据页选择适配的ECC策略，避免单一高纠错能力ECC而导致的运算资源浪费和冗余区存储空间的消耗。关键词：存储系统；NANDFlash；错误特征；管理策略；错误位置固定度；页可靠性差异-I

7、-AbstractAbstractAsanoutstandingkindofmemory,NANDflashwiththeadvantagesofhighdensitystorage,lowcost,lowpowerconsumption,fastreadingandwritingspeed,hasbeenwidelyappliedinthefieldoflargecapacitydatastoragesystem.Itisalsowidelyusedinaviation,aerospace,medicalandotherrelatedf

8、ields,andgraduallyreplacethemagneticstoragedevicetobecomethemainkindofmemory.Buttheprogressively