SanDisk SD: la soluzione di archiviazione per il settore automotive

SanDisk SD: la soluzione di archiviazione per il settore automotive

Il settore automotive, al pari di quello industriale e consumer, è destinato a vivere profondi e radicali cambiamenti, legati all’introduzione di nuove tecnologie quali la connessione veicolo-veicolo, i sistemi ADAS per la guida assistita, e la guida autonoma. Le schede di memoria SD proposte da SanDisk rappresentano la soluzione ideale per soddisfare le esigenze di archiviazione in contesti difficili e impegnativi come quello dell’automotive. Avere a disposizione una memoria non-volatile rimovibile affidabile e di qualità elevata permette di migliorare la ricchezza di tali contenuti e di aumentare le opzioni di configurazione del veicolo.

Introduzione

Grazie all’utilizzo della tecnologia NAND flash nelle schede di memoria SD (tecnologia disponibile anche nella versione embedded, denominata iNAND, dispositivi di tipo e.MMC), SanDisk è oggi in grado di offrire delle soluzioni adatte a soddisfare le esigenze di storage del settore automotive, caratterizzato da requisiti molto severi in termini di affidabilità e range di temperatura. Tutte le soluzioni di storage SanDisk rivolte al mercato automobilistico sono progettate e testate elettricamente in modo da soddisfare ed eccedere i requisiti dello standard AEC-Q100, garantendo l’affidabilità e la durata dei componenti elettronici per il settore automotive sottoponendoli a rigorosi test di stress, prove di temperatura, e test con scariche elettrostatiche (ESD) e molto altro ancora.

Le schede di memoria SD (Secure Digital) per il settore automotive includono un firmware per la gestione della memoria con funzionalità avanzate, come: immunità elettrica, aggiornamento della lettura, sistema ECC (Error correction Code) per l’individuazione e la correzione degli errori nella memoria, algoritmo di livellamento dell’usura (wear leveling), e funzionalità “smart” quali il monitoraggio dello stato operativo della memoria, e altro ancora. Le schede sono inoltre ottimizzate in base ai requisiti tipici delle applicazioni automotive, dove il numero di accessi numero di accessi (specialmente in lettura) e la durata in anni del componente sono di gran lunga superiori rispetto a quelli applicabili al settore consumer.

Caratteristiche tecniche

Le principali caratteristiche tecniche delle schede di memoria SD per il settore automotive sono le seguenti:

  • capacità – le schede SD sono offerte nei tagli di capacità da 8, 16, 32, e 64 GB, e con standard di indirizzamento SDHC e SDXC. Le schede SD ad alta capacità (SDH, acronimo di Secure Disk High Capacity) sono basate sulla specifica SDA 2.0 e hanno capacità comprese tra 4 GB e 32 GB). Queste schede utilizzano una formattazione predefinita di tipo FAT32 (sino a 32GB, in figura 1 si evince il tipo di formato stampato sull’etichetta del componente). La scheda SD a capacità estesa da 64Gb è in formato SDXC, acronimo di Secure Digital eXtended Capacity. La formattazione predefinita utilizzata è in questo caso la exFAT (in figura 2).

    Figura 1: una scheda di memoria SD automotive da 32 GB

     

    Figura 2: versione da 64 GB della scheda SD automotive

  • range di temperatura – le schede SD automotive hanno un range di temperatura compreso tra -40°C e +85°C;
  • tensione di alimentazione – le schede di memoria devono essere alimentate con una tensione stabilizzata compresa tra 2,7 V e 3,6 V;
  • immunità elettrica nei confronti di cadute improvvise dell’alimentazione;
  • firmware avanzato con gestione del livellamento dell’usura, gestione dinamica dei blocchi guasti, e controllo e correzione degli errori prodotti dalla memoria NAND durante la lettura tramite la tecnica ECC (Error Code Correction);
  • funzionalità avanzate, quali: monitoraggio dello stato di usura della memoria, lettura e rinfresco proattivo della memoria (‘read-refresh’), aggiornamento sicuro del firmware, e altre funzionalità ancora. Particolarmente interessante è la funzionalità ‘read-refresh’: il contenuto della memoria flash viene periodicamente esaminato al fine di individuare potenziali errori sui singoli bit. Quando ciò si verifica, oltre ad impiegare l’opportuno meccanismo di correzione dell’errore, si ripristina la distribuzione di tensione di soglia ottimale delle celle flash NAND, prevenendo in questo modo la perdita dei dati causata da errori prodotti durante il processo di memorizzazione, cautelandosi da stress indotto da letture frequenti (fenomeno di read stress) o determinate da perdite di ritenzione, visibili a distanza di anni, se il contenuto non viene mai riscritto. Questa funzionalità viene eseguita in modo trasparente (in ‘background’) rispetto al normale funzionamento della memoria, e pertanto non produce virtualmente alcun effetto o ritardo sui tempi di risposta dei comandi impartiti al dispositivo di storage;
  • tecnologia 1YnmX2: le memorie SD automotive sono fabbricate utilizzando la seconda generazione (‘X2’) della tecnologia di processo da 19nm proprietaria di SanDisk. Grazie all’impiego di questa tecnologia, le dimensioni di una singola cella sono state ulteriormente ridotte. I benefici di questa nuova tecnologia sulle prestazioni sono immediati ed evidenti: è infatti possibile rilasciare una maggiore capacità di memoria in spazi più ridotti, riducendo l’area utilizzata e aumentando la velocità;
  • dimensioni – tutti i tagli di memoria delle schede SD automotive hanno dimensioni pari a 24 mm x 32 mm x 2,1 mm, fattore di forma dettato dalla SD Association (www.sdcard.org).

Le performance delle schede SD automotive, suddivise in base alla capacità, sono riportate nella tabella 1.

Capacità Velocità in lettura sequenziale Velocità in scrittura sequenziale Conservazione dei dati Range di temperatura
8 GB 20 MB/s 20 MB/s 10 anni alla temperatura di 55°C da -40°C a +85°C
16 GB 20 MB/s 20 MB/s 10 anni alla temperatura di 55°C da -40°C a +85°C
32 GB 20 MB/s 20 MB/s 10 anni alla temperatura di 55°C da -40°C a +85°C
64 GB 20 MB/s 20 MB/s 10 anni alla temperatura di 55°C da -40°C a +85°C

Tabella 1: caratteristiche delle schede SD automotive della SanDisk

I dati relativi alle velocità di lettura e scrittura sono scaturiti da test interni eseguiti dal produttore, e pertanto i dati reali potrebbero risultare inferiori, in base al particolare tipo di sistema host utilizzato e alla specifica applicazione in cui le memorie sono utilizzate.

Applicazioni

Le applicazioni in cui una scheda di memoria SD può essere utilizzata all’interno di un autoveicolo sono molteplici, in virtù soprattutto della continua domanda di spazio di memoria richiesta dalla connettività e dalle applicazioni automotive di ultima generazione. Le principali aree di utilizzo per questo tipo di dispositivo sono elencate di seguito:

  • sistemi di navigazione (in Figura 3 un esempio di navigatore integrato nel cruscotto del veicolo);
  • sistemi di infotainment (in Figura 4 un esempio di sistema di infotainment con display touchscreen e interfaccia utente intuitiva, basata sull’impiego di icone);
  • sistemi per la visualizzazione di mappa 3D e HD;
  • sistemi di comunicazione V2V (vehicle to vehicle) e V2I (vehicle to infrastructure);
  • sistemi per la registrazione dei dati di guida;
  • data logger e sistemi di diagnostica remota;
  • sistemi di backup della configurazione del veicolo;
  • Scatole nere ed antifurti satellitari;
  • Sistemi di gestione di flotte di veicoli commerciali;
  • Dashcam (telecamere che registrano visivamente i rischi a cui il veicolo è esposto) utili al fine di dimostrare alla pubblica autorità o alla compagnia assicurativa la reale dinamica di un eventuale incidente stradale.
  • Action Camera per condivisione in tempo reale di immagini e filmati di panorami che il veicolo può condividere attraverso i social network.

Figura 3: un sistema di navigazione integrato nel cruscotto del veicolo

 

Figura 4: un sistema di infotainment con interfaccia HMI basata su un display touchscreen

La tendenza attuale nel settore automotive è quella di realizzare auto sempre più intelligenti e sempre più connesse. L’immagine di Figura 5 ipotizza un possibile scenario previsto dalle tecnologie V2V e V2I: i veicoli, durante il loro normale funzionamento, possono interagire tra loro scambiandosi dati significativi riguardanti ad esempio la traiettoria di marcia percorsa e la velocità sostenuta. Ogni veicolo può interagire con gli altri veicoli posti all'interno di un raggio di azione dell’ordine del centinaio di metri, scambiandosi reciprocamente le informazioni tramite l’utilizzo di appositi sistemi di comunicazione radio e relativi protocolli (definiti dagli standard menzionati precedentemente). L’obiettivo dichiarato del sistema V2V è quello di prevenire gli incidenti consentendo ai veicoli di comunicare in modo wireless la propria posizione e velocità utilizzando una rete ad hoc. A seconda di come la tecnologia viene impiegata, il guidatore può ricevere soltanto un avviso di potenziale rischio di collisione, oppure il veicolo stesso può intraprendere delle azioni preventive, in modo autonomo, come ad esempio agire sul sistema frenante rallentando la corsa del mezzo.

Figura 5: un caso d’uso della tecnologia V2V

E’ chiaro che con applicazioni di questo tipo la quantità di dati generata e consumata sta crescendo in modo significativo, e di conseguenza anche la domanda, da parte dei produttori, di soluzioni per lo storage ad alta capacità. SanDisk offre un comprovato portafoglio di prodotti certificati per il settore automotive, in grado di supportare applicazioni con elevato traffico dei dati come la connessione tra i veicoli.

In particolare, le schede di menoria SD sono caratterizzate da un’elevata affidabilità, tracciabilità, e accessibilità, una soluzione ideale per applicazioni quali: sistemi di infotainment, sistemi di navigazione, sistemi per il supporto alla guida assistita (ADAS, acronimo di Advance Driver Assist Systems), cruscotti e strumentazione digitale, applicazioni di data logging, sistemi per la telemetria e la telematica. Un’altra caratteristica fondamentale dei sistemi per lo storage basati su scheda SD è rappresentata dalla rimovibilità. Questo tipo di dispositivi, infatti, offre la flessibilità di poter caricare o aggiornare enormi quantità di dati (come ad esempio le mappe HD del sistema di navigazione) operando in modo separato rispetto all’unità principale del sistema di infotainment. Nelle applicazioni automotive di prossima generazione la memorizzazione dei dati sta diventando un fattore critico: in questo contesto, SanDisk sta supportando i propri clienti impegnati nello sviluppo di sistemi di bordo con soluzioni per lo storage affidabili e efficaci sul piano dei costi.

SanDisk è un’azienda ad elevata integrazione verticale, in grado di controllare tutte le fasi critiche del processo di progettazione e produzione delle memeorie, assicurando ai clienti un elevato livello qualitativo e tecnologico. Le soluzioni per lo storage SanDisk basate sulla tecnologia flash NAND possono contare su oltre 27 anni di esperienza nel settore, e oltre 5000 brevetti depositati. Grazie a un consistente numero di collaborazioni, i dispositivi progettati e costruiti da SanDisk possono essere validati utilizzando i principali chipset, microprocessori, microcontrollori, e SoC disponibili sul mercato, riducendo il time to market anche delle applicazioni più critiche.

E’ importante sottolineare come per ottenere la certificazione di grado automotive (conformità agli standard AEC-Q100 e ISO 26262 relativamente ai dispositivi di memoria non volatile installati a bordo del veicolo), le schede di memoria SD devono essere progettate e prodotte usando dei requisiti più stringenti e delle caratteristiche tecniche superiori rispetto ai dispositivi di grado commerciale (come quelli utilizzati negli smartphone, tablet, macchine fotografiche, lettori multimediali, ecc.). Le soluzioni per lo storage automotive devono essere progettate per operare su un range di temperatura esteso, e sono sottoposti a test più rigorosi. Inoltre, essi devono superare diversi tipi di screening e monitoraggio dei processi di produzione, in modo tale da garantire i massimi standard qualitativi di bassa difettosità e di prestazioni richiesti dall’industria automobilistica.

La connettività

Tutte le più recenti ricerche e stime aventi per oggetto il mercato automotive, concordano sul fatto che la connettività sarà in continua e rapida crescita. La connettività dei veicoli è un processo ormai avviato, destinato a crescere, con sempre più veicoli connessi sulle strade nei prossimi anni. I veicoli di nuova fabbricazione potranno essere equipaggiati con moduli per la comunicazione integrati, mentre i veicoli già in circolazione potranno inizialmente beneficiare di questa nuova tecnologia tramite il tethering con un dispositivo mobile. Una recente ricerca condotta da Gartner, stima che entro il 2020:

  • la base di veicoli connessi in circolazione sarà più di dieci volte superiore rispetto a quella dell’anno 2015;
  • l’80% di tutti i nuovi modelli di veicolo commercializzati nei mercati ‘maturi’ (cioè ad elevata industrializzazione) disporrà di sistemi per la connettività dei dati, e il 30% dei veicoli connessi disporrà di funzionalità integrate per l’aggiornamento del software via wireless (funzionalità nota anche con il termine OTA, acronimo di Over The Air);
  • verranno prodotti e installati oltre un miliardo di sistemi per la connessione dei veicoli.

Con il termine ‘auto connessa’, Gartner definisce un veicolo in grado di instaurare una comunicazione wireless bidirezionale con una rete esterna, allo scopo di rendere disponibili contenuti e servizi, trasmettere dati di telemetria relativi al veicolo stesso, abilitare il monitoraggio remoto o addirittura il controllo del veicolo da remoto, e gestire parte dei sistemi installati a bordo del veicolo. Con l’aumento del livello di automazione, le auto saranno equipaggiate con un numero crescente di sensori, incluse le videocamere e i sistemi radar di rilevamento degli ostacoli. Molte autovetture utilizzeranno l'analisi e l'elaborazione delle immagini come mezzo principale per identificare e classificare gli oggetti posti nelle vicinanze del veicolo, in modo da fornire un responso significativo o persino acquisire il controllo del mezzo in piena autonomia. Le funzioni in grado di supportare la guida autonoma, come il controllo di velocità adattativo, i sistemi di allarme collisione e di abbandono della corsia, richiedono dei sensori  e delle videocamere con funzionamento in tempo reale, oltre ad algoritmi in grado di eseguire il riconoscimento delle immagini (‘pattern recognition’). In altre parole, saranno richieste una maggiore capacità di elaborazione, e maggiore spazio di memoria per lo storage non volatile.

La rimovibilità delle schede SD permette di poter facilmente estrarre ed inserire la scheda a bordo del veicolo, offrendo alcuni vantaggi rispetto all’uso di memorie a saldare. Nel caso si preveda un’usura da scrittura inevitabile nel tempo di vita del veicolo, determinata dalla mole di dati da scrivere nella SD card, essa può essere facilmente sostituita. Inoltre può essere utile rimuovere la scheda per precaricare contenuti molto ampi. La SD può essere anche gestita dall’utente finale con un lettore di schede attraverso un personal computer, in modo da importare rapidamente intere librerie di contenuti multimediali.

La scheda può facilmente venire estratta ed analizzata in officina, permettendo l’esportazione di dati diagnostici e l’importazione di file di aggiornamento software, che possono essere a quel punto usati per aggiornare il firmware di molte altre centraline presenti nel veicolo. Ciò puo’ semplificare la strumentazione di diagnostica, solitamente basata su bus di comunicazione standard e proprietari, che prevedono inoltre costosi cavi ed ingombranti connettori a volte difficili da raggiungere all’interno dell’abitacolo o del vano motore.

E’ da notare che le schede SD card supportano anche lo standard del bus di interfacciamento SPI, permettendo la sua gestione anche da parte di microcontrollori molto semplici come architettura . Anche sistemi operativi RTOS molto semplici possono integrare il block driver per gestire SD card. Ciò amplia di molto il range di applicazioni che possono utilizzare una SD card, rendendola accessibile anche a piattaforme a basso costo o concettualmente molto basiche, che possono in ogni caso arricchirsi ampliando le loro possibilità di archiviazione. Si pensi ad esempio ad un’applicazione di data logging eseguita su processori con pochi KB di memoria non volatile interna, in grado di registrare sequenze di eventi di qualche minuto al massimo a causa della bassa capacità a disposizione. Dotandosi di una SD card, possono immagazzinare centianaia di ore di eventi nei loro log file (figura 6).

Figura 6: esempio di interfacciamento da parte di MCU ARM molto semplici attraverso bus SPI e da parte di application processor più complessi con bus SD-IO.

Le schede di memoria SD di SanDisk, certificate AEC-Q100 per gli impieghi in ambito automotive, offrono una soluzione per la memorizzazione dei dati intelligente, affidabile, e ad elevata capacità, in grado di supportare un’ampia gamma di applicazioni e sistemi con installazione a bordo del veicolo. Le schede SD automotive di SanDisk sono infatti progettate e costruite per soddisfare la domanda di elevata affidabilità, qualità, e range di temperatura imposti dal mercato automobilistico. I produttori possono anche monitorare remotamente e in modo proattivo la scheda di memoria SD, assicurandosi che essa stia funzionando in accordo con il livello di performance ideale, oppure per determinare quando è necessario eseguire la sostituzione o l’aggiornamento della scheda. SanDisk fornisce una serie di librerie di codice di riferimento per implementare tali funzionalità proprietarie in sistemi operativi di ultima generazione usati in ambito automotive, in modo da permettere un’immediata integrazione.

Conclusioni

Le soluzioni automotive per lo storage di SanDisk forniscono una robusta implementazione dello standard SD, mettendo a disposizione dell’utente le soluzioni tecnologiche più avanzate accompagnate da una comprovata qualità e affidabilità. Seguendo un estensivo e rigoroso processo di qualifica applicato durante le fasi di sviluppo e test del componente conforme allo standard AEC-Q100, le soluzioni automotive di SanDisk sono disponibili con la relativa documentazione di superamento del test di qualifica e di controllo del loro processo produttivo (PPAP, acronimo di Production Part Approval Process, strumento di controllo di processo richiesto dalle principali ditte che operano in automotive). Le SD card automotive sono inoltre caratterizzate da molti anni previsti di riperibilità sul mercato. Inoltre ogni tipo di cambiamento a livello di materiali di produzione e cambi volti al miglioramento della qualità del componente sono notificati attraverso il processo PCN (product change notification).

Ringraziamenti

Si ringrazia per la collaborazione Matteo Zammattion, Responsabile del supporto tecnico di sistemi embedded in EMEA SanDisk

Riferimenti Sandisk

  • Giacomo Lorenzoni, Sales Manager Italia (email: giacomo.lorenzoni@sandisk.com)
  • Matteo Zammattio, Responsabile del supporto tecnico di sistemi embedded in EMEA (email: matteo.zammattio@sandisk.com)

 

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Una risposta

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio Di Paolo Emilio 21 luglio 2017

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