Диагностика и ремонт USB накопителей.

Диагностика и ремонт USB накопителей. 

Новая версия интерфейса USB 3.0 поддерживает полнодуплексный режим передачи данных, а пропускная способность возросла до 4,8 Гбит/с, улучшены возможности энергосбережения, обратная совместимость с устройствами USB 2.0 и USB 1.1 сохранена. С резким увеличением количества накопителей подключаемых к шине USB обострилась и проблема ремонта этих устройств.

Как продлить срок как службы современных накопителей.

В настоящее время флеш-диски приобрели огромную популярность и, по существу, являются универсальным средством хранения и переноса цифровой информации. Ими снабжаются мобильные телефоны, плееры, DVD - проигрыватели, фотоаппараты и многие другие устройства хранения информации. Преимуществом флэш-накопителей по отношению к другим мобильным устройствам хранения информации являются:

- большой объём; 
- высокое быстродействие; 
- компактность; 
- отсутствие подвижных механических деталей; 
- малое энергопотребление и простота эксплуатации; 
- красивый дизайн; 
- совместимость с распространенными операционными системами - Windows , MacOS, Linux. 
                Несмотря на все вышеперечисленные достоинства флэш-диски имеют существенный недостаток - низкая надёжность в эксплуатации. Это значит, что при эксплуатации устройств этого типа необходимо быть готовым к тому , что информация, хранящаяся на диске, может быть утеряна по причине отказа работы самого диска, т.е. выхода его из строя. 

                Причин неработоспособности флеш-диска (рис. 1) может быть много, но основные из них это: 
- потеря логической структуры диска; 
- механические неисправности; 
- выход из строя электроники, неисправности по питанию; 
- неработоспособность контроллера управления памятью; 
- выход из строя флэш-памяти (NAND ).

Потеря логической структуры диска.

 Основная причина таких неисправностей - преждевременное извлечение устройства из разъема USB, незапланированное отключение питания и некорректная работа пользователя (работа без антивирусных программ, запуск программ форматирования и управления дисками). При таких неисправностях разрушается только таблица с информацией о размещении файлов (FAT), а сами файлы, в большинстве случаев, остаются не повреждёнными. При данной неисправности диск в системе опознается как пустой или неформатированный, хранящиеся данные на нем не видны, но при этом он остается физически исправным. Данные с такого поврежденного диска можно извлечь вручную или в автоматическом режиме при помощи специальных утилит восстановления - R-Studio, EasyRecovery, PhotoRec, DISKEDIT и т.д. Методики и последовательность операций при извлечении данных с помощью этих утилит широко известны и представлены в HELP-ах самих программ. 

Механические неисправности.

К механическим неисправностям можно отнести появление микротрещин на разъеме основной платы флэш-накопителя, расслоение плат, повреждение USB разъема. Все эти неисправности, как правило, являются причиной непрочного корпуса, тонкой платы и слабого крепления разъема USB. Не редки случаи появления неисправностей такого типа при попадании внутрь корпуса диска влаги и воды. 

Выход из строя электроники, неисправности по питанию.

Причиной этих неисправностей является нестабильное питание-флэш диска и статические разряды, которые появляются в момент подключения диска к компьютеру. Также к выходу из строя может привести переплюсовка линий питания флешки, которая присутствует при неправильном подключении или при некачественной сборке компьютера, например при неправильном подключении к материнской плате шлейфа порта USB на передней панели. Все эти неблагоприятные факторы приводят к выгоранию контроллера и элементов его обвязки или выходу из строя микросхемы памяти. 

Неработоспособность контроллера управления памятью.

Данная неисправность проявляется в виде нераспознавания флэш-диска компьютером. Чаще других данная неисправность возникает из-за сбоя внутренней микропрограммы контроллера. В этом случае контроллер блокируется и не отвечает на запросы операционной системы . При попытке доступа к нему могут выводиться сообщения «Вставьте диск» или «Нет доступа к диску». 

Рис. 1.

В некоторых случаях диск становится доступен только для чтения, данные при этом видны и читаются, но при попытках создания файла, стирания или форматирования выводится сообщение - «Диск защищен от записи». При такого рода неисправности контроллер переходит в режим защиты данных при обнаружении ошибок микропрограммы или флэш-памяти. Необходимо это для предотвращения разрушения памяти типа NAND и потери данных. Такая блокировка может также произойти из-за выхода из строя микросхемы памяти, в том числе из-за появления дефектных блоков или превышения порога циклов записи . 

Выход из строя флэш-памяти (NAND).

При этой неисправности флэш-накопитель опознается системой и работает, но данные, как правило, читаются с ошибками. Наблюдаются искажения данных в файлах, портятся архивы, могут выводиться сообщение "Ошибка CRC". Основная причина неисправностей памяти - это дефекты на физическом уровне. Самым слабым местом флэш-памяти является ограниченное количество циклов перезаписи. На практике при обращении к памяти запись производится неравномерно по всем адресам. Это связано с применением файловой системы FAT, в которой при каждом обращении к ячейкам памяти переписывается служебные таблицы файловой системы, следовательно, первые сектора памяти израсходуют свой запас значительно раньше остальных.

                Все современные USB флэш-диски имеют встроенный контроллер памяти, который производит обнаружение и исправление ошибок в ней, а также старается равномерно использовать ресурс перезаписи флэш-памяти. Он применяет специальные алгоритмы "выравнивания износа", в которых часто изменяемые данные перемещаются по адресному пространству флэш-памяти, так что запись производится по разным физическим адресам, т.е. при последовательной записи несколько раз в один и тот же логический сектор данные записываются каждый раз в другую физическую ячейку в микросхеме FLASH-памяти. Установка соответствия логических секторов физическим обычно производится при помощи специальной таблицы трансляции. Такой алгоритм работы увеличивает срок службы флэш-накопителя, но и усложняет восстановление информации, поскольку приходится собирать сектора в правильную цепочку без помощи штатного контроллера диска. Применяя алгоритмы равномерного распределение нагрузки на ячейки памяти можно существенно продлить срок работы памяти NAND памяти. В процессе эксплуатации флэш-дисков до 70% всех неисправностей приходится на неработоспособность контроллера, неисправности питания (см. стабилизатор питания +3,3В на рис. 2) и потери логической структуры диска.

Рис. 2.

                Ремонт накопителя  в  любом  случае необходимо начинать с детального его осмотра, проверки состояния его элементов, дорожек, платы, USB разъема. Как правило, элементы, имеющие внешние механические повреждения корпуса, пробои, трещины и т.д., на этом этапе выявляются. Несмотря на банальность этой проверки, переоценить ее важность невозможно. Как  показывает  практика  ремонта  флэш-дисков,  значительная часть дефектов его электронной схемы обнаруживается именно таким образом.