Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik "unkaputtbare" Speicherkarte bauen?


von Bauform B. (bauformb)


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moin, moin,

hier geht es ausnahmsweise nicht um SD-Karten am Raspberry, sondern um 
ca. 96 Megabyte. Dafür scheint mir NOR-Flash mit SPI optimal zu sein. 
Normal würde ich 2 bis 3 Chips einlöten und fertig. "Der Speicher" soll 
aber steckbar sein und deshalb frage ich mich (und euch), was man mit 
Hausmitteln gegen ESD machen kann.

Die Speicherkarte darf relativ groß werden, weil sie Sandwich-artig auf 
eine Europakarte gesteckt wird. Andererseits soll sie mechanisch stabil 
bleiben und kürzere Antennen sind ja auch vorteilhaft. Die fetten SO-16 
Gehäuse würde ich gerne durch SO-8 ersetzen, aber die gibt es nur mit 
64MBit, evt. noch 128MBit. DFN und BGA kommen nicht in Frage, weil ich 
deren Lötstellen nicht traue (Temperaturzyklen im Freien und 
Biegebelastung beim Stecken).

Stecken unter Spannung und ESD im Betrieb ist dank der sonstigen 
Mechanik kein Problem. Trotzdem sollte man die IC-Pins nicht berühren 
können, auch nicht über die Vias auf der Rückseite. Also brauche ich 4 
Lagen und Blind Vias, dann kann die Rückseite eine durchgehende 
Massefläche sein. Naja, Hausmittel wäre ein Deckel. Die Frage ist, was 
ist zwecks ESD-Schutz am besten:
 - Massefläche mit Lötstopp?
 - Massefläche ohne Lötstopp (geht das überhaupt vernünftig?)?
 - 2mm Alu-Deckel eloxiert?
 - 2mm Alu-Deckel chromatiert (Alu wäre nur an den Ecken kontaktiert)?
 - Kunststoff-Deckel oder -Gehäuse?

Die andere Frage: was kann man an der Schaltung besser machen? SPI wird 
ausgebremst, aber ESD-Schutz ist wichtiger. Braucht man wirklich so 
viele Widerstände?

: Bearbeitet durch User
von Purzel H. (hacky)


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Beruehrungsschutz - Blindvias ? Nee vergiss das. Blind Vias sind sinnlos 
teuer, und bingen nichts. Besser allenfalls eine Lackierung mit PU, oder 
einen Streifen selbstklebender Folie. Ich wuerde BGA nicht per se 
rauswerfen. Denn die kann man auch mechanisch entkoppeln.

Einen Loetstop sollte man nie weglassen. Alu wuerde ich nicht einsetzen. 
Besser einen Eisendeckel, Bleck gebogen. Laesst sich wenigstens loeten.

von Falk B. (falk)


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@ Bauform B. (bauformb)

>hier geht es ausnahmsweise nicht um SD-Karten am Raspberry, sondern um
>ca. 96 Megabyte. Dafür scheint mir NOR-Flash mit SPI optimal zu sein.

Nö. Kauf dir ne gute SD-Karte und fertig. Denn die hat schon Wear 
Leveling und kann damit die Schreibzugriffe gleichmäßig auf dem Medium 
verteilen. Eine 16GB Karte mit 10.000 vollen Schreibzyklen (eher mehr) 
kann deinen 96 MB Block ~1,6 Millionen mal schreiben, das sind satte 
160TB. Bei 10MB/s dauert das schlappe 16e6 Sekunden bzw. 185 Tage.

>Die andere Frage: was kann man an der Schaltung besser machen?

Siehe oben. Deine Neuerfindung des Rads ist Unsinn und eher eckig.

von TestX (Gast)


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@falk

eine moderne sd karte schafft nie im leben 10k volle zyklen.
einige tbw sind das maximum bei den großen und teuren karten. das 
entspricht ca 100..200 zyklen pro zelle...

von Markus M. (Firma: EleLa - www.elela.de) (mmvisual)


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Ferritperle bei 3,3V

von Falk B. (falk)


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@TestX (Gast)

>eine moderne sd karte schafft nie im leben 10k volle zyklen.

Kannst du das belegen? Gibt es dazu belastbare Untersuchungen?

>einige tbw

tbw?

>sind das maximum bei den großen und teuren karten. das
>entspricht ca 100..200 zyklen pro zelle...

Glaub ich nicht so ganz.

von M. K. (sylaina)


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Falk B. schrieb:
> tbw?

Steht u.a. für Tanzsportverband Baden-Würtemberg aber ich glaube das war 
nicht gemeint, eher Terrabytes Written, ein bei Solid-State-Speicher 
typischer Wert der angibt, wieviel Daten sicher, ohne Ausfall des 
Speichers, geschrieben werden können.
Das kennst du nicht und verlangst belastbare Zahlen/Werte? Find ich ja 
jetzt gewagt.

von Johannes S. (Gast)


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TestX schrieb:
> eine moderne sd karte schafft nie im leben 10k volle zyklen.

dann darf sich nicht im Consumer Markt umsehen sondern muss etwas tiefer 
in die Tasche greifen und z.B. SwissBit nehmen. Die bieten auch SLC 
Speicher mit 100k Zyklen an.

von Falk B. (falk)


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@ M. K. (sylaina)

>Das kennst du nicht und verlangst belastbare Zahlen/Werte? Find ich ja
>jetzt gewagt.

Jaja, weil ja auch jeder jede noch so abstruse Abkürzung kennen muß.
Nasenbär!

von Andreas M. (amesser)


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TestX schrieb:
> @falk
>
> eine moderne sd karte schafft nie im leben 10k volle zyklen.
> einige tbw sind das maximum bei den großen und teuren karten. das
> entspricht ca 100..200 zyklen pro zelle...

Man muss ja nicht die billigste SD Karte nehmen, die man findet. Siemens 
schreibt in seine Datenblätter rein wie viele Zyklen Pro Zelle möglich 
sind. Die sind zwar teuer, aber mit Sicherheit nicht so teuer wie ein 
Eigenbau. Zudem kann man eine SD-Karte in jedem PC auslesen. Für den 
Eigenbau brauchts noch einen extra Adapter.

von Benni (Gast)


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TestX schrieb:
> @falk
>
> eine moderne sd karte schafft nie im leben 10k volle zyklen.
> einige tbw sind das maximum bei den großen und teuren karten. das
> entspricht ca 100..200 zyklen pro zelle...

Das ist falsch. Wo hast du denn diesen Käse her?

von M. K. (sylaina)


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Falk B. schrieb:
> @ M. K. (sylaina)
>
>>Das kennst du nicht und verlangst belastbare Zahlen/Werte? Find ich ja
>>jetzt gewagt.
>
> Jaja, weil ja auch jeder jede noch so abstruse Abkürzung kennen muß.
> Nasenbär!

Du hast was Belastbares verlangt aber warst offenbar nicht in der Lage 
mal eben kurz selbst in Google zu schaun. Wer ist hier der Nasenbär ;)

Benni schrieb:
> TestX schrieb:
>> @falk
>>
>> eine moderne sd karte schafft nie im leben 10k volle zyklen.
>> einige tbw sind das maximum bei den großen und teuren karten. das
>> entspricht ca 100..200 zyklen pro zelle...
>
> Das ist falsch. Wo hast du denn diesen Käse her?

Das ist kein Käse. TextX bezieht sich auf den TBW-Wert, der beschreibt 
die garantierte Menge, die auf eine SSD geschrieben werden kann. Da 
kommt man in der Tat auf 100-200 Zyklen pro Zelle. Die 3000-10000 Zyklen 
sind der typische Wert, du kannst den Hersteller aber nicht auf die Füße 
treten wenn 10% der Zellen nur 500 Zyklen halten. Beim TBW sieht das 
anders aus, wenn der Wert nicht erreicht wird ist der Hersteller in der 
Pflicht. Deshalb ist dieser Wert auch mit großem Angstfaktor seitens des 
Herstellers belegt.

von Falk B. (falk)


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@M. K. (sylaina)

>Du hast was Belastbares verlangt aber warst offenbar nicht in der Lage
>mal eben kurz selbst in Google zu schaun. Wer ist hier der Nasenbär ;)

Jaja, wozu also überhaupt noch eine Kommunikation, wenn doch alle 
Antworten so leicht per Google zu finden sind?

von Benni (Gast)


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M. K. schrieb:

> Das ist kein Käse. TextX bezieht sich auf den TBW-Wert, der beschreibt
> die garantierte Menge, die auf eine SSD geschrieben werden kann.

Doch das ist Käse. Oben steht SD-Card, du beziehst dich auf SSD.

Wäre auch nett, wenn Beiträge mit Behauptungen - wie deiner oder der von 
TextX - mit Quellen belegt wären. Einfach mit Zahlen rumwerfen ist - na 
ja - Käse.

von Bauform B. (bauformb)


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Falk B. schrieb:
> Kauf dir ne gute SD-Karte und fertig.
> Eine 16GB Karte mit 10.000 vollen Schreibzyklen (eher mehr)

TestX schrieb:
> eine moderne sd karte schafft nie im leben 10k volle zyklen.
> einige tbw sind das maximum bei den großen und teuren karten. das
> entspricht ca 100..200 zyklen pro zelle...

Benni schrieb:
> Das ist falsch. Wo hast du denn diesen Käse her?

Das sind ja klare Aussagen :) Egal, ich gehe einfach davon aus, dass der 
schlechteste Wert der Wahrheit am nächsten kommt. Dazu kommt, dass der 
Benutzer immer die billigste Karte reinstecken würde. Übrigens ist 
NAND-Flash ziemlich vergesslich:

https://www.micron.com/about/blogs/2015/may/addressing-data-retention-in-ssds

Falk B. schrieb:
> Deine Neuerfindung des Rads ist Unsinn und eher eckig.

Da hast du natürlich Recht, aber was gibt es denn fertig? CF-Karten mit 
SLC-Flash gibt's, aber wie lange noch? Und an NOR-Flash kommen die auch 
nicht ran.

Andreas M. schrieb:
> Zudem kann man eine SD-Karte in jedem PC auslesen. Für den
> Eigenbau brauchts noch einen extra Adapter.

Den Eigenbau-Adapter gibt es ja sowieso und für die meisten PCs braucht 
man auch einen USB-SD-Adapter.

von Bauform B. (bauformb)


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Markus M. schrieb:
> Ferritperle bei 3,3V

Sowas war eigentlich meine Frage, dankeschön.

von Alex G. (dragongamer)


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Zum Thema unkaputtbar durch ESD: Da hilft am Ehesten Entkoppeln mittels 
Überträger.

von Falk B. (falk)


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@Bauform B. (bauformb)

>Das sind ja klare Aussagen :) Egal, ich gehe einfach davon aus, dass der
>schlechteste Wert der Wahrheit am nächsten kommt.

Optimist!

> Dazu kommt, dass der
>Benutzer immer die billigste Karte reinstecken würde.

Selber Schuld. Wenn du in deinem Gerät EXPLIZIT empfielst, es 
Markenkarte zu nehmen, sollte man das schlicht  beherzigen oder nicht 
rumjammern, wenn es nicht gut läuft.

Außerdem, was willst du denn mit deinen 96GB machen? Wie oft werden die 
geschrieben. Irgendwie hatten wir die Diskussion schon mal. War das 
nicht ein Amateursatellit?

> Übrigens ist
>NAND-Flash ziemlich vergesslich:

>https://www.micron.com/about/blogs/2015/may/addres...

Dagegen helfen schlaue Speicheralgorithmen mit Redundanz und FEC. Ich 
behaupte mal, das haben SD-Karten mit drin.

>Da hast du natürlich Recht, aber was gibt es denn fertig? CF-Karten mit
>SLC-Flash gibt's, aber wie lange noch?

Wie lange glaubst du denn, die zu brauchen?

von 123 (Gast)


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Hallo

die 10.000 Zyklen für NAND flash waren mal. Die Strukturen sind kleiner 
geworden, die in einer Zelle gespeicherten Informationen sind gestiegen. 
(multi level cell) Dadurch ist auch die Zahl der Zyklen gesunken. Wo die 
genau liegen erzählt dir vermutlich keiner der SD - Card Hersteller.

Bei den hochgezüchteten NANDs beschädigt schon das lesen den Inhalt 
einer Zelle.

Es gab mal vor 2-3 Jahren einen ganz interesanten Beitrag zu SD - cards 
auf dem CCC Kongress in Berlin.

- SD - Karten haben einiges an Spaar Zellen um Kaputte zellen zur 
laufzeit zu ersetzen.
- Ohne vernünftige Fehlerkorrektur wäre vermutlich jede NAND Zellen in 
einer heutigen SD - Karte ab Fertigung als Kaputt zu definieren.

von Rangi J. (rangi)


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Möglicher Fehler:
Die "Q" Leitung der Flashes ist Tri-State. Also High-Z wenn nicht 
selected. Die MISO-Leitung ist es jedoch nicht. Wenn du mehrere dieser 
Module zusammen schalten willst geht das nicht.

Eine andere Lösung wäre den R13 auf der anderen Seite (MISO) des R16 
anzubinden. Dann folgt der D6 dem Level auf der MISO-Leitung (ein 
anderer Teilnehmer wird adressiert) wenn der Strom durch den 220 Ohm 
getrieben wird.

von Johannes S. (Gast)


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123 schrieb:
> die 10.000 Zyklen für NAND flash waren mal. Die Strukturen sind kleiner
> geworden,

eben nicht wenn man Karten kauft die explizit SLC in ihrer 
Produktbeschreibung nennen:
https://swissbit.com/products/nand-flash-products/cards/micro-sd-memory-cards/

von Falk B. (falk)


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@Johannes S. (jojos)

>eben nicht wenn man Karten kauft die explizit SLC in ihrer
>Produktbeschreibung nennen:
>https://swissbit.com/products/nand-flash-products/...

"Write Endurance: Due to advanced wear leveling an even use of the 
entire flash is guaranteed, regardless how much “static” (OS) data is 
stored. Example: If the average file size is 10MByte and the total 
capacity is 8GByte, 48Mio write cycles can be performed. "

Na das sind doch mal ein paar Aussagen!

: Bearbeitet durch User
von H. (Gast)


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Hier wird immer auf Micron verlinkt, von den M25P gibt es aber nur noch 
2 und 16MBit (8 und 16pin SO). Der Rest ist End-of-life. Adesto hat ein 
paar Alternativen...

von 123 (Gast)


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ggf ist der Link ganz interresant zum Thema Erase cyclse
Je nach NAN Technologie sinkt die Anzahl an Cycles von 50.000-100.000 
für SLC Planar auf nur noch 150-1000 für QLC 3D

https://searchstorage.techtarget.com/definition/write-cycle

Nand Flash Memory Comparison

von Bauform B. (bauformb)


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Falk B. schrieb:
> Außerdem, was willst du denn mit deinen 96GB machen?
> Wie oft werden die geschrieben.

Aktuelle und alte Konfigurationsdaten und Zählerstände speichern und 
natürlich Daten sammeln ;) Aber nicht Giga, nur Mega. Geschrieben wird 
bis zu 5 Mal pro Sekunde, aber im Mittel so wenig, dass der Ringspeicher 
für mindestens ein Jahr reicht.

> Irgendwie hatten wir die
> Diskussion schon mal. War das nicht ein Amateursatellit?

Da bin ich unschuldig, andere Baustelle. Hast du zufällig einen Link?

>> CF-Karten mit SLC-Flash gibt's, aber wie lange noch?
> Wie lange glaubst du denn, die zu brauchen?

Lange? Für die Vorvorgänger-Version gab's nach 25 Jahren noch ein 
Firmware-Update.

Rangi J. schrieb:
> Möglicher Fehler:
> Die "Q" Leitung der Flashes ist Tri-State. Also High-Z wenn nicht
> selected. Die MISO-Leitung ist es jedoch nicht. Wenn du mehrere dieser
> Module zusammen schalten willst geht das nicht.

Interessante Entdeckung, sehr aufmerksam! Zwei Module wären nützlich um 
die Daten auf eine andere Karte zu kopieren, aber dafür möchte man auch 
zwei getrennte SPI-Kanäle haben und dann stört es nicht. Außerdem: 96MB 
sind doch genug für jeden ;)

H. schrieb:
> Hier wird immer auf Micron verlinkt, von den M25P gibt es aber nur noch
> 2 und 16MBit (...) Adesto hat ein paar Alternativen.

"M25P" ist mein Platzhalter-Typ für SPI-Flash seit ungefähr 2006. 
Aktuell wird es wohl der MT25QL256ABA8ESF-0AAT oder der IS25LP256D-JMLE.

Der Micron-Link ist nur eine Quelle dafür, warum ich NOR-Flash 
bevorzuge.

von Falk B. (falk)


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@Bauform B. (bauformb)

>Aktuelle und alte Konfigurationsdaten und Zählerstände speichern und
>natürlich Daten sammeln ;) Aber nicht Giga, nur Mega.

Schrieb ich.

> Geschrieben wird
>bis zu 5 Mal pro Sekunde, aber im Mittel so wenig, dass der Ringspeicher
>für mindestens ein Jahr reicht.

Was denn? Wegen 96 MB/Jahr meinst du, eine eigene SD-Karte bauen zu 
müssen? OMG!

>> Irgendwie hatten wir die
>> Diskussion schon mal. War das nicht ein Amateursatellit?

>Da bin ich unschuldig, andere Baustelle. Hast du zufällig einen Link?

Find ich gerade nicht.

von Stefan F. (Gast)


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96MB sind ein Witz. Wenn du die auf eine 128GB Karte speicherst kannst 
du die Daten mehr als 1000x mal so oft ändern, als bei einer vollen 
Karte.

Wenn das nicht reicht, nimmst du halt eine 1GB Karte.

Wenn das auch nicht reicht, dann verwende eine kleine Festplatte. 
https://www.itwissen.info/Mini-Festplatte-mini-hard-disk.html

Mir kommt es so vor, als ob du ein nicht existentes Problem mit 
gigantischem Aufwand lösen willst. Ich garantiere Dir schon jetzt, dass 
die Nachteile wegen der Sonderkonstruktion am Ende überwiegen werden.

von ich (Gast)


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Ich entwickle seit Jahren embedded Systems mit Flashspeicher. Im Prinzip 
ist es eigentlich recht einfach:

Je schlechter das Flash ist desto mehr muss man verbauen um die nötige 
Redundanz zu erhalten. Also wenig, teurer Speicher oder viel schlechten 
Speicher (sehr vereinfacht gesagt).

Moderner MLC, TLC, QLC und der ganze 3D Kram kann deutlich weniger 
Löschzyklen als SLC oder Nor. Dafür sind diese aber sehr viel Billiger.

Der Faktor der Kosten von 25nm SLC zu 19nm MLC ist etwa 8. Der 
Unterschied der Löschzyklen ist etwa 60000 zu 3000.

MLC ist daher nicht schlechter als SLC. Er muss aber aufwändiger 
gemanaged werden (Was SD Karten selbstverständlich tun)

Hinzu kommt ein wichtiger Aspekt: Die Temperatur. Die z.B. bei SLC 
angegebenen 60000 Löschzyklen (aktueller Toshiba 25nm SLC) Beschreiben 
nämlich lediglich, dass nach 60000 Zyklen bei konstant 40°C die Data 
Retention noch ein Jahr beträgt. Mit steigender Temperatur nimmt das 
expotentiel ab.

Das ganze ist ein Rechenspiel und auch sehr von der Anwendung und dem 
Format der zu schreibenden Daten abhängig. Flashs können nur page-weise 
gelöscht werden. Wenn nun die pagesize deutlich größer ist als die auf 
einmal zu schreibenden Daten (z.B. 4kB page size und 128Byte zum 
Schreiben) wird die page satte 32 mal gelöscht und neu beschrieben wenn 
sie voll ist. Größere Speicher haben auch größere page sizes. Das muss 
berücksichtigt werden.

Alles in allem ist es ein Rechenspiel und extrem von der Anwendung 
abhängig.
Man kann nicht sagen dass Nor besser ist als NAND und auch nicht dass 
SLC besser ist als MLC.
Es gibt z.B. auch die Möglichkeit eine MLC basierende eMMC auf pSLC 
(pseudeo SLC) zu formatieren. Damit wird nur noch ein satt 2 Bits pro 
Zelle gespeichert und die Löschzyklen erhöhen sich von 3k auf 20k, wobei 
sich die Kapazität halbiert.

Ein komplexes, aber sehr interessantes Thema.

Ich würde dir zu einer SD Karte raten. Diese bekommst du auch in 10 
Jahren noch. Dann vielleicht keine SLC mehr aber eine 10 mal so große 
TLC oder was auch immer. Bei Nor bin ich mir nicht sicher. Winbond hat 
gerade alle parallelen Nor Flashs abgekündigt weil die jetzt in den SLC 
Martk gehen...

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