(笔记)一场由SD卡引发的灾难

一场由SD卡引发的灾难

 

注：此文章转自“https://user.qzone.qq.com/63915185/blog/1512562541”。

 

Flash里面的数据在使用过程中莫名改变或不翼而飞？程序丢失可能无法正常运行，从而造成整个系统崩溃。Flash，说好的数据去哪了？

今天，笔者要为大家分享一个由SD引发的灾难，以及该灾难被我们项目组攻克的技术案例。

去年上半年，我们公司承接了某大型广告公司的电梯广告显示屏的项目，该产品使用了飞思卡尔的IMX6系列芯片作为主控CPU，具备媒体人机触摸互动、媒体投放、远程升级、录像监控等功能。其中很重要的一项功能就是监控和保存功能，因客户的报价较低，我们理所当然的选择了SD卡作为录像数据的保存介质。

没想到，灾难半年后就降临了，半年前发货的10K机器，每个月都有10%的损坏率，损坏的机器90%都是SD卡损坏了！关键的监控视频信息全部丢失，客户不但要求我们赔偿SD卡的损失，延长质保期，而且威胁一个月内不解决将终止合作，客户是老板的唯一大客户，丢失这个客户我们离解散就不远。老板甚至放下狠话：一个月内不解决，你们跳槽，我跳楼。

项目组首先从客户的使用的电梯的场景入手，场景的特点如下：

1、电梯内部布满各种通信线、音视频线、电力线，互相之间的干扰非常严重

2、电梯内的广告机每天晚上12点至早上6点回自动断电，白天自动上电

3、广告机只要开机就需要一直录像，保存到本地的SD卡中。

于是我们首先模拟现场的应用场景，第一个场景公司内部无法模拟，于是先模拟第二和第三个场景，事设备上电10分钟，掉电5分钟，只要一上电就开始录像，提高上下电的频率。样本数量使用了50台。

实验第一天，SD卡损坏0张；

实验第二天，SD卡损坏1张；

实验第三天SD卡损坏3张，一直到实验到第6天，SD卡一共损坏8张。

我们基本找到SD卡损坏的原因：就是设备上下电导致的。于是大家分头行动，从硬件和软件、驱动着手，分析掉电可能引起的原因。

首先是驱动工程师查阅MMC的规范“JESD84-B45”时有发现，如下图1所示

图1 ：JESD84-B45规范中掉电的要求。

文中大概的意思就是，主机在掉电关闭设备前，应该通知SD卡控制，由控制判断掉电的紧迫性，从而进入对本身设备的保护模式，并且在这之前，应该保持设备的电源处于工作范围之内。

继续查阅SD卡2.0规范中，SD卡的标准只保证在读数据过程中，意外断电和移除可以对数据进行保护，对写和擦除过程中的掉电的，完全没有把握保护数据，也就是SD卡内部的本身固件、用户数据都是有可能丢失的。

图2：SD 2.0标准中对SD卡的保护阐述

通过查阅相关的规范，我们知道了原因的所在，就是我们的设备在断电的时候，还在录像保存数据，进行不断的写和擦除SD卡的操作。

经过讨论，我们采用了如下的方案。.其中，方案的核心主要有3个

第一：掉电检测电路；

第二：超级电容继续供电电路

第三：掉电后软件处理机制。

图3：SD卡掉电保护的处理过程

下图4是掉电检测电路，可以精准的检测一旦电压跌落至10V（电源为12V供电），马上送掉电信号给CPU。

图4：掉电检测电路

下图5是超级电容的充放电电路，增加该电路可以使掉电后继续维持2秒钟的时间，使CPU完成掉电后的保护处理工作。

图5：超级电容充放电电路

经过了上述的整改，我们生产了50台设备，进行连续7天24小时，10分钟一个循环的上下电测试，没有一台设备的SD卡损坏，证明了上述方案可行。老板的楼，终于不用跳了。

经验总结，其实CPU原厂提供的DEMO参考设计，基本都是处在能用的状态，离真正的高可靠应用，还有很大的距离，需要我们工程人员的不断挖掘和积累。才能设计出高可靠性的产品。

创易栈小编点评：

上述案例Flash的损坏是供电系统不稳定造成，电源电压的异常可能会导致系统单片机系统工作异常的现象，如输出电压小于单片机系统工作所需的最小电压，输出电压不干净，噪音严重等，这些很容易引起单片机内部电路的逻辑紊乱。

Flash的读写信号处于不稳定状态，可能产生满足Flash的写操作，从而给系统带来严重的损害。针对以上情况，可以在系统中加入电源监控芯片或使能MCU本身的电源监控电路，在电源异常的情况下禁止对Flash区域操作。

除了电源失效，会造成Flash损坏的常见原因还有以下几种：

1、用户代码对Flash的误操作不当引起程序丢失或被错误改写

例如，在有对Flash写入或擦除操作的代码中，如果用户误调用了写入或擦除函数或者由于程序跑飞而恰好执行了Flash擦除或写入函数，这自然会导致数据丢失或改变。

针对以上情况，可以在程序中设置多个允许操作的变量，当执行写入或擦除操作时，对这些变量进行判断，只有条件全部满足时，才执行相应的操作。

在一些不需要进行擦除或写入操作的系统中，对存储区进行写保护或擦除保护设置，能有效的防止数据被意外修改。做到了写入或擦除的可控性，基本可以避免此种情况发生。

2、系统时钟不稳定

无论对于内部Flash还是外部Flash，系统时钟的不稳定，都将导致MCU得不到可靠的工作时序信号，从而在读写Flash时产生不可预料的后果。

3、环境干扰

环境干扰的可能原因很多，如生产过程中的高温焊接、静电、使用环境的温湿度，强磁场等，都可能影响到Flash或整个系统的稳定。环境干扰的因素很多，在此不展开讨论。