隨著最新版本的Raspberry Pi OS的發(fā)布，Raspberry Pi 5可以利用Class A2 SD卡提供的額外性能；為了幫助您充分利用這一點(diǎn)，我們推出了我們自己的一系列高品質(zhì)、低成本的Raspberry Pi SD卡。我們還發(fā)布了Raspberry Pi保護(hù)套，這是一個(gè)可愛的小硅膠套，用來保護(hù)您的Raspberry Pi 5的底部和邊緣。

Raspberry Pi SD卡正如你們中的許多人親身體驗(yàn)過的，您選擇的SD卡對您的Raspberry Pi體驗(yàn)有著巨大的影響。從歷史上看，我們與我們的認(rèn)證轉(zhuǎn)售商合作伙伴合作，測試并認(rèn)可第三方SD卡。但隨著SD卡變得更加復(fù)雜，特別是隨著Class A2卡的出現(xiàn)，這個(gè)過程變得越來越繁瑣。為了確保您以盡可能低的成本獲得盡可能好的體驗(yàn)，我們與我們的合作伙伴Longsys合作開發(fā)了一系列品牌的Raspberry Pi SD卡。這些Class A2卡在所有Raspberry Pi計(jì)算機(jī)上提供了卓越的隨機(jī)讀寫吞吐量，并且在Raspberry Pi 5上使用時(shí)支持命令隊(duì)列，以實(shí)現(xiàn)更高的性能。從今天起，我們的認(rèn)證轉(zhuǎn)售商將只在Raspberry Pi計(jì)算機(jī)旁邊推廣Raspberry Pi SD卡，您可以確信它們的質(zhì)量。Class A2 SD卡：更硬、更好、更快、更強(qiáng)支持應(yīng)用程序性能等級A2的SD卡，比如我們的新Raspberry Pi SD卡，可以實(shí)現(xiàn)更快的讀寫操作，Raspberry Pi 5包含了允許它充分利用這種額外性能的硬件特性。要啟用這些特性，您將需要使用最新版本的Raspberry Pi OS，或者用最新的軟件包更新您的Raspberry Pi OS安裝。運(yùn)行以下命令進(jìn)行更新：

sudo apt update && sudo apt full-upgrade

Class A2卡是如何實(shí)現(xiàn)更好的性能的呢？繼續(xù)閱讀！什么是CQHCI？SD主機(jī)控制器接口（SDHCI）規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化了控制與SD卡通信的硬件（主機(jī)控制器）。在Raspberry Pi計(jì)算機(jī)上，主機(jī)控制器位于Broadcom應(yīng)用程序處理器內(nèi)部。命令隊(duì)列主機(jī)控制器接口（CQHCI）擴(kuò)展了SDHCI，增加了一組額外的控制寄存器，以及一個(gè)CQ引擎，在檢測到合適的卡時(shí)，它將接管傳統(tǒng)的主機(jī)控制器。必須明確地將卡置于命令隊(duì)列（CQ）模式，之后一組新的SD命令變得可用，許多現(xiàn)有的SD命令變得無效。新的命令將讀取或?qū)懭肟ㄉ葏^(qū)的_請求_與卡的_響應(yīng)_解耦。每個(gè)讀寫操作都被標(biāo)記，讀寫操作總共可以使用多達(dá)32個(gè)標(biāo)簽。卡可以選擇它返回命令響應(yīng)的順序，并且可以選擇緩沖寫入數(shù)據(jù)而不是立即將其提交到閃存。通過允許它有效地“看到未來”，命令隊(duì)列讓閃存控制器隱藏了更多與訪問不同NAND閃存頁面相關(guān)的延遲。這至少在理論上——在Raspberry Pi OS生成的隨機(jī)I/O工作負(fù)載中實(shí)現(xiàn)了更好的吞吐量。

CQ支持首次出現(xiàn)在2015年的JEDEC規(guī)范JESD84-B51中的eMMC設(shè)備中。SD規(guī)范的等效版本在2017年的SD v6.00中出現(xiàn)。然而，在2023年Raspberry Pi 5發(fā)布時(shí)，Linux只支持eMMC設(shè)備上的CQHCI——所以我們沒有充分利用性能。在2024年初，我開始實(shí)現(xiàn)SD卡上缺失的CQ支持。如何使用CQHCI？仔細(xì)解析SD規(guī)范讓我開發(fā)了一個(gè)可選卡特性的依賴鏈，如果使用CQ模式，所有這些特性都需要得到支持。這些按順序是：- 卡必須支持?jǐn)U展寄存器訪問，這是一種通用方法，通過512字節(jié)的頁面訪問可選特性，每個(gè)頁面都有一個(gè)類型標(biāo)識(shí)它指的是哪個(gè)特性擴(kuò)展- 卡必須支持性能增強(qiáng)擴(kuò)展寄存器- 在性能增強(qiáng)擴(kuò)展中，卡必須支持寫入緩存- 由于支持寫入緩存，卡還必須支持電源擴(kuò)展寄存器，并至少支持電源關(guān)閉通知

- 卡必須聲明滿足Class A2性能所需的隊(duì)列深度——從2到32個(gè)標(biāo)簽

由于Linux已經(jīng)支持eMMC卡上的CQ，我所要做的就是找出SD實(shí)現(xiàn)的不同之處——確實(shí)有幾種這樣的情況。在正常操作中，主機(jī)操作系統(tǒng)有時(shí)需要發(fā)出“元操作”，這些操作不直接傳輸數(shù)據(jù)，但做相關(guān)的事情，比如重新校準(zhǔn)主機(jī)到卡的數(shù)據(jù)路徑延遲，請求卡狀態(tài)作為卡移除的代理，以及執(zhí)行閃存維護(hù)操作，比如信號(hào)塊丟棄。對于eMMC設(shè)備，大多數(shù)元操作是通過發(fā)出帶有32位參數(shù)的命令CMD6來執(zhí)行的。CQHCI支持在CQ模式下注入這些操作，通過指定控制器中的“頂部”標(biāo)簽來執(zhí)行DCMDs（直接命令）。然而，對于SD卡，執(zhí)行元操作的命令集通常需要我們停止CQ引擎，并使用常規(guī)SD主機(jī)控制器寄存器發(fā)出非CQ命令。一旦這些差異被解決，我就有了一個(gè)可用的Linux驅(qū)動(dòng)程序，它被推送到`rpi-update`。我在論壇上為冒險(xiǎn)者創(chuàng)建了一個(gè)測試線程，并開始評估我大量的零售卡收藏。

SD卡如何實(shí)現(xiàn)CQ模式？以一種非常偶然的方式。SanDisk卡，特別是Extreme和Extreme Pro產(chǎn)品線，是我的第一選擇——它們的表現(xiàn)很好。然而，其他制造商的產(chǎn)品由于一個(gè)或多個(gè)常見缺陷而受到影響，這些缺陷排除了CQ模式操作，或者導(dǎo)致它們在使用中出現(xiàn)問題：- 盡管實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)展，但沒有聲明電源關(guān)閉通知支持- 在CQ模式被激活然后停用后，接收到緩存刷新請求時(shí)掛起

- 卡沒有正確實(shí)現(xiàn)“CQ啟用”擴(kuò)展寄存器位——如果我寫入1，我將永遠(yuǎn)讀回0

甚至有一種類型的卡聲稱支持Class A2，但忽略了任何讀取擴(kuò)展寄存器以探測這些特性的請求！Raspberry Pi內(nèi)核在功能探測期間或使用與卡標(biāo)識(shí)符匹配的顯式quirk時(shí)過濾掉這些測試失敗的卡。如果您發(fā)現(xiàn)A2品牌卡在Raspberry Pi 5上表現(xiàn)不正常，那么請?jiān)谏鲜稣搲€程中報(bào)告。

寫入緩存+意外移除=壞事

啟用CQ模式的一個(gè)潛在陷阱是，它為卡提供了新的機(jī)會(huì)，在電源意外移除時(shí)破壞您的文件系統(tǒng)。在CQ模式下，主機(jī)應(yīng)該遵守維持卡的電源供應(yīng)的要求，只有在發(fā)送了電源關(guān)閉通知后才移除它；這為閃存控制器提供了一個(gè)機(jī)會(huì)，將所有未完成的寫入提交到閃存。對于像手機(jī)這樣有隱藏SD插槽的電池供電主機(jī)來說，這是一個(gè)容易履行的合同——請求設(shè)備關(guān)閉或揭開插槽可以觸發(fā)電源關(guān)閉通知。Raspberry Pi，有暴露的SD插槽和可插拔的PSU，很難提供這種保證。有多個(gè)寫入在飛行，或者有多個(gè)待處理寫入的通知，我們不能再保證寫入提交到閃存的順序。如果電源意外移除，最近的任意集合的寫入可能沒有被提交，而不是嚴(yán)格按照最近的_n_次寫入；這極大地復(fù)雜化了使文件系統(tǒng)對腐敗有彈性的任務(wù)。Raspberry Pi內(nèi)核通過將CQ模式下的最大發(fā)布寫入數(shù)量限制為一個(gè)來規(guī)避這個(gè)問題。雖然理論上這可能會(huì)導(dǎo)致順序?qū)懭胪掏铝拷档?，但我測試的卡在性能上最多只有2-3%的降低。

介紹Longsys

一旦很明顯Class A2 SD卡在Raspberry Pi 5上運(yùn)行CQ模式時(shí)提供了顯著的性能提升，我們就開始與幾家卡OEM討論，目標(biāo)是驗(yàn)證一個(gè)成本效益高的報(bào)價(jià)，它將在每一代Raspberry Pi計(jì)算機(jī)上都很好用。在與他們的工程團(tuán)隊(duì)合作，使他們的卡的聲明特性集與我們的要求一致；通過在I/O重負(fù)載下自動(dòng)執(zhí)行超過100,000次意外斷電循環(huán)來證明這些卡的魯棒性；并調(diào)整這些卡以充分利用Raspberry Pi 5之后，我們選擇了Longsys作為我們的供應(yīng)商。雖然在Raspberry Pi 5上的最佳性能是我們的主要目標(biāo)，但這些卡的非CQ性能仍然非?？?，您通常會(huì)在舊的Raspberry Pi計(jì)算機(jī)上看到顯著的性能提升。

Raspberry Pi 5的Raspberry Pi保護(hù)套

今天的另一個(gè)配件發(fā)布為您帶來了Raspberry Pi保護(hù)套：這個(gè)簡單的外殼解決方案你從未意識(shí)到你需要，已經(jīng)成為Pi Towers的最愛。這是一個(gè)即插即用的硅膠底座，它可以輕松地保護(hù)您的Raspberry Pi5的底部和邊緣，以及您放置它的表面，還可以使電源按鈕更容易使用。它與Raspberry Pi Active Cooler兼容，并且只需3美元。就是這樣。兩個(gè)不起眼的，但極好的配件，我們想知道我們沒有它們是怎么過的。我們希望你們喜歡它們。