Здравствуйте друзья мои. Сегодня мы не будем рассматривать какие-то схемы определенных конструкций, тема на сегодня так называемая самодельная флешка. Некоторые конечно могут не поверить, что это возможно в домашних условиях, и правильно делают, поскольку это достаточно сложно и сделать дома без специального оборудования практически не возможно. Но умные люди давно придумали карту памяти для мобильных телефонов. В магазинах легко можно найти переходник при помощи которого карту памяти можно подключить к компьютеру через usb порт. Такой адаптер стоит всего 2 доллара.

Работает устройство очень просто - всего лишь нужно поставить карту памяти в определенное место на адаптере, а сам адаптер выполнен в виде юсб штекера который только нужно подключить к юсб порту ПК. Для нашей самодельной флешки под рукой нужно иметь именно такой адаптер с картой памяти от мобильного телефона и еще один штекер или соответствующий пластмассовый корпус для юсб.

Затем адаптер помещаем в кожух штекера и закрываем крышку и смотрим что у нас получилось.

Теперь это похоже на обрезанный юсб штекер, но никто даже не заподозрит, что там есть накопитель памяти! Теперь пришла очередь схематики. Проводов там 4, заранее снимаем небольшую часть изоляцию от проводов и залуживаем их. Далее берем пару новеньких деталей (лучше взять испорченные, но чтобы с виду были как новые) и паем их друг к другу. Тут конкретной схемы нет, паяйте что куда хотите, конструкция просто должна выглядеть как схема, она конечно работать не будет! Использовать можно конденсаторы, резисторы, полярные и неполярные конденсаторы и пару транзисторов, как известно некоторые флешки имеет сзади встроенный светодиодный индикатор, можно получить имитатор такого индикатора, чтобы наша самодельная флешка выглядела правдоподобно и не вызывала сомнения.

Для этого к статье прикреплена распаковка юсб гнезда и штекера, по боковым каналам подается питание которое нужно подключить к нашим проводам, затем собрать простейшую схему мигалки для одного светодиода, в таком случае у нас остаются еще два свободных провода к которым можно прицепить заранее изготовленную <блеф> схему накопителя памяти. Итак, подведем итоги - у нас получился довольно интересная конструкция, при подключении к usb порту компьютера светодиод начнет мигать и у посторонних он вызовет ощущение, что подключена флешка, но они удивятся больше когда компьютер будет уведомлять, что к нему подключен накопитель памяти! Да уж все станут верить что вы гений и попросят схему такой простейшей чудо флешки. Старайтесь сделать схему подключения деталей как можно запутанной, чтобы даже мастер на заподозрил в чем тут обман. Ну вот и все, подобные интересные вещицы можете увидеть в дальнейших статьях, до свидания друзья - Артур Касьян (АКА).

В данной статье кратко описаны преимущества современных флэш-дисков и рассматривается микросхема контроллера, на основе которой можно создавать устройства флэш-памяти с интерфейсом USB. Кроме того, автор данной статьи предлагает собственный вариант практической реализации такого устройства.

Введение

В настоящее время устройства флэш-памяти приобрели большую популярность и завоевали всеобщее признание пользователей персональных компьютеров. Это стало возможно благодаря таким качествам накопителей данного типа, как компактность, малое энергопотребление, большой объем памяти, отсутствие движущихся частей, высокая надежность и простота использования. Самое широкое распространение получил вариант исполнения «memory stick» - память-палочка (рис. 1).

Кроме того, флэш-диски выпускаются в виде брелоков, авторучек, складных ножей, зажигалок, пластиковых карточек, наручных часов и т. п. (рис. 2).

Подобные варианты исполнения появились ради удобства пользования, для того, чтобы флэш-память была всегда под рукой, скрытно размещаясь в привычных предметах нашего быта. Все эти устройства имеют встроенный интерфейс USB, который обеспечивает связь флэш-диска с компьютером для записи и чтения данных. Флэш-диски гораздо удобнее и практичнее привычных, но морально устаревающих дискет, не говоря уже о гораздо большем объеме памяти и надежности хранения информации, чем у последних.

Существует также отдельная группа флэш-памяти в виде карточек, которые являются сменными носителями информации и вставляются в цифровые фотоаппараты, видеокамеры и даже в сотовые телефоны. К их числу относятся такие карточки, как CF (Compact Flash), MMC (Multi Media Card), SD (Secure Digital), XD (XD-Picture Card) и др. Эти накопители информации не имеют встроенного интерфейса USB и поэтому для связи с компьютером используют интерфейс устройства, в которое они включаются. Как правило, это тот же интерфейс USB или FireWire. Кроме того, для удобства пользования такими карточками уже созданы различные адаптеры, имеющие интерфейс USB для подключения к компьютеру и соединители для подключения флэш-карточек (рис. 3).

Благодаря таким адаптерам флэш-карточки могут быть использованы как миниатюрные автономные носители информации с объемом памяти в сотни мегабайт.

Несмотря на то, что в настоящее время вмире существует множество производителей флэш-дисков и всевозможных адаптеров для флэш-карточек, продолжается разработка новых видов и вариантов исполнения данных устройств. И на то есть веские причины. Все чаще и все большему количеству людей приходится работать с информацией. Это и обычные электронные документы, создаваемые в редакторах, и справочные данные, и различная конфиденциальная информация в виде логических имен и паролей для электронных почтовых ящиков и т. п. Кроме информации, флэш-диски могут хранить разные полезные программы, сканированные документы, электронные фотографии, музыку и даже фильмы. А присутствие интерфейса USB практически во всех современных компьютерах и его высокая скорость передачи данных позволяют сделать перенос информации с помощью флэш-дисков простой, удобной и быстрой операцией.

Многие отечественные предприятия, занимающиеся разработкой и производством электронной техники, могут наладить собственное производство подобных флэш-накопителей или внедрять их в собственные изделия. Ведь в настоящее время стоимость комплектующих для флэш-диска объемом 128 Мбайт составляет уже около $10, в то время как рыночная цена такого изделия может превышать $20. Кроме того, многочисленная армия любителей электроники вполне может самостоятельно изготовить простейший вариант флэш-диска для собственных нужд.

Обзор контроллеров

В настоящее время существует несколько производителей контроллеров флэш-памяти с интерфейсом USB 2.0 (USB 2.0 Flash Drive Controller). Например, компания Genesys Logic производит контроллер GL814E, а фирма SMSC - USB97C242. В начале 2004 года фирма Sigmatel анонсировала новый контроллер флэш-памяти STBD2010. В отличие от вышеназванных, данный контроллер максимально интегрирован и включает в себя все необходимые компоненты для построения готового устройства флэш-памяти с минимальным набором внешних элементов. Кроме того, он имеет современный малогабаритный корпус (рис. 4), что позволяет создавать на его основе миниатюрные устройства памяти.

При этом цена микросхемы составляет всего $1,7. Единичные образцы данного контроллера можно заказать на сайте компании-производителя (www.sigmatel.com).

Контроллер имеет две модификации: STBD2010 и STBD2011. Последняя модификация имеет некоторые преимущества перед первой. Поскольку обе модификации контроллеров имеют одинаковую структуру и полностью совместимы по выводам корпуса, здесь приводится обзор для обеих моделей контроллера с указанием отличий.

Вначале рассмотрим основные характеристики контроллера. Контроллер STBD2010/2011 имеет встроенный интерфейс USB и полностью совместим со спецификацией USB 2.0 для высокоскоростных операций. Он обеспечивает управление микросхемами флэш-памяти с архитектурой NAND. Имея очень маленький размер корпуса, контроллер позволяет создавать устройства с миниатюрными размерами. Встроенный в контроллер интерфейс внешней флэш-памяти обеспечивает обслуживание от одной до четырех микросхем памяти с 8- и 16-битной организацией шины данных. Объем каждой из четырех микросхем памяти может достигать 2 Гбит. Таким образом, суммарный объем поддерживаемых контроллером микросхем памяти может достигать 8 Гбит. Контроллер обладает свойством автоматического конфигурирования типа памяти и обеспечивает поддержку следующих типов микросхем флэш-памяти:

• флэш-память NAND с технологией Binary или SLC (Single Level Cell);
• флэш-память NAND с технологией MLC (Multi-Level Cell) (только STBD2011);
• флэш-память AG-AND (только STBD2011).

К числу изготовителей подобных типов микросхем памяти относятся такие известные фирмы, как Samsung, Toshiba, SanDisk, ST Microelectronics и др.

Контроллер обладает блоком аппаратной коррекции ошибок (ECC), что обеспечивает достоверность переносимых данных без необходимости дополнительной программной обработки данных.

Встроенный в контроллер регулятор напряжения обеспечивает подключаемые микросхемы флэш-памяти необходимым для них напряжением питания 3,3 и 1,8 В без использования внешних стабилизаторов напряжения и других дополнительных элементов. Входным источником питания для контроллера служит источник напряжения 5 В интерфейса USB.

Для синхронизации всех процессов внутри контроллера имеется встроенный синтезатор частот, который работает совместно с внешним кварцевым резонатором, задающим тактовую частоту 24 МГц.

Контроллер STBD2010/2011 не требует никакого дополнительного программного обеспечения в своей работе и допускает использование на компьютерах с операционными системами MAC OS, Windows МE/2000/XP. Кроме того, для более ранней версии Windows 98 SE на сайте компании www.sigmatel.com свободно доступен драйвер контроллера STBD2010/2011.

Рассмотрим структурную схему контроллера (рис. 5).

Как видно из структуры контроллера, в его состав входят блоки для поддержки интерфейса USB и работы с флэш-памятью. Протокол интерфейса USB и флэш-памяти поддерживается встроенным микроконтроллером High Performance Microcontroller, который использует для своей работы встроенную постоянную память программ ROM и оперативную память RAM. Поддержка интерфейса USB осуществляется с помощью блока высокоскоростного приемопередатчика USB2.0 Hi-Speed Transceiver и устройства управления USB2.0 Hi-Speed Device Controller. Внутренний синтезатор частот PLL обеспечивает необходимую синхронизацию работы всех внутренних устройств с помощью внешнего кварцевого резонатора на 24 МГц. Блок GPIO обеспечивает внешнее управление и индикацию режима работы контроллера. Связь контроллера с флэш-памятью осуществляется через интерфейс памяти Flash Memory Interface. Встроенный регулятор напряжения Voltage Regulators формирует из входного напряжения 5 В, поступающего от интерфейса USB, необходимые для работы ядра контроллера и внешних микросхем памяти напряжения питания 3,3 и 1,8 В.

Контроллер выпускается в современном малогабаритном 48-выводном корпусе типа QFN размером всего 77 мм.

В таблице 1 приведены основные эксплуатационно-технические характеристики данной микросхемы.

Таблица 1. Эксплуатационно-технические характеристики микросхемы

Типовая структурная схема подключения микросхем памяти к контроллеру показана на рис. 6.

Практическая реализация

Принципиальная электрическая схема устройства, разработанная автором данной статьи, приведена на рис. 7.

В этой схеме используется описанная выше микросхема контроллера D1 и всего одна микросхема флэш-памяти D2.

Перечень элементов устройства с указанием типа применяемых электронных компонентов, их номиналов и типов корпусов приведен в таблице 2.

Таблица 2. Перечень элементов

Вместо микросхемы флэш-памяти D2 может быть использована микросхема с меньшим объемом памяти. При использовании всех 16 разрядов ввода-вывода контроллера в устройстве можно применить микросхемы памяти с 16-разрядной шиной данных. Это повысит скорость обмена с микросхемами, но несколько усложнит топологию печатной платы.

Напряжение питания поступает на устройство от интерфейса USB через разъем X1. Элементы L1, CP1 и C1 обеспечивают фильтрацию этого напряжения по высокой и низкой частоте. Контроллер D1 формирует из него напряжения питания 3,3 и 1,8 В, необходимые для питания ядра самого контроллера, а также для питания микросхем памяти. Дополнительную фильтрацию напряжений питания осуществляют блокировочные конденсаторы C4–C6. Переключатель SA1, который управляет выводом GP1 контроллера, позволяет запретить запись в микросхемы памяти с целью защиты информации от стирания. Вывод контроллера GP0 управляет через ограничительный резистор R7 светодиодом HL1, отвечающим за индикацию режима работы контроллера (хранение-обращение). Резисторы R1 и R2 обеспечивают согласование входов контроллера с дифференциальными сигналами DM и DP интерфейса USB. Остальные резисторы устройства служат в качестве опорных сопротивлений, подтягивающих уровни сигналов контроллера к напряжению питания или к заземляющему потенциалу. Кварцевый резонатор BQ1 совместно с конденсаторами C2 и C3 обеспечивает формирование задающей частоты контроллера 24 МГц.

Схема не требует наладки и при правильной сборке начинает работать сразу при подключении устройства к интерфейсу USB компьютера. При первом подключении операционная система компьютера обнаружит новое устройство и произведет установку необходимых для его работы драйверов в автоматическом режиме. В дальнейшем устройство будет включено в состав компьютера в качестве сменного диска, с которым можно осуществлять любые операции чтения, записи и стирания информации, как с обычным жестким диском.

В последнее время широчайшую популярность приобрели носители информации на основе микросхем флеш-памяти. По популярности в наше время им нет равных: карты памяти в фотоаппаратах, сотовых телефонах, плеерах, USB флеш брелоки, а с недавнего времени ещё и SSD диски. Разъемами для карт памяти оснащены многие устройства, такие как принтеры, стационарные DVD проигрыватели, автомагнитолы, и многие другие мультимедийные устройства.

И такая популярность не случайна: по практичности «флешкам» тоже нет равных. Большой, постоянно растущий объем, который исчисляется уже гигабайтами и десятками гигабайт, достаточно высокое быстродействие, а также заявленная надежность и долговечность (на этом вопросе остановимся подробнее в рамках этой статьи).

Для начала рассмотрим устройство флешки.

Flash -память получила свое название благодаря тому, как производится стирание и запись данного вида памяти.

Типовая USB флешка, а также большинство типов карт памяти и SSD диски, устроены следующим образом:

• на плате имеется микроконтроллер , который предоставляет интерфейс флешки, обрабатывает команды и производит операции с памятью;
• одна или несколько микросхем памяти;
• и их электронная «обвязка» из пассивных элементов.

Некоторые карты памяти не имеют встроенного контроллера, и являются по сути микросхемой памяти, упакованной в корпус.

Давайте рассмотрим основные составляющие флешки чуть подробнее.

Микросхемы памяти флеш накопителей

Все современные флеш-накопители построены на основе микросхем энергонезависимой NAND памяти. Сокращение NAND – произошло от словосочетания NOT-AND (логическая функция И-НЕ), лежащая в основе организации элементарной логической ячейки, на которой построена эта память. Элементарные ячейки памяти в этих микросхемах объединены в страницы, а страницы в блоки.

При такой организации обращение к отдельной ячейке памяти невозможно, прочитать можно только страницу целиком, а стереть и перезаписать только целый блок. Из особенностей такой организации можно отметить высокое быстродействие и высокую плотность размещения на кристалле.

Но есть и недостатки.

Например, если во время внесения изменений в определенный блок данных внезапно отключить питание устройства, существует вероятность утери данных в этом блоке, так как он мог быть считан в буфер, стерт в основной матрице памяти, а измененный блок в память записаться, ещё не успел. Это распространенная причина так называемых «логических» повреждений накопителя.

Известно, что операционные системы семейства Windows имеют режим «отложенной записи». Это когда данные записываются на накопитель напрямую без задержек, а таблица размещения файлов храниться в оперативной памяти, и обновляется на носителе через некоторое время или при возникновении определенных событий.

Вследствие чего, довольно часто встречается ситуация, когда, записав данные на флешку, пользователь сразу же вынимает её из разъема, не воспользовавшись функцией безопасного отключения, которая как раз обновляет таблицы размещения файлов на носителе, и «правильно» размонтирует его из системы.

В результате, в лучшем случае данные физически будут присутствовать на накопителе, но не будут отображаться в дереве файлов, а в худшем случае логическая структура накопителя будет повреждена, и накопитель может перестать корректно «определяться». Как говорят в подобных случаях, «компьютер не видит флешку».

Во всех подобных случаях данные можно оперативно восстановить, обратившись в наш центр восстановления информации.

Основная проблема флеш-памяти — износ ячеек памяти.

Дело в том, что любая флеш-память имеет ограниченное количество циклов перезаписи каждой ячейки (от 100 000 до 1 000 000 циклов).

Если в фотоаппарате или плеере, где данные обновляются не слишком часто, такое ограничение не критично, то, например, при работе с базами данных на флеш носителе этот ресурс можно выработать достаточно быстро, так как очень часто происходят изменения, в результате которых многократно перезаписываются одни и те-же блоки данных.

В связи с этим не рекомендуется использовать флеш память для работы, постоянного обращения к данным, а также для установки на неё операционной системы, так как ресурс такой флешки будет выработан очень быстро, и флешка придет в негодность.

Никогда не используйте usb флешку для работы в бухгалтерских программах!

Контроллер флешки

Наиболее сложной и загадочной частью флешки является, безусловно, её контроллер.

Основные его функции - работа с микросхемами памяти (выполнение операций постраничного чтения, выборки данных, поблочной записи, размещение и адресация данных в нескольких микросхемах памяти, а также другие специальные функции) и предоставление интерфейса к хост-устройству.

Когда поступает команда на чтение определенной ячейки данных, контроллер должен определить в какой микросхеме находится данная ячейка, в каком блоке этой микросхемы, в какой странице блока, и затем собственно адрес ячейки в странице. Поскольку считывание возможно только страницы целиком, контроллер считывает её в свой буфер, находит в ней нужную ячейку, и отправляет её содержимое хост-устройству.

При поступлении команды на запись также находится нужный блок, но, на этот раз, он считывается не постранично, а – целиком. Затем в буфере производятся необходимые изменения, блок из микросхемы целиком стирается и вновь записывается измененный блок из буфера контроллера.

Кроме того, для выравнивания износа блоков, контроллер периодически переназначает их (по сути - меняет местами). В результате чего достигается достаточно равномерный износ по циклам записи, и микросхемы памяти, таким образом, служат дольше. Контроллер следит за состоянием каждого блока в отдельности, и если какой-либо из блоков превысил допустимое количество циклов перезаписи - контроллер переходит в режим «только чтение» - данные считать с него можно, а записать уже нельзя. Такие накопители не пригодны для дальнейшего использования.

В этом случае следует скопировать данные с носителя, и заменить его.

Контроллер имеет в себе прошивку, таблицы конфигурации, а также некоторые модели хранят внутри себя таблицы износа блоков памяти, а также множество другой служебной информации. Разнообразие контроллеров очень велико, а их версий просто бесчисленное множество. В связи с этим, при любом повреждении контроллера, искать ему замену для восстановления информации бессмысленно.

Для восстановления в таком случае выпаиваются микросхемы памяти, считываются на специальном оборудовании, и данные собираются вручную как мозаика.

Электронная обвязка нужна для питания микросхем и согласования логических уровней. И хотя здесь нет ничего сложного, не редки случаи выхода из строя именно этой самой электронной обвязки, особенно стабилизатора питания. Восстановление данных в таком случае зависит от степени повреждений: либо электроника восстанавливается прямо на флешке, и данные вычитываются в штатном режиме, либо как в случае со сгоревшим контроллером — данные снимаются непосредственно с микросхем памяти и собираются вручную.

Последнее время встречаются флешки у которых контроллер, память и вся электроника упакована в один чип. Это флешки монолиты. Такая конструкция значительно компактнее классической, но имеет множество недостатков: меньшую надежность, более слабое охлаждение и невозможность получить доступ к микросхеме памяти минуя контроллер.

В случае выхода из строя контроллера, или электронной обвязки в подобной флешке, сложность работ по восстановлению данных увеличивается на порядок.

Вопрос, который часто возникает у потенциальных покупателей - какую флешку выбрать, и как выбрать флешку?

Многие ориентируются на именитые бренды, в надежде что продукция известной фирмы будет лучше и надежнее, но тут дела обстоят несколько иначе. Как правило, торговая марка под которой выпускается тот или иной флеш-накопитель, вообще не имеет отношения к производству устройства, а лишь заказывает партию готовых флешек со своими логотипами и упаковкой, и от торговой марки никоим образом не зависит качество продукции.

Выбрать флешку по конкретному контроллеру или чипам памяти как правило невозможно - даже в одинаковых с виду флешках из разных партий могут применяться различные микросхемы.

Поэтому критерии выбора флешки исключительно субъективные - крепкая конструкция, жесткое крепление разъема USB, отсутствие движущихся частей, желательно металлический корпус (для лучшего охлаждения и защиты от статики) и классическая многочиповая архитектура.

Отличить флешку классической конструкции от одночиповой проще всего по USB разъему - у обычных флешек разъем металлический, как на любом USB кабеле, у однокристальных разъем как правило тонкий, размером в половину порта, без металлической части по периметру.

Как видите не смотря на все плюсы, у флеш-накопителей хватает и недостатков, в свете которых доверять флешкам ценную информацию в единственном экземпляре не стоит.

Проще некуда

Все чаще приносят сгоревшие флешки, порой с проплавленным корпусом. Ремонтировать их, как правило, бессмысленно, дешевле новую купить. Но данные снимаются без проблем.

В чем же причина частых поломок? Если кратко - в конкуренции. Рынок давит на производителей: «Давайте больше, быстрее и дешевле». Многократный обвал цен (двухгигабайтная флешка сейчас стоит менее $10, а несколько лет назад продавалась за $100) вынуждает даже солидные компании экономить каждый цент. Прежде всего упрощают схемотехнику - выкидывают фильтры, предохранители, а то, без чего не обойтись (в первую очередь, стабилизатор напряжения) стараются максимально интегрировать.

На плате остается одна микросхема контроллера, в которой сведены силовые и сигнальные цепи. Защиты от помех и бросков напряжения там практически нет, любой всплеск или разряд статики губит контроллер. Хуже того, он может перегреться и выйти из строя просто при длительной активной работе - о грамотном теплоотводе заботятся далеко не все производители. Свою долю вины несут и некачественные блоки питания компьютеров с их нестабильностью и пульсациями в линии 5 В.

Все это стоит учитывать при эксплуатации флешек. Я, например, предпочитаю модели старого выпуска с прочным корпусом, дискретной схемотехникой и полноценной защитой. Пусть они несколько громоздки, а емкость мала по нынешним меркам (2-4 Гбайт), но надежность - куда выше.

Открытые контакты третьего рода

Пользователи, особенно женская их часть, любят «изящные штучки», поэтому на рынке появилась масса флешек с открытым разъемом USB. Они действительно более тонкие за счет отказа от металлического бандажа, однако пластиковый «язычок» с четырьмя контактными пластинами подвержен множеству опасностей. Его можно сломать при неаккуратном подключении к порту, поцарапать либо испачкать при транспортировке, но главная угроза - это статический заряд на теле человека.

Статику сложно контролировать, она легко накапливается и достигает опасного уровня. Особенно это актуально зимой с ее сухим воздухом и шерстяной одеждой. Стоит наэлектризованному хозяину случайно прикоснуться к контактам - и флешка тут же отправляется к праотцам. Особенно пагубно пытаться протирать их «от грязи».

Статики боятся и карты памяти с открытыми контактами (а это самые ходовые форматы - все разновидности SD и MS). Их всегда надо держать в защитном пластиковом футляре или на худой конец в антистатическом пакетике и брать в руки только при установке в слот кард-ридера или портативного устройства. Разумеется, касаться контактов нельзя ни под каким видом. Протирать их, если уж это необходимо, надо тонкой ватной палочкой и строго по одному.

Я вообще советую пореже переставлять карты, а для копирования данных подключать к ПК сам гаджет (камеру, плеер, навигатор и т.п.) в режиме внешнего накопителя. Тем самым не только снимается угроза статики, но и предотвращается износ контактов. Ведь «золотое» покрытие там крайне тонкое и быстро истирается при перестановках. Экономные китайцы довели его толщину до 0,5 мкм, что на порядок меньше советского стандарта.

Тормоза на марше

Пользователи жалуются, что флешки емкостью 8 Гбайт и выше работают заметно медленнее, чем старые 2-4 гигабайтные, особенно при записи. Это вполне объяснимо - конкуренция мешает! Все «большие» флешки нынче делаются на чипах памяти класса MLC. Вариант на быстрых и надежных SLC вышел бы втрое дороже и вдвое крупнее по размеру. Такие конструкции будут неконкурентоспособными, почему и отсутствуют на рынке.

Чипы MLC дешевы, имеют большую единичную емкость (в 2011 году она дошла до 32 Гбайт на кристалл) и высокую скорость чтения. Их ахиллесова пята - запись: скорость падает в разы, а на мелких файлах - на порядки, до 100 Кбайт/с. Сохранить, например, типичный программистский проект терпения не хватит. Выход в предварительном архивировании - запись одного большого файла займёткуда меньше времени.

Замечу, что современные архиваторы, такие как RAR, имеют функцию парольной защиты, а также возможность восстановления архива, прочитанного с ошибками (за счет регулируемой избыточности). Это весьма полезно для флеш-накопителей, которые нередко теряются и могут попасть в чужие руки либо после длительного использования начинают сбоить.

Рынок четко показывает, что массовому потребителю низкая цена и компактность важнее скорости и надежности. Вот производители и идут у него на поводу. SLC-модели еще выпускаются, хоть и в незначительном количестве, но их не завозят: торговцы боятся «зависания» дорогого товара. Если рядом на прилавке лежат две флешки одинаковой емкости по цене 700 и 2 200 р., понятно, что выберет покупатель. А знатоков, понимающих разницу, - единицы, на них торговлю не сделаешь.

Ключи без права передачи

USB-ключи защиты от Aladdin Co. и других фирм сейчас применяются очень широко, достаточно назвать программу «1C:Бухгалтерия». Увы, механически эти изделия довольно непрочны - только за последнее время пришлось чинить три экземпляра.

Чтоб затруднить доступ к микросхеме, корпус ключа сделан цельнолитым, а разъем USB просто вставлен в пластик. Силовых деталей, воспринимающих нагрузки, там нет (в отличие от обычных флешек, где разъем крепко припаян к плате). При случайном ударе разъем выворачивается «с мясом», а контактные пластины ломаются.

Новый ключ недешев (около 2 000 рублей) и порой малодоступен, вот и приходится их чинить, реставрируя разъем из аналогичных деталей и сажая все на эпоксидный клей. Так что ремонт флешек повернулся еще одной стороной. Аккуратнее обращайтесь с ключами, помните - прочный корпус еще не означает большой надежности.

Реанимация напайкой

Как я уже писал чуть выше, большинство выпускаемых сейчас флеш-накопителей не имеют дискретных цепей, регулирующих питание, - стабилизатор интегрирован в контроллер. Так выгоднее для производителя, но хуже для пользователя: нет запаса по току и нагреву, стабилизатор сгорает даже от незначительных бросков напряжения.

При этом сигнальные цепи зачастую остаются исправными, надо лишь подать на них нужное напряжение. Я встраиваю в схему внешний стабилизатор. Купил партию этих деталей и определил точки подключения. Так удается починить немалый процент «безнадежных» флешек. Безнадежных в том смысле, что контроллер на замену сгоревшему купить негде, эти заказные микросхемы в продажу не поступают. А выпаивать из других экземпляров - бессмысленно, ремонт по стоимости будет близок к новой флешке.

Данная технология имеет смысл для моделей средней и большой емкости, у которых достаточно просторный корпус (чтобы помещалась новая деталь) и отсутствует гарантия. Таких, на удивление, очень много - люди берут флешки в самых разных местах, часто далеко от места жительства, да еще зачастую выбрасывают гарантийный талон. Что могу сказать - зря.

Закон подлости у флешек

Регулярно клиенты приносят флешки с поврежденной файловой системой (на флеш-накопителях применяется чаще всего FAT32, редко exFAT, еще реже NTFS). Как правило, не открывается каталог, с которым последним шла работа: там одна «грязь». Понятно, что ущерб это наносит серьезный. Многочисленные программы для логического восстановления данных (на жаргоне ремонтников - «рекаверилки») помогают редко - повреждения слишком обширны.

В шестнадцатеричном редакторе видно, что на этом месте записан регулярный паттерн с преобладанием единиц. Размер «пятна» имеет обычный размер 128 Кбайт - это единица страничного обмена с чипом. Видимо, при интенсивном обновлении таблиц файловой системы происходит сбой, страница расписывается паттерном, и каталог безнадежно портится.

Стоит помнить об этой опасности, если на флешке находятся активно изменяемые данные (например бухгалтерские базы). Советую не открывать их с флешки, а предварительно скопировать на жесткий диск и работать там. Только не забывайте о сохранении файлов в конце работы.

Больной перед смертью потел? Это плохо...

Время от времени обращаются растерянные клиенты, которые оставили на целый день флешку включенной в порт USB, а вечером получили ее работающей со странными сбоями или вообще без признаков жизни. Что ж, ничего удивительного. Флешка проживет значительно дольше, если не держать ее долго включенной. Даже на холостом ходу, без обращений к файлам схема прилично греется и деградация чипов памяти идет быстрее. Как следствие, в скором времени появляются дефекты. Особенно это заметно при дешевом блоке питания, выдающем нестабильное (в основном повышенное) напряжение 5 В.

Оптимальный стиль работы - подключил флешку, скопировал нужные файлы и отключил. Замечено, что острота проблемы различается от флешки к флешке, и предсказать нагрев бывает трудно. В разных экземплярах одной и той же модели могут стоять контроллеры различных модификаций с неодинаковым потреблением тока, различается также стойкость чипов к нагреву (но это чистая лотерея, качественных микросхем не гарантирует практически никто).

На нагрев может повлиять и операционная система. Так, в Windows Vista и в «семерке» флешки часто греются сильнее, чем в Windows XP. Видимо, сказываются различия в драйверах - частота запросов и т.п.

Поэтому имеет смысл время от времени проверять температуру флешки при работе. Если корпус горяч на ощупь (нагрелся до 45 %BAC и выше), то это уже небезопасно: температура чипов обычно на 20-25 %BAC больше, а при 70 %BAC и выше деградация памяти сильно ускоряется (хотя формально по спецификациям кристаллы NAND выдерживают температуру до 125 %B0C). Такой флешке особенно вредны продолжительные сеансы работы.

Ужасы больших флешек

Многие пользователи заразились маркетинговой «гонкой гигабайт» и регулярно удваивают объем своих рабочих накопителей, дошедший в массовых моделях до 64 Гбайт. Я все же советую не гнаться за большой ёмкостью - такие флешки заметно менее надёжны. Чем больше чипов памяти, тем выше потребляемый ток и нагрев силовых цепей.

Огромная плотность упаковки информации в новейших кристаллах делает их крайне чувствительными как к нагреву, так и к различным излучениям. Среди последних лидирует рентген в аэропортовских сканерах - были сообщения о порче информации на флешках после прохождения спецконтроля. Космические лучи во время полета тоже нельзя сбрасывать со счетов (свинцовую фольгу оставим параноикам).

Для уменьшения размеров корпуса (это тоже маркетинговый ресурс, громоздкие модели хуже продаются) чипы припаивают на плату «бутербродом», соединяя одноименные выводы. Нижний чип при работе сильно греется и довольно быстро выходит из строя. Проявляется это сначала ростом дефектов, а затем полной блокировкой контроллера (он следит, чтобы количество дефектных ячеек не превышало определенного порога, обычно 2-3% от общего числа). Такая флешка требует замены по гарантии или применения технологической утилиты низкоуровневого форматирования.

Недавно довелось чинить экземпляр 32 Гбайт, где стояло четыре восьмигигабайтных чипа в виде двух «бутербродов» по обе стороны платы. Технологическая утилита показала большое количество ошибок в конце адресного пространства (тест, кстати, занял почти целый день - вот где неторопливость многоуровневых ячеек проявляется во всей красе). Вывод - один из чипов деградировал, скорее всего, от перегрева. Клиент не согласился на мое предложение исключить его из адресации, и я отформатировал флешку на полный объём, попытавшись улучшить охлаждение с помощью алюминиевой фольги.

Вирусная гигиена

Хотя непосредственно с вирусами ремонтник дела не имеет, замечу, что в последние годы флешки стали одним из главных каналов распространения заразы. Советы по блокировке автозапуска легко найти в Интернете. Это поможет избежать заражения тем пользователям, кто часто подключает флешки с неясной предысторией. Например, в офисные компьютеры вирусы нередко попадают «с подачи» сервис-инженеров, выполняющих регулярное обновление ПО - бухгалтерских программ, справочных баз данных и т.п. Их транспортные накопители (флешки, внешние жесткие диски и даже DVD) нередко содержат вирусы и трояны, запускающиеся через autorun.inf. Кочевая жизнь способствует инфицированию и переносу заразы.

В этой связи стоит пожалеть, что из конструкции флешек исчез переключатель защиты записи, обычный элемент конструкции еще 3-4 года назад. Аппаратная блокировка записи - радикальное решение, избавляющее выездного специалиста от риска заразиться самому и добавить проблем своим клиентам. Увы, современные контроллеры этой функции уже не предусматривают, причина, скорее всего, в экономии.

Так что цените флешки с блокировкой записи, пусть их ёмкость и мала по сегодняшним меркам. При минимальном отборе все необходимое вполне помещается. По моим сведениям, одной из последних моделей с переключателем была PQI 339 емкостью 8 Гбайт. Она выпускалась в 2009 году и, возможно, еще доступна.

Монолитный камень преткновения

Я уже упоминал про ненадежность открытого USB-разъема у флешек. Беда в том, что он обычно сочетается с монолитным корпусом, представляющим собой тонкий брусочек пластика. Стандартные микросхемы в корпусе TSOP-48 туда физически не влезают, и производители применяют бескорпусные кристаллы, заливая весь монтаж компаундом (технология сборки COB - Chip от Board).

Подобные конструкции неплохо защищены от влаги, пыли и ударов, но, увы, они совершенно неремонтопригодны, да и восстановить данные со сгоревшей флэшки практически невозможно. К кристаллу памяти ведут тончайшие проволочки - как к ним подключиться? Страдалец-хозяин может предлагать любые деньги, ни один ремонтник за работу не возьмется.

Впрочем, подобных случаев стало так много, что и для них разрабатываются ремонтные технологии. Предлагается послойно растворять компаунд кислотой, пока не обнажатся токоведущие дорожки, после чего подпаять к ним панельку программатора. Разводка выводов определяется для каждой модели по исправному экземпляру. Понятно, что стоить такая работа будет недешево.

Дареной флешке смотри на плату

Деловые люди все чаще приносят умершие подарочные флешки. Это те, которые раздают на всяких пафосных и не очень мероприятиях или дарят как бизнес-сувениры. Хотя корпус у них бывает породистый - кожа, полированный металл, дерево и так далее, но внутренности оставляют желать лучшего. Самая дешевая схема безо всяких защит, контроллер трехлетней давности (т.е. небыстрый), текстолит 0,3 мм (ломается как спичка), ну и завалящая флеш-память второго сорта. Такое дохнет на раз, от первого же броска напряжения или при первом серьезном усилии.

Обычный срок жизни подарочного накопителя - несколько месяцев. Если владелец хранит на нем критически важные данные (ту же «черную бухгалтерию»), поломка становится катастрофой: у бизнеса наступает паралич, накатывают убытки, данные требуется восстановить еще «вчера». Состояние несчастного описывать излишне.

В чем же причина? Очень просто - эти флешки не имеют логотипа производителя, их никогда не сдают по гарантии (ввиду отсутствия таковой), стало быть, нет обратной связи. Подобная продукция не охвачена системой контроля качества. Поэтому комплектующие для сборки выбираются максимально дешевые, не исключено, что из бракованных партий с высоким процентом отказов. Я бы советовал владельцам сразу же передаривать такие флешки знакомым школьникам.

Все по делу

Периодически сталкиваюсь с бизнесменами и профессионалами, использующими флешки в своей работе. Они приносят на восстановление данных модели средней и большой емкости - 16, 32 и даже 64 Гбайт. По ходу работы выясняется, что накопитель забит данными «до упора». Файлы весьма разнообразные: тут и множество бухгалтерских баз, юридические и технические справочники, переписка, архив документов и иллюстраций - в общем, все, что может понадобиться в бизнесе. Количество файлов достигает 20-30 тысяч (!).

Хотелось бы напомнить, что флеш-накопители по своей природе не любят большого количества мелких файлов, особенно часто изменяемых. Во-первых, время доступа на запись у многих флешек очень велико (десятки миллисекунд), поэтому обновление БД из сотен мелких файлов выливается в пытку для нетерпеливых. Во-вторых, ресурс флеш-памяти на запись ограничен, и описанные выше манипуляции быстро его расходуют (речь идет прежде всего об области хранения FAT).

При активной работе даже на очень добротной флешке проблемы возникают через год-полтора. Начинает сыпаться память, затем портится транслятор. В общем, не стоит считать их тождественными жестким дискам. Это, в первую очередь, средство переноса информации, а не архивный накопитель.

Я бы посоветовал неизменяемые данные хотя бы заархивировать, а лучше записать на два оптических диска типа DVD-R. На флешках же оставить оперативный минимум, высвободив не менее 40% емкости. Стоит обращаться с рабочими накопителями аккуратнее, делать резервные копии, а время от времени и менять. И тогда не придется обращаться к ремонтнику.

USB флешка

В данной статье кратко описаны преимущества современных флэш-дисков и рассматривается микросхема контроллера, на основе которой можно создавать устройства флэш-памяти с интерфейсом USB. Кроме того, автор данной статьи предлагает собственный вариант практической реализации такого устройства.

Обзор контроллеров

В настоящее время существует несколько производителей контроллеров флэш-памяти с интерфейсом USB 2.0 (USB 2.0 Flash Drive Controller). Например, компания Genesys Logic производит контроллер GL814E, а фирма SMSC - USB97C242. В начале 2004 года фирма Sigmatel анонсировала новый контроллер флэш-памяти STBD2010. В отличие от вышеназванных, данный контроллер максимально интегрирован и включает в себя все необходимые компоненты для построения готового устройства флэш-памяти с минимальным набором внешних элементов. Кроме того, он имеет современный малогабаритный корпус (рис. 1), что позволяет создавать на его основе миниатюрные устройства памяти.

При этом цена микросхемы составляет всего $1,7. Единичные образцы данного контроллера можно заказать на сайте компании-производителя (www.sigmatel.com).

Контроллер имеет две модификации: STBD2010 и STBD2011. Последняя модификация имеет некоторые преимущества перед первой. Поскольку обе модификации контроллеров имеют одинаковую структуру и полностью совместимы по выводам корпуса, здесь приводится обзор для обеих моделей контроллера с указанием отличий.

Вначале рассмотрим основные характеристики контроллера. Контроллер STBD2010/2011 имеет встроенный интерфейс USB и полностью совместим со спецификацией USB 2.0 для высокоскоростных операций. Он обеспечивает управление микросхемами флэш-памяти с архитектурой NAND. Имея очень маленький размер корпуса, контроллер позволяет создавать устройства с миниатюрными размерами. Встроенный в контроллер интерфейс внешней флэш-памяти обеспечивает обслуживание от одной до четырех микросхем памяти с 8- и 16-битной организацией шины данных. Объем каждой из четырех микросхем памяти может достигать 2 Гбит. Таким образом, суммарный объем поддерживаемых контроллером микросхем памяти может достигать 8 Гбит. Контроллер обладает свойством автоматического конфигурирования типа памяти и обеспечивает поддержку следующих типов микросхем флэш-памяти:

• флэш-память NAND с технологией Binary или SLC (Single Level Cell);
• флэш-память NAND с технологией MLC (Multi-Level Cell) (только STBD2011);
• флэш-память AG-AND (только STBD2011).

К числу изготовителей подобных типов микросхем памяти относятся такие известные фирмы, как Samsung, Toshiba, SanDisk, ST Microelectronics и др.

Контроллер обладает блоком аппаратной коррекции ошибок (ECC), что обеспечивает достоверность переносимых данных без необходимости дополнительной программной обработки данных.

Встроенный в контроллер регулятор напряжения обеспечивает подключаемые микросхемы флэш-памяти необходимым для них напряжением питания 3,3 и 1,8 В без использования внешних стабилизаторов напряжения и других дополнительных элементов. Входным источником питания для контроллера служит источник напряжения 5 В интерфейса USB.

Для синхронизации всех процессов внутри контроллера имеется встроенный синтезатор частот, который работает совместно с внешним кварцевым резонатором, задающим тактовую частоту 24 МГц.

Контроллер STBD2010/2011 не требует никакого дополнительного программного обеспечения в своей работе и допускает использование на компьютерах с операционными системами MAC OS, Windows МE/2000/XP. Кроме того, для более ранней версии Windows 98 SE на сайте компании www.sigmatel.com свободно доступен драйвер контроллера STBD2010/2011.

Рассмотрим структурную схему контроллера (рис. 2).

Как видно из структуры контроллера, в его состав входят блоки для поддержки интерфейса USB и работы с флэш-памятью. Протокол интерфейса USB и флэш-памяти поддерживается встроенным микроконтроллером High Performance Microcontroller, который использует для своей работы встроенную постоянную память программ ROM и оперативную память RAM. Поддержка интерфейса USB осуществляется с помощью блока высокоскоростного приемопередатчика USB2.0 Hi-Speed Transceiver и устройства управления USB2.0 Hi-Speed Device Controller. Внутренний синтезатор частот PLL обеспечивает необходимую синхронизацию работы всех внутренних устройств с помощью внешнего кварцевого резонатора на 24 МГц. Блок GPIO обеспечивает внешнее управление и индикацию режима работы контроллера. Связь контроллера с флэш-памятью осуществляется через интерфейс памяти Flash Memory Interface. Встроенный регулятор напряжения Voltage Regulators формирует из входного напряжения 5 В, поступающего от интерфейса USB, необходимые для работы ядра контроллера и внешних микросхем памяти напряжения питания 3,3 и 1,8 В.

Контроллер выпускается в современном малогабаритном 48-выводном корпусе типа QFN размером всего 77 мм.

В таблице 1 приведены основные эксплуатационно-технические характеристики данной микросхемы.

Таблица 1.

Типовая структурная схема подключения микросхем памяти к контроллеру показана на рис. 3.

Практическая реализация

Принципиальная электрическая схема устройства, разработанная автором данной статьи, приведена на рис. 4.

В этой схеме используется описанная выше микросхема контроллера D1 и всего одна микросхема флэш-памяти D2.

Перечень элементов устройства с указанием типа применяемых электронных компонентов, их номиналов и типов корпусов приведен в таблице 2.

Таблица 2.

Вместо микросхемы флэш-памяти D2 может быть использована микросхема с меньшим объемом памяти. При использовании всех 16 разрядов ввода-вывода контроллера в устройстве можно применить микросхемы памяти с 16-разрядной шиной данных. Это повысит скорость обмена с микросхемами, но несколько усложнит топологию печатной платы.

Напряжение питания поступает на устройство от интерфейса USB через разъем X1. Элементы L1, CP1 и C1 обеспечивают фильтрацию этого напряжения по высокой и низкой частоте. Контроллер D1 формирует из него напряжения питания 3,3 и 1,8 В, необходимые для питания ядра самого контроллера, а также для питания микросхем памяти. Дополнительную фильтрацию напряжений питания осуществляют блокировочные конденсаторы C4–C6. Переключатель SA1, который управляет выводом GP1 контроллера, позволяет запретить запись в микросхемы памяти с целью защиты информации от стирания. Вывод контроллера GP0 управляет через ограничительный резистор R7 светодиодом HL1, отвечающим за индикацию режима работы контроллера (хранение-обращение). Резисторы R1 и R2 обеспечивают согласование входов контроллера с дифференциальными сигналами DM и DP интерфейса USB. Остальные резисторы устройства служат в качестве опорных сопротивлений, подтягивающих уровни сигналов контроллера к напряжению питания или к заземляющему потенциалу. Кварцевый резонатор BQ1 совместно с конденсаторами C2 и C3 обеспечивает формирование задающей частоты контроллера 24 МГц.

Схема не требует наладки и при правильной сборке начинает работать сразу при подключении устройства к интерфейсу USB компьютера. При первом подключении операционная система компьютера обнаружит новое устройство и произведет установку необходимых для его работы драйверов в автоматическом режиме. В дальнейшем устройство будет включено в состав компьютера в качестве сменного диска, с которым можно осуществлять любые операции чтения, записи и стирания информации, как с обычным жестким диском.