Raspberry Pi 被公認(rèn)為一個(gè)偉大的平臺(tái)，因其可用性和多功能性而廣受歡迎。然而，由于該平臺(tái)依賴(lài)于 SD 卡技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，因此該平臺(tái)經(jīng)常不受歡迎。也就是說(shuō)，我們需要記住，SD 卡易于訪問(wèn)、易于閃存且易于更換。SD卡有很多不容忽視的優(yōu)點(diǎn)。

這只是確保所選 SD 卡與應(yīng)用程序的嚴(yán)重性正確對(duì)齊的問(wèn)題。對(duì)于業(yè)余愛(ài)好者、小學(xué)生和大學(xué)生的簡(jiǎn)單 Raspberry Pi 項(xiàng)目，額外費(fèi)用是不合理的，選擇低價(jià) SD 卡的趨勢(shì)是可以理解的。盡管這些對(duì)于您的 Pi 入門(mén)來(lái)說(shuō)是很好的，但如果您的最終應(yīng)用程序的可靠性對(duì)業(yè)務(wù)至關(guān)重要，那么您就不能便宜。

優(yōu)質(zhì)的工業(yè)級(jí)單層單元 （SLC） SD 卡是一項(xiàng)明智的投資，純粹是因?yàn)檫@將為您提供高性能和長(zhǎng)期可靠性。因?yàn)樗鼈兠總€(gè)單元只寫(xiě)入一位數(shù)據(jù)，與多級(jí)單元 （MLC） 或三級(jí)單元 （TLC） SD 卡相比，它們的讀/寫(xiě)耐久性要好一個(gè)數(shù)量級(jí)。

工業(yè)級(jí) SD 卡可以承受高溫和強(qiáng)烈的振動(dòng)力，性能與任何其他系統(tǒng)存儲(chǔ)替代品一樣好（標(biāo)準(zhǔn) SD 卡可能會(huì)出現(xiàn)故障）。仍有幾個(gè)癥結(jié)需要解決。第一個(gè)是不穩(wěn)定的電源，這可能導(dǎo)致文件系統(tǒng)或數(shù)據(jù)損壞 - 因此必須采取措施解決這個(gè)問(wèn)題。其次，任何存儲(chǔ)介質(zhì)最終都注定會(huì)失敗。

解決存儲(chǔ)故障情況

通過(guò)推出面向工業(yè)的樹(shù)莓派計(jì)算模塊系列，為樹(shù)莓派平臺(tái)打開(kāi)了新的機(jī)遇。它現(xiàn)在以更容易嵌入工業(yè)應(yīng)用的形式提供。標(biāo)準(zhǔn)版用嵌入式 eMMC 閃存設(shè)備替換 SD 卡，而“Lite”版沒(méi)有 SD 卡或 eMMC。相反，它只有接口線，基本上使制造商能夠鏈接到他們首選的外部存儲(chǔ)介質(zhì)。

除了主要的 SD 接口（用于系統(tǒng)啟動(dòng)）外，Raspberry Pi 計(jì)算模塊規(guī)范還包含額外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的規(guī)定。因此，不正確使用它似乎是一種浪費(fèi)。這正是 Sfera Labs 所做的！

這里采用的創(chuàng)新方法是將高速開(kāi)關(guān)矩陣連接到兩條 50Hz 接口線，以便它們可以由板載微控制器管理。這為內(nèi)存存儲(chǔ)資源帶來(lái)了智能，允許以多種有價(jià)值的方式調(diào)整其配置。因此，可以獲得主要的運(yùn)營(yíng)效益——從而提高系統(tǒng)可靠性。

雙 SD 卡架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

雙 SD 卡架構(gòu)將實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng) （OS） 與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的分離。主 SD 卡的文件系統(tǒng)可以配置為只讀，或者可以將寫(xiě)入操作限制在最低限度以保持其完整性 - 避免損壞的可能性并使其遠(yuǎn)離會(huì)縮短其使用壽命的連續(xù)寫(xiě)入活動(dòng)。

然后，所有繁重的寫(xiě)入工作都將在輔助 SD 卡上進(jìn)行。如果輔助 SD 卡出現(xiàn)故障，系統(tǒng)將繼續(xù)工作，并且根據(jù)其設(shè)置方式，可以觸發(fā)警報(bào)以修復(fù)有故障的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件。

這非常有用，可以延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命，但它不會(huì)為您提供許多工業(yè)系統(tǒng)真正需要的完整的持續(xù)可靠性，因?yàn)槿魏瓮C(jī)時(shí)間都可能產(chǎn)生巨大的影響。

為了確保這一點(diǎn)，需要存儲(chǔ)系統(tǒng)冗余。通過(guò)在兩張 SD 卡上存儲(chǔ)完整文件系統(tǒng)的副本，Sfera Labs 的開(kāi)關(guān)矩陣可以從一張卡交換到另一張卡，如果已經(jīng)運(yùn)行的那張開(kāi)始出現(xiàn)故障。切換后，故障 SD 卡可以通過(guò)輔助總線訪問(wèn)并嘗試自動(dòng)修復(fù)它，這在處理遠(yuǎn)程無(wú)人設(shè)備時(shí)顯然是有利的。

如果可以，那么它將再次使用該 SD 卡。如果無(wú)法保存有故障的 SD 卡，則可以發(fā)出警報(bào)，要求更換它。同時(shí)，另一張SD卡繼續(xù)運(yùn)行文件系統(tǒng)，設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行。

最終，經(jīng)過(guò)多年的持續(xù)正常運(yùn)行，通過(guò)少量的運(yùn)行時(shí)更新和補(bǔ)丁，難以到達(dá)位置的硬件將達(dá)到需要全面系統(tǒng)升級(jí)的地步。當(dāng)然，這不能在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)執(zhí)行。這就是雙 SD 卡架構(gòu)可以再次真正展示其價(jià)值的地方。

可以在系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)行的同時(shí)進(jìn)行全面升級(jí)，只需下載最新的系統(tǒng)映像并將其刷入備用 SD 卡即可。加載后，從新刷入的 SD 卡快速重新啟動(dòng)將快速使系統(tǒng)恢復(fù)并再次運(yùn)行。

采用雙 SD 方法的硬件

Sfera Labs 的新型Strato Pi CM Duo和Iono Pi Max均針對(duì)工業(yè)控制基礎(chǔ)設(shè)施和工業(yè)服務(wù)器的使用，均配備了 Raspberry Pi 計(jì)算模塊。需要注意的是，由于每個(gè)都包含高速開(kāi)關(guān)矩陣，它們是目前市場(chǎng)上唯一具有內(nèi)置雙 SD 卡功能的基于 Raspberry Pi 的設(shè)備。通過(guò)來(lái)自 Raspberry Pi 的簡(jiǎn)單命令，可以在兩張 microSD 卡之間切換——為它們提供操作系統(tǒng)冗余和運(yùn)行時(shí)更新的范圍。

這兩款設(shè)備都有一個(gè)嵌入式微控制器，用于監(jiān)督其 Raspberry Pi 計(jì)算模塊的活動(dòng)和一個(gè)看門(mén)狗功能，用于監(jiān)控其中一個(gè) GPIO 以檢測(cè)操作中的任何中斷（就像系統(tǒng)的數(shù)字心跳一樣）。如果有東西卡住了，可以執(zhí)行強(qiáng)制重置。

如果主 SD 卡出現(xiàn)故障，微控制器會(huì)注意到并強(qiáng)制關(guān)閉 Pi，切換到另一張 SD 卡，然后重新啟動(dòng)。Raspberry Pi 計(jì)算模塊可以告訴微控制器在未來(lái)加電時(shí)應(yīng)該從哪個(gè) SD 卡啟動(dòng)系統(tǒng)。

這一切都可以通過(guò)編程方式完成，并且可以完全配置以滿(mǎn)足應(yīng)用程序的需求。例如，通過(guò)設(shè)置關(guān)機(jī)和看門(mén)狗時(shí)間，可以設(shè)置在切換到另一張 SD 卡之前嘗試從其中一張啟動(dòng)的次數(shù)。

Strato Pi CM Duo 和 Iono Pi 除了具備剛才說(shuō)明的功能優(yōu)勢(shì)外，還通過(guò)其他屬性進(jìn)一步區(qū)別于競(jìng)品。這些包括一個(gè) 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 （RTC）帶可更換備用電池、具有獨(dú)立電源控制和故障檢測(cè)功能的 USB 端口，以及 Microchip 的專(zhuān)用 ATECC608 安全元件 IC。還具有穩(wěn)定/受保護(hù)的電源級(jí)，以實(shí)現(xiàn)持續(xù)的電源輸入穩(wěn)定性。

審核編輯：郭婷