使用双SD卡数据存储策略提高工业系统的可靠性

Raspberry Pi 被公认为一个伟大的平台，因其可用性和多功能性而广受欢迎。然而，由于该平台依赖于 SD 卡技术进行系统数据存储，因此该平台经常不受欢迎。也就是说，我们需要记住，SD 卡易于访问、易于闪存且易于更换。SD卡有很多不容忽视的优点。

这只是确保所选 SD 卡与应用程序的严重性正确对齐的问题。对于业余爱好者、小学生和大学生的简单 Raspberry Pi 项目，额外费用是不合理的，选择低价 SD 卡的趋势是可以理解的。尽管这些对于您的 Pi 入门来说是很好的，但如果您的最终应用程序的可靠性对业务至关重要，那么您就不能便宜。

优质的工业级单层单元 （SLC） SD 卡是一项明智的投资，纯粹是因为这将为您提供高性能和长期可靠性。因为它们每个单元只写入一位数据，与多级单元 （MLC） 或三级单元 （TLC） SD 卡相比，它们的读/写耐久性要好一个数量级。

工业级 SD 卡可以承受高温和强烈的振动力，性能与任何其他系统存储替代品一样好（标准 SD 卡可能会出现故障）。仍有几个症结需要解决。第一个是不稳定的电源，这可能导致文件系统或数据损坏 - 因此必须采取措施解决这个问题。其次，任何存储介质最终都注定会失败。

解决存储故障情况

通过推出面向工业的树莓派计算模块系列，为树莓派平台打开了新的机遇。它现在以更容易嵌入工业应用的形式提供。标准版用嵌入式 eMMC 闪存设备替换 SD 卡，而“Lite”版没有 SD 卡或 eMMC。相反，它只有接口线，基本上使制造商能够链接到他们首选的外部存储介质。

除了主要的 SD 接口（用于系统启动）外，Raspberry Pi 计算模块规范还包含额外数据存储的规定。因此，不正确使用它似乎是一种浪费。这正是 Sfera Labs 所做的！

这里采用的创新方法是将高速开关矩阵连接到两条 50Hz 接口线，以便它们可以由板载微控制器管理。这为内存存储资源带来了智能，允许以多种有价值的方式调整其配置。因此，可以获得主要的运营效益——从而提高系统可靠性。

双 SD 卡架构的优势

双 SD 卡架构将实现操作系统 （OS） 与数据存储的分离。主 SD 卡的文件系统可以配置为只读，或者可以将写入操作限制在最低限度以保持其完整性 - 避免损坏的可能性并使其远离会缩短其使用寿命的连续写入活动。

然后，所有繁重的写入工作都将在辅助 SD 卡上进行。如果辅助 SD 卡出现故障，系统将继续工作，并且根据其设置方式，可以触发警报以修复有故障的数据存储元件。

这非常有用，可以延长系统的使用寿命，但它不会为您提供许多工业系统真正需要的完整的持续可靠性，因为任何停机时间都可能产生巨大的影响。

为了确保这一点，需要存储系统冗余。通过在两张 SD 卡上存储完整文件系统的副本，Sfera Labs 的开关矩阵可以从一张卡交换到另一张卡，如果已经运行的那张开始出现故障。切换后，故障 SD 卡可以通过辅助总线访问并尝试自动修复它，这在处理远程无人设备时显然是有利的。

如果可以，那么它将再次使用该 SD 卡。如果无法保存有故障的 SD 卡，则可以发出警报，要求更换它。同时，另一张SD卡继续运行文件系统，设备继续运行。

最终，经过多年的持续正常运行，通过少量的运行时更新和补丁，难以到达位置的硬件将达到需要全面系统升级的地步。当然，这不能在系统运行时执行。这就是双 SD 卡架构可以再次真正展示其价值的地方。

可以在系统继续正常运行的同时进行全面升级，只需下载最新的系统映像并将其刷入备用 SD 卡即可。加载后，从新刷入的 SD 卡快速重新启动将快速使系统恢复并再次运行。

采用双 SD 方法的硬件

Sfera Labs 的新型Strato Pi CM Duo和Iono Pi Max均针对工业控制基础设施和工业服务器的使用，均配备了 Raspberry Pi 计算模块。需要注意的是，由于每个都包含高速开关矩阵，它们是目前市场上唯一具有内置双 SD 卡功能的基于 Raspberry Pi 的设备。通过来自 Raspberry Pi 的简单命令，可以在两张 microSD 卡之间切换——为它们提供操作系统冗余和运行时更新的范围。

这两款设备都有一个嵌入式微控制器，用于监督其 Raspberry Pi 计算模块的活动和一个看门狗功能，用于监控其中一个 GPIO 以检测操作中的任何中断（就像系统的数字心跳一样）。如果有东西卡住了，可以执行强制重置。

如果主 SD 卡出现故障，微控制器会注意到并强制关闭 Pi，切换到另一张 SD 卡，然后重新启动。Raspberry Pi 计算模块可以告诉微控制器在未来加电时应该从哪个 SD 卡启动系统。

这一切都可以通过编程方式完成，并且可以完全配置以满足应用程序的需求。例如，通过设置关机和看门狗时间，可以设置在切换到另一张 SD 卡之前尝试从其中一张启动的次数。

Strato Pi CM Duo 和 Iono Pi 除了具备刚才说明的功能优势外，还通过其他属性进一步区别于竞品。这些包括一个 实时时钟 （RTC）带可更换备用电池、具有独立电源控制和故障检测功能的 USB 端口，以及 Microchip 的专用 ATECC608 安全元件 IC。还具有稳定/受保护的电源级，以实现持续的电源输入稳定性。

审核编辑：郭婷