覺(jué)得板載8G的eMMC不夠用？給Banana Pi M3 換 64G eMMC! （附對(duì)比測(cè)試）

ID:137504 · 發(fā)表于 2016-9-8 19:09

從博客有了[瞎弄]這個(gè)分類(lèi)，還沒(méi)有能一篇能稱(chēng)得上[瞎弄]的文章。總該上點(diǎn)干貨了，這回，親自動(dòng)手換給香蕉派 M3 換板子上的 eMMC。
有給 M3 換eMMC的想法，是因?yàn)樵诓痪弥埃瑖L試在 M3 上面編譯 OpenCV3.0。M3的原配 8G eMMC，安裝完 Debian Jessie 之后，已經(jīng)占用了 5G 多的空間，再?lài)L試編譯 OpenCV，編譯到一半，直接提示磁盤(pán)空間不足了。無(wú)奈之下?lián)Q成了 16G 的 microSD 卡，雖然編譯過(guò)了，但是一直對(duì) SD 卡的性能耿耿于懷，畢竟擺著讀取速度 50MB/s 的速度的 eMMC 不用，卻去用不到 25MB/s 的 SD 卡干嘛。。

0 扯有必要先來(lái)扯一下 M3 的 eMMC 接口跟 sd 卡插槽。
先來(lái)看看這兩個(gè)接口在 Banana Pi M3 （A83T處理器）上的區(qū)別 [1]。
[td]

接口	總線頻率（最大）	總線寬度	DDR模式	字節(jié)速度
eMMC	50 MHz	8 bits	Yes	50MB/s
SD	50 Mhz	4 bits	Unknown	25MB/s

注：以上數(shù)據(jù)僅僅代表我在M3上的測(cè)試結(jié)果
其實(shí)，這兩個(gè)接口在 A83T 上其實(shí)沒(méi)有區(qū)別，使用一樣的控制器，一樣的最大數(shù)據(jù)線上的時(shí)鐘為 50MHz，只是一個(gè)是 8 bits 的數(shù)據(jù)寬度，一個(gè)是 4 bits 的數(shù)據(jù)寬度（SD卡本身的限制）。所以字節(jié)速度，也就是我們說(shuō)的傳輸速度，一個(gè)是50MB/s 一個(gè)是25MB/s [2] [3]。
DDR (Double data rate) 是個(gè)好東西，與之對(duì)應(yīng)的是SDR (Single data rate?)，DDR 可以在時(shí)鐘不變的情況下，在時(shí)鐘上升沿和下降沿都讀取數(shù)據(jù)，總線帶寬翻倍（不過(guò)好像翻倍的時(shí)鐘，用來(lái)做上傳和下載用了，所以上傳/下載本身只能實(shí)現(xiàn)SDR的速度？）。但是，我嘗試過(guò)很多很多卡，都無(wú)法實(shí)現(xiàn)在 SD 卡槽上開(kāi)啟 DDR 模式。而在 wiki 里面, 也沒(méi)有明確 SD 卡能開(kāi)啟 DDR 模式[2]。
我推測(cè) A83T 的 SD 卡槽理論上是支持 UHS-1 的SD卡的，即使有時(shí)鐘(50MHz)限制，至少也應(yīng)該能工作在 25MB-4Bits-DDR模式，這樣的話SD接口與板載eMMC的區(qū)別，僅在于4bit 跟 8bit的區(qū)別了[3]。
總結(jié)一下，理論上，在我的 M3 上面，使用 eMMC 接口的情況下，eMMC 上帶寬會(huì)是 SD 卡的2倍（以上）； eMMC 工作在 50MB-8bits-DDR 模式， SD 卡工作在 25MB-4bit-SDR 模式下。（我有一張坑爹的 32G C10 UHS-1 MicroSD 卡，在 M3 下只能工作在 12MB-4bits-SDR 模式，實(shí)際讀取速度只有10 MB/s）
為嘛要換？原因很簡(jiǎn)單，板載 eMMC 理論上可以提供至少兩倍于SD卡的讀取性能，（對(duì)于12MB-4bits-SDR 模式的sd卡有4倍），可以自由選擇容量（我選了64G的得意臉.jpg）。
1 準(zhǔn)備工作高性能的 eMMC 芯片在手，成不成就看手藝了。

eMMC 型號(hào)是 KLM8G1GEAC，我手上的 M3 原裝型號(hào)是 KLM8G1WEP。區(qū)別類(lèi)似特斯拉的 S70 跟 P90 的區(qū)別。相對(duì)SD卡而言，都是極大的升級(jí)，而在eMMC內(nèi)相比，一個(gè)是基礎(chǔ)款，一個(gè)是高性能大容量版本。
具體比較請(qǐng)看[三殤的宣傳手冊(cè)][4]：區(qū)別還是很大的。不過(guò)數(shù)據(jù)看看就好，后面可以看到，在 A83T 上主要瓶頸是 A83T 的接口速度只有 50MHz。

先對(duì)周?chē)碾娮釉鲆恍┍Ｗo(hù)，我也是第一次用熱風(fēng)吹BGA封裝的芯片，并沒(méi)有什么經(jīng)驗(yàn)，還是做一些盡可能的保護(hù)比較好，用的是國(guó)內(nèi)帶過(guò)來(lái)的高溫膠帶

然后，開(kāi)始吹。。可是由于散熱太好還是怎么滴，把我的熱風(fēng)槍吹壞了了（電源過(guò)熱啪啪啪地以工頻發(fā)出慘叫而且越來(lái)越大聲）。再吹下去我的熱風(fēng)機(jī)壞掉了，群里的小伙伴說(shuō)用煤氣爐。。我沒(méi)有煤氣爐，不過(guò)我有更方便的電爐！

溫度就不說(shuō)了額，功率開(kāi)到一半，只過(guò)了1分鐘，鑷子一翹，輕松拿下來(lái)了。皂片是趁熱拍的。。

左邊的是64G，因?yàn)槔锩嬗?個(gè) NAND 堆疊，所以相對(duì)要厚很多[4]。
然后開(kāi)始上烙鐵，清除掉多余的焊錫。因?yàn)樾酒詭уa球，所以焊盤(pán)上的焊錫要清理干凈，不然會(huì)引起焊錫過(guò)多，錫球溢出導(dǎo)致短路啥的。還不小心蹭掉了幾個(gè)焊盤(pán)。。。還好都是NC焊盤(pán)，內(nèi)部沒(méi)有引線鏈接，只是固定用。

清理完成后，抹上足夠多的助焊劑，放上新的芯片，再次上爐。又是1分鐘左右，熱風(fēng)槍一吹，感覺(jué)芯片自己移動(dòng)了一點(diǎn)然后用鑷子輕輕推一下，芯片真的自動(dòng)復(fù)位了，說(shuō)明芯片已經(jīng)浮在錫球上面！趕緊關(guān)火拿下來(lái)。等冷卻

冷卻后，插上SD卡，從SD卡開(kāi)機(jī)，輸出：

已經(jīng)正確識(shí)別了 eMMC 接口，可以看到它的工作模式 50MB-8bits-DDR 模式。開(kāi)心.jpg!
作為對(duì)比，這是系統(tǒng)盤(pán)（SD卡）本身的開(kāi)機(jī)識(shí)別信息：

工作模式是 25MB-4bits-SDR （時(shí)鐘為 50MHz）
2 對(duì)比測(cè)試總的來(lái)說(shuō)，略失望，但也感覺(jué)還是很值得的。
話說(shuō)，這顆 eMMC 內(nèi)部并不是空白的，開(kāi)機(jī)后 Debian 便識(shí)別出了里面有引導(dǎo)，有 Windows 的恢復(fù)分區(qū)。內(nèi)心各種草泥馬奔騰而過(guò)。。后來(lái)想想，它的的分區(qū)只占了28G，看來(lái)是一個(gè)還沒(méi)初始化過(guò)的 eMMC 那么還真可能是新的！誰(shuí)能解釋下？

然后，直接寫(xiě)入原先備份的 16G SD卡鏡像，這里直接驚艷了我一下。。這寫(xiě)入速度！！大約是我手上SD卡的 5倍！

然而，這也是唯一驚艷的地方了。以下是詳細(xì)對(duì)比測(cè)試。包括
用 DD 命令在不同塊大小下讀寫(xiě)測(cè)試
用 DD 命令，進(jìn)行模擬 4k 塊 IO 測(cè)試（讀取4k大小的塊，然后寫(xiě)入4k大小的塊）
用 hdparm 命令進(jìn)行讀測(cè)試
先看 hdparm 測(cè)試結(jié)果
使用的命令是：

1	sudo hdparm -Tt /dev/mmcblk0

相比起 8G 來(lái)說(shuō)，64G eMMC 略慢一些。但是 8G 和 64G eMMC，都達(dá)到了SD卡兩倍有余。
再來(lái)看 DD 命令的讀測(cè)試：
使用的命令是：

1	time sudo dd if=/dev/mmcblk1 of=/dev/null bs=512 count=2097152

這條命令是指，從eMMC（SD 卡）里面從0扇區(qū)開(kāi)始，以512字節(jié)的塊大小，讀取 2097152 個(gè)塊。其實(shí)總共就是1G Bytes 的數(shù)據(jù)。通過(guò)改變 bs 與 count 的值，我測(cè)試了不同塊大小下，讀取 1 GBytes 數(shù)據(jù)的速度。

基本上， eMMC 都達(dá)到或者超過(guò)(有系統(tǒng)緩沖的原因)了它們?cè)?50MHz 時(shí)鐘下的理論速度(50MB/s)，SD卡的速度就呵呵噠了。
再來(lái)看寫(xiě)入速度測(cè)試：
使用的命令是

1	time sudo dd if=/dev/zero of=/home/pi/test.dat bs=512 conv=fdatasync count=2097152

參數(shù) conv=fdatasync 的意思是，不使用寫(xiě)入緩沖，數(shù)據(jù)直接寫(xiě)入到儲(chǔ)存卡里面。這樣可以測(cè)得實(shí)際速度。與讀取測(cè)試一樣，是在不同的塊大小下寫(xiě)入1GBytes的數(shù)據(jù)。

這回 64G 的優(yōu)勢(shì)終于來(lái)了，終于爆發(fā)了！老子內(nèi)部可是八片 NAND 疊出來(lái)的！主控再怎么簡(jiǎn)化，并行寫(xiě)入總該會(huì)吧？
64G eMMC 速度大約是 SD卡的6倍，8G eMMC的5.5倍。（這是除了容量之外唯一的一個(gè)（重量級(jí)）亮點(diǎn)了）
接下來(lái)看4k性能。
這個(gè)測(cè)試的來(lái)源，是在SSD硬盤(pán)，或者說(shuō)2TB硬盤(pán)出來(lái)后，產(chǎn)生的[5]。Advance Format 是用4096字節(jié)代替以前磁盤(pán)以512字節(jié)為1塊的，如果操作系統(tǒng)能使用4k塊讀寫(xiě)，將會(huì)有最佳性能，如果操作系統(tǒng)只能識(shí)別512字節(jié)，使用4k塊硬盤(pán)，需要用4k模擬512字節(jié)，將會(huì)產(chǎn)生很多不必要的寫(xiě)操作。以上與本測(cè)試無(wú)關(guān)。。
不過(guò)SSD都用4k來(lái)衡量I/O性能，這個(gè)性能更多地會(huì)影響在小體積文件上。大家日常復(fù)制文件到U盤(pán)，會(huì)有一些體會(huì)，在復(fù)制大文件，例如電影，音樂(lè)（MB級(jí)別的文件）的速度總會(huì)比復(fù)制一堆文件夾里面的文檔/代碼/游戲等要快很多。其中的原因，便是I/O速度的區(qū)別。每復(fù)制一個(gè)小文件，都需要進(jìn)行重新尋址，會(huì)有更多的讀寫(xiě)操作，而大文件只需要一直寫(xiě)入就好。I/O能力比磁盤(pán)的連續(xù)讀寫(xiě)能力更影響系統(tǒng)的使用，特別是在程序加載，系統(tǒng)開(kāi)機(jī)的時(shí)候，此時(shí)讀取的文件大部分都是小體積文件。

IOPS 即是每秒的I/O數(shù)量。（悄悄告訴你這性能已經(jīng)超過(guò)機(jī)械硬盤(pán)一大截了，然而被SSD秒殺了[6]）
可以看到，64G 的 eMMC 居然還差了一些，不應(yīng)該啊，我買(mǎi)的可是高性能版本的 eMMC。誰(shuí)能告訴我為嘛？
用 DD測(cè)試 4k IO 性能并不一定準(zhǔn)確，因?yàn)槲覜](méi)找到其他這么測(cè)試的例子。
最后，附上測(cè)試數(shù)據(jù)

2016-04-12 10:04:44 星期二更新硬盤(pán)測(cè)試工具 iozone 測(cè)試結(jié)果
測(cè)試工具為 iozone 安裝
sudo apt-get install iozone3
使用的測(cè)試指令是
iozone -e -I -a -s 100M -r 4k -r 16k -r 512k -r 1024k -r 16384k -i 0 -i 1 -i 2
分別在 4k 16k 512k 1024k 16384k 下做讀寫(xiě)，重寫(xiě)，隨機(jī)讀寫(xiě)測(cè)試 數(shù)據(jù)的單位是kB/s.
8G 測(cè)試結(jié)果是 dragan 在論壇帖子里面發(fā)布的。關(guān)于次測(cè)試更新的討論可以看這里。

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8G emmc test from Dragan ------------------------
                                                   random random
kB    reclen write  rewrite read reread read    write
102400    4    4378    2626    5659    7929 8329    5106
102400    16 13302 13674 27495 27399 26636 13430
102400    512 22770 23383 54337 54592 52669 23046
102400 1024 23582 23381 60522 61165 61159 23364
102400 16384 24577 25005 72832 72809 72435 25216

64G emmc test ----------------------------------
                           random random
kB    reclen write  rewrite read reread read    write
102400    4    5460    5798    9486    8208 8465    4594
102400    16 11906 13318 20516 20600 20284 13203
102400    512 27360 27617 38483 38391 38669 26293
102400 1024 28549 28699 45715 45694 45707 27767
102400 16384 32795 32879 61076 61130 61368 32698

16G SD ------------------------------------------
                           random random
kB    reclen write  rewrite read reread read    write
102400    4    2111    2222    5653    5474    5297    787
102400    16    4835    5017 11486 11509 10643    1002
102400    512 15067 16210 15754 15805 15930    2081
102400 1024 11400 16488 17742 17774 17786    7059
102400 16384 18805 19184 21013 21042 21077 19062

最關(guān)鍵的參數(shù)為最后兩列，一個(gè)是隨機(jī)讀，一個(gè)是隨機(jī)寫(xiě)。之前只做了dd的順序4k讀寫(xiě)，這里的隨機(jī)讀寫(xiě)才是比較能模擬實(shí)際使用的性能。可見(jiàn)隨機(jī)讀的時(shí)候，64G eMMC 跟 8G 是有點(diǎn)差距的，隨機(jī)寫(xiě)和連續(xù)寫(xiě)的地方，64G優(yōu)勢(shì)還是不錯(cuò)的。不過(guò)，都處于比SD卡高很多的級(jí)別。
看來(lái)連續(xù)寫(xiě)入雖然 SD 卡與8G eMMC 同為 6~8MB/s 的級(jí)別，但是隨機(jī)寫(xiě)入和讀取方面的差距還是很大。8G eMMC 和 SD 卡的對(duì)比，實(shí)際操作時(shí) eMMC 應(yīng)該也能有比 sd 更好的體驗(yàn)。
3 結(jié)問(wèn)：換嗎？
我：必須換啊!
原裝 8G eMMC 玩桌面級(jí) linux 實(shí)在是不夠，大容量是最大的優(yōu)勢(shì)，大容量帶來(lái)的 NAND 疊層帶來(lái)了翻7倍的寫(xiě)入速度十分感人。其他的并無(wú)亮點(diǎn)，是因?yàn)锳83T自身接口的性能限制。但是需要注意的是，無(wú)論什么性能，eMMC 相比于 SD 卡都有非常大的提升，畢竟兩倍寬度的數(shù)據(jù)總線，是硬件上就擁有的優(yōu)勢(shì)。
另外，沒(méi)有必要買(mǎi)高性能的 eMMC，因?yàn)槌藢?xiě)入速度以外，其他的性能瓶頸均為 A83T 接口的限制，與eMMC基礎(chǔ)款本身性能已經(jīng)超越它了。

ID:143367 · 發(fā)表于 2016-10-29 09:16

8G 測(cè)試結(jié)果是 dragan 在論壇帖子里面發(fā)布的？

ID:415138 · 發(fā)表于 2018-10-25 11:46

厲害~~ 跑cv3應(yīng)該很流暢吧 m3

ID:388334 · 發(fā)表于 2019-1-22 16:55

可以分享一下硬件電路么？謝謝！

ID:1151161 · 發(fā)表于 2025-5-21 06:16

樓主，我有個(gè)疑惑，就是，NC如果是接地，那如果我用飛線的方式把它接入到SD讀卡器，如果讀卡器的速度支持usb3.1，那我是不是也可以跑那么快的速度。

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