支持预搜索的面积紧凑型BCH并行译码电路

### 支持预搜索的面积紧凑型BCH并行译码电路详解 #### 一、引言 在当今数字化时代，大容量存储设备如Nand Flash已成为数据存储的关键技术之一，尤其是在便携式低功耗应用中发挥着至关重要的作用。然而，数据的可靠性和准确性是这类存储设备面临的重大挑战，尤其是考虑到存储单元可能发生的随机错误。因此，高效且可靠的错误检测和校正技术成为了确保数据完整性的核心。 BCH（Bose-Chaudhuri-Hocquenghem）码作为一种能够纠正多个随机错误的编码方式，因其在找到错误位置后无需额外计算错误图样的特性，成为大容量存储设备的理想选择。相较于其他编码方式，如Reed-Solomon码，BCH码在保护相同长度的数据时，对于给定的随机错误数，所需的校验数据空间更少，从而提高了存储效率。例如，截短码BCH(4200,4096)能够为512Bytes的数据提供8-bit的纠错能力，而校验元仅需13Bytes，显著减少了数据冗余。 #### 二、BCH并行译码电路设计要点 在设计BCH并行译码电路时，主要目标是实现面积紧凑的同时保证高效纠错能力。这通常涉及到几个关键技术点： 1. **预搜索技术**：预搜索技术可以显著提高截短码Chien搜索的速度，这对于实时或高吞吐量应用至关重要。通过预先确定可能的错误位置，可以在实际纠错过程中快速定位并纠正错误，从而提升整体性能。 2. **双路选通实现结构**：在校正子运算电路的输入端完成被纠码序列与有限域常量的乘法，这种方法简化了电路结构，减少了硬件资源的消耗，使得电路设计更加紧凑。 3. **有限域乘法器复用**：在实现IBM（Inversionless Berlekamp-Massey）迭代算法时，为了进一步压缩电路面积，采用复用一个有限域GF(2^m)上的二输入乘法器。这种方法通过多拍运算来实现迭代过程，虽然可能会稍微增加处理时间，但极大地节约了硬件资源。 4. **全组合逻辑预搜索模块**：设计全组合逻辑预搜索模块，不仅可以加速BCH截短码的搜索速度，还能减少电路中的延迟，进而缩短关键路径，提高整个系统的运行效率。 #### 三、技术细节与实现优势 在具体实现中，如文章所述，该译码电路采用IBM迭代算法，对于纠f比特错误的二进制BCH码，其译码步骤包括计算伴随多项式、使用IBM迭代算法得到差错位置多项式以及采用Chien搜索法求解并纠错。其中，改进的伴随多项式运算电路通过并行求解电路图来提高计算效率，同时通过双路选通和有限域乘法器的复用来降低硬件成本。 该电路设计在80MHz工作频率下，对于512字节的信息元和8-bit的纠错能力，不仅符合时序要求，而且在TSMC 0.18μm工艺库下只需约14800门，满足了大容量存储设备对数据可靠性和成本控制的双重需求。 #### 四、结论 支持预搜索的面积紧凑型BCH并行译码电路的设计与实现，为大容量存储设备提供了一种高效、可靠且成本效益高的数据纠错解决方案。通过优化电路结构和算法实现，该电路在保持高性能的同时，显著降低了硬件资源消耗，为便携式低功耗应用场合提供了理想的存储控制技术。 此设计充分体现了在追求更高数据存储密度和可靠性的同时，如何平衡硬件成本和性能优化，为未来大容量存储设备的发展奠定了坚实的基础。