还记得能够播放多张CD唱片的高级汽车娱乐系统是什么时候问世的吗?今天,汽车资讯娱乐系统已经成为一个复杂的嵌入式子系统,它包含了MP3音乐播放、GPS导航、语音识别、免提蜂巢式连接、DVD视讯甚至网际网路浏览等多种功能。
随着汽车资讯娱乐系统向更宽范围的多媒体应用扩展,其储存子系统扮演的角色也越来越重要。音乐和视讯文件必须被储存起来并能被快速存取;用于3D GPS系统的大量地图数据文件必须能被快速搜索和显示;用于语音识别的音讯文件必须能被合成和储存。
硬碟驱动器的性价比优势
目前,大多数汽车资讯娱乐系统采用硬碟驱动器(HDD) 进行数据储存。这些设备一般具有40GB到50GB的容量。作为一种成熟的、经验证的技术,硬碟驱动器具有许多显著的优点。每1GB容量约1美元的硬碟驱动器为设计师提供了高性价比的解决方案。在那些能够克服硬碟驱动器固有的寻道和旋转延迟的应用中(例如大部份读取过程是顺序存取的应用),硬碟驱动器能够在很短时间内完成大量数据的传送。
可靠性问题
然而,在今天日益复杂的汽车资讯娱乐系统中,其它因素在储存子系统的选择中扮演着更重要的角色。在许多应用中,硬碟驱动器上的大容量数据储存几乎不能给汽车资讯娱乐系统设计师带来什么好处。大多数系统只需要4GB到8GB的记忆体就足以应付今天的多媒体应用需求。而且,汽车业对可靠性有很高的期望,对耐用性也有严格要求,这使得人们对于能够耐受恶劣的冲击、振动、温度和湿度环境的记忆体子系统寄予厚望。
在这些趋势下,新一代产业级小型固态驱动器(SSD) 为汽车资讯娱乐系统的设计师提供了极具吸引力的储存选择。这些新的记忆体产品具有整合或分离两种版本。整合式NAND模组,例如SST公司的‘工业级’NANDrive产品线,在一个封装中整合了一个整合式ATA控制器和一个或多个NAND快闪记忆体晶片。这些元件以紧密的BGA封装提供完整的整合设备电路(IDE)随身碟驱动功能和相容性,体积仅为12x18x1.4mm。设计师只需简单地将这个BGA封装安装在系统母板上即可。在启动时,系统透过ATA或IDE介面将NANDrive识别为一个系统驱动器。
作为一个没有机械运动元件、完全基于矽晶片的储存解决方案,诸如NANDrive这样的小型固态驱动器可以帮助设计师满足汽车业严格的振动和冲击要求。从性能角度看,小型固态驱动器不仅没有了磁碟储存系统必须执行的非常耗时的寻道过程(这个过程平均耗费13ms),而且能够提供高达30MBps的持续读写性能。SST公司的新一代NANDrive元件已经过产业温度范围的认证,最大可提供8GB的储存容量。
更小的占位面积
在外形尺寸和性能方面,固态驱动器的主要优势是小尺寸。在过去十多年中,汽车制造商在汽车中导入的电子子系统数量越来越多,缩小电子元件外形的重要性也日益突出。举例而言,今天,平均每辆汽车都整合有30至50个基于微控制器的系统。
虽然硬碟驱动器制造商透过不断努力在缩小产品尺寸方面取得了持续的进步,但目前的驱动器仍需要占用比固态驱动器大多得的空间。例如,标准尺寸的40GB硬碟驱动器尺寸为70x100x9.5mm,而NANDrive尺寸只有12x24x1.4mm,是硬碟驱动器的1120。其重量减轻的幅度同样令人印象深刻,NANDrive重量是0.8克,还不到硬碟驱动器的1100。
数据完整性和耐用性是储存子系统最重要的考虑因素。今天的小型固态驱动器具有的众多特性可进一步增强IC的耐用性,并确保数据完整性。例如,为了补偿在使用NAND快闪记忆体时偶然会产生的随机读取错误,固态驱动器采用嵌入式误码检测和纠正(ECC)电路进行设计,可确保数据在进出记忆体时的准确性。譬如NANDrive就提供8位元硬体ECC引擎。
坏区块管理是另外一个挑战。与NOR快闪记忆体不同,NAND晶片设计时就允许大量坏区块。为了管理这些缺陷,基于韧体的坏区块管理功能需要在小型固态驱动器初始化时被启动,用于识别这些坏区块的位置,然后透过映射将它们剔除出记忆体阵列。这个韧体随即指示控制器不再使用这些特定的区块。当额外的坏区块被识别出后,韧体将更新映射图以确保它们不会被使用。
写入耐用性是在汽车中使用小型固态驱动器遇到的另一个潜在障碍。快闪记忆体 IC存在写入耐用性限制问题。在重覆多次擦除和写入周期后,记忆体将无法保持数据。IC架构越复杂,记忆体单元尺寸越小,IC的耐用程度就越低。例如,单层单元(SLC)快闪记忆体元件的典型擦写次数规定为10万次,而使用更复杂的多层单元(MLC)架构的元件,如目前可携式消费设备中经常使用的那些元件,典型擦写次数规定为1万次。