使用双SD卡数据存储策略提高基于树莓派的工业系统的可靠性

　　树莓派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。但是，该平台通常不受欢迎，因为它依赖于SD卡技术进行系统数据存储。也就是说，我们需要记住，SD卡易于访问，易于闪存，并且易于更换。SD卡有很多优点，不容忽视。

　　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，额外的费用是不合理的，选择价格较低的SD卡是可以理解的。虽然这些对于开始使用 Pi 来说很好，但如果最终应用程序的可靠性是业务关键型的，那么您就不能便宜。

　　优质的工业级单级电池（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。由于它们每个单元仅写入一位数据，而不是多级单元（MLC）或三级单元（TLC）SD卡，因此它们的读/写耐久性要好一个数量级。

　　工业级SD卡可以承受高温和重振动力，性能与任何其他系统存储替代方案（标准SD卡可能会发生故障）一样好。还有几个症结需要解决。首先是电源不稳定，这可能导致文件系统或数据损坏 - 因此必须采取措施来解决这个问题。其次，任何存储介质最终都注定要失败。

　　解决存储故障情况

　　通过引入面向工业的树莓派计算模块系列，为树莓派平台开辟了新的机遇。它现在以更易于嵌入工业应用的外形尺寸提供。标准版本用嵌入式eMMC闪存设备替换SD卡，而“精简版”版本没有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喜欢的外部存储介质。

　　除了主 SD 接口（用于系统启动）外，树莓派计算模块规范还包含额外的数据存储。因此，不适当利用这一点似乎是浪费的。这正是斯费拉实验室所做的！

　　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进行管理。这为内存存储资源带来了智能，使其配置能够以多种有价值的方式进行调整。因此，可以获得主要的操作优势 - 从而提高系统可靠性。

　　双 SD 卡架构的优势

　　双SD卡架构将使操作系统（OS）与数据存储分离。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连续的写入活动，否则会缩短其使用寿命。

　　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卡发生故障，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故障数据存储元素。

　　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持续可靠性，因为所经历的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。通过在两个SD卡上存储完整文件系统的副本，如果已经运行的卡开始出现故障，Sfera Labs的交换机矩阵可以从一个卡切换到另一个卡。切换后，可以通过辅助总线访问发生故障的SD卡，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，告知应更换该卡。在此期间，另一张SD卡将继续运行文件系统，设备操作将继续。

　　最终，经过多年的连续正常运行时间，以及少量的运行时更新和补丁，难以到达的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。这就是拥有双SD卡架构可以再次真正展示其价值的地方。

　　在系统继续正常运行的同时，可以进行全面升级，只需下载最新的系统映像并将其刷新到辅助SD卡即可。加载后，从新刷出的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

　　针对工业控制基础设施和工业服务器，Sfera Labs的新型Strato Pi CM Duo和Iono Pi Max都配备了树莓派计算模块。值得注意的是，由于每个器件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。通过来自树莓派的简单命令，可以在两个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。

　　这两种设备都有一个嵌入式微控制器，用于监控其Raspberry Pi计算模块的活动，以及一个监视GPIO之一的看门狗功能，以检测操作中的任何中断（类似于系统的数字心跳）。如果有什么东西卡住，可以执行强制重置。

　　如果主SD卡发生故障，微控制器将注意到并强制关闭Pi，切换到另一个SD卡，然后重新启动。树莓派计算模块可以告诉微控制器在将来上电时应该从哪个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计时，可以设置在切换到另一个SD卡之前从其中一个SD卡启动的尝试次数。

　　除了具有刚才介绍的功能优势外，平流层晶片CM Duo和Iono Pi还通过其他属性与竞争产品进一步区分开来。其中包括带有可更换备用电池的 实时时钟（RTC），具有独立电源控制和故障检测功能的USB端口，以及来自微芯片的专用ATECC608安全元件IC。该器件还具有稳定/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