Регистраторы путевых данных транспортного средства (VTDR) — это устройства для регистрации данных послепродажного обслуживания, которые непрерывно фиксируют в реальном времени рабочие данные, такие как скорость транспортного средства, пробег, местоположение, состояние двигателя и ключевые внутренние параметры. VTDR используются преимущественно в Европейском союзе, Японии и Китае, где регулирующие органы регулируют безопасность водителей и условия труда, предписывая установку оборудования VTDR на грузовые автомобили.
Например, правила FMCSA определяют, как долго водитель может водить автомобиль на законных основаниях, а также обязанности водителя в отношении отдыха. Такие правила могут быть сложными, а VTDR помогают водителям точно отслеживать свое рабочее время. Они также защищают транспортные компании, следя за тем, чтобы их водители соблюдали правила и достаточно отдыхали, чтобы снизить риск дорожно-транспортных происшествий (ДТП).
В дополнение к мониторингу работы авто, VTDR могут использоваться для криминалистической экспертизы аварий, чтобы помочь экспертам определить, как произошла авария и кто мог быть виноват (рисунок ниже). Например, китайские регулирующие комиссии требуют, чтобы регистраторы путевых данных постоянно регистрировали и сохраняли скорость движения автомобиля и сигналы состояния в течение 20 секунд, прежде чем авто остановится, с интервалом 0,2 секунды.
Устройства регистрации дорожных данных, такие как VTDR и регистраторы данных событий (EDR), используются во многих других приложениях, от промышленного оборудования до медицинских устройств. Операционные данные в реальном времени от промышленных систем могут использоваться для выполнения профилактического обслуживания, а медицинские устройства, такие как дозаторы инсулина, должны иметь возможность регистрировать информацию о пациентах.
В обоих этих приложениях важно, чтобы устройство сохраняло зарегистрированные данные во время сбоя и могло предоставить подробную информацию о причинах сбоя системы. Несмотря на то, что требования для промышленных и медицинских приложений явно различаются, многие проблемы сбора рабочих данных устройства с высокой надежностью во время сбоя одинаковы.
Требования к высокой надежности
Хранение зарегистрированных данных должно соответствовать нескольким строгим требованиям. Прежде всего, система регистрации путевых данных должна быть способна (разумно) пережить аварию. Это исключает подходы с физическим элементом, таким как SRAM с резервным питанием от батареи, когда ДТП может отключить резервную батарею или конденсатор от памяти. Таким образом, необходима собственная энергонезависимая память, которая может хранить данные без подключения к источнику питания.
Например, если аккумулятор отключен от SRAM во время резкого удара, все данные, хранящиеся в SRAM, будут потеряны. В идеале энергонезависимое хранилище реализуется с использованием одного компонента, что сводит к минимуму его уязвимость к физическому разрушению. Такой подход также снижает общее количество компонентов, занимает меньшую площадь на печатной плате и не требует периодического обслуживания для замены батарей.
Собственная энергонезависимая память также должна обладать достаточной выносливостью, чтобы соответствовать требованиям к ведению журнала транспортного средства в течение его срока службы. Рассмотрим EEPROM со сроком службы в 106 обращений до того, как ячейка, как правило, выйдет из строя. При рекордной скорости 0,2 секунды блок EEPROM изнашивается менее чем за три дня.
Хотя энергонезависимая память, такая как NAND и NOR flash, имеет меньший срок службы, чем EEPROM, они более плотно упакованы и менее дороги (таблица ниже). Разработчики увеличивают эффективный срок службы flash памяти за счет выравнивания степени износа, чтобы избежать использования блоков, которые стали ненадежными при длительном использовании. Выравнивание степени износа включает в себя отслеживание надежности каждого блока памяти и перемещение данных в новый блок, когда в текущем блоке появляются ошибки, превышающие определенный порог.
В этом представлении физической схемы выходной каскад полевого MOSFET транзистора организован как четыре квадранта по 16 устройств в каждом, всего 64 экземпляра. Драйверы расположены в нижнем левом углу (синим цветом), а контактные площадки расположены вверху, внизу и в центре.
Выравнивание степени износа влияет на надежность по нескольким причинам. Когда блок изнашивается и его нужно заменить, требуется время. Если во время замены блока происходит такое событие, как сбой питания или сильный удар устройства, данные могут быть потеряны. Даже если данные не теряются, выравнивание износа усложняет систему, требует времени на управление и приводит к задержкам. Это потенциально снижает эффективную производительность записи в память в момент критического отказа, который система должна зафиксировать.
Энергонезависимая память с высокой надежностью, такая как сегнетоэлектрическая память с произвольным доступом (F-RAM), устраняет необходимость выравнивания степени износа. FRAM выдерживает 1014 обращений, что фактически не ограничено в контексте требований к ведению журнала VTDR, и может управляться с помощью любого стандартного контроллера памяти через интерфейс SPI.
Получить и записать
Производительность записи имеет решающее значение для обеспечения сбора данных во время аварии. Чем быстрее данные могут быть записаны в энергонезависимую память, тем короче окно, в течение которого могут быть потеряны важные данные последних секунд перед аварией. В то время как регулирующие органы требуют обновлений только каждые 0,2 секунды, отрасль движется к непрерывной регистрации в реальном времени, и любая задержка, которую можно устранить, повышает надежность журнала данных.
Важно отметить, что производительность записи включает в себя гораздо больше, чем просто скорость шины памяти. Флэш-память вызывает задержки записи, потому что должна быть запрограммирована правильная страница / блок, и, как минимум, блок должен быть стерт перед записью новых данных.
Негативное влияние работы в блоках в приложении, таком как регистрация данных, уменьшается, потому что журнал данных может быть структурирован для буферизации данных, собранных за определенный интервал времени, а затем записаны все данные за один раз. Однако задержка по-прежнему сохраняется, поскольку данные в буфере накапливаются, и есть дополнительное «время выдержки», так как весь буфер записывается за один раз. Когда происходит сбой, все данные в текущем буфере могут быть потеряны, включая потенциально важные данные о причине сбоя.
Вместо блочного доступа F-RAM поддерживает произвольный доступ. Это позволяет записывать данные непосредственно в массив F-RAM, а не сначала буферизовать. Кроме того, следующий цикл шины может начаться немедленно без проверки готовности устройства памяти. Фактически, это позволяет F-RAM выполнять операции записи со скоростью шины, не вызывая каких-либо задержек записи или внутренней страничной программы, связанных с флэш-памятью.
Благодаря произвольному доступу и устранению задержек записи, которые возникают в других энергонезависимых запоминающих устройствах, F-RAM эффективно может «мгновенно» записывать данные по мере их захвата, тем самым предотвращая потенциальную потерю данных при возникновении сбоя. Таким образом, F-RAM может надежно хранить данные до момента удара. Опять же, время выдержки EEPROM и flash ставит под угрозу эти важные данные (рисунок ниже).
F-RAM дополнительно обеспечивает надежность благодаря встроенной коррекции кода ошибок (ECC). Кроме того, чтение F-RAM является деструктивным, а это означает, что любые ошибки в массиве F-RAM обнаруживаются, а исправленные данные записываются обратно в массив, обеспечивая большую надежность и увеличивая долговечность данных.
Высокая плотность
По мере того как автомобили становятся более автономными, устройства регистрации данных, такие как VTDR, вероятно, будут играть все более важную роль. Технологии все еще далеки от полностью автономных транспортных средств, движущихся по шоссе. Между тем существуют промежуточные этапы, на которых автомобиль будет помогать водителю, то есть передовые системы помощи водителю (ADAS). Регистрация данных может помочь разработчикам пройти через эти этапы помощи водителю, предоставляя важные данные о том, что делают транспортное средство и его водитель в момент аварии, как с точки зрения определения потенциальных причин и сбоев, так и с точки зрения смягчения последствий будущих аварий.
Для этого возрастает потребность в большей плотности памяти в приложениях для ведения журнала логов. Например, для некоторых транспортных средств может потребоваться запись данных с тахографа — устройства, которое автоматически записывает скорость транспортного средства, пройденное расстояние и действия водителя. В Японии правила могут требовать, чтобы тахографические данные хранились и были доступны для просмотра в течение всего года. В тахографах обычно используется энергонезависимая память объемом 8 Мб для хранения этих данных.
Производители могут захотеть надежно хранить и многие другие типы данных. Журналы долгосрочных эксплуатационных данных могут быть проанализированы, чтобы выявить отклонения и предупредить водителя о необходимости «позаботиться» о потенциальных проблемах обслуживания для смягчения и предотвращения сбоев. Журналы также могут использоваться для оценки и повышения общей эффективности транспортного средства.
Для более автономных транспортных средств производители могут также захотеть вести журнал «критического кода». Такой журнал будет отображать зеркальное отображение определенных разделов кода, чтобы показать, какой код использовало транспортное средство, когда оно вышло из строя.
Учитывая суровые условия эксплуатации автомобиля, важно использовать память, отвечающую требованиям AEC-Q100 и руководству по функциональной безопасности ISO 26262. Например, Excelon F-RAM, разработанный Infineon Technologies, поддерживает работу при температуре до 125 °C и может хранить данные до 121 года при 85 ° C. Память F-RAM с высокой плотностью памяти также доступна на рынке, образцы устройств объемом до 16 Мбайт будут опробованы в начале следующего года.
Устройства регистрации данных, такие как VTDR, являются стандартной системой во многих приложениях для коммерческих автомобилей. Собираемые ими данные важны для водителей, владельцев бизнеса и производителей автомобилей. Для обеспечения высочайшей надежности требуется однокомпонентная энергонезависимая память, которая может обеспечить физическую надежность с малой задержкой записи и высокой плотностью. Показано, что память F-RAM обеспечивает наивысшую надежность среди энергонезависимых технологий, что дает производителям и водителям больше уверенности в том, что важные рабочие данные будут доступны при необходимости.
Оставьте комментарий