Tool for Management of Flash Memory Wear-Leveling on Embedded System Device

Abstract

Práce se zabývá mechanismem wear leveling nad pamětí typu flash, zejména implementací poskytovanou společností Espressif v rámci IoT Development Framework, a to s cílem vytvořit nástroj pro sledování opotřebení flash paměti způsobené operacemi mazání. Pro účely tohoto nástroje je vytvořena vylepšená verze mechanismu, řešící některé nedostatky a rozšiřující původní wear leveling poskytovaný společností Espressif. Vylepšení zahrnuje možnost sledovat opotřebení paměti s rozlišením jednotlivých sektorů a zavádí pseudonáhodnou složku do mapovacího algoritmu za pomocí šifry zachovávající formát založené na nevyvážené Feistelově síti, vedoucí k rovnoměrnějšímu rozložení operací mazání po paměti. Toto pseudonáhodné mapování je následně otestováno pomocí simulace životnosti paměti ve vybraných zátěžových scénářích, s výsledky vykazujícími až pár procentní vylepšení v rovnoměrnosti opotřebení oproti původnímu algoritmu. Závěrem je vytvořen nástroj pro sledování opotřebení flash paměti, sestávající z vestavěné back-end části a PC front-end GUI vizualizační části.Thesis focuses on wear leveling layer over flash memory as provided by the Espressif IoT Development Framework with the goal of creating a tool for monitoring and managing flash memory wear caused by erase operations. For the purposes of such tool an extended version of wear leveling is implemented, addressing shortcomings of the Espressif's version. The enhancements include per sector erase count tracking and address randomization using a format-preserving cipher based on an unbalanced Feistel network for improved wear evenness. Said address randomization is tested by simulating full memory lifetime in selected erase stressing scenarios, with results showing up to a few percent improvement in wear uniformity over original wear leveling. Finally, a monitoring tool, consisting of an embedded back-end and a PC side graphical front-end, is created on top of the extended version of wear leveling.