解析NAND存储数据损坏的三个最常见原因、修复方法，以及基于NAND技术及其用户行为的强化分析方法

存储卡2022-08-31

正如第一部分中提到的选择Dashcam存储卡时考虑其耐用性、延迟性和工作负载，许多用户行为可能导致NAND存储失败，如长期记录、环境条件或电源不稳定。ATP介绍了数据损坏的三个最常见的原因、修复方法，以及基于NAND技术及其用户行为的强化分析方法。

 
问题1：NAND闪存的电压偏移
 
随着记录时间增加和发生如高/低温度造成的动态电压分布等其他因素，闪存可能会损坏。与此同时，录像机已经广泛采用了3D TLC NAND存储卡。虽然NAND技术在更高的存储密度上做出的创新和实惠的价格带来了益处，但是，较小的读取窗口难以读取每单元的位数，这会导致读取错误。（参考图1）
 
 
 
 
 
                                                                                                  ​

图1：较小读取窗口对每单元的位数的读取困难会导致读取不准确

 

ATP解决方案：读取重试+自动读取校准（ARC）

为了纠正位错误并读取正确的信息，有必要优化读取窗口内的参考电压。因此，读取重试和自动读取校准（ARC）机制的有效性如下所示。

 

 

                                   

 图2：电压分布是动态的                                                                                                                                                                                                                   图3：3D NAND需要比平面NAND更高的校准水平

 

当电压分布发生偏移时，ATP的SD卡会自动激活读取重试。读取重试是一种电压校准方法，目的是找到数据读取的参考电压。如果读取仍然因为超过ECC阈值的位错误而失败，并且无法通过读取重试的方法来正确判断，那么将采用一种巧妙的、更精确的电压调整方法，即自动读取校准（ARC）。

这个功能可以比喻为听广播频道。例如，您想收听没有噪音的93.6kHz的频道。读取重试可以让您将旋钮设置为93kHz。使用读取重试和自动读取校准方法，您可以将其精确调整到93.6kHz。

 

                                                                                                 

                                                                                                                                图4：读取重试和自动读取校准方法可以进行精确的调整

 

 

问题2：读取干扰
 
在上一个部分中，我们提到，随着NAND技术的进步，相邻单元之间的干扰越来越多，这可能会导致错误处理的裕量降低。经过长期和大量的读取操作，单元中的电荷可能对电压阈值产生影响，并导致读取干扰。
 
ATP解决方案：读取干扰保护器——同时监控错误位和读取次数
 
读取干扰保护器旨在通过监测每次读取操作中的错误位和读取次数来防止读取干扰。一旦错误位数达到预先设定的阈值1，ATP固件（FW）将采取行动，将数据从高风险区块转移到安全区块，并对原始区块进行标记。根据风险等级，我们将决定重新使用原始块或将其标记为不良区块。
 
1ECC的阈值可能因FW和BOM的配置而有所不同。
 
 
 
问题3：突然断电
ATP的解决方案：备份机制和SPOR（突然断电恢复）
 
3.1 备份固件机制

任何意外断电都可能引起丢失或损坏重要数据。如果在更新系统表时发生断电，最坏的情况是存储卡故障。系统表（包括FW/ISP代码、FTL信息表和引导表）包含在NAND闪存SLC模式块中。

 

尽管SLC模式块很坚固，但备份表保存在不同的系统块中，以防止主系统表崩溃。因此，可以从主系统表或备份系统表访问SD卡上的数据。

 
3.2 ATP突然断电恢复（SPOR）​  

存储器芯片的基本单位是单元，这些单元被排列成一排，称为字线（WL）。 下页、上页和额外页是TLC结构中共享着相同字线的成对页。数据损坏和数据完整性问题可能由同一WL（开放字线）中的不完整编程导致。

 

为了尽可能多地保存数据，ATP突然断电恢复（SPOR）固件将在同一WL的剩余单元中填充虚拟底样，以完成WL编程（闭合字线）。

 

以下图5为例，ATP的SPOR固件机制通过在同一WL中用虚拟模式填充成对的页面66和69来完成第36页的编程操作。这可以保证整个操作完成，并保存第36页中的数据。

 
 
 
                                                                                                           

图5：SPOR固件用虚拟模式填充剩余单元。

 

SiP（系统级封装）存储卡的高级卡分析

 

存储卡通过IP67/IP57认证，并使用系统级封装（SiP）晶片/芯片工艺制造，该工艺将组件集成在单个封装包中，使其防水/防尘/防震。然而，SiP保护也使存储卡难以执行组件分析。ATP的解决方案是采取SiP存储卡的分析方法，其特点是独特的设计衬底和调试工具，使这一任务“成为可能”。

ATP-Developed Hardware Design Solder Mask Removal by Laser ATP’s Own Customized Debug Tool
                                                             

             
 

 

 

 

 

 

图6：系统级封装存储卡的ATP分析方法

 

更多信息，请访问ATP网站： ATP Mission Impossible Video.

 

为什么Dashcam制造商应考虑销售ATP高耐久性存储卡

 

30多年来，ATP一直是具有世界级硬件/固件（HW/FW）能力的领先制造商。它使用先进的技术来确保其产品的最大可靠性和延长耐久性，可以适应各种用途，以满足客户的特定应用要求和条件。
 
定制化及联合验证
ATP能够适应各种用途，以满足客户的特定应用要求和条件。ATP开发的固件和硬件设计，以及支持大规模生产的基础设施，可完全接受定制以满足客户的标准。
• 软件联合集成（如SD寿命诊断）
• 兼容性测试
• 功能/性能增强
• 信号测量
• 附加测试（行业标准，电源循环测试）
 
制造商的保修政策
新型ATP S650/S750系列SD/microSD卡专门为写入密集型应用删除程序（如行车记录仪、DVR和监控摄像头）而设计；因此，无需担心由于大量使用视频录制导致保修期将失效的问题。
• 源于TLC的S650系列存储卡享受3年保修
• 配置为pSLC的S750卡具有5年保修期
 
结论和要点
 
新型ATP S650/S750系列SD/microSD卡满足行车记录仪和数字录像机（DVR）以及监控系统、自动驾驶车辆和其他写入密集型应用删除程序的高耐久性、低延迟和长期数据存储要求。
 
• 高耐久性确保长时间记录。ATP存储卡专为不间断视频录制而设计，可提供超过109K小时的连续录制，具有很高的耐用性。
• 1秒内关键记录的低延迟。为行车记录仪记录而设计的高耐久性存储卡可确保高水平的数据完整性。它们可以在不到1秒的时间内完成记录，并且写入速度比消费级存储卡快50%。
• 具有读取重试、自动读取校准和读取干扰保护器的数据完整性保护，确保存储的数据即使在参考电压偏移或读取干扰的情况下也不会出错。
• 突然停电解决方案。ATP突然断电恢复（SPOR）机制有助于确保数据安全和可访问，即使发生意外电源中断。
• 凭借ATP定制固件和硬件的制造能力以及可靠的保修政策，行车记录仪/DVR/监控摄像头供应商及其客户可以放心使用ATP的高耐久性存储卡。
 
更多信息，请访问ATP网站：https://www.atpinc.com
 
 
 

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