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nand flash 读取坏块小知识大作用：U盘的芯片，为什么会有坏块？

发布时间 : 2025-02-23

作者 : 小编

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小知识大作用：U盘的芯片，为什么会有坏块？

坏块的种类：

第一种是出厂时就有的坏块，也就是，你买到的新的，还没用过的Nand Flash，就可能包含了坏块。此类出厂时就有的坏块，被称作factory (masked) bad block 或initial bad/invalid block，在出厂之前，就会做对应的标记，标为坏块。

第二种是在使用过程中产生的坏块，由于使用过程时间长了，在擦块除的时候，出错了，说明此块坏了，也要在程序运行过程中，发现，并且标记成坏块的。具体标记的位置，和上面一样。这类块叫做worn-out bad block。即用坏了的块。

坏块标记：

NAND Flash坏块标记的位置三种情况：每个块的第1页、第1页和第2页、最后1页。对于小页（512Bytes大小），坏块标记是在OOB区域的第6个字节。对于大页（如2K大小），坏块标记是在OOB区域的第1个字节。如果坏块标记字节是0xff，则说明这个块是好块，否则就是坏块。

坏块管理：

在linux系统中会使用坏块表（BBT）对坏块进行管理。在加载NAND驱动时，如果你没有加入参数主动要求跳过坏块扫描，那么系统都会扫描坏块，并建立BBT。使用中可以通过BBT来查询某个块是否是坏块。使用过程中如果发现坏块，也需要更新BBT。坏块表有两种存放方式：

第一种是存放在内存中，这就要求在每次系统上电后都要重新扫描一次NAND Flash，建立bbt。缺点是使系统启动速度变慢，优点是不需要占用NAND Flash空间。

第二种是存放在NAND Flash中，这种方式就不需要在系统上电后重新扫描NAND Flash，只需要去读取就可以了。

SSD坏块管理

坏块来源

出厂坏块（Factory bad block）：Flash从工厂出来，就或多或少的有一些坏块。一般来说，出厂坏块率为2%-10%，再坏的话，出厂的时候就被淘汰了。增长坏块 (Grown bad block)：随着Flash的使用，一些初期好块也会变成坏块。变坏的原因，主要是擦写磨损导致的。

坏块识别

Flash厂商在Flash出厂时，会对出厂坏块做特殊标记。一般来说，刚出厂的Flash都被擦除，里面的数据是全0xFF。但是对坏块来说，Flash厂商会打上不同的标记。拿Toshiba某型号Flash来说，它是这样标记出厂坏块的：

它会在出厂坏块的第一个Page和最后一个Page的数据区第一个Byte和Spare区第一个Byte写上一个非0xFF的值。

用户在使用Flash的时候，首先应该按照Flash文档，扫描所有的Block，把坏块剔除出来，建立一张坏块表。还是拿上面Flash来说，Toshiba建议按照下面的流程来建立坏块表：

还有些Flash厂商，它会把坏块信息存储在Flash内部某个地方（掉电不丢失），用户在建立坏块表的时候，没有必要扫描所有的Block来识别坏块，只需读取Flash的那个特定区域。

对增长坏块而言，它的出现会通过读写擦等操作反映出来。比如读到UECC （Uncorrectable Error Correction Code, 数据没有办法通过ECC纠错恢复），比如擦除失败，比如写失败，这都是一个坏块出现的反映。用户应该把这些坏块加入坏块表，不再使用。

坏块管理策略

一般有两种策略对付坏块，一是略过（Skip）策略，而是替换（Replace）策略。

略过策略 ：用户根据建立的坏块表，在写Flash的时候，一旦遇到坏块，跨过它，写下一个Block。SSD的存储空间是Flash阵列，一般有几个并行通道，每个通道上连接了若干个Flash。以上图为例，该SSD有四个通道，每个通道上挂了一个Flash（只有一个Die）。SSD的固件 (Firmware) 向四个Die依次写入。假设Die1上有个Block B是坏块，若FW采取坏块略过策略，则写完Block A时，接下来便会跨过Block B写到Die 2 的Block C上面去。替换策略 ：与略过策略不同，当某个Die上发现坏块，它会被该Die上的某个好块替换。用户在写数据的时候，不是跨过这个Die，而是写到替换块上面去。采用此策略，除正常用户使用的Block，还需额外保留一部分好的Block，用于替换用户空间的坏块。整个Die上Block就划分为两个区域：用户区域和预留区域：还是以上面的情况为例：用户写入数据时，当碰到坏块B，它不会略过Die 1不写，而是写入到Block B 的替换者 Block B’上面去。采用替换策略，SSD固件内部需维护一张映射表：坏块到替换块的映射，比如上图的B->B’。

两种坏块管理策略，没有谁优谁劣，取决于SSD的软硬件架构。在此提这两种策略，只是给设计者一个参考。但需要提到的是，替换机制策略有一个致命点，那就是如果某个Die坏了（所有Block不可用，或者可用的很少），那么，整个SSD就废了！因为在那个Die上，找不到好块来替换坏块，用户数据无处可写！

替换策略有木桶效应，你也许会说，既然这样，那就采用略过策略吧。但是，对某些SSD控制器来说，它只支持替换策略。还是那句话，哪种策略适合你SSD的软件硬件架构，就用哪种吧。

小知识大作用：U盘的芯片，为什么会有坏块？

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