车载信息娱乐系统紧凑存储-SSD

如果汽车音响系统可以播放多张CD，这样的车载娱乐系统就曾经是先进系统配置。如今的车载信息娱乐系统是复杂的嵌入式子系统，它们把MP3音乐播放、GPS导航、语音识别、免提蜂窝连接、DVD视频甚至互联网浏览等等如此多样的功能集于一身。
　　
随着车载信息娱乐系统进入更广泛的多媒体应用领域，它的存储子系统正起着日益关键的作用。必须存储并快速访问音乐与视频文件。必须快速搜索并显示3DGPS系统的大型地图数据文件，并且需要合成与存储语音识别用音频文件。
　　
目前使用的多数信息娱乐系统都依靠加固型硬驱来存储数据。这些装置一般提供40GB至50GB容量。作为一种稳固成熟的技术，硬驱提供了若干有吸引力的优势。按照每GB价格看，它们为设计者呈献了一种合算的解决方案。在那些能克服硬驱固有的寻道与旋转等待时间（例如，多数读访问都是顺序式的）的应用中，硬驱能在短时间内输送大量数据。但在目前日益复杂的车载信息娱乐系统中，在存储子系统的挑选方面，其它因素起着日益重要的作用。
　　
在许多应用中，硬驱上可用的庞大数据存储空间几乎没有为车载信息娱乐系统设计者提供任何好处，这是因为多数系统仅需要4GB至8GB存储器就足以满足目前的多媒体应用了。而且，汽车业对可靠性的期望很高，对加固性的要求很苛刻，这导致它强烈偏爱一些对冲击、振动、高温和湿气有很高承受力的存储子系统。
　　
紧凑的封装
　　
鉴于这些趋势，新一代工业级小尺寸固态驱动器(SSD)为车载信息娱乐系统设计者提供了一种非常有吸引力的存储选项。这些产品提供集成版或分立版。SST公司NANDrive产品线等等集成式NAND模块把集成式ATA控制器与一颗或多颗NAND闪存晶粒组合在单一封装中。这些器件提供完整的IDE闪盘驱动器功能与兼容型，并采用紧凑的12mmx18mmx1.4mmBGA封装。设计者只须简单地把BGA安装在系统主板上。引导时，系统经由ATA或IDE接口把该器件视作系统驱动器。
　　
作为一种完全基于硅且不含任何机械运动零件的存储解决方案，这些驱动器为设计者提供了更好的机会来满足汽车业的严格冲击与振动规范。从性能角度看，小尺寸SSD不仅消除了磁盘存储系统必须执行的寻道过程（平均需要13ms），而且提供了高达30Mbps的读写性能。当前这代NANDrive器件质量合乎工业温度范围的要求，并提供多达8GB存储空间，未来可提供更高密度。
　　
更小的尺寸
　　
小尺寸SSD的两个主要优点是尺寸更小，性能高。过去十年，汽车制造商向汽车中引入了越来越多的电子子系统，因此缩小电子设备尺寸成了一件日益优先的工作。例如，目前的普通汽车集成了30至50个基于微控制器的系统。尽管硬驱制造商在缩小产品尺寸方面不断取得进展，但与替代产品相比，目前的驱动器仍需要大得多的空间。例如，标准尺寸40GB硬驱是70mmx100mmx9.5mm，而工业级版本NANDrive则是12mmx24mmx1.4mm。在减轻的重量方面，仅重0.8g的NANDrive还不到硬驱重量的百分之一。
　　
改善的数据完整性
　　
数据完整性和延长的IC耐久性是最关键的存储子系统考虑因素。如今的小尺寸SSD提供多种适合这些要求的特性。例如，为了补偿使用NAND闪存时可能会出现的随机读误差，SSD提供嵌入式误差检验与校正(ECC)电路，旨在保证数据在进入和离开存储器时的准确度。例如，NANDrive提供一种8位硬件ECC引擎。
　　
坏块管理（Bad-blockmanagement）带来了另一个挑战。与NOR闪存不同的是，NANDIC的设计允许若干坏块。为了管理这些缺陷，基于固件的坏块管理功能在小尺寸SSD初始化时被激活，确定这些坏块的位置，并把它们映射到存储阵列之外。固件然后指挥控制器，不让它使用这些指定的块。当发现额外的坏块时，固件更新映射，来保证这些块不被使用。
　　
MLC体系架构
　　
写操作耐久性构成了汽车市场中使用小尺寸SSD的另一个障碍。闪存IC会遭遇写操作耐久性方面的限制：在反复的擦除和写周期之后，存储器不再保留数据。IC体系结构越复杂，存储单元尺寸越小，IC的耐久性就越低。
　　
例如，单级单元(single-level-cell，SLC)闪存器件一般规定在100,000个周期。使用更复杂的多级单元(multi-levelcell，MLC)体系结构的器件，比如目前常用于便携式消费设备中的器件，一般规定在10,000个周期。小尺寸SSD制造商已开始在面向汽车市场的SSD中只使用SLC闪存，以此减轻这一风险。
　　
另外，通过在器件的固件中采用磨损均衡功能，可以延长耐久性。磨损均衡算法把年龄计数器与闪存介质上的逻辑与物理扇区映射图匹配起来，由此按块或页来跟踪存储器使用情况。对于每次写和擦除动作，年龄计数器都会递增。这些复杂的算法指挥控制器，让它把存储器写动作转到使用量较小的块，由此自动平衡存储器使用量。该技术利用了闪存的所有扇区，使它们同时达到写极限，由此使SSD耐久性最大化。
　　
分立与集成式SSD
　　
选择了小尺寸SSD的汽车制造商还面临另一个抉择。他们可以购买即插即用的集成式解决方案，或是构建自己的使用了ATA闪存控制器的分立器件。许多因素都会影响这一抉择。
　　
在分立解决方案中，汽车制造商或子系统供应商将从不同供应商购买控制器和NAND存储IC，并把这些IC安装在板上。每个系统都依靠嵌入式闪存文件系统块来管理主机和闪存之间的握手机制。当闪存供货紧张时，该方法可以利用更多供应商，因此更灵活。但是，它也带来了更复杂的库存管理难题。而且，随着NAND闪存技术的演变和供应商的增加，控制器与存储器之间的兼容问题又成了另一个潜在问题。
　　
集成式解决方案简化了采购和设计流程，这是因为它把集成式ATA控制器与一颗或多颗NAND闪存晶粒组合在一个多芯片封装中，并且为驱动器中的存储IC优化了控制器。这些即插即用解决方案促成了从单一厂商采购的做法，由此简化了库存管理流程。而且，它们还能利用堆叠式封装方法，来显著节省空间。
　　
使用多个厂商IC的分立解决方案占据的空间可能是集成式小尺寸SSD的两倍。由于集成式解决方案装在单一封装中，因此它们还在可靠性方面提供了优势。由于板上只有一块芯片，因此集成式SSD的失效点比分立解决方案更少，并且可以更好地满足汽车环境的冲击与振动要求。就NANDrive而言，整个系列都在-40℃至+85℃工业温度范围内得到了广泛测试和质量认证。