樹莓派被公認(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。但是，該平臺(tái)通常不受歡迎，因?yàn)樗蕾囉?a target="_blank">SD卡技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。也就是說(shuō)，我們需要記住，SD卡易于訪問(wèn)，易于閃存，并且易于更換。SD卡有很多優(yōu)點(diǎn)，不容忽視。

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)余愛好者，小學(xué)生和大學(xué)生的簡(jiǎn)單Raspberry Pi項(xiàng)目，額外的費(fèi)用是不合理的，選擇價(jià)格較低的SD卡是可以理解的。雖然這些對(duì)于開始使用 Pi 來(lái)說(shuō)很好，但如果最終應(yīng)用程序的可靠性是業(yè)務(wù)關(guān)鍵型的，那么您就不能便宜。

優(yōu)質(zhì)的工業(yè)級(jí)單級(jí)電池（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。由于它們每個(gè)單元僅寫入一位數(shù)據(jù)，而不是多級(jí)單元（MLC）或三級(jí)單元（TLC）SD卡，因此它們的讀/寫耐久性要好一個(gè)數(shù)量級(jí)。

工業(yè)級(jí)SD卡可以承受高溫和重振動(dòng)力，性能與任何其他系統(tǒng)存儲(chǔ)替代方案（標(biāo)準(zhǔn)SD卡可能會(huì)發(fā)生故障）一樣好。還有幾個(gè)癥結(jié)需要解決。首先是電源不穩(wěn)定，這可能導(dǎo)致文件系統(tǒng)或數(shù)據(jù)損壞 - 因此必須采取措施來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。其次，任何存儲(chǔ)介質(zhì)最終都注定要失敗。

解決存儲(chǔ)故障情況

通過(guò)引入面向工業(yè)的樹莓派計(jì)算模塊系列，為樹莓派平臺(tái)開辟了新的機(jī)遇。它現(xiàn)在以更易于嵌入工業(yè)應(yīng)用的外形尺寸提供。標(biāo)準(zhǔn)版本用嵌入式eMMC閃存設(shè)備替換SD卡，而“精簡(jiǎn)版”版本沒(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喜歡的外部存儲(chǔ)介質(zhì)。

除了主 SD 接口（用于系統(tǒng)啟動(dòng)）外，樹莓派計(jì)算模塊規(guī)范還包含額外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。因此，不適當(dāng)利用這一點(diǎn)似乎是浪費(fèi)的。這正是斯費(fèi)拉實(shí)驗(yàn)室所做的！

這里采用的創(chuàng)新方法是將高速開關(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進(jìn)行管理。這為內(nèi)存存儲(chǔ)資源帶來(lái)了智能，使其配置能夠以多種有價(jià)值的方式進(jìn)行調(diào)整。因此，可以獲得主要的操作優(yōu)勢(shì) - 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)將使操作系統(tǒng)（OS）與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分離。主SD卡的文件系統(tǒng)可以配置為只讀，或者可以將寫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)離連續(xù)的寫入活動(dòng)，否則會(huì)縮短其使用壽命。

然后，所有繁重的寫入工作都將在輔助SD卡上進(jìn)行。如果輔助SD卡發(fā)生故障，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)故障數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元素。

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)真正需要的完整持續(xù)可靠性，因?yàn)樗?jīng)歷的任何停機(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)在兩個(gè)SD卡上存儲(chǔ)完整文件系統(tǒng)的副本，如果已經(jīng)運(yùn)行的卡開始出現(xiàn)故障，Sfera Labs的交換機(jī)矩陣可以從一個(gè)卡切換到另一個(gè)卡。切換后，可以通過(guò)輔助總線訪問(wèn)發(fā)生故障的SD卡，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)，告知應(yīng)更換該卡。在此期間，另一張SD卡將繼續(xù)運(yùn)行文件系統(tǒng)，設(shè)備操作將繼續(xù)。

最終，經(jīng)過(guò)多年的連續(xù)正常運(yùn)行時(shí)間，以及少量的運(yùn)行時(shí)更新和補(bǔ)丁，難以到達(dá)的位置的硬件將達(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。這就是擁有雙SD卡架構(gòu)可以再次真正展示其價(jià)值的地方。

在系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)行的同時(shí)，可以進(jìn)行全面升級(jí)，只需下載最新的系統(tǒng)映像并將其刷新到輔助SD卡即可。加載后，從新刷出的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

針對(duì)工業(yè)控制基礎(chǔ)設(shè)施和工業(yè)服務(wù)器，Sfera Labs的新型Strato Pi CM Duo和Iono Pi Max都配備了樹莓派計(jì)算模塊。值得注意的是，由于每個(gè)器件都包含高速開關(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)自樹莓派的簡(jiǎn)單命令，可以在兩個(gè)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。

這兩種設(shè)備都有一個(gè)嵌入式微控制器，用于監(jiān)控其Raspberry Pi計(jì)算模塊的活動(dòng)，以及一個(gè)監(jiān)視GPIO之一的看門狗功能，以檢測(cè)操作中的任何中斷（類似于系統(tǒng)的數(shù)字心跳）。如果有什么東西卡住，可以執(zhí)行強(qiáng)制重置。

如果主SD卡發(fā)生故障，微控制器將注意到并強(qiáng)制關(guān)閉Pi，切換到另一個(gè)SD卡，然后重新啟動(dòng)。樹莓派計(jì)算模塊可以告訴微控制器在將來(lái)上電時(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足應(yīng)用程序的需求。例如，通過(guò)設(shè)置關(guān)機(jī)和看門狗計(jì)時(shí)，可以設(shè)置在切換到另一個(gè)SD卡之前從其中一個(gè)SD卡啟動(dòng)的嘗試次數(shù)。

除了具有剛才介紹的功能優(yōu)勢(shì)外，平流層晶片CM Duo和Iono Pi還通過(guò)其他屬性與競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品進(jìn)一步區(qū)分開來(lái)。其中包括帶有可更換備用電池的 實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC），具有獨(dú)立電源控制和故障檢測(cè)功能的USB端口，以及來(lái)自微芯片的專用ATECC608安全元件IC。該器件還具有穩(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