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1 引言 SM卡是一種nash Memory存儲卡，輕薄短小是其未來(lái)產(chǎn)品的發(fā)展趨勢。SM卡具有體積小(45 mm×37 mm x0．76mm)，質(zhì)量輕(僅1．8克)，結構簡(jiǎn)單，攜帶方便，且具有較高的擦寫(xiě)性能，功耗低，易于升級，帶有便于數據傳輸的PCMCIA界面等優(yōu)點(diǎn)，但存在兼容性差和容量小的缺點(diǎn)。 采用大容量的SM卡作為存儲介質(zhì)用于存儲采集的數據具有突破性發(fā)展。但其最關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是要保證各種大量的數據能夠在計算機中正確地回放和分析，保證計算機正確無(wú)誤地識別出SM卡中的數據，因此要求SM卡的存儲數據格式應與DOS文件系統相兼容。錯誤檢查與糾正編碼簡(jiǎn)稱(chēng)ECC，是一種實(shí)現計算機錯誤檢查和糾正的技術(shù)，可使整個(gè)計算機系統工作時(shí)安全穩定。而ECC技術(shù)應用于大容量SM卡，使其數據采集、儲存更安全穩定，并給出了ECC編碼算法，程序設計及查錯校正的實(shí)現。 2 ECC與SM的地址轉換 按照DOS文件操作系統存儲數據的方法，SM卡除存儲數據功能外，還具有以下5個(gè)區域：卡信息結構(Card Information Structure，簡(jiǎn)稱(chēng)CIS)、主引導記錄(Master Boot Record簡(jiǎn)稱(chēng)，MBR)、分區引導記錄(Partition Boot Record，簡(jiǎn)稱(chēng)PBR)、分件分配表(File A11ocation Table，簡(jiǎn)稱(chēng)FAT)、根目錄(Root Directory，簡(jiǎn)稱(chēng)DIR)。CPU采用邏輯地址操作存儲介質(zhì)，由于邏輯地址與物理地址不同，物理地址是存儲介質(zhì)的實(shí)際地址，如果按照物理地址順序存儲數據，則不便于文件增加或刪減的操作，因此，其DOS邏輯地址與物理地址必須按照轉換表進(jìn)行轉換。而SM卡的轉換表處于每頁(yè)存儲區的冗余區內。 SM卡每頁(yè)包括528字節，分為512字節數據區和16字節的冗余區。冗余區的格式如表l所示，其中ECC編碼區和邏輯、物理轉換區是最為重要部分。 由表1可以看出：邏輯地址區1和邏輯地址區2完全一致，ECC編碼區2是指256"512字節的ECC編碼，ECC編碼區l是指0"255字節的ECC編碼，數據狀態(tài)標志和塊狀態(tài)標志為FFH時(shí)正常，否則異常。邏輯地址區是針對DOS文件系統的邏輯地址和物理地址的轉換表，格式如表2所示，其中BA9～BA0為邏輯地址，P為奇偶區標志。 所謂邏輯地址是相對于DOS文件系統而言，DOS文件系統在存儲文件時(shí)，并不是完全按照物理地址的順序存儲的，而是將物理地址按一定的算法分配成邏輯地址，文件存儲是按照FAT表中標注的邏輯地址，再根據冗余區中的邏輯地址的內容找到相應的物理地址區實(shí)現的。整個(gè)SM卡的邏輯地址分布如表3所示。 3 ECC編碼 ECC與奇偶校驗(Parity)相類(lèi)似，然而Parity只能檢測錯誤，而ECC則可糾正每頁(yè)的l位錯誤。經(jīng)過(guò)內存糾錯，計算機的操作指令才能繼續。 由于SM卡存在“寫(xiě)入干擾”，易引起數據錯誤，而且該錯誤不能利用寫(xiě)入Flash狀態(tài)進(jìn)行檢查。根據SM卡實(shí)驗結果推斷，寫(xiě)入干擾引發(fā)的錯誤在l頁(yè)中(512字節)只有1位出現錯誤。因此認為這類(lèi)錯誤可利用ECC碼檢查并糾正，而不視為壞塊。這樣將大大提高SM卡的可靠性和壽命。在設計中以512字節為一組數據，加上ECC碼(3字節)，這樣可以使ECC碼的比例達到最低。 4 ECC編碼算法和程序設計 4．1 ECC碼的普通算法 以64字節一組數據為例說(shuō)明ECC碼的普通算法，前52字節為輸入數據，后面12字節補零或64字節參加運算。先將64字節數據排成一列，即最高地址數據bit7，bit 6…bit O，然后為次高地址數據bit 7，bit 6…bit O，依次根據地址由高到低，直至最低地址數據bit 7，bit 6…bit 0，總共512位。 首先將512位分成前256位和后256位。計算前256位中“1”的個(gè)數k，如果k為奇數，令P(256)=l；若k為偶數，則令P(256)=O。然后計算后面256位中“1”的個(gè)數為j，如果j為奇數，則令Q(256)=1；若j為偶數，則Q(256)=0。 然后，再把512位等分4塊，每一塊均為128位。把第一塊、第三塊合在一起，計算其中“1”的個(gè)數l，如果l為奇數，令P(128)=l；若f為偶數，令P(128)=0；把第二塊和第四塊合在一起，計算其中“1”的個(gè)數m，如果m為奇數，則令Q(128)=1，若m為偶數，令Q(128)=0。 第三步，把512位等分為8塊，每塊為64位，把奇數次塊合并在一起，計算“l(fā)”的個(gè)數，決定P(64)是“1”還是“0”，再把偶數次塊合并在一起，計算“1”的個(gè)數，決定Q(64)是“1'，還是“0”。 依次類(lèi)推，每次塊數增加一倍，其塊的位數減少一半，直到每塊中只有1位為止。將奇數次塊合并在一起，然后決定P(16)、P(8)、P(4)、P(2)、P(1)分別是“1”還是“0”；把偶數次塊合在一起，決定Q(16)、Q(8)、Q(4)、Q(2)、Q(1)分別是“1”，還是“0”。 最后，把上述P(i)、Q(i)排成一列得P(256)Q(256)P(128)Q(128)P(64)Q(64)…P(1)Q(1)總共18位就構成ECC碼，ECC碼為3字節，多余位全為零。 4．2 簡(jiǎn)化ECC碼算法 計算ECC碼是一個(gè)子程序，要求程序要短，ECC子程序的長(cháng)度為120字節，F015的程序空間可以容納；執行要快，ECC子程序的執行時(shí)間約為2 ms。由于F015的程序空間不大，而子程序是在記錄過(guò)程中經(jīng)數據采集，運算再加上ECC碼，然后存入Flash。運算時(shí)間過(guò)長(cháng)會(huì )干擾下一點(diǎn)數據采集，破壞數據完整性。數據采集周期為1/8 s(125 ms)，ECC運行時(shí)間應小于12．5 ms。 程序采用數據平行處理，巧妙重復利用F015指令，從而達到系統要求。 5 查錯和校正 5．1 錯誤類(lèi)型 常見(jiàn)內存錯誤為：?jiǎn)挝�、多位、列、行等錯誤。其中單位錯誤大多在讀取一個(gè)完整比特時(shí)有一位出錯；而多位錯誤是讀相同比特時(shí)總是同一位數據出錯；如果單位錯誤發(fā)生在很多詞中，則視為列或行錯誤。 5．2 查錯和校正算法 無(wú)錯誤時(shí)，ECC碼全為0；當主區有1位錯誤，每一個(gè)相似組(eg：P8&P8’)有l&0或0＆1，可以糾錯；如果Flash有多于2位以上的錯誤，則沒(méi)辦法修正。 在數據存入前產(chǎn)生的ECC碼為PQ先，在讀出數據后計算得的ECC碼為PQ后，具體算法如下： (1)若PQ先^PQ后(^為異或)， (2)若異或后000 000 000 000 000 000，則表示數據無(wú)錯。PQ先^PQ后，R=RF(256)RQ(256)RP(128)RQ(128)…RP(1)RQ(1)，其中RP(256)=P(256)先^P(256)后，RQ(256)=Q(256)先^Q(256)后。 若RP(i)^RQ(i)為l，對所有i(i=1，2,4…256)都成立，則 存在1位錯碼，其出錯的位置：由RP(256)RP(128)RP(64)RP(32)RP(16)RP(8)地址決定的這一字節中地址(范圍0—63)在RP(4)RP(2)RP(1)的位上(O"7位)。將上述參數決定的該字節的位數據取非，就可校正數據中的錯誤。 (3)RP(i)^RQ(i)=1，只對一個(gè)i(i=1，2,4…256)成立。則ECC碼PO先出錯，數據正確。 (4)若出現其他情況，則無(wú)法校正數據錯誤。 6 ECC編碼的實(shí)現 256字節數據的ECC碼是3個(gè)字節，其中22個(gè)字節是有用的。ECC編碼的產(chǎn)生、計算方法及錯碼檢測方法框圖分別如表4、圖1和圖2所示。 由圖1和圖2可看出，寫(xiě)入DOS文件系統所需的各功能區的內容，在實(shí)際編程中要嚴格按照其結構編寫(xiě)，否則計算機將無(wú)法識別。 7 結語(yǔ) 通過(guò)討論和分析可見(jiàn)，SM卡的存儲結構、DOS存儲格式以及ECC代碼的編寫(xiě)所構成SM卡數據存儲系統的軟件部分，說(shuō)明了將ECC技術(shù)應用于大容量的SM卡是可行的。 |
