基于自适应原模图LDPC码的NAND闪存控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于自适应原模图LDPC码的NAND闪存控制系统。包括NAND闪存的主存储系统控制器、擦写次数记录模块、编码器、译码器；所述擦写次数记录模块的输入端连接NAND闪存的主存储系统控制器，擦写次数记录模块的输出端分别连接编码器和译码器；所述NAND闪存的主存储系统控制器的数据输入接口连接所述编码器的输出端，NAND闪存的主存储系统控制器的数据输出接口与所述译码器的输入端相连；所述编码器根据擦写次数记录模块所送入的状态信号，内部选用不同的基础矩阵进行编码并送到输出端；所述译码器根据擦写次数记录模块送入的状态信号选择相对应的基础矩阵进行译码并输出结果。本发明专利技术节约了闪存空间资源，提高闪存存储的整体性能，延长闪存的使用寿命。

NAND Flash Memory Control System Based on Adaptive Prototype LDPC Code

The invention relates to a NAND flash memory control system based on an adaptive prototype LDPC code. The main storage system controller including NAND flash memory, erase number recording module, encoder and decoder; the input end of the erase number recording module is connected with the main storage system controller of NAND flash memory, and the output end of the erase number recording module is connected with the encoder and decoder respectively; the data input interface of the main storage system controller of the NAND flash memory is connected with the input of the encoder. Outside, the data output interface of the main storage system controller of NAND flash memory is connected with the input end of the decoder; the encoder selects different basic matrices for encoding and sending to the output end according to the state signals sent by the erase number recording module; and the decoder chooses corresponding basic matrices for decoding according to the state signals sent by the erase number recording module. Code and output the result. The invention saves the flash memory space resources, improves the overall performance of the flash memory and prolongs the service life of the flash memory.

【技术实现步骤摘要】
基于自适应原模图LDPC码的NAND闪存控制系统
本专利技术涉及电子通信领域中的信道编码，尤其涉及一种基于自适应原模图LDPC码的NAND闪存控制系统。
技术介绍
NAND闪存目前在电子产品中广泛使用，而NAND闪存伴随技术规模的加快，生产工艺的进步，例如多层单元闪存MLC(Multi-level-cell)技术的成熟已经替代了SLC(Single-level-cell)技术，而且拥有更大存储容量的TLC(Trinary-level-cell)技术的发展不断提高自己的市场占额。MLC,TLC等技术的存在，使得闪存的存储单元存储信息增加的同时，相邻电压层级的间隔也在减小，伴随而来的就是闪存系统误码率的提升。在闪存系统中，误码率主要来源于存储单元之间的干扰和随时间而来的存储电压损耗。因此，为了保证NAND闪存能够在逐渐变高的误码率下保持稳定可靠的性能，在系统中运用更强的纠错码成为一个研究的重点方向。具有更强可靠性的NAND闪存也将在未来市场中更具竞争力。在NAND闪存中，硬件单元会因为信息不断的擦除和写入而磨损，所以使用频率越高或是使用时间越久，闪存的工作性能就会越低。在MLC、TLC等技术应用下的NAND闪存，随着容量的提升，本身尺寸就在缩小的NAND闪存变得更容易受到电路级噪声的干扰，以致闪存在处理信息过程中出现错误的频率上升，可靠性下降。通常在NAND闪存应用的系统中，要求错误率(BER)小于10-15。Gallager所提出的的低密度奇偶检验(low-density-parity-check,LDPC)码是一类优越的纠错码，LDPC码近年来发展的趋势非常稳定，性能也逐步提升，在优秀译码算法下能够接近香农限。并且LDPC码描述和实现比较简单，译码简单具有可实行并行操作的特点，适合硬件实现。与之前应用NAND闪存中的BCH码相比，BCH码已经难以解决闪存日益严重的误码率问题，LDPC码在性能和纠错能力上都明显优于前者。JPL实验室提出了性能比常规奇偶检验码更优的原模图低密度奇偶检验码，即原模图LDPC码。现有的技术方案《一种基于自适应LDPC码的NAND闪存差错控制器》，此专利文献申请号为201510098969.1。此技术方案在NAND闪存差错控制器中运用自适应LDPC码，设置码率分别为0.9、0.7、0.5的三种LDPC编码器和译码器；设置了擦写次数记录模块和两个选择器，通过擦写次数纪录模块向选择器传送状态信号，根据设置好的阈值来选择在不同阶段使用不同码率的编码器和译码器。这样可以使得NAND闪存误码增加的时候，仍然能保证闪存的可靠性，并大大延长了闪存的寿命。但此方案采用多对不同的编译码器，每一对编译码器是相互独立的，分别对应不同的编码码率。这种方法占用过多的闪存空间，造成空间资源的浪费；除此之外，方案中运用的编码方法为常规LDPC码，在效率方面还有很大的提升空间，选用性能更好的编码方法具有重要意义。因此为了节省闪存空间资源的前提下实现多种码率的编译码；本申请提案采用比常规LDPC码具有更好性能的编码方法，提高NAND闪存系统的工作效率和可靠性；本专利技术方案在NAND闪存信道中应用的自适应原模图LDPC(RAP-LDPC)码通过P-EXIT图分析和编码扩展方法，对编码矩阵进行设计，有效低简化了现在的多对LDPC编译码器的方案。本专利技术方案，通过设计带有特殊结构的原模图基础矩阵，基础矩阵的大小根据系统擦写次数的变化而变化。不同的基础矩阵通过复制和交织形成LDPC码所需要的校验矩阵，因此编译码器中就具备了多种码率的校验矩阵，就能实现闪存系统在不同阶段下通过擦写记录的次数，选择不同码率的LDPC码进行信息处理工作。使用RAP-LDPC码代替常规的LDPC码加快了译码收敛速率，提高了系统的读取速度，降低了信息处理的错误率和计算复杂度，提高了资源利用率。所以选择自适应码率原模图LDPC码能够让NAND闪存的性能得到提升。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术方案的缺陷，提供一种基于自适应原模图LDPC码的NAND闪存控制系统，只需一个编译码器即可实现多种码率LDPC码的转换使用，节约了闪存空间资源，提高闪存存储的整体性能，延长闪存的使用寿命。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种基于自适应原模图LDPC码的NAND闪存控制系统，包括NAND闪存的主存储系统控制器、擦写次数记录模块、自适应多码率LDPC码编码器、自适应多码率LDPC码译码器；所述擦写次数记录模块的输入端连接NAND闪存的主存储系统控制器，擦写次数记录模块的输出端分别连接自适应多码率LDPC码编码器和自适应多码率LDPC码译码器；所述NAND闪存的主存储系统控制器的数据输入接口连接所述自适应多码率LDPC码编码器的输出端，NAND闪存的主存储系统控制器的数据输出接口与所述自适应多码率LDPC码译码器的输入端相连；所述自适应多码率LDPC码编码器根据擦写次数记录模块所送入的状态信号，内部选用不同的基础矩阵进行编码并送到输出端；所述自适应多码率LDPC码译码器根据擦写次数记录模块送入的状态信号选择相对应的基础矩阵进行译码并输出结果。在本专利技术一实施例中，所述自适应多码率LDPC码编码器、自适应多码率LDPC码译码器采用的LDPC码为原模图LDPC码。在本专利技术一实施例中，所述自适应多码率LDPC码编码器、自适应多码率LDPC码译码器采用的基础矩阵是基于P-EXIT分析设计。在本专利技术一实施例中，所述自适应多码率LDPC码编码器、自适应多码率LDPC码译码器按照系统所需最低码率的基础矩阵所对应的校验矩阵在硬件上实现；系统随着使用次数的增加，使用时间的积累，自适应多码率LDPC码编码器、自适应多码率LDPC码译码器内的校验矩阵逐渐从高码率向低码率扩展，校验矩阵不断填充增加，即校验比特增加，逐步降低码率。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术采用的自适应原模图LDPC码在NAND闪存存储系统中有很强的纠错能力，能够在NAND闪存存储系统使用的过程中，适应系统不断变化的误码率和性能相应地选用不同码率的LDPC码；当系统初始读取出错率低的时候，编译码器采用规模较小的编码矩阵对应高码率的LDPC码；随着系统擦写次数不断增加，存储单元反复磨损造成信道损伤，使得系统误码率增加；根据相应的条件设置，本系统中的编译码器的基础矩阵通过增加校验信息比特，矩阵行数不断增大，使得系统采用低码率LDPC码；这样的设计使得NAND闪存在读写次数不断增加的时候，仍然能保证闪存系统的可靠性，并能够延长系统的使用寿命。附图说明图1为本专利技术自适应原模图LDPC码的NAND闪存控制系统结构框图。图2为本专利技术单一编译码器的基础矩阵设计原理图。图3为本专利技术基础矩阵扩展实例；其中，图3(a)B1矩阵的基础结构；图3(b)B1矩阵向B2矩阵扩展示例图；图3(c)B2矩阵向B3矩阵扩展示例图；图3(d)B3矩阵向B4矩阵扩展示例图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行具体说明。本专利技术提供了一种基于自适应原模图LDPC码的NAND闪存控制系统，包括NAND闪存的主存储系统控制器、擦写次数记录模块、自适应多码率LDPC码编码器、自适应多码率LDPC码译码器；所述擦写次数记录模块的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自适应原模图LDPC码的NAND闪存控制系统，其特征在于，包括NAND闪存的主存储系统控制器、擦写次数记录模块、自适应多码率LDPC码编码器、自适应多码率LDPC码译码器；所述擦写次数记录模块的输入端连接NAND闪存的主存储系统控制器，擦写次数记录模块的输出端分别连接自适应多码率LDPC码编码器和自适应多码率LDPC码译码器；所述NAND闪存的主存储系统控制器的数据输入接口连接所述自适应多码率LDPC码编码器的输出端，NAND闪存的主存储系统控制器的数据输出接口与所述自适应多码率LDPC码译码器的输入端相连；所述自适应多码率LDPC码编码器根据擦写次数记录模块所送入的状态信号，内部选用不同的基础矩阵进行编码并送到输出端；所述自适应多码率LDPC码译码器根据擦写次数记录模块送入的状态信号选择相对应的基础矩阵进行译码并输出结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应原模图LDPC码的NAND闪存控制系统，其特征在于，包括NAND闪存的主存储系统控制器、擦写次数记录模块、自适应多码率LDPC码编码器、自适应多码率LDPC码译码器；所述擦写次数记录模块的输入端连接NAND闪存的主存储系统控制器，擦写次数记录模块的输出端分别连接自适应多码率LDPC码编码器和自适应多码率LDPC码译码器；所述NAND闪存的主存储系统控制器的数据输入接口连接所述自适应多码率LDPC码编码器的输出端，NAND闪存的主存储系统控制器的数据输出接口与所述自适应多码率LDPC码译码器的输入端相连；所述自适应多码率LDPC码编码器根据擦写次数记录模块所送入的状态信号，内部选用不同的基础矩阵进行编码并送到输出端；所述自适应多码率LDPC码译码器根据擦写次数记录模块送入的状态信号选择相对应的基础矩阵进行译码并输出结果。2.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈平平，陈嘉栎，谢肇鹏，欧建辉，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35