近期嘗試給服務器做外接硬盤的數據傳輸，期間各個方案依次撞墻，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服務器外接若干硬盤，把數據從外接SSD硬盤送入服務器后拔掉硬盤，換下一個。每天需要接入的硬盤數量和數據量都比較大。所以很容易就撞上各種瓶頸。早期的實現方案是用USB-SATA轉換器，但隨著接的硬盤越來越多，很快供電就開始出問題，導致硬盤連接變得不穩定。SSD雖然耗電量比機械硬盤要低，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轉接器接上外部供電。這一點對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格，內部的針直徑有2.1mm和2.5mm兩種。用2.5mm的插頭接入2.1mm的插座就會松夸，輕輕碰一下就會斷電。而用2.1mm的插頭則根本無法接入2.5mm的插座。

隨后我開始換用機架服務器的方案，需要設計如何把SSD硬盤接入機架服務器。這個機架服務器的前面板有12個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。但現實很快擋住了去路。把SSD硬盤熱插拔接入這些槽位時，Linux里沒有出現新設備，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，但必須要進行確認，中途是可能被RAID卡擋住的。對一些臺式機來說，也可能在BIOS里把SATA熱插拔禁用了。

在服務器機箱里找其他機會時，發現了一個寬度只有10mm左右的插口，運維確認是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。靠譜的方法是買硬盤背板，多個SATA硬盤接入背板后，外面一根SAS接入到主板。正當我從另一臺服務器上拆硬盤背板打算來做試驗時，發現了那個背板上需要一個巨大的電源插口，跟ATX電源接主板那種很寬的插頭很像。但服務器上并沒有提供第二個插口。這意味著我可以把SAS信號線接入到主板，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，機柜里根本放不下。于是該方案因為需要外接ATX電源而放棄，雖然不是完全不可用，但優先級已經很低了。

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

另一個基于PCIE的方案是PCIE-USB3.0。如果能引出8個USB3.0接口也是不錯的。正當我選型時，發現PCIE-USB轉接卡需要接入一個SATA電源來方便給外部USB供電。而服務器里根本沒有多余的電源接口，一個多余的SATA電源都都沒有。而且，外接硬盤的供電也是同樣的難題。

繼續尋找，主板上有兩個SATA口，看標注是給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，不占用機柜空間。這個方案還要祭天才能開始測試，希望順利吧。

模擬視頻采集

這些抓狂的精力，與我幾年前開發DVR時的痛苦何其的相似，激起了痛苦的回憶。2013年時，公司需要個DVR，硬盤錄像機，負責把外部的多路模擬視頻信號錄制進取，完整mp4的打包后上傳給服務器。希望一臺機器可以錄制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，買個樹莓派，以及USB視頻采集卡。通過USB-HUB來接4個采集卡，樹莓派里用ffmpeg來定制采集參數和視頻壓縮打包。最后上傳就更簡單了。

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下根本就沒有驅動。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驅動的，我費盡艱辛，編譯內核把驅動弄進去了。又要研究v4l2驅動來定制采集參數，減低緩存幀數等等。等到我看到采集的第一幀畫面時，已經過去了兩個月。

下一步是采集4路？想多了。當我試驗把2路采集卡，不經過USB-HUB接入樹莓派時，樹莓派一聲不吭的就滅了。遭遇了供電問題。給系統升級了5V4A的電源。開機后繼續做采集測試，結果第二個采集卡死活沒法開啟。而且第一個采集卡的工作也很不穩定。經過朋友的幫助，才知道，樹莓派第一代上的多個USB口底層是有USB-HUB的，而這個HUB芯片有問題，導致了USB bulk通信的不穩定。樹莓派上位機方案，卒。

趕緊尋找其他嵌入式Linux方案，目光轉向了Cubieboard 1。又是一路刷系統，編譯驅動，見第一幀畫面。等到接入第二個采集卡時，依舊持續報錯不讓開啟。最后確認了，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開啟兩個視頻采集設備。多路采集卡方案，卒。

下一步如何呢，想到我的電子設計水平可以達到入門級，于是去找模擬開關。打算用Cubieboard 1的GPIO，控制CD4052/74HC4052，使得4路輸入視頻可以用時分復用的方式進入1個采集卡，反正每一路視頻我只需要1fps。就按切換時間最不靠譜的情況，2幀里拿到1幀靠譜的畫面也行。等到設計完視頻切換電路，板子焊接好接入試驗。現實再次是一堵墻。視頻采集卡的輸入視頻在切換輸入信號時，并不會重新同步行、場、幀。導致新的畫面一片亂。想要看到新的畫面，只能關閉視頻采集開再重新打開，這樣就會觸發重新的視頻采集同步動作。然后我發現了，基于v4l2的一次關閉和打開需要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來完成采集到信號識別行、場、幀，并把緩存完的幀送入上位機。基于STM32的DCMI來抓取視頻，并用USB-HS送入上位機等。但這些都沒有繼續下來，我就辭職了……

也許的解決辦法

跟硬件打交道，總是會出現一大堆的不可預料障礙，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，一開始就不能對任何方案有過高的期望。而應該一開始就盡可能的多列出一些方案。試驗的時候，各個方案在經費允許的情況下，并行的采購零配件。三五個方案因為某些限制被廢掉都是正常的，萬不可對一個方案過于死心眼堅持。很多障礙在做試驗之前根本無法預料，比如上面的SATA口被機箱擋住，樹莓派自帶的USB-HUB芯片有問題等等。

最后祝大家的項目順利吧。