今天，筆者要為大家分享一個由SD引發的災難，以及該災難被我們項目組攻克的技術案例。
去年上半年，我們公司承接了某大型廣告公司的電梯廣告顯示屏的項目，該產品使用了飛思卡爾的IMX6系列芯片作為主控CPU，具備媒體人機觸摸互動、媒體投放、遠程升級、錄像監控等功能。其中很重要的一項功能就是監控和保存功能，因客戶的報價較低，我們理所當然的選擇了SD卡作為錄像數據的保存介質。
沒想到，災難半年后就降臨了，半年前發貨的10K機器，每個月都有10%的損壞率，損壞的機器90%都是SD卡損壞了！關鍵的監控視頻信息全部丟失，客戶不但要求我們賠償SD卡的損失，延長質保期，而且威脅一個月內不解決將終止合作，客戶是老板的唯一大客戶，丟失這個客戶我們離解散就不遠。老板甚至放下狠話：一個月內不解決，你們跳槽，我跳樓。
項目組首先從客戶的使用的電梯的場景入手，場景的特點如下：
1、電梯內部布滿各種通信線、音視頻線、電力線，互相之間的干擾非常嚴重
2、電梯內的廣告機每天晚上12點至早上6點回自動斷電，白天自動上電
3、廣告機只要開機就需要一直錄像，保存到本地的SD卡中。
於是我們首先模擬現場的應用場景，第一個場景公司內部無法模擬，於是先模擬第二和第三個場景，事設備上電10分鍾，掉電5分鍾，只要一上電就開始錄像，提高上下電的頻率。樣本數量使用了50台。
實驗第一天，SD卡損壞0張；
實驗第二天，SD卡損壞1張；
實驗第三天SD卡損壞3張，一直到實驗到第6天，SD卡一共損壞8張。
我們基本找到SD卡損壞的原因：就是設備上下電導致的。於是大家分頭行動，從硬件和軟件、驅動着手，分析掉電可能引起的原因。
首先是驅動工程師查閱MMC的規范“JESD84-B45”時有發現，如下圖1所示
圖1 ：JESD84-B45規范中掉電的要求。
文中大概的意思就是，主機在掉電關閉設備前，應該通知SD卡控制，由控制判斷掉電的緊迫性，從而進入對本身設備的保護模式，並且在這之前，應該保持設備的電源處於工作范圍之內。
繼續查閱SD卡2.0規范中，SD卡的標准只保證在讀數據過程中，意外斷電和移除可以對數據進行保護，對寫和擦除過程中的掉電的，完全沒有把握保護數據，也就是SD卡內部的本身固件、用戶數據都是有可能丟失的。
圖2：SD 2.0標准中對SD卡的保護闡述
通過查閱相關的規范，我們知道了原因的所在，就是我們的設備在斷電的時候，還在錄像保存數據，進行不斷的寫和擦除SD卡的操作。
經過討論，我們采用了如下的方案。.其中，方案的核心主要有3個
第一：掉電檢測電路；
第二：超級電容繼續供電電路
第三：掉電后軟件處理機制。
圖3：SD卡掉電保護的處理過程
下圖4是掉電檢測電路，可以精准的檢測一旦電壓跌落至10V（電源為12V供電），馬上送掉電信號給CPU。
圖4：掉電檢測電路
下圖5是超級電容的充放電電路，增加該電路可以使掉電后繼續維持2秒鍾的時間，使CPU完成掉電后的保護處理工作。
圖5：超級電容充放電電路
經過了上述的整改，我們生產了50台設備，進行連續7天24小時，10分鍾一個循環的上下電測試，沒有一台設備的SD卡損壞，證明了上述方案可行。老板的樓，終於不用跳了。
經驗總結，其實CPU原廠提供的DEMO參考設計，基本都是處在能用的狀態，離真正的高可靠應用，還有很大的距離，需要我們工程人員的不斷挖掘和積累。才能設計出高可靠性的產品。
創易棧小編點評：
上述案例Flash的損壞是供電系統不穩定造成，電源電壓的異常可能會導致系統單片機系統工作異常的現象，如輸出電壓小於單片機系統工作所需的最小電壓，輸出電壓不干凈，噪音嚴重等，這些很容易引起單片機內部電路的邏輯紊亂。
Flash的讀寫信號處於不穩定狀態，可能產生滿足Flash的寫操作，從而給系統帶來嚴重的損害。針對以上情況，可以在系統中加入電源監控芯片或使能MCU本身的電源監控電路，在電源異常的情況下禁止對Flash區域操作。
除了電源失效，會造成Flash損壞的常見原因還有以下幾種：
1、用戶代碼對Flash的誤操作不當引起程序丟失或被錯誤改寫
例如，在有對Flash寫入或擦除操作的代碼中，如果用戶誤調用了寫入或擦除函數或者由於程序跑飛而恰好執行了Flash擦除或寫入函數，這自然會導致數據丟失或改變。
針對以上情況，可以在程序中設置多個允許操作的變量，當執行寫入或擦除操作時，對這些變量進行判斷，只有條件全部滿足時，才執行相應的操作。
在一些不需要進行擦除或寫入操作的系統中，對存儲區進行寫保護或擦除保護設置，能有效的防止數據被意外修改。做到了寫入或擦除的可控性，基本可以避免此種情況發生。
2、系統時鍾不穩定
無論對於內部Flash還是外部Flash，系統時鍾的不穩定，都將導致MCU得不到可靠的工作時序信號，從而在讀寫Flash時產生不可預料的后果。
3、環境干擾
環境干擾的可能原因很多，如生產過程中的高溫焊接、靜電、使用環境的溫濕度，強磁場等，都可能影響到Flash或整個系統的穩定。環境干擾的因素很多，在此不展開討論。