本發(fā)明屬于NAND FLASH存儲(chǔ)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種NAND FLASH存儲(chǔ)芯片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)分析方法。

背景技術(shù)：

基于NAND FLASH的存儲(chǔ)設(shè)備作為新一代的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品領(lǐng)域。傳統(tǒng)硬盤等塊設(shè)備的讀寫單位為扇區(qū)，NAND FLASH存儲(chǔ)設(shè)備的讀寫特性則不同。通常NAND FLASH存儲(chǔ)設(shè)備包含至少一個(gè)NAND FLASH芯片，每塊芯片包含至少一個(gè)晶圓，每個(gè)晶圓由若干塊組成，每個(gè)塊包含若干頁(yè)。NAND擦除的操作單位為塊，寫的操作單位為頁(yè)，且無法對(duì)同一塊內(nèi)存位置重復(fù)執(zhí)行寫操作，必須先擦除，才可執(zhí)行寫操作。為避免頻繁執(zhí)行“擦除-寫入”操作影響存儲(chǔ)器的性能與壽命，該類設(shè)備大多設(shè)計(jì)了從物理單元到數(shù)據(jù)扇區(qū)的動(dòng)態(tài)映射機(jī)制。由于數(shù)據(jù)不是順序存放，當(dāng)主控芯片損壞或其它原因?qū)е掠成錂C(jī)制失效時(shí)，即使NAND FLASH的內(nèi)容被成功讀取，也很難得到用戶數(shù)據(jù)。

為將物理單元映射為數(shù)據(jù)扇區(qū)，NAND FLASH的頁(yè)被分為數(shù)據(jù)區(qū)(DA)與管理區(qū)(SA)，數(shù)據(jù)區(qū)即包含若干個(gè)數(shù)據(jù)扇區(qū)，大小為512的倍數(shù)，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的有效內(nèi)容。管理區(qū)則提供了能夠?qū)⒂脩魯?shù)據(jù)按照邏輯順序存放到原來位置的參數(shù)，即邏輯塊號(hào)和邏輯頁(yè)號(hào)，除此之外管理區(qū)內(nèi)還包括標(biāo)識(shí)位、校驗(yàn)位等其他數(shù)據(jù)(EXT)，其中管理區(qū)中一直保持不變的比特位為標(biāo)識(shí)位，為確保數(shù)據(jù)完整性而進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)和糾錯(cuò)的比特位為校驗(yàn)位。不同主控芯片設(shè)計(jì)的NAND FLASH頁(yè)結(jié)構(gòu)也各有不同，例如大小為2112的頁(yè)可以設(shè)計(jì)為4*(512DA+16SA)，也可以是[512DA+512DA]+16SA+2*(512DA+16SA)+16EXT。為提高數(shù)據(jù)讀寫效率，NAND FLASH還可以對(duì)某兩個(gè)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行同時(shí)讀寫，在存儲(chǔ)上表現(xiàn)為數(shù)據(jù)交錯(cuò)存儲(chǔ)。為減少管理區(qū)內(nèi)邏輯塊號(hào)的編址位，某些存儲(chǔ)設(shè)備還對(duì)芯片數(shù)據(jù)進(jìn)行了平均分段。

由于NAND FLASH頁(yè)尺寸不同，設(shè)計(jì)者的軟件方案各異，現(xiàn)有技術(shù)中尚無成熟通用的NAND FLASH存儲(chǔ)芯片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)分析方法。如何將芯片的物理鏡像根據(jù)邏輯塊號(hào)、邏輯頁(yè)號(hào)進(jìn)行重組，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為塊設(shè)備的數(shù)據(jù)扇區(qū)存儲(chǔ)格式，成為該類設(shè)備數(shù)據(jù)恢復(fù)與取證的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決在脫離FLASH存儲(chǔ)器控制電路直接讀取并重組Flash芯片的數(shù)據(jù)的問題，提出了一種NAND FLASH存儲(chǔ)芯片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)分析方法，具體包括以下步驟：

100確定芯片的物理塊大小和物理頁(yè)大小，提取NAND FLASH芯片的物理鏡像并以只讀方式打開鏡像文件A；

200有效塊判斷：逐字節(jié)搜索鏡像文件，統(tǒng)計(jì)連續(xù)多個(gè)字節(jié)取值等于0x00或0xFF的個(gè)數(shù)n，并記錄這些連續(xù)數(shù)據(jù)所在的物理塊號(hào)，若n大于門限值min時(shí)，所述連續(xù)數(shù)據(jù)所在的物理塊為無效塊，否則為有效塊；

300頁(yè)結(jié)構(gòu)分析：在存在前述連續(xù)數(shù)據(jù)的有效塊中，選取前述連續(xù)數(shù)據(jù)所在的物理頁(yè)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，查找第一個(gè)連續(xù)512字節(jié)的數(shù)據(jù)片段即為首個(gè)數(shù)據(jù)扇區(qū)，接下來依次查找其余數(shù)據(jù)扇區(qū)，數(shù)據(jù)扇區(qū)以外的數(shù)據(jù)片段為管理區(qū)；

400邏輯塊號(hào)、邏輯頁(yè)號(hào)比特位判斷：對(duì)比某個(gè)有效塊中某物理頁(yè)內(nèi)部的多個(gè)管理區(qū)片段，找到保持不變的比特位{a}，對(duì)比某個(gè)有效塊中各物理頁(yè)的一個(gè)管理區(qū)片段，找到保持不變的比特位，對(duì)比整個(gè)芯片中各物理頁(yè)的一個(gè)管理區(qū)片段，找到保持不變的比特位{c}，比特位{a}除去比特位后得到邏輯頁(yè)號(hào)所在比特位，比特位除去比特位{c}后得到邏輯塊號(hào)所在比特位；

500數(shù)據(jù)交錯(cuò)分析與數(shù)據(jù)合并：

若芯片只包含一個(gè)晶圓，則不存在數(shù)據(jù)交錯(cuò)；

若芯片包含兩個(gè)以上晶圓，則存在數(shù)據(jù)交錯(cuò)的可能性，確定芯片內(nèi)能體現(xiàn)數(shù)據(jù)連續(xù)性的數(shù)據(jù)體，若該數(shù)據(jù)體的兩個(gè)連續(xù)片段分別處于同一晶圓內(nèi)兩相鄰物理塊內(nèi)相同序號(hào)的物理頁(yè)，則該晶圓的奇數(shù)序號(hào)物理塊與偶數(shù)序號(hào)物理塊需要按頁(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)合并；若該數(shù)據(jù)體的兩個(gè)連續(xù)片段分別處于不同晶圓內(nèi)相同序號(hào)物理塊內(nèi)相同序號(hào)的物理頁(yè)，則該芯片不同晶圓的相同序號(hào)物理塊需要按頁(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)合并；若該數(shù)據(jù)體的兩個(gè)連續(xù)片段分別處于不同晶圓內(nèi)相同序號(hào)物理塊的末序號(hào)物理頁(yè)和首序號(hào)物理頁(yè)，則該芯片不同晶圓的相同序號(hào)物理塊需要按塊進(jìn)行數(shù)據(jù)合并；

其余情況不進(jìn)行數(shù)據(jù)合并，最終得到中間文件B；

600數(shù)據(jù)分段：提取芯片某晶圓各奇數(shù)序號(hào)物理塊的邏輯塊號(hào)，統(tǒng)計(jì)各邏輯塊號(hào)的重復(fù)情況，

若出現(xiàn)次數(shù)N≥2，則將所述中間文件平均分成N個(gè)子中間文件C；若N＝1或管理區(qū)內(nèi)無邏輯塊號(hào)，則無需進(jìn)行數(shù)據(jù)分段；

700數(shù)據(jù)重組：各有效塊的數(shù)據(jù)按邏輯塊號(hào)順序組合，對(duì)每個(gè)有效塊內(nèi)的數(shù)據(jù)，按邏輯頁(yè)號(hào)順序組合，若管理區(qū)中無邏輯頁(yè)號(hào)，則有效塊內(nèi)數(shù)據(jù)按物理頁(yè)順序組合，若執(zhí)行了數(shù)據(jù)分段，則將數(shù)據(jù)重組后的N個(gè)子中間文件C順序拼接得到結(jié)果文件D1；若管理區(qū)中無邏輯塊號(hào)與邏輯頁(yè)號(hào)，則無需進(jìn)行數(shù)據(jù)重組，將所述鏡像文件去除無效塊順序拼接得到結(jié)果文件D2。

800刪除管理區(qū)：將結(jié)果文件D1(或者D2)中每個(gè)頁(yè)的管理區(qū)數(shù)據(jù)全部刪除，得到邏輯鏡像文件E。

優(yōu)選地，上述門限值min的取值為物理頁(yè)大小。

優(yōu)選地，上述能體現(xiàn)數(shù)據(jù)連續(xù)性的數(shù)據(jù)體，若為FAT文件系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)體為FAT表，若為NTFS文件系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)體為MFT。

有益效果：

采用本發(fā)明方法用于智能手機(jī)、U盤等設(shè)備中的NAND FLASH存儲(chǔ)芯片在脫離主控芯片情況下，直接分析芯片物理鏡像中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，從而利用現(xiàn)有的針對(duì)硬盤等塊設(shè)備的文件恢復(fù)軟件，實(shí)現(xiàn)該類芯片的數(shù)據(jù)恢復(fù)與取證。本發(fā)明方法支持對(duì)各種頁(yè)尺寸、頁(yè)結(jié)構(gòu)的NAND FLASH芯片進(jìn)行分析，支持對(duì)數(shù)據(jù)交錯(cuò)、數(shù)據(jù)分段等存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的分析，通用性與實(shí)用性較強(qiáng)。

附圖說明

圖1本發(fā)明所述方法的綜合流程圖

圖2將原鏡像文件轉(zhuǎn)化成磁盤模式前后對(duì)比截圖

圖3任一有效塊內(nèi)，提取512字節(jié)連續(xù)數(shù)據(jù)片段的頁(yè)結(jié)構(gòu)分析截圖

圖4塊004B5中第0010頁(yè)內(nèi)不同物理扇區(qū)管理區(qū)統(tǒng)計(jì)

圖5塊00DC9內(nèi)不同物理頁(yè)首個(gè)管理區(qū)統(tǒng)計(jì)

圖6不同塊內(nèi)首頁(yè)內(nèi)首個(gè)管理區(qū)統(tǒng)計(jì)

圖7相鄰兩個(gè)物理塊之間FAT表內(nèi)數(shù)據(jù)變化圖

圖8 A-0晶圓塊004首個(gè)物理頁(yè)末尾數(shù)據(jù)與A-1晶圓相同物理塊首個(gè)物理頁(yè)首個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)比圖

圖9塊2F4在A-0晶圓內(nèi)塊號(hào)重復(fù)情況統(tǒng)計(jì)圖

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

本實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)了一種NAND FLASH存儲(chǔ)芯片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)分析方法，如圖1所示，為詳細(xì)說明本發(fā)明，下面以主控芯片型號(hào)為AU6986、存儲(chǔ)芯片型號(hào)為29F64G08CAMD2的NAND FLASH存儲(chǔ)設(shè)備為例，具體說明本實(shí)施方式的實(shí)施過程。已知該NAND FLASH存儲(chǔ)設(shè)備包含一個(gè)存儲(chǔ)芯片，該芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)以文件系統(tǒng)FAT32形式存儲(chǔ)。分析該芯片數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的具體實(shí)施過程如下：

提取并打開鏡像文件：通過NAND FLASH讀取設(shè)備提取該NAND FLASH存儲(chǔ)芯片的物理鏡像，該存儲(chǔ)芯片內(nèi)部包括兩個(gè)晶圓，因此得到的物理鏡像是兩個(gè)文件A-0與A-1。根據(jù)存儲(chǔ)芯片的型號(hào)信息直接查看數(shù)據(jù)手冊(cè)，獲知該芯片的物理參數(shù)為：一個(gè)物理頁(yè)大小為4320字節(jié)，一個(gè)物理塊包含128個(gè)頁(yè)。使用十六進(jìn)制編輯器以只讀方式打開鏡像文件A-0、A-1，為方便觀察分析首先將鏡像文件A-0、A-1轉(zhuǎn)化成磁盤形式，設(shè)置一個(gè)扇區(qū)大小為一個(gè)物理頁(yè)的大小(4320字節(jié))，轉(zhuǎn)化前后對(duì)比結(jié)果如圖2所示。

有效塊判斷：設(shè)門限值min取值為物理頁(yè)大小4320字節(jié)。全盤逐字節(jié)搜索鏡像文件A-0、A-1，例如鏡像文件A-0中，在第3個(gè)頁(yè)內(nèi)偏移15104字節(jié)處起連續(xù)出現(xiàn)0xFF，統(tǒng)計(jì)該連續(xù)出現(xiàn)0xFF的個(gè)數(shù)n為1090800個(gè)，這個(gè)數(shù)值遠(yuǎn)大于門限值min，判斷這段連續(xù)數(shù)據(jù)所在的物理塊是無效塊，繼續(xù)進(jìn)行全盤搜索，找到并記錄所有無效塊的物理塊號(hào)，剩余物理塊為有效塊。

頁(yè)結(jié)構(gòu)分析：在存在所述連續(xù)數(shù)據(jù)的有效塊中，選取所述連續(xù)數(shù)據(jù)所在的物理頁(yè)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，本實(shí)施例中，在鏡像文件A-0第32641個(gè)頁(yè)處，如圖3所示，找到第一個(gè)連續(xù)512字節(jié)的數(shù)據(jù)片段，即為首個(gè)數(shù)據(jù)扇區(qū)，接下來依次查找其余數(shù)據(jù)扇區(qū)，數(shù)據(jù)扇區(qū)以外的數(shù)據(jù)片段為管理區(qū)，共找到8個(gè)連續(xù)512字節(jié)數(shù)據(jù)為0x00的數(shù)據(jù)片段，在任意兩個(gè)連續(xù)512個(gè)全0字節(jié)之間的數(shù)據(jù)部分為管理區(qū)，可看出，8個(gè)數(shù)據(jù)扇區(qū)對(duì)應(yīng)的管理區(qū)大小都為24字節(jié)。即頁(yè)結(jié)構(gòu)為8*(512DA+24SA)+32EXT。

邏輯塊號(hào)、邏輯頁(yè)號(hào)比特位判斷：在同一個(gè)塊內(nèi)任意一個(gè)頁(yè)中包含的管理區(qū)內(nèi)，存在數(shù)值不變的比特位{a}，比特位{a}＝邏輯塊號(hào)+邏輯頁(yè)號(hào)+標(biāo)識(shí)位，本實(shí)施例中，鏡像文件A-0任取一有效塊(例如物理塊號(hào)為0x004B5)，在該塊中任 取一個(gè)物理頁(yè)(例如第0x10個(gè)頁(yè))，分析該物理頁(yè)內(nèi)所有管理區(qū)片段，如圖4所示，多取幾個(gè)頁(yè)進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)，可得出每個(gè)管理區(qū)內(nèi)數(shù)值保持不變的比特位{a}為D₀D₁...D₃₁；在同一個(gè)塊內(nèi)不同頁(yè)中任取一條管理區(qū)統(tǒng)計(jì)，存在數(shù)值不變的比特位，比特位＝邏輯塊號(hào)+標(biāo)識(shí)位，本實(shí)施例中，任取一有效塊(例如物理塊號(hào)為0xDC9)，統(tǒng)計(jì)這個(gè)物理塊內(nèi)不同物理頁(yè)的第一個(gè)管理區(qū)內(nèi)容，如圖5所示發(fā)現(xiàn)依舊是前32位數(shù)值保持不變，多取幾個(gè)塊進(jìn)行綜合對(duì)比，可得出數(shù)值保持不變的比特位也為D₀D₁...D₃₁；在不同塊中任取不同的頁(yè)進(jìn)行管理區(qū)統(tǒng)計(jì)，存在數(shù)值不變的比特位{c}，比特位{c}＝標(biāo)識(shí)位，在有效塊中統(tǒng)計(jì)不同物理塊第一個(gè)頁(yè)的第一個(gè)管理區(qū)內(nèi)容，如圖6，綜合分析得出保持不變的比特位{c}為D₀...D₁₁與D₂₄...D₃₁兩段。

比特位{a}除去比特位后得到邏輯頁(yè)號(hào)所在比特位，比特位除去比特位{c}后得到邏輯塊號(hào)所在比特位。在本例中比特位{a}與比特位位置一致，故其沒有邏輯頁(yè)號(hào)，邏輯頁(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)按順序存儲(chǔ)；比特位除去比特位{c}后得到比特位D₁₂...D₂₃為邏輯塊號(hào)所在比特位，而其余保持不變的比特位D₀...D₁₁與D₂₄...D₃₁為標(biāo)識(shí)位。

數(shù)據(jù)交錯(cuò)分析與數(shù)據(jù)合并：若芯片只包含一個(gè)晶圓，則不存在數(shù)據(jù)交錯(cuò)，本實(shí)例包含2個(gè)晶圓，則存在數(shù)據(jù)交錯(cuò)的可能性。若芯片存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)格式是FAT文件系統(tǒng)，能夠體現(xiàn)該數(shù)據(jù)連續(xù)性的數(shù)據(jù)體是FAT表，F(xiàn)AT表用以描述文件簇的分配狀態(tài)及標(biāo)明文件或目錄的下一簇的簇號(hào)，如果一個(gè)文件在設(shè)備中連續(xù)存儲(chǔ)，則FAT表數(shù)據(jù)體現(xiàn)為簇號(hào)連續(xù)遞增。若芯片存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)格式是NTFS文件系統(tǒng)，能夠體現(xiàn)該數(shù)據(jù)連續(xù)性的數(shù)據(jù)體是MFT，MFT通常為連續(xù)存儲(chǔ)，MFT項(xiàng)序號(hào)表現(xiàn)為連續(xù)遞增。本實(shí)施例中芯片存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)格式是FAT32文件系統(tǒng)，F(xiàn)AT32文件系統(tǒng)中FAT表開頭固定為“F8FFFF0F”，每個(gè)簇號(hào)用32位數(shù)據(jù)表示，例如“03000000”表示簇號(hào)為0x00000003。

如果同一晶圓內(nèi)相鄰物理塊存在按頁(yè)交錯(cuò)的情況，則相互交錯(cuò)的奇數(shù)塊和偶數(shù)塊的邏輯塊號(hào)應(yīng)相同，在本實(shí)施例中，F(xiàn)AT表起始位置處于物理鏡像A-0中物理塊號(hào)為0x2FE的塊的第1個(gè)物理頁(yè)中，如有交錯(cuò)則與物理塊號(hào)為0x2FF的塊進(jìn)行交錯(cuò)，如圖7，分析管理區(qū)數(shù)據(jù)，這兩個(gè)物理塊的邏輯塊號(hào)分別為0x004與0x2F4，并不相同，故排除在同一晶圓內(nèi)相鄰物理塊按頁(yè)交錯(cuò)的情況。

物理鏡像A-0中物理塊號(hào)為0x2FE的塊的第1個(gè)物理頁(yè)里，末個(gè)數(shù)據(jù)扇區(qū)的 結(jié)尾數(shù)據(jù)為簇號(hào)0x00000400，物理鏡像A-1中相同序號(hào)物理塊的第1個(gè)物理頁(yè)里，首個(gè)數(shù)據(jù)扇區(qū)的起始數(shù)據(jù)為簇號(hào)0x00000401，如圖8，二者內(nèi)容剛好相連續(xù)，故本實(shí)施例中不同晶圓間相同序號(hào)物理塊數(shù)據(jù)以頁(yè)為單位相互交錯(cuò)，而沒有以塊為單位進(jìn)行交錯(cuò)。所以將該芯片兩個(gè)晶圓的鏡像文件A-0與A-1的相同序號(hào)物理塊按頁(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)合并，得到中間文件B。

數(shù)據(jù)分段：提取芯片某晶圓任一奇數(shù)序號(hào)塊的邏輯塊號(hào)，本實(shí)施例中為0x2F4，統(tǒng)計(jì)該邏輯塊號(hào)的重復(fù)情況，如圖9所示發(fā)現(xiàn)塊號(hào)為2F4的邏輯塊在一個(gè)晶圓中出現(xiàn)了8次。利用相同的方法提取其他奇數(shù)序號(hào)塊的邏輯塊號(hào)，并統(tǒng)計(jì)該邏輯塊號(hào)的重復(fù)情況，綜合分析可知重復(fù)次數(shù)N＝8，所以該實(shí)例中數(shù)據(jù)分成了8段。將前述得到的中間文件B平均分成8個(gè)子中間文件C。

數(shù)據(jù)重組：對(duì)前面生成的每個(gè)中間文件C，剔除無效塊后，各有效塊數(shù)據(jù)按邏輯塊號(hào)順序組合。對(duì)每個(gè)塊內(nèi)的數(shù)據(jù)，本實(shí)施例中管理區(qū)內(nèi)無邏輯頁(yè)號(hào)，故數(shù)據(jù)按物理頁(yè)順序組合，將數(shù)據(jù)重組后的8個(gè)子中間文件C順序拼接，即得到結(jié)果文件D。

刪除管理區(qū)：將結(jié)果文件D中每個(gè)頁(yè)的管理區(qū)數(shù)據(jù)全部刪除，即得到以扇區(qū)為單位的邏輯鏡像文件E。

至此，NAND FLASH存儲(chǔ)芯片的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)分析完畢，最終邏輯鏡像文件存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與硬盤等塊設(shè)備的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)相同，使用普通硬盤恢復(fù)軟件即可完成對(duì)該NAND FLASH結(jié)果文件的數(shù)據(jù)恢復(fù)與取證。

以上所述，僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是利用本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改與等同變化，均仍屬本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。