NAND FLASH壞塊處理機(jī)制

大家都知道，機(jī)械硬盤會(huì)產(chǎn)生壞道，F(xiàn)LASH芯片也會(huì)這樣，一般我們稱此為“壞塊（Bad Block）”。在NAND FLASH中，一個(gè)塊中含有1個(gè)或多個(gè)位是壞的，就稱其為壞塊。

產(chǎn)生壞塊的原因有兩種：

（1）出廠時(shí)就有的壞塊，稱作Factory masked bad block（廠屏蔽壞塊）或Initial bad/invalid block（初始?jí)?無效塊），NAND FLASH器件中的壞塊是隨機(jī)分布的。以前做過消除壞塊的努力，但發(fā)現(xiàn)成品率太低，代價(jià)太高，成本不劃算。

（2）使用過程中產(chǎn)生的壞塊，稱作Worn-out bad block（破舊的壞塊）。由于使用過程時(shí)間長了，在擦除塊時(shí)出錯(cuò)，說明此塊壞了，在程序運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)，并且標(biāo)記成壞塊。

正常的塊寫入讀出都是正常的，而壞塊的讀寫是無法保證的。在Linux系統(tǒng)中，對(duì)于NAND FLASH有壞塊管理（BBM，Bad Block Managment）機(jī)制，通過一個(gè)對(duì)應(yīng)的壞塊表（BBT，Bad Block Table）來記錄好塊，壞塊的信息，以及壞塊是出廠就有的，還是后來使用產(chǎn)生的。

在L i n u x內(nèi)核M T D（M e m o r y Technology Device，內(nèi)存技術(shù)設(shè)備）架構(gòu)和Uboot中的NAND FLASH驅(qū)動(dòng)，在加載完驅(qū)動(dòng)后，都會(huì)主動(dòng)掃描壞塊，建立必要的BBT，以備后面壞塊管理所使用。下面是DM800 se機(jī)器在系統(tǒng)啟動(dòng)過程中，通過超級(jí)終端獲取的一段進(jìn)程信息，可以看出執(zhí)行BBT和ECC管理。

[4294669.853000] BrcmNAND mfg ad 76 Hynix HY27US08121A （dream） 64MB

[4294669.854000]

[4294669.854000] Found NAND： A C C = 1 7 f f 1 0 1 0 ， c f g = 0 4 0 4 2 3 0 0 ， flashId=ad76ad76， tim16

[4294669.855000] BrcmNAND version= 0x0302 64MB @00000000

[ 4 2 9 4 6 6 9 . 8 5 6 0 0 0 ] B 4 ： N a n d S e l e c t = 4 0 0 0 0 0 0 2 ， nandConfig=04042300， chipSelect=-1

[4294669.856000] brcmnand_probe： CS-1： dev_id=ad76ad76

[ 4 2 9 4 6 6 9 . 8 5 7 0 0 0 ] A f t e r ： N a n d S e l e c t = 4 0 0 0 0 0 0 2 ， nandConfig=04042300

[4294669.858000] Found NAND chip on Chip Select -1， chipSize=64MB， usable size=x

[4294669.859000] brcmnand_scan： B4 nand_select = 40000002

[4294669.859000] brcmnand_scan： After nand_select = 40000002

[4294669.860000] page_shift=9， bbt_ erase_shift=14， chip_shift=26， phys_erase_ sh4

[4294669.861000] Brcm NAND controller version = 3.2 NAND flash size 64MB @1c0000

[4294669.862000] mtd->oobsize=16， mtd->eccOobSize=16

[4294669.862000] brcmnand_scan： mtd->oobsize=16

[4294669.863000] brcmnand_scan： oobavail=12， eccsize=512， writesize=512

[4294669.864000] brcmnand_scan， eccsize=512， writesize=512， eccsteps=1， eccleve3

[4294669.865000] brcmnand_default_ bbt： bbt_td = bbt_main_descr

[4294669.867000] brcmnandCET： Status -> Deferred

DM800 se NAND FLASH芯片分區(qū)

D M 8 0 0 s e機(jī)器（包括S R 4機(jī)器）N A N D F L A S H芯片型號(hào)為HY27U518S2CTR（2011年前期采用HY27US08121B）（U703），如圖1所示。這是韓國Hynix（海力士）公司的NAND FLASH芯片，采用64M×8bit結(jié)構(gòu)，容量為64MB，用于存儲(chǔ)接收機(jī)的系統(tǒng)軟件。

HY27U518S2CTR芯片劃分為三個(gè)分區(qū)：第1分區(qū)（partition 1）為引導(dǎo)裝載程序（loader）、第2分區(qū)（partition 2）為內(nèi)核啟動(dòng)系統(tǒng)（boot）、第3分區(qū)（partition 3）為根文件系統(tǒng)（root），分配容量分別為：0.25MB、3.75MB、60MB。FLASH分區(qū)地址信息可以在系統(tǒng)啟動(dòng)過程中通過超級(jí)終端獲?。?/p>

[4294669.867000] numchips=1， size=4000000

[4294669.868000] Creating 4 MTD partitions on "bcm7xxx-nand.0"：

[4294669.869000] 0x0000000000000000-0x0000000004000000 ："complete"

[4294669.873000] 0x0000000000000000-0x0000000000040000 ："loader" ……………………………………partition 1

[4294669.874000] 0x0000000000040000-0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 ： " b o o t p a r t i t i o n "……………………………………partition 2

[4294669.875000] 0x0000000000400000-0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 ： " r o o t p a r t i t i o n "……………………………………partition 3

如果制作過DM800 se機(jī)器的固件（IMG），就知道IMG是由第二引導(dǎo)系統(tǒng)（secondstage，main.bin.gz）、啟動(dòng)（boot.jffs2）、根系統(tǒng)（root.jffs2）三個(gè)部分組成，圖2所示的是《山水評(píng)測室》制作的DM800se G3-iCVS8#84B打造版固件的內(nèi)部包，對(duì)應(yīng)于上述的三個(gè)分區(qū)。

DM800 se NAND FLASH芯片壞塊檢測

對(duì)于DM800 se機(jī)器NAND FLASH芯片壞塊檢查，可以安裝FLASH芯片檢查插件檢查出壞塊、空塊、填充塊等數(shù)量（圖3）。在FLASH芯片檢查插件主界面，提供了mtd0整片、mtd1（secondstage loader）、mtd2（boot）、mtd3（root）四項(xiàng)檢查內(nèi)容（圖4）。

檢查前，首先了解各個(gè)字符代碼的注釋：每一個(gè)壞塊用一個(gè)“B”表示，每一個(gè)空塊用一個(gè)“.”表示，每一個(gè)部分使用塊用一個(gè)“-”表示，每一個(gè)全部使用塊用一個(gè)“=”表示，具體如圖5所示。

下面，我們對(duì)采用DM800 se G3-iCVS8#84B打造版IMG的NAND FLASH芯片進(jìn)行檢查。

1. mtd0整片檢查

執(zhí)行mtd0檢查整片，如圖6所示。

從圖中可以看出：

（1）一個(gè)典型的NAND FLASH都是由4096塊（Block）組成，HY27U518S2CTR芯片每塊大小是16384bytes（即16kB），容量合計(jì)：16384×4096=67108864（bytes），也就是67108864÷1024÷1024=64（MB）

《山水評(píng)測室》提示：

空閑區(qū)域并非真的“空閑”，它在物理上與其它頁并沒有區(qū)別。ECC、耗損均衡（Wear Leveling）、其它軟件開銷等很多額外的功能要依托于這部分空間來實(shí)現(xiàn)。換一句話說：對(duì)于一個(gè)頁，0～511 bytes為主存儲(chǔ)區(qū)，即通常所說的用戶可設(shè)定地址區(qū)，用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；512～527共16 bytes為擴(kuò)展存儲(chǔ)區(qū)，用來存儲(chǔ)頁的信息。擴(kuò)展區(qū)的16字節(jié)用于描述主存儲(chǔ)區(qū)的512字節(jié)。而對(duì)于壞塊，也僅僅是將這16字節(jié)的第6字節(jié)設(shè)置為不等于0xff，來標(biāo)示壞塊。

2. mtd1引導(dǎo)系統(tǒng)檢查

執(zhí)行mtd1檢查，如圖7所示?？梢钥闯龇峙淞?6個(gè)塊給第二引導(dǎo)系統(tǒng)（secondstage），分配容量為16×16=256（kB），即0.25MB，其中未使用5個(gè)塊，已全部使用11個(gè)塊，容量為16×11=176（kB），和制作的main. bin.gz（即secondstage84b.bin）容量176456÷024=175.25（kB）完全符合。

3. mtd2啟動(dòng)系統(tǒng)檢查

執(zhí)行mtd2檢查，如圖8所示?？梢钥闯龇峙淞?40個(gè)塊給啟動(dòng)系統(tǒng)（boot），分配容量容量為240×16=3840kB，即3.75MB，其中已全部使用145個(gè)塊，已部分使用1個(gè)塊，容量為16×145.5=2328（kB），和制作的boot.jffs2容量2382988÷024=2327.1（kB）完全符合。

4. mtd3根系統(tǒng)檢查

執(zhí)行mtd3檢查，如圖9所示。可以看出分配了3840個(gè)塊給根系統(tǒng)（root），分配容量為3840×16=61440（kB），即60MB，具體固件使用容量不再分析了。

5. 壞塊檢查

我們收到一個(gè)用戶的故障DM800 se機(jī)器，反映不能安裝某些插件，運(yùn)行不穩(wěn)定。我們刷寫同樣的56MB容量的DM800 se G3-iCVS8#84B打造版固件，經(jīng)過DCC-E2的【Memory Info】選項(xiàng)檢查，故障機(jī)（圖10a）的和《山水評(píng)測室》全新的打造版機(jī)器（圖10b）的ROOT占用率分別為92%、89%。

具體檢查對(duì)比如圖11～圖16所示，其中（a）圖為故障機(jī)界面，（b）圖為正常機(jī)界面，可見故障機(jī)有很多壞塊，而和全新打造版沒有一個(gè)壞塊（注：FLASH芯片末尾壞塊是無需作統(tǒng)計(jì)的）。

圖中的第257塊到第4096塊分配給根系統(tǒng)（root），經(jīng)統(tǒng)計(jì)，故障機(jī)一共顯示8+31+10+44+14=107壞塊，占用容量為107×16÷1024=1.7（MB），壞塊占用率為1.7÷60=2.8%，因此故障機(jī)FLASH的root占用率=89%（固件空間占用率）+2.8%（壞塊空間占用率），即顯示已占用92%。

分區(qū)壞塊導(dǎo)致DM800 se無法刷機(jī)的解決方法

1. 由于分區(qū)壞塊導(dǎo)致無法刷機(jī)

當(dāng)采用Web網(wǎng)頁RJ-45網(wǎng)口刷寫時(shí)，出現(xiàn)如圖17所示的“too much data （or bad sectors） in ……”提示，表示分區(qū)3（partition 3）有壞扇區(qū)。

當(dāng)采用DreamUp軟件USB虛擬串口在刷寫時(shí)，如果DreamUp軟件【Log】日志區(qū)域里顯示類似如下提示：

Log： +++ 006 verify failed， at 0003c000： e0. Block will be marked as bad.

Flashing failed （！??！ 005 too much data（or bad sectors） in partition 1 （end： 00040000， pos： 00040000））， box will be unusable now??！

其意是：FLASH芯片分區(qū)1（partition 1）有太多的壞扇區(qū)，無法刷寫。這些都是由于NAND FLASH芯片壞塊引起的，因?yàn)閴牧说膲K是無法擦除和寫人數(shù)據(jù)的。

2. 刷機(jī)方法

對(duì)于NAND FLASH芯片壞塊引起的刷機(jī)，如果還是想采用Web網(wǎng)頁進(jìn)行刷寫，我們可以先進(jìn)入機(jī)器的BIOS進(jìn)行設(shè)置一下。

在其中的Misc（雜項(xiàng)）設(shè)置界面中，顯示DM800 se機(jī)器的一些雜項(xiàng)設(shè)置，如圖18所示。

其中的【Flash Sector Recovery】（閃存扇區(qū)恢復(fù)）選項(xiàng)，默認(rèn)為禁用狀態(tài)，當(dāng)遇到因壞扇區(qū)而無法刷寫軟件時(shí)，可以啟用該選項(xiàng)來解決。有時(shí)機(jī)器無法啟動(dòng)，也可以啟用該選項(xiàng)試一試。

如果采用DreamUp軟件刷機(jī)，在刷寫前，先點(diǎn)擊DreamUp軟件菜單欄的【Extras】（附加）功能，勾選“recover bad sectors”（恢復(fù)壞扇區(qū)）功能，如圖19所示，再重新刷寫一次就可解決。

所謂“恢復(fù)壞扇區(qū)”，實(shí)際上就是使用相同的地址可以屏蔽掉壞了的塊，而指針指向好塊，也就是地址重映射，跳過壞塊。

DM800 se NAND FLASH芯片更換

對(duì)于Dreambox高清機(jī)來講，NAND FLASH芯片產(chǎn)生壞塊的原因有多種，主要有以下一些因素：① NAND FLASH芯片質(zhì)量差，壽命短，一些機(jī)器甚至采用二手的舊芯；②不正確的機(jī)器操作，如不正確的開關(guān)機(jī)，頻繁地刷寫有問題的固件，導(dǎo)致NAND FLASH芯片一些扇區(qū)或塊的過分磨損、出現(xiàn)壞塊；③芯片自然老化、接近生命周期規(guī)定的讀寫次數(shù)。

對(duì)于NAND FLASH芯片出現(xiàn)少量的壞塊，用戶不必?fù)?dān)心，因?yàn)镈M800機(jī)器驅(qū)動(dòng)在讀寫NAND FLASH芯片時(shí)，通常檢測壞塊，同時(shí)還在NAND驅(qū)動(dòng)中加入壞塊管理的功能，使得機(jī)器完全能夠正常工作。

不過NAND FLASH芯片過多的壞塊，除了由此引發(fā)的數(shù)據(jù)丟失而工作不正常外，還會(huì)導(dǎo)致剩余容量減小，機(jī)器不能正常安裝一些稍大容量的插件。一般機(jī)器運(yùn)行時(shí)，ROOT占用率不能超過93%，即FLASH芯片剩余容量不低于4MB，否則，機(jī)器運(yùn)行可能不穩(wěn)定，易死機(jī)。對(duì)于FLASH芯片剩余容量，可以在【藍(lán)色面板】下進(jìn)入山水插件服務(wù)器，從下載頁面左上角查看，如圖20所示。

壞塊過多的NAND FLASH芯片建議更換，找到機(jī)器主板的NAND FLASH芯片（U703），用熱風(fēng)槍將它拆下（圖21），更換一片全新的、帶有DM800 se機(jī)器底層驅(qū)動(dòng)的NAND FLASH芯片，更換完成后，需要重新刷寫IMG。