(筆記)一場由SD卡引起的災難

一場由SD卡引起的災難

 

注：此文章轉自「https://user.qzone.qq.com/63915185/blog/1512562541」。

 

Flash裏面的數據在使用過程當中莫名改變或不知去向？程序丟失可能沒法正常運行，從而形成整個系統崩潰。Flash，說好的數據去哪了？

今天，筆者要爲你們分享一個由SD引起的災難，以及該災難被咱們項目組攻克的技術案例。

去年上半年，咱們公司承接了某大型廣告公司的電梯廣告顯示屏的項目，該產品使用了飛思卡爾的IMX6系列芯片做爲主控CPU，具有媒體人機觸摸互動、媒體投放、遠程升級、錄像監控等功能。其中很重要的一項功能就是監控和保存功能，因客戶的報價較低，咱們理所固然的選擇了SD卡做爲錄像數據的保存介質。

沒想到，災難半年後就降臨了，半年前發貨的10K機器，每月都有10%的損壞率，損壞的機器90%都是SD卡損壞了！關鍵的監控視頻信息所有丟失，客戶不但要求咱們賠償SD卡的損失，延長質保期，並且威脅一個月內不解決將終止合做，客戶是老闆的惟一大客戶，丟失這個客戶咱們離解散就不遠。老闆甚至放下狠話：一個月內不解決，大家跳槽，我跳樓。

項目組首先從客戶的使用的電梯的場景入手，場景的特色以下：

一、電梯內部佈滿各類通訊線、音視頻線、電力線，互相之間的干擾很是嚴重

二、電梯內的廣告機天天晚上12點至早上6點回自動斷電，白天自動上電

三、廣告機只要開機就須要一直錄像，保存到本地的SD卡中。

因而咱們首先模擬現場的應用場景，第一個場景公司內部沒法模擬，因而先模擬第二和第三個場景，事設備上電10分鐘，掉電5分鐘，只要一上電就開始錄像，提升上下電的頻率。樣本數量使用了50臺。

實驗第一天，SD卡損壞0張；

實驗次日，SD卡損壞1張；

實驗第三天SD卡損壞3張，一直到實驗到第6天，SD卡一共損壞8張。

咱們基本找到SD卡損壞的緣由：就是設備上下電致使的。因而你們分頭行動，從硬件和軟件、驅動着手，分析掉電可能引發的緣由。

首先是驅動工程師查閱MMC的規範「JESD84-B45」時有發現，以下圖1所示

圖1 ：JESD84-B45規範中掉電的要求。

文中大概的意思就是，主機在掉電關閉設備前，應該通知SD卡控制，由控制判斷掉電的緊迫性，從而進入對自己設備的保護模式，而且在這以前，應該保持設備的電源處於工做範圍以內。

繼續查閱SD卡2.0規範中，SD卡的標準只保證在讀數據過程當中，意外斷電和移除能夠對數據進行保護，對寫和擦除過程當中的掉電的，徹底沒有把握保護數據，也就是SD卡內部的自己固件、用戶數據都是有可能丟失的。

圖2：SD 2.0標準中對SD卡的保護闡述

經過查閱相關的規範，咱們知道了緣由的所在，就是咱們的設備在斷電的時候，還在錄像保存數據，進行不斷的寫和擦除SD卡的操做。

通過討論，咱們採用了以下的方案。.其中，方案的核心主要有3個

第一：掉電檢測電路；

第二：超級電容繼續供電電路

第三：掉電後軟件處理機制。

圖3：SD卡掉電保護的處理過程

下圖4是掉電檢測電路，能夠精準的檢測一旦電壓跌落至10V（電源爲12V供電），立刻送掉電信號給CPU。

圖4：掉電檢測電路

下圖5是超級電容的充放電電路，增長該電路可使掉電後繼續維持2秒鐘的時間，使CPU完成掉電後的保護處理工做。

圖5：超級電容充放電電路

通過了上述的整改，咱們生產了50臺設備，進行連續7天24小時，10分鐘一個循環的上下電測試，沒有一臺設備的SD卡損壞，證實了上述方案可行。老闆的樓，終於不用跳了。

經驗總結，其實CPU原廠提供的DEMO參考設計，基本都是處在能用的狀態，離真正的高可靠應用，還有很大的距離，須要咱們工程人員的不斷挖掘和積累。才能設計出高可靠性的產品。

創易棧小編點評：

上述案例Flash的損壞是供電系統不穩定形成，電源電壓的異常可能會致使系統單片機系統工做異常的現象，如輸出電壓小於單片機系統工做所需的最小電壓，輸出電壓不乾淨，噪音嚴重等，這些很容易引發單片機內部電路的邏輯紊亂。

Flash的讀寫信號處於不穩定狀態，可能產生知足Flash的寫操做，從而給系統帶來嚴重的損害。針對以上狀況，能夠在系統中加入電源監控芯片或使能MCU自己的電源監控電路，在電源異常的狀況下禁止對Flash區域操做。

除了電源失效，會形成Flash損壞的常見緣由還有如下幾種：

一、用戶代碼對Flash的誤操做不當引發程序丟失或被錯誤改寫

例如，在有對Flash寫入或擦除操做的代碼中，若是用戶誤調用了寫入或擦除函數或者因爲程序跑飛而剛好執行了Flash擦除或寫入函數，這天然會致使數據丟失或改變。

針對以上狀況，能夠在程序中設置多個容許操做的變量，當執行寫入或擦除操做時，對這些變量進行判斷，只有條件所有知足時，才執行相應的操做。

在一些不須要進行擦除或寫入操做的系統中，對存儲區進行寫保護或擦除保護設置，能有效的防止數據被意外修改。作到了寫入或擦除的可控性，基本能夠避免此種狀況發生。

二、系統時鐘不穩定

不管對於內部Flash仍是外部Flash，系統時鐘的不穩定，都將致使MCU得不到可靠的工做時序信號，從而在讀寫Flash時產生不可預料的後果。

三、環境干擾

環境干擾的可能緣由不少，如生產過程當中的高溫焊接、靜電、使用環境的溫溼度，強磁場等，均可能影響到Flash或整個系統的穩定。環境干擾的因素不少，在此不展開討論。