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nand flash 擦除时间关于烧卡，云存储的一些科普，问题解答

发布时间 : 2024-10-05

作者 : 小编

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关于烧卡、云存储的一些科普、问题解答

关于摄像机烧卡的问题，无论是论坛还是其他渠道，一直是一个高频的反馈问题，甚至也有很多误解，认为我们故意搞坏内存卡，为的就是卖云存储收费，本篇文章针对几个核心的问题，做正面的技术、逻辑探讨，也针对后续内存卡相关的一些方案做下同步。为什么会烧卡？ 什么是TF卡的寿命？[/i]烧卡的核心问题还是卡的寿命问题，很多人会疑问，我卡在手机上好好的，用了很长时间都不坏，为什么到摄像机里没多久就坏了？在回答这个问题之前，我们首先看一下卡的寿命是什么？内存卡和现在的固态硬盘类似，用的都是NAND FLASH，NAND FLASH又分为SLC、MLC、TLC，最新的还有QLC的版本，具体的差异见下图，区别就是单位容量价格越来越低，但是支持的写入次数越来越少。早期的内存卡、固态硬盘都是MLC的，目前主流的都是TLC甚至QLC的了。

图摘自知乎：固态硬盘和U盘里的slc、mlc、tlc、qlc颗粒有什么区别？ - 知乎从上表可以看到，理论擦写次数TLC在500-1000次，这个擦写是指完整从头到尾写入的次数。而且是理论值，很多TF卡鱼龙混杂，有些低价的TF用的是大厂流出来的B规颗粒，实际寿命还会减少，下方这款西部数据出的专用TF卡，写入就是用的3D-TLC技术，理论擦写次数500次，这个容量西数官方测试是支持592天的高清视频持续录制。如果是低容量甚至更差一点的卡，实际寿命可想而知。所以影响TF卡寿命的核心是擦写次数，目前主流的TLC存储卡理论寿命在500次左右，实际很多卡的寿命更低。

为什么摄像机总会烧卡？[/i]有了TF卡寿命的概念之后，结合使用场景看下烧卡的原因，目前我们的摄像机普遍采用H264（老款）H265（新款）的压缩编码方式。对于一个新款的200万像素，H265编码的摄像机一天24小时不间断录像的文件大小21GB左右，如果插入的是一张16GB的TF卡，一天就能完整写入一次多，如果是老款的H264压缩的摄像机，一天的数据量能够达到40GB，一天就能够来回擦写两次以上。结合上面我说的即使是西数专用的紫盘TF卡，写入次数在500次，可以算算如果是16G的卡，H265的新款摄像机，一年不到就能写入三四百次，如果是H264的老款摄像机，半年就能写个三四百次，基本上就能够达到TF卡的寿命上限。

为什么我的卡在其他设备上不烧？[/i]回答这个问题，还是先区分一下使用场景，360行车记录仪也有反馈烧卡的情况，但是整体的比例比摄像机少很多，我们行车记录仪很多还是前后双录，两路流同时写入，数据量更大，但是因为不会一天24小时开车，一天即使开车4个小时，寿命也是同条件下摄像机的6倍，用个三年以上都没问题，所以虽然也有反馈，但是由于使用场景的差异，比例小很多。记录仪和摄像机类似的都是高写入的场景，而放到手机等其他场景，更是多数是读取，很少是写入，而影响寿命的恰恰是写入，手机存储卡可能使用几年下来都不会完整的写入几次，所以这种使用场景并不会影响卡的寿命。目前最新的QLC固态硬盘更是如此，量大、便宜，虽然只有一两百次的写入寿命，但是用作系统盘，多数场景是系统启动时系统文件的读取，大的容量也并不会完整写入多少次，所以虽然看着一两百次的寿命短，实际上在电脑的使用场景下，这个寿命仍然是足够的。所以结论，TF卡在其他设备上不容易烧的原因是因为这类设备不是摄像机这种来回循环擦写的高写入场景，不会触碰到卡的写入寿命瓶颈。 怎样避免烧卡？ 用正规的大品牌的卡、大容量的卡[/i]TF卡的市场水很深，市面上能做NAND FLASH颗粒、DIE的就那几家大厂，有些不良的或者低规的颗粒流出来，就会被一些品牌封装成低价的卡，所以现在买固态硬盘都会看是不是原厂颗粒，有些的颗粒会被打磨、二次打标，变成其他品牌等，TF卡的存储单元和固态硬盘一样都是NAND FLASH，逻辑是一样。所以买闪迪、三星、金士顿等大品牌（还得是正品，大品牌假货也多）的卡，寿命更有保证。另外就是容量越大，支持存储的天数越多，循环擦写一次用时也就越长，如200W的 H265如果是16G的卡一天就能写完一个循环，32G的卡寿命就会翻倍。对于新买的卡，目前主流容量64G性价比已经比较高了，可以考虑64G起步。当然，我相信很多人和我一样，手里可能有些老的如16G、甚至8G的闲置卡，没地儿用，就顺手插在摄像机里，这样几个月烧张卡就很正常了，所以建议如果有这种小容量的老卡，还是放在故事机或者门铃里去用，别插摄像机里了，确实有点浪费。（不推荐）选MLC的卡[/i]我的汽车是自带行车记录仪，按照上面的逻辑，应该不会烧卡那么严重，但是因为有前后左右四路摄像头，四路会同时写入，所以数据量很大，连续烧了我多个U盘，最新的系统更新后，要求必须使用64G以上的U盘，我也在网上买了这个车型专用的MLC U盘，特点就是擦写次数高，这才避免了我之前循环烧U盘的问题。但是目前U盘一般不在标注类型，而且MLC的价格也要贵很多，所以不推荐，有这个价钱不如买个更大容量的划算。你们就没啥优化方案么？ 难道只能我们换卡了，你们就没有啥优化方案了么？有，优化方案一直有做，但是还是先对齐下认知，避免阴谋论，接下来说几个优化方案的取舍。方案一：支持事件卡录[/i]这个是最简单直接的方案，把24小时不间断的录，改为有画面变化才录，因为不会持续录，寿命自然延长，按照我们的统计数据，如果改为画面变化就录像，平均一天录制6-8个小时，那么卡的寿命能够延长3-4倍。那么为什么没做？凡是有利有弊，论坛里也有反馈云存漏录的情况，因为画面变化触发录像有一套规则，如果规则严格了，就会出现了画面变化了但是没有录下来，如果规则比较松，则录了大量的误报，既给用户造成了干扰，也达不到减少录制时间，延长卡寿命的效果。所以之前对卡录的定位就是对云录的补充，不放过任何一个时间段，方便事后查证，保证不丢数据，传统安防使用硬盘录像机（NVR）就是这种逻辑，卡录就是在这个需求场景下的功能实现。后续新型号会陆续提供可选项，允许用户根据自己的场景选择事件录像还是持续录像，老设备由于型号较多，需要根据排期情况逐步更新。所以这块的结论是，会做事件卡录选项，把选择权交给用户。方案二：支持存储空间预分配[/i]NAND FLASH以页为最小单位写，写之前要以块为最小单位擦除，本身底层包含一套比较复杂的算法，出现坏块还需要做坏块的管理。而频繁的擦写容易产生碎片和坏块，存储空间预分配就是先以整块的方式将空间预分配，然后再逐块写入，避免频繁操作的碎片化问题，降低坏块出现概率。但是这个方案也有一个缺点，把卡拔出来插入到电脑上没办法看到一个个独立的视频文件，必须在手机上或者通过专用的视频转换工具才可以查看视频。不过虽然有这个缺点，但是提升也是比较明显，后续会逐步在新品种落地，我们会提供相对完善的工具方便视频查看、导出。方案三：换更适合TF卡的文件系统[/i]文件系统包含对底层存储硬件的管理，这部分较为复杂就不做详细展开，有一些更适合NAND FLASH的文件系统，但是弊端也很明显，不像FAT文件系统那样通用，插电脑上就能识别，方案二是能识别文件，需要通过工具才能导出视频，这个方案如果做，卡查到电脑上连文件系统都不识别了。所以这块针对TF卡我们不折腾，维持FAT32文件系统，后续再内置的NAND FLASH中会使用。上面挑了一些我们讨论并尝试的一些方案，还有些过于技术化的内容不在这里展开，实际上针对TF卡的优化操作还有很多尝试，如果有好的建议也可以提出讨论。最后关于一些问题的回应 频繁烧卡就是为了卖云存？[/i]论坛包括一些社交渠道见过比较多的这种说法，所实话，可以理解，但是确实过于阴谋论了。一个正常的商业公司，不可能不知道不能“竭泽而渔”的道理。只有给用户提供一个良好的用户体验，做大用户基数，才能有更多的增值服务转化。而不会傻到去烧用户的卡，逼着用户买云存。即使抛开商业道德不谈，从商业利益角度也不会这么去做。退一万步说，只要卡的硬件电路设计正常，想要在软件层面去烧一张卡也不容易啊，要频繁产生大量的垃圾数据靠不停的擦写去搞坏一张卡，如果有这种“阴谋”做法，藏不住的，很容易被抓出来，早就被锤了。所以，频繁烧卡为了卖云存，过于阴谋论，于商业利益、于商业风险，都不可能去做。云存和卡录也不是一码事，两者不是替代关系[/i]目前用户购买最多的是7天事件云存，这个场景和卡录不是替代关系。一个是事件触发存储，为了平衡误报和漏录的平衡，两种情况都有可能。之前做的不间断卡录就是为了不丢录像，两个场景触发条件不一样。一个存储7天，而一个128G的卡，一般只能存5天左右，小卡时间更短，一长一短，记录天数不一样。很多用户家里被偷，摄像机往往也被偷了，录像的卡也被一起拿走了，云录不存在这个问题，几秒钟一个片段就会传到云端，这种被盗的极限场景不会丢数据，这个不一样。APP启动时，云录像直接从服务器加载，而且我们会做预加载，视频加载更快，切换体验更好，随点、随看（广告：新的APP 360智慧生活兼容老的摄像机，云存查看更快），卡录像默认不上云，查看的时候要建立APP到摄像机的P2P连接，加载数据，查看速度会慢一点，使用体验不一样。所以，无论是功能特点还是我们对两个功能的定位上，卡录和云录不是替代关系，也没有强推云录，替代卡录的意愿。而且云录和云盘不一样，成本更高，不是相同的一个电影，10个人存储，实际存的是一部电影，服务端存一份就可以，摄像机的云录，每个设备的视频文件都是独一无二的，都需要单独存储，各位可以自行算一下，如果平均每天寸8个小时，存7天，存储和带宽成本大概多少钱。而有些竞品默认是不赠送免费的云存储，需要付费购买的。有些竞品虽然赠送，但是默认上传的视频分辨率只有800*480分辨率，手里有其他品牌产品的用户，可以保存下他们的视频，查下视频属性，对比一下，这里就不展开了。最后，最后，就事论事，理性沟通，我们积极听取用户反馈，也以此为鞭策积极改进，让产品体验越来越好。

作为嵌入式工程师的你，这些FLASH你应该明白吧

嵌入式开发得弄明白各种Flash

1、Flash Memory的简介

大家好，我是一哥，今天来介绍下嵌入式的各种Flash。所谓Flash，是内存（Memory）的一种，但兼有RAM和ROM 的优点，是一种可在系统（In-System）进行电擦写，掉电后信息不丢失的存储器，同时它的高集成度和低成本使它成为市场主流。

Flash 芯片是由内部成千上万个存储单元组成的，每个单元存储一个bit。具有低功耗、大容量、擦写速度快、可整片或分扇区在系统编程（烧写）、擦除等特点，并且可由内部嵌入的算法完成对芯片的操作，因而在各种嵌入式系统中得到了广泛的应用。

作为一种非易失性存储器，Flash在系统中通常用于存放程序代码、常量表以及一些在系统掉电后需要保存的用户数据等。

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常用的Flash为8位或16位的数据宽度，编程电压为单3.3V。主要的生产厂商为INTEL、ATMEL、AMD、HYUNDAI等。Flash 技术根据不同的应用场合也分为不同的发展方向，有擅长存储代码的NOR Flash和擅长存储数据的NAND Flash。一下对NOR Flash和NAND Flash的技术分别作了相应的介绍。

2、Flash Memory主要特性

与传统的硬盘存储器相比，Flash Memory 具有质量轻、能耗低、体积小、抗震能力强等的优点，但也有不少局限性，主要如下：

.需要先擦除再写入Flash Memory 写入数据时有一定的限制。它只能将当前为 1 的比特改写为 0，而无法将已经为 0 的比特改写为 1，只有在擦除的操作中，才能把整块的比特改写为 1。

块擦除次数有限Flash Memory 的每个数据块都有擦除次数的限制（十万到百万次不等），擦写超过一定次数后，该数据块将没法可靠存储数据，成为坏块。

为了最大化的延长 Flash Memory 的寿命，在软件上须要做擦写均衡（Wear Leveling），通过分散写入、动态映射等伎俩均衡使用各个数据块。同时，软件还须要进行坏块管理（Bad Block Management，BBM），标识坏块，不让坏块参与数据存储。（注：除了擦写导致的坏块外，Flash Memory 在出产过程也会产生坏块，即固有坏块。）

.读写干扰由于硬件实现上的物理特性，Flash Memory 在进行读写操作时，有可能会导致邻近的其他比特发生位翻转，导致数据异常。这种异常可以通过重新擦除来恢复。Flash Memory 应用中通常会使用 ECC 等算法进行错误检测和数据修正。

.电荷泄漏存储在 Flash Memory 存储单元的电荷，如果长期没有使用，会发生电荷泄漏，导致数据错误。不过这个时间比较长，一般十年左右。此种异常是非永久性的，重新擦除可以恢复。

3、Nor Flash 和 Nand Flash

根据硬件上存储原理的不同，Flash Memory 主要可以分为 NOR Flash 和 NAND Flash 两类。主要的差异如下所示：

·NAND Flash 读取速度与 NOR Flash 相近，根据接口的不同有所差异；

·NAND Flash 的写入速度比 NOR Flash 快很多；

·NAND Flash 的擦除速度比 NOR Flash 快很多；

·NAND Flash 最大擦次数比 NOR Flash 多；

·NOR Flash 支持片上执行，可以在上面直接运行代码；

·NOR Flash 软件驱动比 NAND Flash 简单；

·NOR Flash 可以随机按字节读取数据，NAND Flash 需要按块进行读取。

·大容量下 NAND Flash 比 NOR Flash 成本要低很多，体积也更小；（注：NOR Flash 和 NAND Flash 的擦除都是按块块进行的，执行一个擦除或者写入操作时，NOR Flash 大约需要 5s，而 NAND Flash 通常不超过 4ms。）

1、NOR Flash

NOR Flash 依据与 CPU 端接口的不同，能够分为 Parallel NOR Flash 和 Serial NOR Flash 两类。

Parallel NOR Flash 能够接入到 Host 的 SRAM/DRAM Controller 上，所存储的内容能够直接映射到 CPU 地址空间，不须要拷贝到 RAM 中即可被 CPU 访问，因而支持片上执行。Serial NOR Flash 的成本比 Parallel NOR Flash 低，主要通过 SPI 接口与 Host 连接。

鉴于 NOR Flash 擦写速度慢，成本高等特性，NOR Flash 主要应用于小容量、内容更新少的场景，例如 PC 主板 BIOS、路由器系统存储等。

2、NAND Flash

NAND Flash 需要通过专门的 NFI（NAND Flash Interface）与 Host 端进行通信，如下图所示：

NAND Flash 依据每个存储单元内存储比特个数的不同，能够分为 SLC（Single-Level Cell）、MLC（Multi-Level Cell）和 TLC（Triple-Level Cell）三类。其中，在一个存储单元中，SLC 能够存储 1 个比特，MLC 能够存储 2 个比特，TLC 则能够存储 3 个比特。

NAND Flash 的一个存储单元内部，是通过不同的电压等级，来表示其所存储的信息的。在 SLC 中，存储单元的电压被分为两个等级，分别表示 0 和 1 两个状态，即 1 个比特。在 MLC 中，存储单元的电压则被分为 4 个等级，分别表示 00 01 10 11 四个状态，即 2 个比特位。同理，在 TLC 中，存储单元的电压被分为 8 个等级，存储 3 个比特信息。

NAND Flash 的单个存储单元存储的比特位越多，读写性能会越差，寿命也越短，但是成本会更低。Table 1 中，给出了特定工艺和技术水平下的成本和寿命数据。

相比于 NOR Flash，NAND Flash 写入性能好，大容量下成本低。目前，绝大部分手机和平板等移动设备中所使用的 eMMC 内部的 Flash Memory 都属于 NAND Flash。PC 中的固态硬盘中也是使用 NAND Flash。

4、ROW Flash和Managed Flash

由于 Flash Memory 存在按块擦写、擦写次数的限制、读写干扰、电荷泄露等的局限，为了最大程度的发挥 Flash Memory 的价值，通常需要有一个特殊的软件层次，实现坏块管理、擦写均衡、ECC、垃圾回收等的功能，这一个软件层次称为 FTL（Flash Translation Layer）。

在具体实现中，根据 FTL 所在的位置的不同，可以把 Flash Memory 分为 Raw Flash 和 Managed Flash 两类。

1、Raw Flash

在此类应用中，在 Host 端通常有专门的 FTL 或者 Flash 文件系统来实现坏块管理、擦写均衡等的功能。Host 端的软件复杂度较高，但是整体方案的成本较低，常用于价格敏感的嵌入式产品中。

通常我们所说的 NOR Flash 和 NAND Flash 都属于这类型。

2、Managed Flash

Managed Flash 在其内部集成了 Flash Controller，用于完成擦写均衡、坏块管理、ECC校验等功能。相比于直接将 Flash 接入到 Host 端，Managed Flash 屏蔽了 Flash 的物理特性，对 Host 提供规范化的接口，能够减少 Host 端软件的复杂度，让 Host 端专注于上层业务，省去对 Flash 进行特殊的处理。

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