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38 nm nand闪存可靠性评估关键问题研究

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微电子学 2020年第4期50卷 597-601页

作者：郑勋何文文郭桂良丁育林邹春梅邵玲玲中国科学院大学微电子学院北京100049 中芯国际集成电路制造有限公司上海201203 中国科学院微电子研究所北京100029

通过提取阈值电压变化,研究了温度、连续读操作和α粒子辐射三种应力因子对38 nm SLC nand闪存产品的可靠性影响。结果表明,温度和α粒子引起阈值电压的退化呈幂数规律,连续读操作则仅造成随机波动;低温(75℃)时,数据保持时间偏离激活... 详细信息

通过提取阈值电压变化,研究了温度、连续读操作和α粒子辐射三种应力因子对38 nm SLC nand闪存产品的可靠性影响。结果表明,温度和α粒子引起阈值电压的退化呈幂数规律,连续读操作则仅造成随机波动;低温(75℃)时,数据保持时间偏离激活能曲线的原因可能源于隧穿氧化层中的氟离子;单个存储单元晶体管级别的读噪声相比芯片整体更大。α粒子辐射可以诱发低水平的软错误几率。该研究结果为产品可靠性计划的制定和改善提供了重要依据。

关键词： nand闪存阈值电压分布寿命读噪声软错误产品可靠性

基于nand闪存的数据库索引机制研究与改进

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基于NAND闪存的数据库索引机制研究与改进

作者：梁新伟东北大学

学位级别：硕士

在过去的几十年,CPU的处理速度提高近600倍,而磁盘的读写速度只提升了不足10倍,低速的磁盘(毫秒级)已经成为制约系统性能提升的瓶颈。高速的nand闪存(微秒级)已经成为磁盘的理想替代设备。然而由于nand闪存具有读写速度不对称、块擦除... 详细信息

在过去的几十年,CPU的处理速度提高近600倍,而磁盘的读写速度只提升了不足10倍,低速的磁盘(毫秒级)已经成为制约系统性能提升的瓶颈。高速的nand闪存(微秒级)已经成为磁盘的理想替代设备。然而由于nand闪存具有读写速度不对称、块擦除次数有限等特性,现有的数据库索引无法充分发挥闪存的存储优势。因此,基于nand闪存的物理特性重新构建一种高效的数据库索引结构是一个急需解决的问题。本文在参阅大量国内外相关文献的基础上,针对B-Tree“级联更新”导致的低性能问题和BFTL“随机存取”导致的大量闪存写操作问题,提出了一种更适合闪存的Optimized BFTL索引机制。Optimized BFTL是对BFTL的改进,该机制包含3个策略：通过暂存更新、冗余消除的思路,Optimized BFTL改进了索引缓存区Index Buffer的存储策略;提出了待提交序列选择算法,通过批量提交节点序列,消除了BFTL的“随机存取”现象,从而大大减少了闪存写操作次数;设计并实现的叶子节点头及其相关算法,提高了搜索算法的性能。此外,对Optimized BFTL的全局查询、更新算法进行了设计和实现。最后,依次对上述策略进行模拟实验,仿真结果表明,与之前的BFTL相比,该索引机制插入操作所引起的闪存写次数仅为前者的22.3%,因此本文实现的索引机制能够大量减少闪存写次数,具有进一步研究和应用的价值。

关键词： nand闪存 BFTL Optimized BFTL 索引缓存区叶子结点头

面向nand闪存的SQLite数据恢复技术研究与应用

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面向NAND闪存的SQLite数据恢复技术研究与应用

作者：武贝贝杭州电子科技大学

学位级别：硕士

随着智能移动终端的广泛普及与应用，其主要存储介质nand闪存也逐渐成为一种重要的数据取证源。SQLite数据库由于具有占用资源低、易移植和易操作等特点，被广泛应用于嵌入式系统中保存用户和应用程序的信息。然而，由于nand闪存一方面... 详细信息

随着智能移动终端的广泛普及与应用，其主要存储介质nand闪存也逐渐成为一种重要的数据取证源。SQLite数据库由于具有占用资源低、易移植和易操作等特点，被广泛应用于嵌入式系统中保存用户和应用程序的信息。然而，由于nand闪存一方面在硬件上具有耐擦写次数低且不支持原地擦写的“异地存储”等物理特性;另一方面在软件上其文件系统往往采用按块擦写、磨损均衡和垃圾回收等特殊机制，使得传统磁盘上的数字取证技术很难在nand芯片上取得很好的效果。因此，面向nand闪存的SQLite数据恢复技术也成为数字取证领域的一个研究热点和难点。本文基于YAFFS2文件系统和SQLite的特性，对nand芯片上SQLite数据恢复技术展开了研究。首先，提出了一种恢复nand闪存上的SQLite数据库中已删除记录的技术。利用YAFFS2的页面顺序分配原则和垃圾回收特性，借助存储在备份区域中的文件系统元信息，通过恢复出修改前的数据库文件和修改时创建的回滚日志文件来实现已删除记录的恢复。在Linux平台下的模拟实验和真实手机中的实验表明了本文方法的可行性，在DFRWS公开数据集上的实验验证了提出的方法可应用于真实场景。其次，提出了一种数据库历史记录恢复和用户行为时间轴构建的方法。在nand闪存上SQLite已删除记录的恢复技术基础上，提出了一种SQLite数据库历史记录恢复方法，并利用底层SQL事件到用户行为的抽象技术来建立用户行为的时间轴。在基于人工设计的Linux模拟环境、真实手机和DFRWS数据集上的实验验证了本方法的可行性。综上，本文针对nand闪存上的SQLite数据恢复问题，提出了一种恢复nand闪存上的SQLite数据库中已删除记录和历史记录的方法，并实现了一种用户行为时间轴构建的方法。研究成果为数字取证工作提供了一条新思路。

关键词：数据恢复 SQLite YAFFS2 nand闪存时间轴用户行为

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nand闪存PK微硬盘

中国电子商情 2006年第6期 50-53页

作者：羽商

自2005年9月美国苹果电脑公司推出2Gb／4Gb nand闪存替代微硬盘的ipod nano以来，在便携式消费类电子产品中nand闪存替代微硬盘的呼声日益高涨，nand闪存VS微硬盘的竞争日趋激烈，nand闪存能PK掉微硬盘吗？这是nand闪存和微硬盘业界共... 详细信息

自2005年9月美国苹果电脑公司推出2Gb／4Gb nand闪存替代微硬盘的ipod nano以来，在便携式消费类电子产品中nand闪存替代微硬盘的呼声日益高涨，nand闪存VS微硬盘的竞争日趋激烈，nand闪存能PK掉微硬盘吗？这是nand闪存和微硬盘业界共同关心的话题。业界普遍认为，nand闪存与微硬盘将共存很长一段时间，正如希捷CEO Bill Watkins所说：“微硬盘与nand闪存是一对好朋友”。当前微硬盘大规模向nand闪存转变不太可能，或许也没有必要。从长远看，哪一种存储技术将占主导尚不明确。但是，2006年初三星电子半导体CEO黄昌圭放言：“硬盘时代”正逐渐结束，“闪存时代”即将来临。从短期看，2Gb／4Gb存储容量将成为双方争夺的对象，正如isuppli公司评论：”2006年微硬盘和nand闪存两手都要硬”。在便携式消费类电子产品中到底采用哪一种存储器，由其存储容量、成本、尺寸、功耗和可靠性来决定。

关键词： nand闪存微硬盘消费类电子产品 isuppli公司美国苹果电脑公司存储容量 ipod 存储技术三星电子便携式

基于RISC-Ⅴ架构的强纠错能力nand闪存控制系统的设计与实现

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基于RISC-Ⅴ架构的强纠错能力NAND闪存控制系统的设计与实现

作者：刘晓真南京大学

学位级别：硕士

nand闪存是非易失性存储芯片中最重要的一类,其在存储器芯片的市场份额占比约为40%,广泛应用于手机、固态硬盘、SD卡等。由于nand闪存的存储原理以及存储结构特征,需要设计nand闪存主控来进行数据管理。nand闪存主控包括了数据接口、EC... 详细信息

nand闪存是非易失性存储芯片中最重要的一类,其在存储器芯片的市场份额占比约为40%,广泛应用于手机、固态硬盘、SD卡等。由于nand闪存的存储原理以及存储结构特征,需要设计nand闪存主控来进行数据管理。nand闪存主控包括了数据接口、ECC模块以及MCU和固件,可以实现nand闪存的数据存取和传输操作以及延长nand闪存的使用寿命。本文设计了一套nand闪存控制系统,并在FPGA平台上完成了系统的实现和基础固件的开发。其中着重设计了MCU以及ECC模块。MCU基于RISC-Ⅴ指令集架构,以开源的蜂鸟E203微处理器核为基础,进行了针对nand闪存控制系统的优化和简化设计,并且完成了对应的缓存和接口的适配。依托于RISC-Ⅴ生态的较为完善的软件编译环境,本文针对ONFI 4.0协议中的NV-DDR3接口开发了基础固件,包含nand闪存常用的控制API,最终可实现读取、编程和擦除的基本操作。ECC模块采用了基于LDPC码的差错控制单元。本文采用了基于质数域构造的QC-LDPC码,并采用掩膜技术来优化性能和降低编解码复杂度。解码器基于NMS-VSS算法,并且针对消息的存储和消息网络做出了优化设计,其性能在UBER为10量级时没有明显的错误平底,同时面积、吞吐率指标较好。编码器采用基于校验矩阵的编码方法,相比传统的基于生成矩阵的编码方法,编码效率提升很多,编码器的面积和吞吐率指标有了很大提升。并且本文还提供了一套LDPC差错控制单元的可灵活配置方法,可在给定码长、码率和吞吐率需求的情况下,自动化地完成码型构造——性能优化——编解码器设计的流程,定制出合适的LDPC差错控制单元。

关键词： nand闪存主控精简指令集纠错码低密度奇偶校验码开放式nand闪存接口

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基于大容量nand闪存文件系统的研究

基于大容量NAND闪存文件系统的研究

作者：吕莲浙江工业大学

学位级别：硕士

闪存（Flash Memory）是一种的非易失性,在断电情况下仍能保持所存储的数据信息的存储器。目前,闪存已被广泛应用于各种便携式和嵌入式设备中,如掌上电脑、智能手机、数码相机、MP3、MP4等等。随着嵌入式和移动计算技术的发展,嵌入式应... 详细信息

闪存（Flash Memory）是一种的非易失性,在断电情况下仍能保持所存储的数据信息的存储器。目前,闪存已被广泛应用于各种便携式和嵌入式设备中,如掌上电脑、智能手机、数码相机、MP3、MP4等等。随着嵌入式和移动计算技术的发展,嵌入式应用所要存储的数据量在不断增加。另一方面,随着闪存制造技术的不断发展,闪存容量也在不断增加,性价比得到进一步提高。而闪存文件系统对闪存性能的发挥起着至关重要的作用,目前闪存文件系统可分为两大类:集中索引的闪存文件系统和专门针对闪存而设计的文件系统。前者通过转换层将闪存模拟成可随意读写的块设备,然后使用传统的磁盘文件系统,如FAT32、EXT等,然而这种方式没有结合闪存硬件自身的特点,无法使闪存性能及优点充分发挥。后者针对闪存的特性,设计特殊的文件系统,为现在闪存文件系统研究的主流,目前已出现多种基于闪存的文件系统,如JFFS/JFFS2、YAFFS、LFM等。本文在充分研究了当前主流闪存文件系统JFFS2的结构的基础上,分析了它的优缺点,认为JFFS2不能适应闪存容量扩展的原因在于,JFFS2不保存文件的索引,所有文件系统的结构和索引都是通过挂载时扫描整个闪存在内存中建立起来的,这样内存的消耗及挂载时间都与闪存容量成正比,当闪存容量很大时,这个代价是非常高并且不被接受的。在本文中,我们提出了一种基于大容量nand闪存的文件系统LFFS（Large Flash FileSystem）,LFFS文件系统将文件的索引信息直接存储在闪存上,并设置闪存超级块结构,实现文件系统的快速挂载。同时,我们引入闪存区域概念,并提出区域映射表,来解决闪存上垃圾回收引起的问题。在系统测试中LFFS表现出良好的性能,但距离文件系统的实际应用还有一定距离,在以后的工作中我们将不断改进系统设计及其功能,完善系统的稳定性和健壮性。

关键词： LFFS nand闪存文件系统文件索引超级块垃圾回收磨损均衡

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用于nand闪存的LDPC码编译码研究

用于NAND闪存的LDPC码编译码研究

作者：于彬杭州电子科技大学

学位级别：硕士

随着电子科技的快速发展,存储技术也在不断地更新。近些年来,nand闪存因其具有高性能、低功耗等特点被广泛的应用在电子产品中。但是随着nand闪存工艺的进步以及MLC、TLC存储技术的应用,闪存内部存储密度大幅度提升,导致误码率也急剧升... 详细信息

随着电子科技的快速发展,存储技术也在不断地更新。近些年来,nand闪存因其具有高性能、低功耗等特点被广泛的应用在电子产品中。但是随着nand闪存工艺的进步以及MLC、TLC存储技术的应用,闪存内部存储密度大幅度提升,导致误码率也急剧升高。因此如何确保正确的读取存储数据,提升闪存的可靠性,降低误码率具有重要意义。传统的纠错码已经不能满足高密度闪存的纠错需求,低密度奇偶校验（Low-Density-Parity-Check,LDPC）码因其具有优异的性能、纠错能力强以及译码速度快等特点逐渐应用在nand闪存中。根据闪存容量大、成本低的需求,本文构造了（18432,16640）高码率准循环LDPC码,采用PEG构造方法对其校验矩阵进行了构造,生成了一种727?准循环校验矩阵,并且每个循环子矩阵大小为256256?。在编码方面,本文提出一种改进后的快速编码算法对码字进行编码,减少运算量以提升编码速度,该编码算法应用于nand闪存中,可以有效减少硬件消耗资源。在译码方面,本文将归一化最小和算法和分层信息传输结构相结合,提出一种行分层最小和算法用来译码,该算法相对于传统的最小和算法,减少了运算量,加快了译码收敛速度。仿真表明,该算法在具有优良的译码纠错性能的同时,收敛速度也更快,译码的平均迭代次数显著减少,从而提高译码器电路的吞吐率。根据上面所述的编译码算法,本文设计相应的编码器和译码器来实现编译码算法。采用Matlab软件和Model Sim软件构成了本文的软件仿真环境,对LDPC码编码器和译码器进行了仿真,仿真结果证明了编码器和译码器的功能正确,并具有优异的性能。

关键词： nand闪存 LDPC码算法编译码器

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用于nand闪存的LDPC码研究

用于NAND闪存的LDPC码研究

作者：李芳苑华南理工大学

学位级别：硕士

nand闪存目前在电子产品中广泛使用。但是，nand闪存容易出现存储错误，特别是随着工艺的进步和多位技术（MLC）的采用，闪存存储密度大幅度增加，误码率也急剧提高。如何提高nand闪存的可靠性，降低高误码率，成为一个重要的研究热点。... 详细信息

nand闪存目前在电子产品中广泛使用。但是，nand闪存容易出现存储错误，特别是随着工艺的进步和多位技术（MLC）的采用，闪存存储密度大幅度增加，误码率也急剧提高。如何提高nand闪存的可靠性，降低高误码率，成为一个重要的研究热点。LDPC码因其优异的性能和强大的纠错能力而开始被用于nand闪存。nand闪存大容量、低成本的要求以及误码率高的特点，要求LDPC码为高码率的长码，且具有高性能和低复杂度;同时，闪存高速的数据交换要求LDPC码可快速编码。因此，构造可快速编码且高性能的高码率LDPC码，以及设计收敛快速、复杂度低的译码算法，具有重要的意义。本文研究用于nand闪存的LDPC码构造方法。提出了一种可快速编码的高性能准循环LDPC码构造方法。该方法在构造右半部分矩阵时采用了准双对角线结构，从而实现快速的系统编码;构造左半部分矩阵时，设计了一种优化计算量的六环消去算法，从而实现高效的短环消除，大幅度减少了构造高码率LDPC长码的计算量。仿真表明，与现有用于nand闪存的(69615,66897)EG-LDPC码相比，本文构造的(34085,32481)QC-LDPC码以更短的码长取得了更好的性能，提高大约0.5dB。在译码方面，本文提出一种改进节点迭代顺序的Improved SBP (ISBP)算法。该算法相比SBP算法提高了性能;降低了译码计算量;加快了收敛速度，平均迭代次数降为BP算法一半。融合改进算法与归一化最小和算法，提出一种改进的Shuffled最小和译码算法。该算法同时具备ISBP算法收敛快速、性能优良的特点以及归一化最小和算法较低的译码复杂度。仿真结果验证了这一结论。

关键词： nand闪存准循环LDPC码 ECC码 SBP算法

基于nand闪存的嵌入式文件系统研究与实现

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基于NAND闪存的嵌入式文件系统研究与实现

作者：李海霞浙江大学

学位级别：硕士

nand闪速存储器,凭借速度快、容量大、价格低等很多优点,越来越成为嵌入式移动存储平台的首选存储介质。目前基于nand闪存的文件系统有两类:集中索引的文件系统和专门针对nand闪存而设计的文件系统。集中索引的文件系统是通过将NAN... 详细信息

nand闪速存储器,凭借速度快、容量大、价格低等很多优点,越来越成为嵌入式移动存储平台的首选存储介质。目前基于nand闪存的文件系统有两类:集中索引的文件系统和专门针对nand闪存而设计的文件系统。集中索引的文件系统是通过将nand闪存模拟成可随意读写的块设备对闪存进行管理,这类文件系统大多是传统的文件系统,比如FAT32和Ext2。而专门针对nand闪存自身的特点设计的文件系统,到目前为止只有YAFFS系列。随着nand闪存存储容量的增大和擦除块擦除次数的相对减少,YAFFS表现出了两点不足:①加载时间随着存储容量的增大而增大;②YAFFS对静态数据没有很好的实现损耗均衡,不能延长nand闪存的使用寿命。针对这两点,论文提出了快速加载的nand文件系统FMNFS（Fast-Mounting nand File-System）。为了加快文件系统的加载,FMNFS不再采用索引节点和数据节点混合存储,而是借鉴集中索引的思想,将两者分开存放。在文件系统加载时,根据擦除块中附加区数据的设计最多只需扫描索引节点所在的擦除块,而不需要扫描所有的擦除块,从而大大减少了文件系统的加载时间。在FMNFS中,需要实现的损耗均衡包括两个方面。①热数据的损耗均衡。由于对索引的访问频率通常远远大于普通数据,所以索引节点所在的擦除块更容易损坏。②冷数据的损耗均衡。对于大的只读文件,它们通常只是被读,很少被修改,所以它们所在的擦除块较非静态数据所在的擦除块更不容易损坏。针对这两点FMNFS分别对其进行了设计与实现,并在最后通过实验进行了验证。论文中FMNFS的实现对减少文件系统的加载时间、延长nand闪存的使用寿命有一定的意义。

关键词：嵌入式文件系统 YAFFS nand闪存 FMNFS 加载时间损耗均衡