[原创]Nand ECC校验和纠错原理及2.6.27内核ECC代码分析
校验码生成算法的C语言实现在Linux内核中ECC校验算法所在的文件为drivers/mtd/nand/nand_ecc.c,其实现有新、旧两种,在2.6.27及更早的内核中使用的程序,从2.6.28开始已经不再使用,而换成了效率更高的程序。可以在Documentation/mtd/nand_ecc.txt 文件中找到对新程序的详细介绍。首先分析一下2.6.27内核中的ECC实现,源代码见:http://lxr.linux.no/linux+v2.6.27/drivers/mtd/nand/nand_ecc.c43/*44 * Pre-calculated 256-way 1 byte column parity45 */46static const u_charnand_ecc_precalc_table[] = {47 0x00, 0x55, 0x56, 0x03, 0x59, 0x0c, 0x0f, 0x5a, 0x5a, 0x0f, 0x0c, 0x59, 0x03, 0x56, 0x55, 0x00,48 0x65, 0x30, 0x33, 0x66, 0x3c, 0x69, 0x6a, 0x3f, 0x3f, 0x6a, 0x69, 0x3c, 0x66, 0x33, 0x30, 0x65,49 0x66, 0x33, 0x30, 0x65, 0x3f, 0x6a, 0x69, 0x3c, 0x3c, 0x69, 0x6a, 0x3f, 0x65, 0x30, 0x33, 0x66,50 0x03, 0x56, 0x55, 0x00, 0x5a, 0x0f, 0x0c, 0x59, 0x59, 0x0c, 0x0f, 0x5a, 0x00, 0x55, 0x56, 0x03,51 0x69, 0x3c, 0x3f, 0x6a, 0x30, 0x65, 0x66, 0x33, 0x33, 0x66, 0x65, 0x30, 0x6a, 0x3f, 0x3c, 0x69,52 0x0c, 0x59, 0x5a, 0x0f, 0x55, 0x00, 0x03, 0x56, 0x56, 0x03, 0x00, 0x55, 0x0f, 0x5a, 0x59, 0x0c,53 0x0f, 0x5a, 0x59, 0x0c, 0x56, 0x03, 0x00, 0x55, 0x55, 0x00, 0x03, 0x56, 0x0c, 0x59, 0x5a, 0x0f,54 0x6a, 0x3f, 0x3c, 0x69, 0x33, 0x66, 0x65, 0x30, 0x30, 0x65, 0x66, 0x33, 0x69, 0x3c, 0x3f, 0x6a,55 0x6a, 0x3f, 0x3c, 0x69, 0x33, 0x66, 0x65, 0x30, 0x30, 0x65, 0x66, 0x33, 0x69, 0x3c, 0x3f, 0x6a,56 0x0f, 0x5a, 0x59, 0x0c, 0x56, 0x03, 0x00, 0x55, 0x55, 0x00, 0x03, 0x56, 0x0c, 0x59, 0x5a, 0x0f,57 0x0c, 0x59, 0x5a, 0x0f, 0x55, 0x00, 0x03, 0x56, 0x56, 0x03, 0x00, 0x55, 0x0f, 0x5a, 0x59, 0x0c,58 0x69, 0x3c, 0x3f, 0x6a, 0x30, 0x65, 0x66, 0x33, 0x33, 0x66, 0x65, 0x30, 0x6a, 0x3f, 0x3c, 0x69,59 0x03, 0x56, 0x55, 0x00, 0x5a, 0x0f, 0x0c, 0x59, 0x59, 0x0c, 0x0f, 0x5a, 0x00, 0x55, 0x56, 0x03,60 0x66, 0x33, 0x30, 0x65, 0x3f, 0x6a, 0x69, 0x3c, 0x3c, 0x69, 0x6a, 0x3f, 0x65, 0x30, 0x33, 0x66,61 0x65, 0x30, 0x33, 0x66, 0x3c, 0x69, 0x6a, 0x3f, 0x3f, 0x6a, 0x69, 0x3c, 0x66, 0x33, 0x30, 0x65,620x00, 0x55, 0x56, 0x03, 0x59, 0x0c, 0x0f, 0x5a, 0x5a, 0x0f, 0x0c, 0x59, 0x03, 0x56, 0x55, 0x0063};为了加快计算速度,程序中使用了一个预先计算好的列极性表。这个表中每一个元素都是unsigned char类型,表示8位二进制数。表中8位二进制数每位的含义:这个表的意思是:对0~255这256个数,计算并存储每个数的列校验值和行校验值,以数作数组下标。比如 nand_ecc_precalc_table[ 13 ] 存储13的列校验值和行校验值,13的二进制表示为 00001101, 其CP0 = Bit0^Bit2^Bit4^Bit6 = 0;CP1 = Bit1^Bit3^Bit5^Bit7 = 1;CP2 = Bit0^Bit1^Bit4^Bit5 = 1;CP3 = Bit2^Bit3^Bit6^Bit7 = 0;CP4 = Bit0^Bit1^Bit2^Bit3 = 1;CP5 = Bit4^Bit5^Bit6^Bit7 = 0;其行极性RP = Bit0^Bit1^Bit2^Bit3^Bit4^Bit5^Bit6^Bit7 = 1;则nand_ecc_precalc_table[ 13 ] 处存储的值应该是 0101 0110,即0x56.注意,数组nand_ecc_precalc_table的下标其实是我们要校验的一个字节数据。理解了这个表的含义,也就很容易写个程序生成这个表了。程序见附件中的 MakeEccTable.c文件。有了这个表,对单字节数据dat,可以直接查表 nand_ecc_precalc_table[ dat ] 得到 dat的行校验值和列校验值。 但是ECC实际要校验的是256字节的数据,需要进行256次查表,对得到的256个查表结果进行按位异或,最终结果的 Bit0 ~ Bit5 即是256字节数据的 CP0 ~ CP5./* Build up column parity */ 81 for(i = 0; i < 256; i++) { 82/* Get CP0 - CP5 from table */ 83idx = nand_ecc_precalc_table[*dat++]; 84reg1 ^= (idx & 0x3f); 85 86 //这里省略了一些,后面会介绍 91 }Reg1在这里,计算列极性的过程其实是先在一个字节数据的内部计算CP0 ~ CP5, 每个字节都计算完后再与其它字节的计算结果求异或。而表1中是先对一列Bit0求异或,再去异或一列Bit2。 这两种只是计算顺序不同,结果是一致的。 因为异或运算的顺序是可交换的。行极性的计算要复杂一些。nand_ecc_precalc_table[] 表中的 Bit6 已经保存了每个单字节数的行极性值。对于待校验的256字节数据,分别查表,如果其行极性为1,则记录该数据所在的行索引(也就是for循环的i值),这里的行索引是很重要的,因为RP0 ~ RP15 的计算都是跟行索引紧密相关的,如RP0只计算偶数行,RP1只计算奇数行,等等。/* Build up column parity */ 81 for(i = 0; i < 256; i++) { 82/* Get CP0 - CP5 from table */ 83idx = nand_ecc_precalc_table[*dat++]; 84reg1 ^= (idx & 0x3f); 85 86/* All bit XOR = 1 ? */ 87 if (idx & 0x40) { 88reg3 ^= (uint8_t) i; 89reg2 ^= ~((uint8_t) i); 90 } 91 }这里的关键是理解第88和89行。Reg3和reg2都是unsigned char 型的变量,并都初始化为零。行索引(也就是for循环里的i)的取值范围为0~255,根据表2可以得出以下规律:RP0只计算行索引的Bit0为0的行,RP1只计算行索引的Bit0为1的行;RP2只计算行索引的Bit1为0的行,RP3只计算行索引的Bit1为1的行;RP4只计算行索引的Bit2为0的行,RP5只计算行索引的Bit2为1的行;RP6只计算行索引的Bit3为0的行,RP7只计算行索引的Bit3为1的行;RP8只计算行索引的Bit4为0的行,RP9只计算行索引的Bit4为1的行;RP10只计算行索引的Bit5为0的行,RP11只计算行索引的Bit5为1的行;RP12只计算行索引的Bit6为0的行,RP13只计算行索引的Bit6为1的行;RP14只计算行索引的Bit7为0的行,RP15只计算行索引的Bit7为1的行;
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