Allion Labs / Richard Shen

近年来随着越来越多的电子产品被整合到汽车舱内和引擎盖下,汽车内的电子产品也逐渐进步到联网汽车、先进驾驶辅助系统(ADAS)、GPS导航,以及功能丰富的信息娱乐系统。其中汽车存储装置将会是未来汽车产业中不可或缺的一项关键零组件。举例来说,它不仅适用于存储数据也支持现代汽车系统的高速运算。此外,当自动驾驶汽车中的传感器数量、传感器的相应分辨率、网络带宽逐渐扩大时,庞大的数据量使用量将以GB/s起跳。

以下例子时常发生在我们的生活当中,但我们曾不察觉:在一天之内启动/关闭车辆电源数次,然而在这种情形下我们可能不会意识到突然关闭电源可能造成数据遗失的严重性。NAND Flash的设计则起到了恢复作用,它能妥善避免电源关闭的突发状况(Suddenly Power off, SPO),并可在状况发生后迅速恢复资料。由于经常性的启动/关闭电源会直接影响快闪存储装置的存放与恢复,因此成为了Flash制造商与车商最为关注的要点。

SSD 控制器(Flash Translation Layer,FTL)可维护各种元数据;例如,数据对应表、快闪页面实体状态的信息、以及错误区块信息。而厂商所需面对的课题便是克服Flash的数据在突发断电后在正确区块做读写并能妥善存留。此外,SSD控制器在主存储器的“快取”功能也相对重要,它能定期或在系统关机时同步至闪存,确保用户数据与SSD元数据间的一致性。

 

现行常见的车内存储装置有分成以下几种:

Type Protocol Speed
SD SD 10MB/s Class 10

624MB/s (UHS-III)

eMMC MMC 140MB/s (eMMC 4.5)
PATA SSD ATA 167MB/s (UDMA 7)
SATA SSD SATA 600 MB/s (SATA 3.0)
NVMe SSD NVMe 3.94 GB/s (PCIe GEN 3 x4)

 

正常断电与数据回写的过程:

如果侦测到电源中断,SSD会将所有快取的用户数据和元数据倾印至NAND闪存,SSD甚至可以保护DRAM中的用户资料,避免SSD在开启快取时突然关闭电源(通常情况下,数据会受到保护的所有作业周期)。假使汽车每天进行数次的开/断电动作,如果没有做好一定的保护, SSD数据就会出问题。

Source: Viking Technology

Cap: Capacitor

FTL: Flash Translation Layer

 

百佳泰案例分析

厂商将SSD提供给“数字警察”执法使用,目的在于纪录影像数据与搭配系统OS,并将其整合放置于警车内的AI智能系统。根据客户在连续使用数月后的回报系统中发现无法正确记录/读取SSD的数据数据。

 

 

 

 

 

 

Source: NYPD traffic enforcement

 

使用环境

不论厂商设计的是哪一种存储装置,汽车产业与其他市场应用需求有较明显的差异。以NVM(Non-Volatile Memories)来说,最明显的是工作温度(介于-40° C至+150° C的环境)。而从上述的案例中我们分析因汽车在每天有多次的开关电源动作,导致备用电池故障并造成系统中的SSD数据损毁。

Type Feature Note
SSD Type mSATA 128GB SSD  
Working Temp Day Time: 25~ 40 degree

Night : -10~20 degree

 
Working Time 12~ 18 hours  
Access Type Data Write 90% Read : 10%  
Broken Cycle 6-8 months  
Battery System with lithium battery The battery was broken

由于系统电池损坏,操作系统在引擎电源关闭后造成无法正常关机。此外,意外发生的断电损失期间,传输中的数据因无事先通知SSD,导致无法有效存储或刷新到闪存。通常碰到这类型的情况,储存在 SSD 中的数据不会正常更新,并可能会导致数据不兼容、数据损毁,甚至装置故障等问题。

 

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因应上述案件及百佳泰多年累积的测试经验,我们设计了一套流程可以验证SSD数据正确性,除可必免不必要的事故外,也能确保您的产品质量并符合消费者期待。

 

用例:从以下样品的测试报告中我们可以发现

 

 

建议:

  • 汽车停放室外,温度可能会高于80度,会造成电池和 NAND 老化。
  • 好的车用SSD中的控制器,FTL要能妥善处理断电数据保存机制。
  • SSD中的超级电容是防止突然关机的重要组件,也是汽车存储的关键零组件。
  • 汽车开机是日常工作流程,汽车SSD厂商应提供与车辆同等的保固周期。