5 TI^TM 处理器 SDK 中的坏块管理

Linux Kernel 通过内存技术器件 (MTD) 子系统和未排序的块映像 (UBI) 实现坏块管理，其具有以下主要功能：

1. 坏块表格初始化
   • 在闪存驱动程序初始化期间、系统使用位图结构创建一个内存中的坏块表格：

     • 读取每个块第一页的带外区域。

     • 坏块标记由 2 个字节组成，通常位于 OOB 区域的开头。

     • 两个字节的标记值均为 0xFF，则表示该块正常。

     • 任何非 0xFF 的值（通常为 0x00）均表示工厂标记的坏块或运行时坏块。

   • 在内存中构建坏块表格，每块使用 2 位对状态进行编码：
     • 00b =正常块，表示该块可供使用。
     • 01b =磨损或运行时坏块，表示在运行时擦除或写入操作失败。
     • 10b =保留块。
     • 11b =制造商标记的工厂坏块。

   • 每次系统启动时，都会通过扫描闪存中所有块的 OOB 标记来重建坏块表格。

2. 跳过坏块
   • 在访问物理块之前，所有读取、写入和擦除操作都会自动参阅存储器内的坏块表格。
   • UBI 层使用三棵红黑树维护物理擦除块 (PEB) 组织结构：
     • 空闲树：包含已擦除、可供分配的正常 PEB，按擦除次数排序以实现磨损均衡。
     • 已用树：包含当前存储卷数据的 PEB。
     • 错误树：包含标记为“不良”或“不可靠”的 PEB。
   • 当 UBI 层需要为写入操作分配一个块时：
     • 从空闲树中选择 PEB。绝不会从错误树中选择 PEB。
     • 通过 MTD 层查询 BBT 来验证坏块状态。
     • 如果该块被标记为坏块，则将其从空闲树中移除，添加到错误树中，并选择另一个 PEB。
   • BBT 查找使用高效位操作以实现快速访问：
     • BBT 数组中的字节偏移量= PEB 编号÷ 4（因为每个字节包含四个 2 位条目）
     • 字节内的位位置=（PEB 编号 mod 4）× 2
   • 2 位状态码是使用以下实现方式提取的：(BBT_byte >> bit_position) & 0x03
   • 在逻辑地址到物理地址的转换过程中遇到坏块时，操作会自动跳转到下一个正常块，从而使上层对坏块的规避过程透明。
3. 运行时坏块标记
   • 通过多种机制持续监控编程、擦除和读取操作是否存在故障情况：
     • 编程和擦除操作后检查 NAND 控制器状态寄存器。
     • 在读取操作期间由纠错码 (ECC) 引擎进行监控。
     • 通过磨损均衡算法跟踪临界块的行为。
   • 当操作失败时，将通过以下顺序立即将受影响的块标记为坏块：
     • 编程失败：每次编程操作后，将检查 NAND 控制器状态寄存器的 P-FAIL 位。如果 P-FAIL=1，则表明编程操作超时或失败，从而触发坏块标记。
     • 擦除失败：每次擦除操作后，将检查 NAND 控制器状态寄存器的 E-FAIL 位。如果 E-FAIL = 1，则表示擦除操作失败，从而触发坏块标记。
     • ECC 不可纠正的错误：当一页中的位错误数量超过 ECC 纠错能力时，即 BCH-8 超过 8 位或 BCH-16 超过 16 位，该块被标记为故障。
   • 在坏块标记过程中，会执行以下步骤：
     • 更新内存中的 BBT：将故障块的 2 位状态码从表示正常块的 00b 更改为表示运行时坏块的 01b。
     • 将坏块标记写入 OOB：坏块标记字节 (0x00,0x00) 被写入故障块第一页的备用区域或 OOB。

     • 这可确保数据在电源循环中持久保存，因为下次启动时，内存中的 BBT 将根据这些标记重新构建。

   • UBI 层更新其数据结构：

     • 根据该故障 PEB 所在的位置，将其从空闲树或已用树中移除。

     • 该故障 PEB 被添加到错误树中，以防止未来对其进行分配。

     • 如果该故障 PEB 曾存储卷数据，则更新 LEB 到 PEB 的映射关系，以使受影响的逻辑擦除块失效。

   • 后续操作会自动避开该新标记的块，因为它现在位于错误树中，且在 BBT 中状态为 01b。