原创 好的车内储存装置该如何设计,才能跟上智能汽车成长的需求 ... ...

2019-7-18 17:28 972 6 6 分类: 汽车电子

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内部,汽车电子产品的进步引领了车联网、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(IVI)的时代。汽车应用需要高度可靠的记忆储存技术,以支持现代汽车系统的运算和数据存储需求,并且可在所有应用程序和严苛环境下完美执行。


一个典型的高端汽车可以包含超过 2到3亿行程序代码(注1),这使得汽车成为现在以及未来的最大的软件平台之一,这软件平台不仅是汽车行驶内建的行车系统必备的项目,另外,安全性与APP应用也有强大的需求,因此汽车内的存储能力也因此不断扩充,以跟上不断增长的数据与程序存储需求。这不仅仅是驱动存储能力成长的车载软件复杂性,还得要考虑长期寿命与扩充功能,例如 3D HD 地图和数据记录器 (黑匣子),这是实现即将到来的自动驾驶所需的必要技术,对整体数据存储需求产生深远影响。


在不久的将来,如果有汽车发生意外,如何找到出错的环节会是关键!找出问题的方法之一是重建事故发生前车辆活动的最后30秒,使用所有传感器数据的记录,重新显示传感器所看到的内容,以及透过人工智能 (AI)算法根据此数据所采取的动作。预测未来自动驾驶汽车中的传感器数量以及这些传感器的相应分辨率和带宽时,超过几GB/s的数据速率将是常见的。黑盒子不仅用于存储与事故实例相关的数据,还用于自动紧急刹车系统(AEB)的事件或情况,这可能意味着算法或传感器的行为不正确或可能受益于额外的调整,这些信息对于人工智能算法的微调,以及最终自动驾驶汽车的大量部署而言是非常宝贵的。


现行常见的车内存储装置有分成以下几种


不论厂商设计的是哪一种存储装置,汽车产业对非易失存储器NVM(Non-Volatile Memories)有特定要求,与其他市场应用需求有很大差异,最明显的是工作温度范围(介于-40° C 至 + 150° C 环境以上),以及寿命最高可能长达可达 20 年在一辆车上,服务供应需长达 20 年,对变更管理严格的规则也增加了这一点。此外,安全性需求可能适用于系统和 NVM 设计。


厂商在考虑车用存储装置往往懂得挑选通过国际汽车电子协会(Automotive Electronics Council),简称AEC)作为车规验证标准零件,如 AEC-Q100(IC芯片)及AEC-Q200(被动组件)零件,却没有考虑到后续整合性的验证,这样是不足的,AEC-Q验证只是汽车电子组件认证的一部分。电子组件的质量和可靠性以及评估汽车的可能性是需要另外进行设计,包括从产品与技术规划到生产和物流的所有流程。


如果仅靠着通过法规测试可能无法弥补其中一个流程的差距,最终可能导致 NVM 组件的质量和可靠性特性不完整的描述和评估。


因为NVM Storage 有以下的特性:

NVM Storage本质上存储型闪存(NAND)的抹除次数有其一定的限制且容易随着时间的推移导致数据丢失并降低速度,例如通过写入/擦除循环,不正常的开关机器等,电压不稳定等严苛于计算机中的使用状况因此会让故障可能性大大增加,这些都与整体制造过程、设计和/或使用有相对应关系。


对于汽车电子组件的期望是,它在车辆的整个使用寿命中,在任何环境的条件下,均能符合各一级(Tier1)车电大厂期待的复杂参数组合,其行为完全如数符合车厂要求。确保汽车应用中NVM Storage之类的整体符合此规范。


良好的NVMStorage必要条件

就让百佳泰借用第一线大厂BOSCH 的建议,该如何设计一个好的NVM Storage

A. Mission Profile Definition

从电子控制单元 (ECU) 制造到车辆操作,均会收集NVM的所有应用需求。这通常根据车辆制造商的要求,在设备供货商 Tier 1 级组织内完成。

 重点: 了解 Tier 1 厂商需求


B.Identification of the Relevant NVMFailure Mechanisms

厂商在设计应用需求上必须对应至NVM组件中对应的内部属性和各自的失效机制需要有完整NVM 物理学和设计,以识别所有相关的故障机制,这是 NVM 供货商的核心能力。

NVM 的一般要求是数据保留(Data Retention)、可重新编程,在车辆严峻环境下的各种条件下,车辆正常使用寿命内NVM性能不能显著改变。一些相应的故障机制,例如在 Flash等内存,在面对各种电荷损失机制,读取编程和擦除干扰,隧道氧化物因编程和擦除而退化,等等引起的读干扰性能降低(Read-disturb degradation)。这些机制往往需要厂商妥善整合NVM技术,例如在有良好的存储单元和数组架构的设计以及完整的擦除和读取的条件算法。

重点:厂商须了解或处理以识别所有相关的故障机制,避免浅在的风险


C.Trial Planning and Execution

这需要深入了解 NVM 的物理学以及 NVM 的质量和可靠性专业知识。每个故障机制都需要识别加速模型、其参数和模型限制。试验和实验需要规划和Tier 1 级组织共同商定。执行通常属于 NVM 供货商或者第三方实验室。

重点:厂商须要自建加速性测试实验室,或者寻求第三方实验室协助


D.Reliability Assessment

最后,根据汽车应用的任务轮廓评估 NVM 组件的可靠性和耐用性。这是根据所取得的可靠性资料,再另外考虑到设计功能 (和限制),例如错误修正码 (ECC)、自适应读取算法 (例如读取重试) 和固件管理 (例如区块重新整理和磨损均衡)。可以将由于固件、控制器和 NAND 闪存之间的互动合并验证。

重点:例如SSD 产品有控制器(Controller),闪存(DRAM), NAND Flash, Firmware, 再验证时可视为单一产品, 技术与组件层级的可靠性特性不需要加以分离


百佳泰可以协助NVM Storage厂商跨入汽车验证的领域,从产品需求规格沟通到测试验证协助Debug,甚至车联网相关领域的各种测试与除错皆是我们的专业范畴,若有需要相关咨询,还请联系我们

汽车电子零件法规验证
AEC-Q100(IC芯片)
AEC-Q200(被动组件)
ISO 16750 (Road vehicles—Environmental conditions andelectrical testing for electrical and electronic equipment)
  • Part 1: General
  • Part 2: Electrical loads
  • Part 3: Mechanical loads
  • Part 4: Climatic loads
  • Part 5: Chemical loads


 百佳泰综合标准验证程序


注1:

Robert N. Charette , IEEE Sprctrum

Software in cars is only going togrow in both amount and complexity. Late last year, the businessresearch firm Frost & Sullivan estimated that cars will require 200 millionto 300 million lines of software code in the near future. https://spectrum.ieee.org/green-tech/advanced-cars/this-car-runs-on-code/0


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