{"id":504,"date":"2020-12-06T08:52:36","date_gmt":"2020-12-06T08:52:36","guid":{"rendered":"https:\/\/picockpit.com\/raspberry-pi\/?p=504"},"modified":"2023-11-13T11:42:54","modified_gmt":"2023-11-13T11:42:54","slug":"monitor-sd-card-health-of-raspberry-pi","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/picockpit.com\/raspberry-pi\/nl\/monitor-sd-card-health-of-raspberry-pi\/","title":{"rendered":"Alles over de gezondheid van SD-kaarten op de Raspberry Pi"},"content":{"rendered":"
\"Gezondheid<\/figure>\n\n\n\n

De SD-kaart is - naast de voeding - een kritisch extra onderdeel van de Raspberry Pi. De gezondheid van de SD-kaart in de gaten houden is erg belangrijk voor een soepele werking van uw Raspberry Pi besturingssysteem en een goede gebruikerservaring. Dit artikel zal u verschillende manieren tonen om de gezondheid van uw microSD-kaart te controleren en te bewaken.<\/p>\n\n\n\n

Eerst geef ik een diepgaand overzicht van hoe geheugenkaarten werken, zodat je de mogelijkheden en beperkingen van het controleren van de gezondheidstoestand van je SD-kaart kunt begrijpen.<\/p>\n\n\n\n

Daarna leg ik uit hoe je je microSD-kaart kunt beschermen door veelvoorkomende problemen van Raspberry Pi-gebruikers te verminderen. We gaan ook in op de beste merken microSD-kaarten voor Raspberry Pi die we aanbevelen.<\/p>\n\n\n\n

Als je wilt, kun je ook verder naar beneden gaan, om alleen de Linux-commando's te krijgen om de huidige status van de microSD-kaart te controleren.<\/p>\n\n\n\n

Grondbeginselen: Binnenkant van de microSD-kaart<\/h2>\n\n\n
\n
\"Inneres
Afbeelding: Illustratie van de binnenkant van een SD-kaart. De microSD-kaart heeft een soortgelijke structuur. Afbeelding bron: CC-BY-SA Korpsvart<\/a>, Wikimedia Commons<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

De microSD-kaart bevat een flash-geheugenchip (links op de foto), en een microcontroller (rechts op de foto, meestal ARM-gebaseerd).<\/p>\n\n\n\n

Flash<\/h3>\n\n\n\n

Flashgeheugen slaat informatie op door \"vangen\" elektronen<\/strong>die met hoogspanning door een niet-geleider worden \"ge\u00efnjecteerd\" in een zgn. vlottende poort<\/strong>(**). De elektronen maken dus deel uit van een transistor die al dan niet een aangesloten stroom kan laten lopen, afhankelijk van de lading van de zwevende poort. Theoretisch kunnen ze niet wegvloeien, omdat de zwevende poort elektrisch ge\u00efsoleerd is<\/strong>. Dit betekent dat de informatie blijft staan, zelfs nadat de stroomtoevoer is uitgeschakeld.<\/p>\n\n\n\n

\n
\n
\"\"
Afbeeldingen: CC-BY-SA \u0414.\u0418\u043b\u044c\u0438\u043d Wikimedia Commons<\/a> \/  Jlochoap CC-0<\/a><\/em><\/figcaption><\/figure>\n<\/div><\/div>\n<\/div>\n\n\n
\n
\"\"<\/figure>\n<\/div>\n\n\n

De informatie wordt steeds afgelezen tussen bron (S) en drain (D). Elektronen die in de zwevende poort worden gebracht, verhogen b.v. de drempelspanning van de transistor, van waaruit stroom zou gaan lopen. De transistor blokkeert dan bij een normale leesspanning (geleidt niet).<\/p>\n\n\n\n

Voor het programmeren van de zwevende poort zijn aanzienlijk hogere elektrische spanningen (bijv. 10 V) nodig dan voor normaal lezen (bijv. 3,3 V). Om dit te doen, speelt ook de controlepoort (V1\/V2\/V3) een sleutelrol.<\/p>\n\n\n\n

Om alles te wissen, drijft de controlepoort elektronen uit de zwevende poort door een hoge negatieve spanning aan te leggen.<\/p>\n\n\n\n

NAND flash componenten die in microSD kaarten worden gebruikt groeperen de individuele geheugentransistors in pagina's, en verschillende van de pagina's in blokken. Een pagina heeft tussen 512 en 8192 bytes, een blok kan tot 256 pagina's bevatten (dus een totaal van 2048 kB met een paginagrootte van 8 kB).<\/p>\n\n\n\n

Schrijven (voor een logische \"1\") kan bitgewijs of op zijn minst byte\/woordgewijs. Wissen (voor een logische \"0\") kan alleen bloksgewijs. Als er ongewijzigde informatie is, moet die opnieuw worden geprogrammeerd.<\/p>\n\n\n\n

Flashgeheugens hebben een beperkte levensduur door het programmeren en wissen, wat we berekenen in wiscycli.<\/strong><\/span><\/p>\n\n\n\n

De reden voor de beperkte levensduur is schade aan de isolerende oxidelaag, die de zwevende gate beschermt tegen ladingslekkage, veroorzaakt door de hoge spanningen. Zodra deze laag geleidend wordt, kan de geheugencel geen informatie meer vasthouden.<\/p>\n\n\n\n

Terzijde: Multi-level celgeheugen cellen<\/h3>\n\n\n\n

Aanvankelijk waren er slechts twee ladingstoestanden (1 bit aan informatie<\/strong>) per geheugencel. Nu, dankzij meerdere zwevende poorten per transistor, slaan geheugencellen met meerdere niveaus verschillende ladingstoestanden op en dus meerdere bits per geheugentransistor. Tijdens het uitlezen evalueert het systeem hoe de toegepaste stroom anders door de transistor wordt geleid.<\/p>\n\n\n\n

Enerzijds kan daardoor de dichtheid van de geheugencellen aanzienlijk worden verhoogd, maar anderzijds verloopt het uitlezen langzamer en reageren de geheugencellen veel gevoeliger met bitfouten op ladingverliezen. Met single-level cellen zijn 100.000 tot 1.000.000 write-erase cycli mogelijk, met TLC's (triple-level cellen met drie bits per geheugencel) ca. 1000 write-erase cycli.<\/p>\n\n\n\n

Dit is de reden dat industri\u00eble SD-kaarten gewoonlijk een lagere geheugendichtheid hebben, en SLC (single level cells) gebruiken, voor een betere gegevensintegriteit<\/strong>.<\/span><\/p>\n\n\n\n

De controleur<\/h3>\n\n\n\n

De controller heeft tot taak de flitser te beheren, en in het bijzonder om nivellering van slijtage en correctie van leesfouten<\/strong>. De prestaties en de levensduur van de microSD-kaart hangen in beslissende mate af van de algoritmen die in de controller worden gebruikt.<\/p>\n\n\n\n

Flash-geheugen kan niet zo vaak worden herschreven als nodig is vanwege beschadiging van de isolerende oxidelaag van de zwevende poorten, zoals hierboven beschreven. Om beschadiging van afzonderlijke gebieden die bijzonder vaak worden gebruikt te voorkomen, de controller varieert de fysieke toewijzing tot de blokken die logisch kunnen worden aangesproken door het bestandssysteem (= wear leveling).<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Deze variatie van de fysieke toewijzing is ook de reden dat het schrijven-testen van de SD-kaart (door te schrijven & lezen met bad block tools, enz.) in feite niet de echte slechte blokken zal identificeren en u in staat zal stellen om ze te vermijden op het besturingssysteem \/ bestandssysteem niveau! Alleen de flash-geheugen-controller in de microSD-kaart weet welk blok op een bepaald moment wordt geschreven naar \/ gelezen van, en zoals besproken kan dit in de loop van de tijd veranderen.<\/strong><\/span><\/p>\n\n\n\n

Defecte blokken (slechte blokken) zijn al aanwezig in gloednieuwe flash-geheugens. Deze defecte blokken worden gemarkeerd in een speciaal gebied van het flash-geheugen.<\/p>\n\n\n\n

Foutcorrectie-informatie voor individuele blokken wordt ook beheerd, zodat leesfouten kunnen worden gecorrigeerd door middel van checksums. De controller voegt blokken met geclusterde leesfouten toe aan de lijst van slechte blokken, en verschuift de feitelijke fysieke toewijzing van het logische blok.<\/p>\n\n\n\n

De microSD-kaart heeft gewoonlijk - afhankelijk van de fabrikant - ongeveer 10% reservecapaciteit om de slechte blokken te vervangen door goede \"reserveblokken\".<\/p>\n\n\n\n

Vieze kleine geheimpjes: Flash geheugen problemen<\/h3>\n\n\n\n

Verwijdering is alleen met de klok mee<\/h4>\n\n\n\n

Gegevens kunnen alleen blok voor blok worden gewist. Wissen zet de geheugencellen onder druk en verkort hun levensduur - er worden nieuwe slechte blokken gecre\u00eberd.<\/p>\n\n\n\n

Defecte blokken uit de fabriek<\/h4>\n\n\n\n

Flashgeheugens worden reeds met defecte blokken geleverd. In de loop van het gebruik worden nog meer defecte blokken (slechte blokken) toegevoegd. Daarom probeert de controller door middel van wear-leveling de blokken zo gelijkmatig mogelijk te verdelen.<\/p>\n\n\n\n

MLC en TLC bijzonder gevoelig<\/h4>\n\n\n\n

Geheugencellen met meerdere niveaus (MLC's) verminderen het aantal wiscycli en daarmee de betrouwbaarheid op lange termijn.<\/p>\n\n\n\n

Lees Storen<\/h4>\n\n\n\n

Een fenomeen dat ik nog niet heb genoemd, maar dat bijzonder verraderlijk is, is Lees Storen<\/strong>. Zelfs wanneer alleen van de kaart wordt gelezen, kan dit - alleen al door het lezen - ertoe leiden dat naburige geheugencellen in hetzelfde blok hun programmering wijzigen. De waarschijnlijkheid dat dit gebeurt neemt sterk toe na een paar 100.000 lezingen.<\/p>\n\n\n\n

Om Read Disturb te vermijden logt de controller daarom het aantal toegangen tot een blok, om het in \u00e9\u00e9n stuk naar een nieuwe locatie te kopi\u00ebren wanneer een drempel wordt overschreden, en het oorspronkelijke blok te wissen. Daarna kan het blok opnieuw worden gebruikt.<\/p>\n\n\n\n

Dit zijn allemaal dingen die een controller moet compenseren om ons voor te houden dat het aan de buitenkant een \"perfecte geheugenkaart\" is, terwijl hij er aan de binnenkant allesbehalve perfect uitziet!<\/p>\n\n\n\n

Tenslotte kunnen door r\u00f6ntgenstralen geschreven bits onbedoeld worden gewist. Hier kan alleen een r\u00f6ntgenveilig ontwerp van de kaart ervoor zorgen dat de gegevens intact blijven.<\/p>\n\n\n\n

Fabrikant en selectie van een goede kaart<\/h2>\n\n\n\n

Zowel de microcontroller en het flash-apparaat als de uiteindelijke microSD-kaart kunnen van verschillende fabrikanten komen - de Panasonic SD-kaart op de voorbeeldfoto heeft een Samsung flash. De controller is gemaakt in Japan.<\/p>\n\n\n\n

Er zijn vier fabrikanten die NAND-flashapparaten produceren:<\/p>\n\n\n\n