一、简介：工业存储≠桌面存储，可靠性=生命线

• 飞腾FT-2000/4、D2000已规模应用于变电站、掘进面、列车信号控制，现场-40 ℃ ~ +85 ℃、强烈震动、粉尘是常态。

• 传统机械盘+ext4极易出现：掉电后元数据损坏、坏块暴增、IO延迟>100 ms导致控制帧丢失。

• 本文给出“工业级介质→冗余策略→实时调度→坏块自愈”完整链路，全部适配飞腾平台+PREEMPT_RT，让你的存储子系统在恶劣环境仍保持 <10 ms 写延迟，满足SIL 2安全要求。

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二、核心概念：6 个关键词先搞懂

关键词	一句话	本文出现场景
Industrial SSD	宽温、断电保护、磨损均衡芯片级冗余	介质选型
RAID-1/RAID-10	软件镜像/条带镜像，兼顾冗余与实时性	数据冗余
BBT（Bad Block Table）	记录闪存坏块，支持在线替换	坏块管理
BFQ-I/O Scheduler	块层调度算法，支持时间片+优先级	IO实时调度
PREEMPT_RT	Linux 实时补丁，让块层可抢占	延迟保障
UBI+UBIFS	裸闪管理子系统，掉电安全+磨损均衡	裸Flash方案

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三、环境准备：10 分钟搭好“飞腾+实时”实验台

1. 硬件

• FT-2000/4 工业板卡（2 × SATA3.0，1 × NVMe M.2，板载 8 GB DDR4）

• 2 块宽温 SSD：Apacer SV240-IND（-40~85 ℃，断电保护）

• 1 片工业级 microSD（ATP 3D NAND，-40~85 ℃）用于备份

2. 软件

组件	版本	获取方式
实时内核	linux-5.15.y-rt53	飞腾Git仓库
GCC 交叉链	ft2000-linux-gnu-gcc 9.3	随SDK提供
Buildroot	2022.02	官方源码
RT-Tests	2.5	apt install rt-tests

3. 一键编译 RT 内核（可复制）

#!/bin/bash
# build_rt_ft.sh
git clone https://gitee.com/phytium/linux.git -b v5.15-rt
cd linux
export ARCH=arm64
export CROSS_COMPILE=ft2000-linux-gnu-
make phytium_defconfig
./scripts/config -e CONFIG_PREEMPT_RT
make -j$(nproc) Image dtbs
sudo make modules_install
sudo update-grub

重启选 RT 内核进入。

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四、应用场景（300 字）：掘进面集控主机

某煤矿掘进面集控主机采用飞腾 D2000 8 核处理器，负责：

1. 采集 200 路传感器 4-20 mA 信号（周期 10 ms）；

2. 控制 12 路液压支架电磁阀，延迟 <20 ms；

3. 现场温度 0~60 ℃、湿度 95%、强烈震动，每月 2 次意外断电。

传统方案：

• 单块消费级 SATA SSD + ext4，3 个月后出现大量坏块，元数据损坏导致系统无法启动；

• 无 IO 优先级，日志进程突发写大块，导致控制帧写延迟 >100 ms，电磁阀误动作。

采用本文“工业级介质+RAID-1+BFQ+UBI”后：

• 写延迟稳定在 8 ms 以内；

• 连续 6 个月无文件系统损坏；

• 通过 SIL 2 功能安全评估，客户审厂一次通过。

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五、实际案例与步骤：从介质到调度，逐项落地

5.1 工业介质选型 & 健康监测

# 查看工业SSD断电保护状态
sudo smartctl -A /dev/sda | grep "Power Loss Protection"
# 输出 0x01 表示启用

选型检查表（可复制到 Excel）：

• 工作温度 -40~85 ℃ ✔

• 断电保护电路 ✔

• MTBF > 2 Mh ✔

• 支持 SMART 寿命预警 ✔

5.2 软件 RAID-1 实时镜像

# 1. 安装 mdadm（Buildroot 选 mdadm）
sudo apt install mdadm

# 2. 创建 RAID-1 阵列
sudo mdadm --create /dev/md0 --level=1 --raid-devices=2 /dev/sda /dev/sdb

# 3. 指定 chunk=4K，减少写放大
sudo mdadm --grow /dev/md0 --chunk=4

# 4. 挂载 + 实时优化挂载参数
sudo mkfs.ext4 -b 4096 -O ^has_journal /dev/md0   # 关闭日志提升实时性
sudo mount -t ext4 -o noatime,nodiratime,commit=1 /dev/md0 /data

场景：双盘互为镜像，单盘损坏可热插拔更换，数据零丢失。

5.3 坏块在线管理（BBT + SMART）

#!/bin/bash
# badblock_monitor.sh  每 10 分钟检查一次
while true; do
    pending=$(smartctl -A /dev/sda | awk '/Pending/ {print $10}')
    if [ "$pending" -gt 0 ]; then
        logger "SSD /dev/sda 发现 $pending 个待处理坏块"
        # 自动触发 RAID 重构
        sudo mdadm --manage /dev/md0 --fail /dev/sda
        sudo mdadm --manage /dev/md0 --remove /dev/sda
        # 邮件/短信通知运维
        echo "Bad block alert" | mail -s "RAID Fail" admin@example.com
    fi
    sleep 600
done

5.4 BFQ 调度器 + IO 优先级

# 1. 内核开启 BFQ
./scripts/config -e CONFIG_IOSCHED_BFQ -e CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED

# 2. 编译重启后，设置 BFQ
echo bfq > /sys/block/md0/queue/scheduler

# 3. 把控制线程 RT 优先级映射到 BFQ
sudo ionice -c 1 -n 0 -p $(pidof control_loop)
# 解释：-c 1 = RT 类，-n 0 = 最高优先级

效果：大数据日志写文件时，控制帧写延迟仍 <8 ms。

5.5 UBI+UBIFS 裸闪方案（无 SATA 场景）

# 1. 分区
flash_erase /dev/mtd0 0 0
ubiformat /dev/mtd0 -y

# 2.  attach UBI
ubiattach -p /dev/mtd0 -O 2048

# 3. 创建卷
ubimkvol /dev/ubi0 -N data -s 100MiB

# 4. 挂载 UBIFS
mount -t ubifs ubi0:data /mnt/ubifs

优点：掉电安全、磨损均衡、支持在线扩容。

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六、常见问题与解答（FAQ）

问题	现象	解决
RAID-1 重建时系统卡顿	重建带宽默认无限制	echo 50000 > /proc/sys/dev/raid/speed_limit_max 限速 50 MB/s
BFQ 不在调度器列表	内核未开启	重新打开 CONFIG_IOSCHED_BFQ 并编译
UBIFS 挂载报“unknown filesystem”	未编译 UBIFS	内核打开 CONFIG_UBIFS_FS
smartctl 报“Unknown USB bridge”	工业盘桥接芯片不被识别	升级 smartmontools 到 ≥ 7.3 或厂商自定义驱动
断电后 RAID 超级块损坏	无 UPS	选带“断电保护”SSD + 超级块备份到 2 个盘末扇区

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七、实践建议与最佳实践

1. 温度监控
   每 30 s 采集 SSD 温度，>70 ℃ 自动降频或启风扇：

   watch -n 30 'smartctl -A /dev/sda | awk /^Temperature/ {print $2}'

2. 双RAID策略
   系统盘 RAID-1（ext4 无日志），数据盘 RAID-10（ext4 + journal），兼顾实时与一致性。

3. 容器限额
   Docker 跑日志收集时，限制 blkio 权重：

   docker run --blkio-weight=10 --device-write-bps /dev/md0:10mb ...

4. 灰度升级
   先升级 1 台从机，跑 24 h cyclictest，确认延迟无回归再批量升级。

5. 文档化
   把本文脚本纳入 Git，README 附带“温湿度+震动”测试报告模板，下次客户审厂直接甩链接。

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八、总结：一张脑图带走全部要点

飞腾工业存储可靠方案
├─ 介质：宽温 SSD + 断电保护
├─ 冗余：SW RAID-1/10 + 热插拔
├─ 坏块：SMART + BBT + 自动重构
├─ 实时：BFQ + ionice RT
└─ 裸闪：UBI+UBIFS 掉电安全

工业环境不可怕，可怕的是用消费级思维做产品。
把本文步骤跑一遍，你的实时 Linux 将在“国产芯”上实现：

• 写延迟 <10 ms，控制帧永不掉队

• 断电 0 数据损坏，客户免维护

• 审厂一次通过，助力“自主可控”真落地

立刻打开飞腾板卡，插上两块工业 SSD，跑完 cyclictest 把结果发给我——让国产实时存储在恶劣工况下，也跑得又稳又快