nand flash会掉程序这些问题，硬件工程师表示很头疼

发布时间 : 2025-04-18

作者 : 小编

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这些问题，硬件工程师表示很头疼

1、自激的运放

2、环路不稳定的电源

3、去不掉的噪声

4、cache error的cpu

5、不能上网的研发部??

6、还有芯片不受控制，重启也无效

7、接受电路灵敏度低，EOS问题解决

8、发生软失效的存储器

9、串口调不通，示波器量波形，然后再示波器协议解析

10、NAND flash存放程序半个月，系统报错不能启动

11、软件总说硬件有问题又无法自证(为什么世界上有事情都是硬件的事情?)

12、上电就炸的板子

13、要飞线的BGA

14、没有妹子的硬件部

（图片自行脑补）

15、容易掉的焊盘

16、超低复现概率BUG的调试。 。

17、cpu莫名的死机或重启

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为什么固态会掉盘？著名的30分钟大法修复是什么原理？

如果现代的台式机或者笔记本忽然断电（Power Loss），你觉得哪个硬件部分容易损坏？出乎大多数人的意料的是，固态硬盘SSD最脆弱，容易出现掉盘的现象，也就是BIOS和操作系统不认盘的情况。今天我们就一起来Deep Dive一下原理和应对之道，并对有趣的“30分钟大法”的原理和是否正确进行一些分析。

FTL损坏和丢失

我介绍了很多SSD的原理，其中最重要的根本是对FTL的理解。SSD甚至SD卡、手机存贮的很多问题和解决方案都或多或少地和它相关，再怎么强调都不为过。为了理解后面的原理，我们先来简单回顾一下FTL：我们的写（Program）Flash操作只能把bit 1改成0，而不能从0改成1. 即我们可以把11110000改成11000000，但不能改成11111111。即有点像逻辑and操作(我们可以通过NAND这个名字联想记忆一下)。那么如何把0改回1呢？这就要靠擦除操作了，但是别忘了，NAND flash的寿命是由其擦写次数决定的(P/E数 (Program/Erase Count)来衡量的)，频繁的擦除慢慢的会产生坏块，如FAT分区的文件分配表(老狼：FAT文件系统与UEFI)等。为了能够做到寿命均衡（Wear Levelling）和对坏块的遮蔽，就需要一个逻辑地址（LBA，logical block addresses ）和物理地址（PBA, physical block addresses）的对应表，对外界暴露逻辑块，里面是具体是哪个物理块，固件自己做主，这个对应关系表就是FTL表：

因为LBA大部分实现是基于Page的，也叫做Page Mapping Table (PMT)：

FTL看起来挺简单，但它是SSD、NAND等基础逻辑，它的实现多种多样，是各个固件的核心机密。也有些Open Source的方案。

FTL表在哪里呢？作为核心数据结构，它当然也要存储在Flash上。但由于它会被频繁更新，所以每次改动也不能立刻写会Flash，一般会先暂存在内存中，在积累到一定程度，再写回Flash：

什么时间写回，这是SSD固件的核心机密之一。另一方面，随着SSD容量的提高，FTL表的容量也快速上涨。我们以8GB的为例，FTL表不加处理可以达到8MB；以此类推，800G的SSD，FTL表可以有800MB！有些省空间的方案可以大大减小FTL表的大小，但也高达数十MB。这么大，FTL表也就有了部分被换入换出的过程。如何设计，也是很讲究技巧的。

FTL表如此重要，没了它，整个SSD/SD卡就没法工作了。如果在FTL写回Flash之前，还在内存的时候，忽然没电了，内存数据丢失，FTL表也就丢失了。有鉴于此，高端SSD和服务器SSD都加上了电容，来作为应急供电方案，让SSD控制器有时间把内存中的FTL表和一些缓存内容存到Flash上去：

现实中的例子，我们在M.2的SSD上面有很多很小的电容：

在Vcc没电的时候，这些电容的gate就会打开，会为主控争取1ms左右的时间。主控会立刻放弃现在所有没有存储的数据，而立刻开始存储FTL表，保证不会出大问题。

在企业级的SSD中，有的DRAM大小将近1GB，而企业SSD的数据完整性要求极高，不容有失，不但FTL表要存好，DRAM中没有存储过的，也必须全部存下来。这就需要很大的电容，来争取更多的时间，如果我们拆开企业SSD，就会发现很多大黄快：

它们也是为了这个目的。

但是，一些低端消费级的SSD，没有这种措施，忽然掉电，会造成FTL丢失。那么发生这种情况是不是SSD就报废了呢？也不是。

FTL表的重建

在内存中FTL丢失之前，Flash上还有上次的FTL内容，虽然已经过时了，但总比没有好吧！于是可以搜索SSD中的Flash，找到上次的FTL，这样尽管会丢失一些信息，但大部分数据可以保持。于此同时，有些实际块已经被分配使用过了，再次用会发生错误，就需要修正最后的FTL。那么怎么修正呢？

每个Flash的page都有一些额外的空间，这些空间大部分做ECC校验用，但还有些富余，我们拿来做Mapping Flag（MF）：

有了这个提示，我们可以逐Page扫描整个Flash，来修正FTL。

看到逐Page，就知道这是个很耗时的工作。现在SSD那么大，需要不少时间，可以高达数分钟乃至数十分钟！

那么什么时间做FTL的重建呢？不少主控都在发现错误后会开始重建，直到成功重建，主控才会响应ATA等命令。这就是为什么忽然断点后，有些SSD会很长时间没有响应，想掉盘一样了！那么为什么有时候断电后又没问题呢？如果当时最新的FTL已经被写回Flash中去，没有错误，当然也就不会出问题了。

30分钟大法是怎么回事？

掉电后各个主控的表现不一，这和它们的FTL存储算法有关。某些主控可以迅速恢复，有些则可能耗时很久，为了给某些主控充足的时间重建FTL表，掉盘后可以这样做：

1.掉电开机后，发现掉盘。如果是系统盘，则启动失败，如果是数据盘，则在操作系统里面发现该盘没有了。

2.不要立即重启，啥也不干，等待30分钟，让SSD主控充分的时间自行修复FTL。

3. 30分钟后，关机。再开机，看能不能找到该SSD。

有些同学还有些额外的步骤，即不插数据线，光插电源线开机30分钟。尽管我现在已经不做Flash相关工作，但我从经验和原理上认为这个步骤不是必须的。另外M.2的SSD也可照此办理。

需要特别提醒的是，比较忌讳在此过程中十分烦躁，不停关机开机和重启，打断主控重建FTL的过程，有可能加剧错误造成彻底不可以用了。

结论

断电会造成FTL表损坏，进而可能出现掉盘的现象。正确利用30分钟大法，可以修正部分问题，关键是给主控充分的时间进行FTL表的重建。其实不光断电，高温也有可能造成掉盘。我在我的笔记本M.2上插了块500GB某厂SSD，在大量拷贝电影时，过热会让该SSD主控忽然停止工作。我的笔记本这时就会没有响应，在过了一会后，要不蓝屏，要不就是发现该盘符没有了。这是我如果直接重启，就会发现在BIOS里面和Windows中，该硬盘都没有了。我这时就会让笔记本凉一会，再重启，硬盘就又出现了。这也是30分钟大法的一个变种。

如果还不能修复，其实还可以进入工程模式进行恢复。但是该过程比较复杂，软件昂贵，还是留给专业人士吧！

我在下一篇文章会介绍为什么有时候micorSD卡（TFlash卡/T卡）会忽然进入类似写保护状态，敬请期待！

这些问题，硬件工程师表示很头疼

为什么固态会掉盘？著名的30分钟大法修复是什么原理？

FTL损坏和丢失

FTL表的重建

30分钟大法是怎么回事？

结论

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