[发明专利]存储系统中的错误纠正和检测的系统和方法

说明书

背景技术

本发明一般地涉及计算机存储器，具体地说，本发明涉及RAID存储 系统中的错误检测和纠正。

计算机系统通常需要大量高速RAM(随机存取存储器)，以在计算 机接通电源和运行时保存诸如操作系统软件、程序和其他数据之类的信息。 此信息一般采用二进制，由称为数据位的1和0模式组成。所述数据位经 常在更高级别上进行分组和组织。例如，一个字节通常由8个位组成，尽 管当字节中还包括识别和/或纠正错误时使用的信息时，所述字节还可包含 附加位(例如，9、10等)。该二进制信息一般在计算机系统接通电源和 初始程序加载(IPL)时，被从诸如硬盘驱动器(HDD)之类的非易失性 存储装置(NVS)加载到RAM。在正常计算机操作期间，还从NVS分页 出数据以及将数据分页到NVS。一般而言，计算机系统所用的所有程序和 信息无法装入较昂贵的小型动态RAM(DRAM)中，即使能装入，也会 在计算机系统断电时丢失数据。目前，通常使用大量HDD来构建NVS系 统。

计算机RAM经常被设计为可插拔的子系统，后者通常采用模块形式， 如此可根据每个系统和应用的特定存储要求，不断将更多的RAM添加到 每个计算机。缩略词“DIMM”表示双列直插存储器模块，这可能是目前 在用的最流行的存储器模块。DIMM是包括一个或多个存储器件的薄型的 矩形卡，并且还可包括一个或多个寄存器、缓冲器、集线器装置和/或非易 失性装置(例如，可擦写可编程只读存储器或“EPROM”)，以及各种 无源器件(例如，电阻器和电容器)，它们都安装到卡。DIMM通常采用 需要定期刷新以防止其中所存储的数据丢失的动态存储芯片或DRAM。 DRAM芯片最初为异步器件，但是，现在的芯片，同步DRAM(SDRAM) (例如，单倍数据速率或“SDR”、双倍数据速率或“DDR”、DDR2、 DDR3等)具有同步接口来提高性能。DDR器件通常采用预取以及其他提 升速度的技术，以提高存储器带宽并降低延迟。例如，DDR3具有为8的 标准突发长度。

随着计算机系统功能的日益强大，存储器件密度也在持续增大。目前 单个计算机的RAM容量一般包含数百兆的位。不幸地，单个RAM器件 的一小部分发生问题就可导致整个计算机系统出现故障。当发生存储器错 误(其可能是“硬”(重复发生)故障或软(一次或间歇性)故障)时， 这些故障可能为单个单元故障、多位故障、整体芯片故障或整体DIMM故 障，并且部分或全部系统RAM在其被修复之前可能无法使用。修复时间 可能为数小时，甚至数日，这会对依赖于计算机系统的业务造成重大影响。

随着现代计算机中内存存储容量的不断增加，在正常运行期间遇到 RAM故障的几率也在持续增加。

在过去数十年来，检测和纠正位错误的技术已经发展为相当精密的科 技。最基本的检测技术可能就是奇校验或偶校验的出现，其中数据字中的 数字“1”或“0”被一起“异或”(XOR)来生成校验位。例如，包含偶 数个“1”的数据字的校验位为0，以及包含奇数个“1”的数据字的校验 位为1，此校验位数据被附加到所存储的存储器数据。如果在读取操作期 间数据字中存在一个错误，则可以通过从数据重新生成校验，然后检查该 校验是否与已存储的(原始生成的)校验匹配来检测此错误。

Richard Hamming发现，可以将校验技术扩展为不仅检测错误，而且 还通过将XOR字段(即，纠错码(ECC)字段)附加到每个代码字来纠 正错误。ECC字段是数据字中进行“异或”的不同位的组合，使得错误(对 数据字的细微更改)可以被容易地检测、锁定和校正。可以检测并纠正的 错误数与附加到数据字的ECC字段的长度直接相关。所述技术包括确保 有效数据字与代码字组合之间的最小分隔距离。要检测和纠正的错误数越 多，代码字就越长，从而使有效代码字之间的距离更长。有效代码字之间 的最短距离被称为最短汉明距离。

这些错误检测和错误纠正技术通常被用于将嘈杂通信传输介质中的数 据恢复为原始/正确的形式，或用于存储介质中由于器件的物理特性而造成 的有限可能的数据错误。存储器件通常将数据存储为代表RAM中的1或 0的电压电平并且同时受器件故障以及由高能宇宙射线和α粒子造成的状 态更改的影响。类似地，将1和0存储为磁性表面上的磁场的HDD也受 磁介质中的缺陷以及可能造成数据模式从原始存储状态更改的其他机制的 影响。