近期嘗試給服務(wù)器做外接硬盤的數(shù)據(jù)傳輸，期間各個(gè)方案依次撞墻，讓我想起了幾年來與硬件打交道的種種挫折。

多硬盤接入

此次的需求是給一臺(tái)服務(wù)器外接若干硬盤，把數(shù)據(jù)從外接SSD硬盤送入服務(wù)器后拔掉硬盤，換下一個(gè)。每天需要接入的硬盤數(shù)量和數(shù)據(jù)量都比較大。所以很容易就撞上各種瓶頸。早期的實(shí)現(xiàn)方案是用USB-SATA轉(zhuǎn)換器，但隨著接的硬盤越來越多，很快供電就開始出問題，導(dǎo)致硬盤連接變得不穩(wěn)定。SSD雖然耗電量比機(jī)械硬盤要低，但也是有5-10W的功耗。于是緊急的處理方法就是買了一堆12V電源，給USB-SATA轉(zhuǎn)接器接上外部供電。這一點(diǎn)對(duì)很多軟件工程師來說還可以接受，但很多人不知道的是，5.5mm的電源接口有兩種規(guī)格，內(nèi)部的針直徑有2.1mm和2.5mm兩種。用2.5mm的插頭接入2.1mm的插座就會(huì)松夸，輕輕碰一下就會(huì)斷電。而用2.1mm的插頭則根本無法接入2.5mm的插座。

隨后我開始換用機(jī)架服務(wù)器的方案，需要設(shè)計(jì)如何把SSD硬盤接入機(jī)架服務(wù)器。這個(gè)機(jī)架服務(wù)器的前面板有12個(gè)3.5寸SATA硬盤的槽位。于是最直觀的想法就是使用其中的4個(gè)槽位來接入外部的SSD，反正SATA是支持熱插拔的，這樣傳輸帶寬還更快。但現(xiàn)實(shí)很快擋住了去路。把SSD硬盤熱插拔接入這些槽位時(shí)，Linux里沒有出現(xiàn)新設(shè)備，dmesg里無新信息。最終只能基本判斷，是前面板這些硬盤槽位的RAID卡擋住了熱插拔的去路。所以，SATA有熱插拔的能力，但必須要進(jìn)行確認(rèn)，中途是可能被RAID卡擋住的。對(duì)一些臺(tái)式機(jī)來說，也可能在BIOS里把SATA熱插拔禁用了。

在服務(wù)器機(jī)箱里找其他機(jī)會(huì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)寬度只有10mm左右的插口，運(yùn)維確認(rèn)是SAS硬盤接口。又讓我燃起了希望。問題是，SAS接口接入SATA硬盤的方案?？孔V的方法是買硬盤背板，多個(gè)SATA硬盤接入背板后，外面一根SAS接入到主板。正當(dāng)我從另一臺(tái)服務(wù)器上拆硬盤背板打算來做試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了那個(gè)背板上需要一個(gè)巨大的電源插口，跟ATX電源接主板那種很寬的插頭很像。但服務(wù)器上并沒有提供第二個(gè)插口。這意味著我可以把SAS信號(hào)線接入到主板，但主板卻沒法給硬盤背板供電。而想要給這玩意供電，意味著還要搞一套很高的ATX電源，機(jī)柜里根本放不下。于是該方案因?yàn)樾枰饨覣TX電源而放棄，雖然不是完全不可用，但優(yōu)先級(jí)已經(jīng)很低了。

接著我把目光轉(zhuǎn)向了PCIE接口。服務(wù)器里有2個(gè)PCIE3.0x8的插槽。基于這個(gè)插槽有兩種方案。一個(gè)是買PCIE-SATA轉(zhuǎn)接卡，可以用一個(gè)PCIE插槽擴(kuò)充出來最多24個(gè)SATA口。我之前就考慮過此方案，把轉(zhuǎn)接卡接入，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)接卡是半高的，正好可以放入主板。但坑人的是，轉(zhuǎn)接卡上部的16個(gè)SATA口卻被機(jī)箱頂部擋住了。使得轉(zhuǎn)接卡不被擋住的SATA口只剩下了4個(gè)。于是PCIE-SATA方案，卒。使用PCIE延長(zhǎng)線將PCIE-SATA轉(zhuǎn)接卡橫著放，或引入機(jī)箱外部也是個(gè)辦法。但同樣無法解決硬盤供電問題，搞個(gè)ATX電源同樣讓人抓狂。

另一個(gè)基于PCIE的方案是PCIE-USB3.0。如果能引出8個(gè)USB3.0接口也是不錯(cuò)的。正當(dāng)我選型時(shí)，發(fā)現(xiàn)PCIE-USB轉(zhuǎn)接卡需要接入一個(gè)SATA電源來方便給外部USB供電。而服務(wù)器里根本沒有多余的電源接口，一個(gè)多余的SATA電源都都沒有。而且，外接硬盤的供電也是同樣的難題。

繼續(xù)尋找，主板上有兩個(gè)SATA口，看標(biāo)注是給DOM盤用的，但卻同樣受限于主板上根本就沒有提供額外的電源。直到我在SATA口的旁邊看到了給DOM盤供電的焊盤，注意是焊盤，不是接插件。我對(duì)于電烙鐵的使用是很熟悉的，但直接在主板上焊線頭還是有些夸張了。

所以最后呢，打算買5盤位的USB硬盤盒，用外接的小電源，只占用插座空間，不占用機(jī)柜空間。這個(gè)方案還要祭天才能開始測(cè)試，希望順利吧。

模擬視頻采集

這些抓狂的精力，與我?guī)啄昵伴_發(fā)DVR時(shí)的痛苦何其的相似，激起了痛苦的回憶。2013年時(shí)，公司需要個(gè)DVR，硬盤錄像機(jī)，負(fù)責(zé)把外部的多路模擬視頻信號(hào)錄制進(jìn)取，完整mp4的打包后上傳給服務(wù)器。希望一臺(tái)機(jī)器可以錄制4路視頻，分辨率壓縮到352x288，1fps，每路視頻也都要帶音頻。

我最直觀的想法是，買個(gè)樹莓派，以及USB視頻采集卡。通過USB-HUB來接4個(gè)采集卡，樹莓派里用ffmpeg來定制采集參數(shù)和視頻壓縮打包。最后上傳就更簡(jiǎn)單了。

坎坷從USB采集卡開始。市面上的采集卡我買了20多種。絕大部分采集卡是Windows專用，Linux下根本就沒有驅(qū)動(dòng)。于是，大部分買來的采集卡成了廢品，堆在一邊。這其中唯一一種有Linux驅(qū)動(dòng)的，我費(fèi)盡艱辛，編譯內(nèi)核把驅(qū)動(dòng)弄進(jìn)去了。又要研究v4l2驅(qū)動(dòng)來定制采集參數(shù)，減低緩存幀數(shù)等等。等到我看到采集的第一幀畫面時(shí)，已經(jīng)過去了兩個(gè)月。

下一步是采集4路？想多了。當(dāng)我試驗(yàn)把2路采集卡，不經(jīng)過USB-HUB接入樹莓派時(shí)，樹莓派一聲不吭的就滅了。遭遇了供電問題。給系統(tǒng)升級(jí)了5V4A的電源。開機(jī)后繼續(xù)做采集測(cè)試，結(jié)果第二個(gè)采集卡死活沒法開啟。而且第一個(gè)采集卡的工作也很不穩(wěn)定。經(jīng)過朋友的幫助，才知道，樹莓派第一代上的多個(gè)USB口底層是有USB-HUB的，而這個(gè)HUB芯片有問題，導(dǎo)致了USB bulk通信的不穩(wěn)定。樹莓派上位機(jī)方案，卒。

趕緊尋找其他嵌入式Linux方案，目光轉(zhuǎn)向了Cubieboard 1。又是一路刷系統(tǒng)，編譯驅(qū)動(dòng)，見第一幀畫面。等到接入第二個(gè)采集卡時(shí)，依舊持續(xù)報(bào)錯(cuò)不讓開啟。最后確認(rèn)了，是USB帶寬問題。USB2.0帶寬480Mbps，而一路采集卡就需要占用超過一半帶寬，所以USB控制器就不允許同時(shí)開啟兩個(gè)視頻采集設(shè)備。多路采集卡方案，卒。

下一步如何呢，想到我的電子設(shè)計(jì)水平可以達(dá)到入門級(jí)，于是去找模擬開關(guān)。打算用Cubieboard 1的GPIO，控制CD4052/74HC4052，使得4路輸入視頻可以用時(shí)分復(fù)用的方式進(jìn)入1個(gè)采集卡，反正每一路視頻我只需要1fps。就按切換時(shí)間最不靠譜的情況，2幀里拿到1幀靠譜的畫面也行。等到設(shè)計(jì)完視頻切換電路，板子焊接好接入試驗(yàn)。現(xiàn)實(shí)再次是一堵墻。視頻采集卡的輸入視頻在切換輸入信號(hào)時(shí)，并不會(huì)重新同步行、場(chǎng)、幀。導(dǎo)致新的畫面一片亂。想要看到新的畫面，只能關(guān)閉視頻采集開再重新打開，這樣就會(huì)觸發(fā)重新的視頻采集同步動(dòng)作。然后我發(fā)現(xiàn)了，基于v4l2的一次關(guān)閉和打開需要0.6-0.7秒。這樣下來1秒無論如何也無法采集到第2路的畫面。

接下來，我甚至考慮過買高速ADC，自己軟件解碼模擬視頻。或者用FPGA來完成采集到信號(hào)識(shí)別行、場(chǎng)、幀，并把緩存完的幀送入上位機(jī)?；赟TM32的DCMI來抓取視頻，并用USB-HS送入上位機(jī)等。但這些都沒有繼續(xù)下來，我就辭職了……

也許的解決辦法

跟硬件打交道，總是會(huì)出現(xiàn)一大堆的不可預(yù)料障礙，很多障礙甚至是無法逾越，只能廢掉方案。

所以靠譜的思路是，一開始就不能對(duì)任何方案有過高的期望。而應(yīng)該一開始就盡可能的多列出一些方案。試驗(yàn)的時(shí)候，各個(gè)方案在經(jīng)費(fèi)允許的情況下，并行的采購(gòu)零配件。三五個(gè)方案因?yàn)槟承┫拗票粡U掉都是正常的，萬不可對(duì)一個(gè)方案過于死心眼堅(jiān)持。很多障礙在做試驗(yàn)之前根本無法預(yù)料，比如上面的SATA口被機(jī)箱擋住，樹莓派自帶的USB-HUB芯片有問題等等。

最后祝大家的項(xiàng)目順利吧。