图解DM800 se机器NAND FLASH芯片坏块检测和处理方法

NAND FLASH坏块处理机制

大家都知道，机械硬盘会产生坏道，FLASH芯片也会这样，一般我们称此为“坏块（Bad Block）”。在NAND FLASH中，一个块中含有1个或多个位是坏的，就称其为坏块。

产生坏块的原因有两种：

（1）出厂时就有的坏块，称作Factory masked bad block（厂屏蔽坏块）或Initial bad/invalid block（初始坏/无效块），NAND FLASH器件中的坏块是随机分布的。以前做过消除坏块的努力，但发现成品率太低，代价太高，成本不划算。

（2）使用过程中产生的坏块，称作Worn-out bad block（破旧的坏块）。由于使用过程时间长了，在擦除块时出错，说明此块坏了，在程序运行过程中发现，并且标记成坏块。

正常的块写入读出都是正常的，而坏块的读写是无法保证的。在Linux系统中，对于NAND FLASH有坏块管理（BBM，Bad Block Managment）机制，通过一个对应的坏块表（BBT，Bad Block Table）来记录好块，坏块的信息，以及坏块是出厂就有的，还是后来使用产生的。

在L i n u x内核M T D（M e m o r y Technology Device，内存技术设备）架构和Uboot中的NAND FLASH驱动，在加载完驱动后，都会主动扫描坏块，建立必要的BBT，以备后面坏块管理所使用。下面是DM800 se机器在系统启动过程中，通过超级终端获取的一段进程信息，可以看出执行BBT和ECC管理。

[4294669.853000] BrcmNAND mfg ad 76 Hynix HY27US08121A （dream） 64MB

[4294669.854000]

[4294669.854000] Found NAND： A C C = 1 7 f f 1 0 1 0 ， c f g = 0 4 0 4 2 3 0 0 ， flashId=ad76ad76， tim16

[4294669.855000] BrcmNAND version= 0x0302 64MB @00000000

[ 4 2 9 4 6 6 9 . 8 5 6 0 0 0 ] B 4 ： N a n d S e l e c t = 4 0 0 0 0 0 0 2 ， nandConfig=04042300， chipSelect=-1

[4294669.856000] brcmnand_probe： CS-1： dev_id=ad76ad76

[ 4 2 9 4 6 6 9 . 8 5 7 0 0 0 ] A f t e r ： N a n d S e l e c t = 4 0 0 0 0 0 0 2 ， nandConfig=04042300

[4294669.858000] Found NAND chip on Chip Select -1， chipSize=64MB， usable size=x

[4294669.859000] brcmnand_scan： B4 nand_select = 40000002

[4294669.859000] brcmnand_scan： After nand_select = 40000002

[4294669.860000] page_shift=9， bbt_ erase_shift=14， chip_shift=26， phys_erase_ sh4

[4294669.861000] Brcm NAND controller version = 3.2 NAND flash size 64MB @1c0000

[4294669.862000] mtd->oobsize=16， mtd->eccOobSize=16

[4294669.862000] brcmnand_scan： mtd->oobsize=16

[4294669.863000] brcmnand_scan： oobavail=12， eccsize=512， writesize=512

[4294669.864000] brcmnand_scan， eccsize=512， writesize=512， eccsteps=1， eccleve3

[4294669.865000] brcmnand_default_ bbt： bbt_td = bbt_main_descr

[4294669.867000] brcmnandCET： Status -> Deferred

DM800 se NAND FLASH芯片分区

D M 8 0 0 s e机器（包括S R 4机器）N A N D F L A S H芯片型号为HY27U518S2CTR（2011年前期采用HY27US08121B）（U703），如图1所示。这是韩国Hynix（海力士）公司的NAND FLASH芯片，采用64M×8bit结构，容量为64MB，用于存储接收机的系统软件。

HY27U518S2CTR芯片划分为三个分区：第1分区（partition 1）为引导装载程序（loader）、第2分区（partition 2）为内核启动系统（boot）、第3分区（partition 3）为根文件系统（root），分配容量分别为：0.25MB、3.75MB、60MB。FLASH分区地址信息可以在系统启动过程中通过超级终端获取：

[4294669.867000] numchips=1， size=4000000

[4294669.868000] Creating 4 MTD partitions on "bcm7xxx-nand.0"：

[4294669.869000] 0x0000000000000000-0x0000000004000000 ："complete"

[4294669.873000] 0x0000000000000000-0x0000000000040000 ："loader" ……………………………………partition 1

[4294669.874000] 0x0000000000040000-0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 ： " b o o t p a r t i t i o n "……………………………………partition 2

[4294669.875000] 0x0000000000400000-0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 ： " r o o t p a r t i t i o n "……………………………………partition 3

如果制作过DM800 se机器的固件（IMG），就知道IMG是由第二引导系统（secondstage，main.bin.gz）、启动（boot.jffs2）、根系统（root.jffs2）三个部分组成，图2所示的是《山水评测室》制作的DM800se G3-iCVS8#84B打造版固件的内部包，对应于上述的三个分区。

DM800 se NAND FLASH芯片坏块检测

对于DM800 se机器NAND FLASH芯片坏块检查，可以安装FLASH芯片检查插件检查出坏块、空块、填充块等数量（图3）。在FLASH芯片检查插件主界面，提供了mtd0整片、mtd1（secondstage loader）、mtd2（boot）、mtd3（root）四项检查内容（图4）。

检查前，首先了解各个字符代码的注释：每一个坏块用一个“B”表示，每一个空块用一个“.”表示，每一个部分使用块用一个“-”表示，每一个全部使用块用一个“=”表示，具体如图5所示。

下面，我们对采用DM800 se G3-iCVS8#84B打造版IMG的NAND FLASH芯片进行检查。

1. mtd0整片检查

执行mtd0检查整片，如图6所示。

从图中可以看出：

（1）一个典型的NAND FLASH都是由4096块（Block）组成，HY27U518S2CTR芯片每块大小是16384bytes（即16kB），容量合计：16384×4096=67108864（bytes），也就是67108864÷1024÷1024=64（MB）

《山水评测室》提示：

空闲区域并非真的“空闲”，它在物理上与其它页并没有区别。ECC、耗损均衡（Wear Leveling）、其它软件开销等很多额外的功能要依托于这部分空间来实现。换一句话说：对于一个页，0～511 bytes为主存储区，即通常所说的用户可设定地址区，用来存储数据；512～527共16 bytes为扩展存储区，用来存储页的信息。扩展区的16字节用于描述主存储区的512字节。而对于坏块，也仅仅是将这16字节的第6字节设置为不等于0xff，来标示坏块。

2. mtd1引导系统检查

执行mtd1检查，如图7所示。可以看出分配了16个块给第二引导系统（secondstage），分配容量为16×16=256（kB），即0.25MB，其中未使用5个块，已全部使用11个块，容量为16×11=176（kB），和制作的main. bin.gz（即secondstage84b.bin）容量176456÷024=175.25（kB）完全符合。

3. mtd2启动系统检查

执行mtd2检查，如图8所示。可以看出分配了240个块给启动系统（boot），分配容量容量为240×16=3840kB，即3.75MB，其中已全部使用145个块，已部分使用1个块，容量为16×145.5=2328（kB），和制作的boot.jffs2容量2382988÷024=2327.1（kB）完全符合。

4. mtd3根系统检查

执行mtd3检查，如图9所示。可以看出分配了3840个块给根系统（root），分配容量为3840×16=61440（kB），即60MB，具体固件使用容量不再分析了。

5. 坏块检查

我们收到一个用户的故障DM800 se机器，反映不能安装某些插件，运行不稳定。我们刷写同样的56MB容量的DM800 se G3-iCVS8#84B打造版固件，经过DCC-E2的【Memory Info】选项检查，故障机（图10a）的和《山水评测室》全新的打造版机器（图10b）的ROOT占用率分别为92%、89%。

具体检查对比如图11～图16所示，其中（a）图为故障机界面，（b）图为正常机界面，可见故障机有很多坏块，而和全新打造版没有一个坏块（注：FLASH芯片末尾坏块是无需作统计的）。

图中的第257块到第4096块分配给根系统（root），经统计，故障机一共显示8+31+10+44+14=107坏块，占用容量为107×16÷1024=1.7（MB），坏块占用率为1.7÷60=2.8%，因此故障机FLASH的root占用率=89%（固件空间占用率）+2.8%（坏块空间占用率），即显示已占用92%。

分区坏块导致DM800 se无法刷机的解决方法

1. 由于分区坏块导致无法刷机

当采用Web网页RJ-45网口刷写时，出现如图17所示的“too much data （or bad sectors） in ……”提示，表示分区3（partition 3）有坏扇区。

当采用DreamUp软件USB虚拟串口在刷写时，如果DreamUp软件【Log】日志区域里显示类似如下提示：

Log： +++ 006 verify failed， at 0003c000： e0. Block will be marked as bad.

Flashing failed （！！！ 005 too much data（or bad sectors） in partition 1 （end： 00040000， pos： 00040000））， box will be unusable now！！

其意是：FLASH芯片分区1（partition 1）有太多的坏扇区，无法刷写。这些都是由于NAND FLASH芯片坏块引起的，因为坏了的块是无法擦除和写人数据的。

2. 刷机方法

对于NAND FLASH芯片坏块引起的刷机，如果还是想采用Web网页进行刷写，我们可以先进入机器的BIOS进行设置一下。

在其中的Misc（杂项）设置界面中，显示DM800 se机器的一些杂项设置，如图18所示。

其中的【Flash Sector Recovery】（闪存扇区恢复）选项，默认为禁用状态，当遇到因坏扇区而无法刷写软件时，可以启用该选项来解决。有时机器无法启动，也可以启用该选项试一试。

如果采用DreamUp软件刷机，在刷写前，先点击DreamUp软件菜单栏的【Extras】（附加）功能，勾选“recover bad sectors”（恢复坏扇区）功能，如图19所示，再重新刷写一次就可解决。

所谓“恢复坏扇区”，实际上就是使用相同的地址可以屏蔽掉坏了的块，而指针指向好块，也就是地址重映射，跳过坏块。

DM800 se NAND FLASH芯片更换

对于Dreambox高清机来讲，NAND FLASH芯片产生坏块的原因有多种，主要有以下一些因素：① NAND FLASH芯片质量差，寿命短，一些机器甚至采用二手的旧芯；②不正确的机器操作，如不正确的开关机，频繁地刷写有问题的固件，导致NAND FLASH芯片一些扇区或块的过分磨损、出现坏块；③芯片自然老化、接近生命周期规定的读写次数。

对于NAND FLASH芯片出现少量的坏块，用户不必担心，因为DM800机器驱动在读写NAND FLASH芯片时，通常检测坏块，同时还在NAND驱动中加入坏块管理的功能，使得机器完全能够正常工作。

不过NAND FLASH芯片过多的坏块，除了由此引发的数据丢失而工作不正常外，还会导致剩余容量减小，机器不能正常安装一些稍大容量的插件。一般机器运行时，ROOT占用率不能超过93%，即FLASH芯片剩余容量不低于4MB，否则，机器运行可能不稳定，易死机。对于FLASH芯片剩余容量，可以在【蓝色面板】下进入山水插件服务器，从下载页面左上角查看，如图20所示。

坏块过多的NAND FLASH芯片建议更换，找到机器主板的NAND FLASH芯片（U703），用热风枪将它拆下（图21），更换一片全新的、带有DM800 se机器底层驱动的NAND FLASH芯片，更换完成后，需要重新刷写IMG。