[发明专利]一种用于NAND Flash随机化的随机序列种子生成方法及其系统

说明书

本发明提供一种用于NAND Flash随机化的随机序列种子生成方法及其系统，该方法包括计算出待选择原始种子的种子索引；基于种子索引在基础种子库获取原始种子；对获取到的原始种子进行扩展运算，通过扩展参数获得多个扩展操作类型与操作数，基于扩展操作类型与操作数完成种子扩展运算，得到伪随机序列种子；将伪随机序列种子输入伪随机序列生成器，产生伪随机序列；使用伪随机序列进行可逆随机化操作，获得随机化数据或者原始数据。应用本发明在不增加种子存储空间的前提下，提供足够的种子满足更大容量的NAND Flash物理Block对种子数量的需求，同时保证随机化的随机效果。

技术领域

本发明涉及闪存存储技术领域，具体涉及一种用于NAND Flash随机化的随机序列种子生成方法以及应用该方法的系统。

背景技术

NAND Flash特性与随机扰动的必要性：NAND Flash的存储阵列是由最小的存储单元浮栅晶体管构成，根据工艺的不同，NAND Flash的可分为SLC, MLC, TLC, QLC等。浮栅晶体管的浮栅中电子的数量对应特定的逻辑状态。对于SLC，一个存储单元中存储1bit信息，对应“0”和“1”两个状态。对NAND Flash进行写操作，电子在高电压的作用下进入到浮栅中，电子数量增加，当电子数量增加并超过阈值电压后，此时该存储单元的状态对应“0”。对NAND Flash进行擦除操作后，浮栅内的电子回到衬底，电子的减少导致低于阈值电压，此时的状态对应“1”。MLC, TLC, QLC的原理类似，差异在于单个存储单元中存储的信息比特数量增加，需要使用多个阈值电压区分浮栅中的电子数量。

NAND Flash的存储单元按页、块方式组织在一起，存储单元之间栅极连接在一起与字线wordline连接，漏、源极相互连接并与位线连接，存储单元之间存在相互耦合。

NAND Flash先擦除后编程，擦除后的状态都是“1”，编程操作使得存储单元状态从“1”变成“0”。在编程操作期间，存储单元由于存在相互连接，不需要被编程的存储单元也会被轻微的编程，累积到一定程度后，将导致这些不需要被编程的存储单元发生状态翻转错误。

另外，存储单元相互之间也存在耦合电容，当周围存储单元的状态发生变化时，自身的状态也可能收到影响导致状态翻转错误。

例如，专利申请号为CN200780045693.4的一种利用随机化抑制错误的闪存装置、系统和方法，对以上状态现象有比较详细的介绍。该专利指出编程干扰(program disturb，PD)与后模式(back pattern，BP)现象导致得错误概率都与写入的用户数据相关，非随机用户数据更易于遭受比随机数据更高的错误率。

因此，在向NAND Flash写入数据前，应对数据进行随机化处理，即随机扰动，使写入的数据随机或伪随机，降低数据发生错误的概率和ECC纠错的要求。

LFSR与随机化：线性反馈移位寄存器（LFSR）可用来生成伪随机序列。LFSR由移位寄存器和反馈函数构成，移位寄存器代表一组位序列，反馈函数代表对移位寄存器特定抽头后的运算。当反馈函数是本原多项式时，N位的LFSR具有最大周期2^n-1。LFSR结构简单，非常适合硬件实现。

LFSR输出的伪随机序列就是移位寄存器的状态，将移位寄存器的初始值定义随机化序列的种子，不同的种子对应的不同的随机化序列。

使用LFSR生成的伪随机序列作为对用户数据进行随机化处理的随机化序列。随机化操作是可逆操作，写入数据时进行随机化操作，使得用户数据被扰动，近似随机；读取数据时，进行逆随机化操作，恢复用户数据。

NAND Flash数据写入按页进行，读取时则根据需求读取任意长度，但由于读数据需要纠错，通常按照ECC的码字对齐的方式读取数据。

为最大程度降低用户数据对出错概率的影响，设定每个页中的每个码字都对应一个不同的随机化种子与随机化序列。