Чинить нельзя выкинуть: ремонт флешек своими силами. Часть 1

⇡#Введение

Ремонт современных гаджетов — занятие неблагодарное. Деталей в них всё меньше, компоновка всё плотнее, а цены между тем — всё ниже. Кустарю тягаться с промышленными технологиями не под силу. Тем не менее, ремонтники мобильных телефонов и ноутбуков на жизнь не жалуются, а причина этого явления в недолговечности комплектующих (см. статьи 2011 года — 1 и 2). Флеш-накопители, будь то USB-драйвы и карты памяти, идут по тому же пути.

Почти каждый пользователь уже пережил как минимум одну поломку флешки, и многие наверняка задумывались, нельзя ли её починить самому? В старые добрые времена, когда флешка обходилась в ползарплаты, это нашёптывала небезызвестная «жаба», а позже — простое любопытство. Действительно, что касается неисправных USB-драйвов, то не менее 50-60% случаев лечится простыми методами, не требующими специальной подготовки и оборудования. Почему бы и не попробовать?

Сегодня ремонт вновь становится актуальным с ростом ёмкости и, соответственно, цены флешек, а главное с падением их надёжности. На рынке массовых флеш-накопителей царит жёсткая конкуренция с регулярными ценовыми войнами. Производители экономят каждый цент себестоимости и не слишком заботятся о качестве своей продукции. Им проще менять отказавшие устройства по гарантии. Увы, зачастую гарантийные услуги для пользователя недоступны — или срок прошёл, или документы о покупке утеряны, или накопитель имеет внешние повреждения, что гарантийным случаем точно не является. Что уж говорить о «сером» импорте и откровенных подделках, коих полно на интернет-барахолках.

В подобных случаях самостоятельный ремонт может исправить дело и вернуть к жизни забарахливший брелок. Все USB-брелоки, за исключением монолитных конструкций, устроены однотипно и довольно просто — USB-разъём, плата с десятком элементов обвязки, контроллер и от одного до восьми чипов памяти. Ремонт таких гаджетов не очень сложен и доступен каждому, у кого есть паяльник и мультиметр. Минимальные навыки обращения с электроникой тоже не будут лишними.

Очень часто владельца сломанной флешки интересует не она сама, а информация, которая была на ней. Технологии восстановления данных принципиально отличаются от ремонта как такового, поскольку заботиться о работоспособности всего изделия нет нужды. Чипы памяти, на которых хранится информация, выходят из строя всего лишь в 1-2% случаев. От превратностей судьбы они защищены как механически — корпусом и самой конструкцией флешки (микросхемы обычно удалены от разъёма, самого напряжённого узла), так и электрически — контроллером и обвязкой. Последние берут на себя все возможные взаимодействия по USB-интерфейсу, включая и такие неприятности, как переполюсовка, броски напряжения или разряды статики.

Поэтому «сырые» данные на чипах, как правило, сохраняются, и самый надежный путь — отпаять все чипы, вычитать их на программаторе и собрать образ файловой системы. Последний этап самый сложный, поскольку алгоритмов сборки существуют тысячи. Производители вовсе не горят желанием их обнародовать, так что приходится проводить обратную инженерную разработку. Для этого применяется специализированное ПО, весьма недешёвое и непростое в освоении.

Понятно, что подобные технологии — прерогатива узких специалистов. Но это единственный вариант в тех случаях, когда сгорел контроллер или повредилась служебная информация на чипах. Накопитель тогда вообще не опознаётся или не даёт доступа к данным. Тем не менее, в случае аппаратных проблем, не затрагивающих контроллер и микропрограмму, старые данные после ремонта обычно становятся доступны. Так что одним выстрелом, вопреки поговорке, можно убить двух зайцев.

⇡#1. Основные виды неисправностей, их причины и пути исправления

1.1. Механические неисправности

Применительно к флешкам это — повреждения корпуса, поломка или утеря колпачка, повреждение разъёма USB, трещины и сколы печатной платы и радиоэлементов на ней. У карт SD — расслоение половинок корпуса и потеря ползунка, блокирующего запись. И те и другие накопители не любят влаги и в утонувшем либо залитом виде не работают. К монолитным конструкциям это, к счастью, не относится — к воде и несильным ударам они сравнительно стойки, зато серьёзные повреждения для них однозначно фатальны.

Треснутый корпус, отсутствующий колпачок, заклинившие подвижные части могут не влиять на работоспособность флешки, но пользоваться ей становится неудобно и даже затруднительно. При погнутом, мятом, отошедшем разъёме USB или при других нарушениях контактов флешка либо вовсе не работает, либо опознаётся через раз и долго не проживёт. Повреждённая плата однозначно требует ремонта, но он не всегда приводит к успеху.

Карта SD с вылетевшим ползунком становится доступной только для чтения, и ничего записать на неё нельзя. Ползунок сам по себе не является переключателем, а просто механически размыкает контакт запрета записи в слоте карт-ридера. Карту SD с расслоившимся или погнутым корпусом бывает трудно вставить в слот и, что важнее, извлечь из него. Применение грубой силы при попытках вытащить застрявшую карту при помощи плоскогубцев, пинцетов и прочих инструментов ситуацию только ухудшает. Также есть вероятность, что вся начинка карты рано или поздно выпадет из корпуса — при толщине платы с лист бумаги это наверняка добьёт девайс.

Чаще всего причиной механических повреждений является небрежность пользователя. Флешки неаккуратно и резко вставляют в USB-порт компьютера, а после этого ещё и задевают рукой, ногой, портфелем или шваброй. Вне компьютера брелоки роняют на пол, на них наступают, садятся, их переезжают колесиком кресла и так далее. Флешки попадают в стиральную машину, под дождь, их заливают кофе и прочими напитками. Приходилось чинить накопители, побывавшие в собачьих зубах!

Модели с подвижным дизайном страдают от излишних усилий при складывании-раскладывании. Отдельные детали сами по себе не слишком долговечны и быстро истираются, если сделаны из дешёвого мягкого пластика. Также их износ сильно ускоряется в грязной и агрессивной среде. Например, в кармане рядом с ключами, зажигалкой и мелочью. В незащищённый колпачком разъём USB легко проникает пыль и влага, вызывая тем самым загрязнение и коррозию контактов, которые далеко не всегда позолочены, как того требует стандарт. Это уже вина производителей. Дешёвые флешки они считают одноразовым товаром, а потому экономят на них, как только могут. Отсюда — непрочный корпус, слетающий через неделю колпачок, тонкий текстолит платы, слабая пайка.

Более дорогие модели обычно сделаны намного качественнее, и механически они более выносливы. При покупке стоит выбирать именно их. Самые крепкие флешки — яйцеобразной формы. Длинные и тонкие модели ломаются первыми. Чем больше металла в корпусе, тем лучше. Колпачок надёжнее тот, что держится за счёт трения на разъёме USB, потому что он не треснет в районе фиксаторов. Модный в последнее время открытый разъём, когда четыре контактных пластины находятся на виду, суть настоящее зло — он легко ломается и царапается, а главное — подвержен губительной статике. К тому же он часто сочетается с монолитным дизайном — изящным и компактным, но совершенно неремонтопригодным.

Механический ремонт необходим для восстановления функционирования и надёжности флешки. На уровне «сделай сам» это — склейка или замена корпуса, подбор подходящего колпачка и тому подобное. Во многих случаях выручает суперклей-гель, особенно с активатором (гексаном), позволяющим склеивать любой пластик, в том числе «трудный» полипропилен. У расшатанного либо погнутого USB-разъёма следует пропаять крепления, в особенности два крепёжных ушка по бокам. Именно они принимают изгибающую нагрузку и отрываются первыми. Грубое выправление разъёма в обратную сторону может привести к разрыву дорожек на плате, и ремонт сильно осложняется, если вообще остаётся возможным.

На картах SD вместо потерянного ползунка легко вклеивается кусочек спички — правда, уже без возможности блокировки, но ей и так мало кто пользуется. Контакты чистятся ватной палочкой со специальным средством «Контактол» или, на худой конец, смесью бензина и спирта. Желательно при этом соблюдать антистатическую гигиену (заземляющий браслет на руке, проводящее покрытие стола и пола) или хотя бы касаться заземлённого предмета перед процедурой очистки.

1.2. Электрические неисправности

В первую очередь это выход из строя контроллера («выгорание»), а также различные дефекты SMD-элементов обвязки — фильтров, предохранителей, резисторов, конденсаторов, стабилизатора, кварцевого резонатора. У этих деталей наблюдается обрыв, закоротка, ухудшение параметров. Кроме того, в число электрических неисправностей входят нарушения внутренних контактов — токоведущих дорожек и креплений деталей к плате. Нередко в ходе эксплуатации проявляются дефекты заводской сборки — недостаточная или холодная пайка.

Проблем с контактами стало заметно больше после принятия директивы RoHS, направленной на вывод из оборота свинца, ртути и других вредных веществ. Экологичные бессвинцовые припои довольно капризны в применении. У них плохая смачиваемость контактов, узкий температурный интервал и много других неприятных особенностей. Качественная пайка ими требует высокой производственной культуры, а мелкие китайские фабрики этим как раз не отличаются…

При электрических неисправностях накопитель чаще всего не подаёт признаков жизни, но иногда определяется в ОС как «неизвестное USB-устройство». В частности, это наблюдается при ненадёжном контакте чипов памяти с платой, что в последнее время не редкость. При плохой пайке устройство может работать лишь в определённом положении — например, при изгибе или нажатии на корпус, обычно в районе USB-разъёма. Бывает, что дефекты проявляются лишь с прогревом, а холодная флешка работает нормально. Со временем интервалы работоспособности сужаются, и, в конце концов, дело доходит до полного отказа.

Причина электроповреждений — броски напряжения в USB-порте, разряды статического электричества с тела пользователя или корпуса ПК, а также перегрев деталей. Последний случается от плохого охлаждения в тесном корпусе, длительной активной работы или даже просто холостого хода — вынимайте неиспользуемую флешку из порта. Особенно опасно сочетание нескольких факторов риска. Например, при повышенном напряжении флешка греется значительно сильнее, и интенсивный поток данных, особенно на запись, легко может её добить. Чем производительнее модель, тем больше в этих условиях риск перегрева.

Проявлению дефектов пайки способствуют повышенные механические нагрузки, особенно знакопеременные (согнул-разогнул), а также падения. Хотя флешки и считаются ударопрочными накопителями, в их схеме обычно присутствует кварцевый резонатор. А он — довольно хрупкая вещь, не выдерживающая падения даже с метровой высоты. При треснувшем или отошедшем от контактов «кварце» брелок опознаётся как «неизвестное устройство» и к работе непригоден.

Здесь уже требуется аппаратный ремонт. Без паяльника и технического фена не обойтись: требуется укрепить пайку (часто помогает банальный прогрев платы горячим воздухом), восстановить повреждённые контакты или токоведущие дорожки, заменить вышедшие из строя детали. В последнем случае речь идет об элементах обвязки либо о контроллере. Микросхемы памяти в большинстве случаев заменять нецелесообразно — они достаточно дороги, а после их перепайки требуется полноценный программный ремонт, который не всегда успешен.

Естественно, паяльным работам предшествует полная разборка корпуса, что в ряде случаев требует последующего механического ремонта, ведь встречаются неразборные корпуса на клею или хрупких защёлках. Разнообразие конструкций затрудняет их классификацию. Во всяком случае, если вам не удаётся получить доступ к плате, то дальнейший ремонт противопоказан! J

1.3. Программные неисправности

Сюда входят нередкие случаи, когда флешка внешне цела и при подключении подаёт признаки жизни — моргает индикатором и даже опознаётся в ОС, но доступа к данным не даёт. Зачастую накопитель имеет некорректную ёмкость — нулевую, 512 байт, 1 мегабайт или чертову пропасть гигабайт, а при любом обращении к нему выскакивают надписи «Вставьте диск», «Нет доступа к диску» и прочие в таком духе.

Причина — повреждение микропрограммы, в обиходе часто называемой прошивкой. Прошивка состоит из микрокода контроллера и служебных данных на чипах флеш-памяти. Микрокод закладывается в контроллер ещё на этапе изготовления, при эксплуатации он не меняется и «слетает» редко — если только вместе с контроллером, но тогда это уже аппаратная проблема. Зато служебные области на чипах переписываются довольно часто, отчего они подвержены всяческим искажениям.

Чаще всего к проблемам приводят сбои питания в тот момент, когда контроллер занят какой-либо внутренней операцией. К примеру, записывает в память обновлённые служебные поля или перестраивает транслятор (рутинная процедура для выравнивания износа ячеек). Отметим, что индикатор активности при этом не горит, то есть с точки зрения пользователя флешка ничего не делает, и церемониться с ней необязательно. И вот происходит небезопасное извлечение из USB-порта, либо случается провал питающего напряжения, или же банальный разряд статики на незаземленный корпус. Во всех этих случаях операция остается незавершённой, а данные в энергонезависимой памяти — несогласованными. «Сто раз вытаскивал флешку просто так, и всё прокатывало, и вот на тебе, такой облом!» — типичная реакция владельца.

Есть и другая причина блокировки флешек, связанная с нарастанием числа сбойных ячеек. Современная флеш-память типа MLC довольно ненадёжна, и в чипы закладывается значительный резерв по ёмкости. По мере выхода из строя сбойные ячейки через транслятор оперативно заменяются на резервные. Поиск и замена таких ячеек — одна из главных функций прошивки. Если интенсивность «перепланировки» памяти превышает определённый порог, то микропрограмма сама ставит блокировку, чтобы предотвратить дальнейшие разрушения. Бывает, что накопитель блокируется более мягко — только на запись. Данные видны и читаются, но создать новый файл или изменить существующий не удаётся, да и форматирование в ОС тоже не проходит. Во всех этих случаях прошивка нуждается в «ремонте».

Программный ремонт состоит в очистке, а затем тестировании чипов памяти, составлении новой таблицы трансляции и записи её в служебную область памяти, обычно в фиксированном месте. Данные действия часто обозначаются как «низкоуровневое форматирование». Обновляется и вся прочая служебная информация на чипах. Ровно такие же действия предпринимаются при инициализации новой, только что собранной на заводе флешки. Поэтому для ремонта, как правило, используются заводские утилиты класса Production Tool.

Такие утилиты строго специализированы по моделям и даже модификациям контроллеров, поэтому надо искать подходящую версию для данного контроллера и флеш-памяти. Дело в том, что ревизии контроллеров и варианты чипов памяти меняются чуть ли не от партии к партии, так что готовые решения, приводимые в форумах, часто не помогают. Порой всё, что остаётся — терпеливый перебор всех утилит той или иной категории плюс игры с настройками. Особое «удовольствие» от поиска подходящих настроек можно получить при размере ini-файла строк в сто, где назначение половины параметров непонятно. А ведь бывает и такое!

Данный класс производственного софта, конечно, не предназначался для широкого распространения, и несколько лет назад добыть нужные утилиты было нелегко. А учитывая их не слишком дружественный интерфейс и отсутствие вменяемой документации, задача усложнялась дополнительно. К счастью, китайцы стянули и выложили в Сеть почти всё, что надо ремонтнику, а наши энтузиасты создали и наполнили некоммерческий ресурс FlashBoot, на котором выложены в свободном доступе практически все имеющиеся ремонтные утилиты за исключением, пожалуй, самых старых и неактуальных версий. На сайте можно найти инструкции по ремонту флешек тех или иных моделей, документацию ко многим утилитам и поделиться опытом или задать вопрос в форуме.

К тому же многие производители перестали делать вид, что их изделия никогда не ломаются, и выложили на официальных сайтах разнообразные утилиты для восстановления, Recovery Tools. У них, как правило, удобный интерфейс, но гораздо меньше настроек, чем у заводского софта. Имеет смысл начинать ремонтные действия именно с официальных сайтов, а уж если тамошние утилиты не спасли, обратиться к вышеуказанному сайту. Если же ничего не помогло — значит, случай реально сложный и программно скорее всего не лечится. В частности, изношенные и сбоящие чипы памяти однозначно требуют замены. Иногда к редкому или перемаркированному контроллеру никак не удаётся подобрать утилиту. В таких случаях ремонт становится нерентабельным, и флешку проще выкинуть.

Да, ограниченный ресурс флеш-памяти на запись или стирание, а значит и её быстрый износ при работе — главная проблема отрасли. Рынок постоянно требует всё более ёмких, быстрых и компактных чипов. В ответ уменьшаются технологические нормы (до 18 нм уже дошли) и растёт плотность упаковки данных в кристалле, а ресурс жизни… Ну, тут уж как получится. Получается пока не очень — большинство современных чипов MLC NAND выдерживает не более 3000-5000 записей в одну ячейку. Конечно, изощрённые алгоритмы трансляции и выравнивания износа вполне успешно сглаживают это ограничение. Посмотрите на заявленный срок службы современных SSD-накопителей, которые построены на той же элементной базе. Но флешки не имеют столь совершенных контроллеров и такого резерва ёмкости. Их переход в категорию одноразовых вещей только подчеркивает нынешний легкомысленный дизайн и бросовые цены.

В настоящее время программный ремонт практически возможен только для USB-брелоков. Ремонт карт памяти требует специального оборудования, которое в широкой продаже отсутствует. Дело в том, что контроллеры обычных карт-ридеров не пропускают технологические команды (так называемые vendor specific), которые необходимы для низкоуровневого форматирования карт. К специализированным устройствам чтения карт памяти привязаны фирменные ремонтные утилиты, так что последние сами по себе бесполезны. Вот отчего даже китайцы их не выкладывают, и забарахлившую карту остаётся только выкинуть или отдать специалистам по восстановлению данных.

Несколько лет назад ходили слухи, что SD-карты можно чинить с помощью фотоаппаратов. Действительно, некоторые модели Fujifilm пропускали технологические команды, что давало возможность использовать случайно добытый ремонтный софт. Но давно уже нет в эксплуатации тех «фуджиков» и тех SD… Сегодня нет никаких программ для карт, умеющих что-то большее, чем обычный дисковый редактор и штатные средства ОС. Осталось только одно исключение — приборчик под названием «клипса», имеющийся у ремонтников сотовых телефонов. Он позволяет снять с карт SD/SDHC или, через переходник microSD, блокировку записи, а также пароль — забытый или самопроизвольно установленный. Прибор обнуляет всю память и служебные поля на карте. Пара секунд — и карточка как новая. Однако в более серьезных случаях (слетевшая прошивка, растущие дефекты флеш-памяти) «клипса» бесполезна.

Неремонтопригодность карт памяти ещё острее ставит вопрос гарантии, а также требует регулярного копирования ценных данных на другие носители. В последнем случае пользователь экономит свои время, нервы и деньги, ибо восстановление информации с карт памяти стоит дорого или очень дорого. Если обычная карта формата SDHC или CF обойдётся в 100-200$, то для монолитных конструкций типа microSD расценки доходят до 1000$. Причина в том, что сложно подпаяться к чипу памяти. «Микрохирургию флешки» освоили далеко не все компании по восстановлению данных, так что вне мегаполисов их ещё надо найти и списаться.

⇡#2. Рекомендации по использованию флешек и карт памяти

• Сохраняйте чеки и упаковку
• Берегите накопители от ударов и изгибов, сырости, перепадов температуры и скачков напряжения. Не касайтесь руками контактов флешек и особенно карт памяти
• Регулярно проводите дефрагментацию файлов на флешке — это не столько ускоряет работу с ней, сколько облегчает восстановление данных в случае логических ошибок и порчи файловой системы в результате небезопасного извлечения из USB-порта, а также износа памяти и сбоев контроллера
• Регулярно делайте резервные копии данных. Ценный файл, хранящийся на флешке в одном экземпляре — такой же неоправданный риск, как единственный ключ от квартиры, засунутый в дырявый карман
• Крайне не рекомендуется использовать флешку для постоянной работы с ней в режиме частых операций записи, например, в качестве бухгалтерской базы. Это существенно снижает её ресурс и надёжность
• Вынимайте неиспользуемую флешку. Прежде чем вынуть флешку из USB-порта либо карту памяти из карт-ридера, фотоаппарата или другого мобильного устройства, выполните процедуру безопасного извлечения устройства в операционной системе, либо отключите питание мобильного устройства

Во второй части статьи мы рассмотрим тонкости механического, аппаратного и программного ремонта флешек, приведём оправдавшие себя методики и подходы.