Memenuhi persyaratan yang muncul untuk pencatatan data yang andal dalam sistem otomotif

Perekam data peristiwa (EDR), sering disebut kotak hitam, bukanlah hal baru dalam elektronik otomotif. EDR telah merekam data di mobil selama hampir 50 tahun. Selama ini, elektronik di dalam mobil telah berkembang secara dramatis. Dan, dengan begitu banyak penelitian tentang teknologi self-driving, lebih banyak lagi perubahan yang akan datang.

Kemajuan dalam elektronik otomotif ini secara substansial meningkatkan tantangan yang terkait dengan datalogging EDR. Oleh karena itu mengejutkan bahwa, selama bertahun-tahun, desain EDR dasar tidak berubah. Pemotongan pengontrol airbag GM awal secara substansial memiliki kesamaan dengan arsitektur datalogging yang digunakan dalam EDR saat ini. Dulu dan sekarang EDR menunggu suatu peristiwa untuk dipicu sebelum memasukkan data pertama ke dalam memori non-volatil. Pendekatan datalogging era 1970-an ini telah bertahan sementara subsistem lain di dalam kendaraan telah maju melalui banyak generasi.

Sebagian, situasi ini ada karena ingatan belum dianggap sentral dalam desain EDR. Akibatnya, keterbatasan EEPROM dan Flash, pada gilirannya, membatasi kemampuan EDR saat ini. Dalam artikel ini kita akan membahas persepsi ini dan mengeksplorasi solusi alternatif untuk memajukan datalogging sehingga EDR dapat memenuhi persyaratan keandalan kendaraan hari ini dan besok.

Apa yang mendorong perubahan desain di EDR?

Peraturan baru di Eropa dan China yang mewajibkan penggunaan EDR di sebagian besar kelas kendaraan bermotor menambah fokus baru pada desain EDR. Ada kesalahpahaman umum bahwa EDR telah diwajibkan sejak lama, tetapi itu tidak benar. Bahkan hari ini, Amerika Utara tidak mengamanatkan penggunaan EDR. Namun demikian, penggunaan EDR telah diadopsi secara luas oleh pembuat mobil dan hampir ada di mana-mana di Amerika Utara. Eropa dan China selangkah lebih maju dengan mewajibkan EDR pada kategori kendaraan tertentu. Di kendaraan saat ini, sumber data penting semakin meningkat dan peraturan membutuhkan penyimpanan data dalam jumlah yang lebih besar untuk pengambilan keputusan yang lebih baik.

Terlepas dari peraturan, ada juga kebutuhan yang tulus untuk mengakomodasi peningkatan parameter dalam kendaraan otonom. Misalnya, di kendaraan otonom sebagian L2+ (menurut tingkat otomatisasi mengemudi SAE), ada lebih banyak cara sistem dapat menyimpan data sensor dan gambar. Tetapi tidak ada sistem tunggal yang dapat memberikan gambaran lengkap tentang peristiwa kritis, terutama kecelakaan. Jadi, beberapa data dari ADAS harus disimpan dalam EDR untuk membuat sinkronisasi antara penyimpanan ADAS dan EDR saat menganalisis peristiwa.

Tantangan dalam desain yang ada

Mari kita periksa desain EDR yang ada dan pahami tantangan dalam mengadopsi peraturan baru. Gambar 1 menunjukkan kontrol Airbag dan desain EDR yang khas.

klik untuk gambar ukuran penuh

Gambar 1:Desain EDR Khas. (Sumber:Semikonduktor Cypress)

Kontroler EDR/Airbag memantau perubahan mendadak dalam kecepatan dan akselerasi kendaraan untuk mengidentifikasi awal dari suatu peristiwa. Setelah peristiwa terdeteksi, EDR mengumpulkan data tentang beberapa parameter kinerja dan keselamatan. Bergantung pada jenis dan tingkat keparahan acara, pengontrol EDR memutuskan untuk mencatat catatan selama acara atau setelah acara selesai. Umumnya, selama crash, baterai utama diasumsikan terputus dan daya ke pengontrol EDR disuplai oleh kapasitor cadangan. Oleh karena itu, log data akan didukung oleh kapasitor cadangan.

Penyelaman lebih dalam ke dalam arsitektur menunjukkan EDR saat ini menggunakan EEPROM atau memori non-volatil flash data untuk menyimpan data. Karena memori ini menggunakan penulisan berbasis halaman dan memiliki daya tahan tulis yang rendah (kurang dari 10 ⁶ menulis siklus), pengontrol EDR mencadangkan buffer RAM yang setara dengan ukuran satu catatan EDR untuk menyimpan data secara lokal. Buffer RAM terletak di dalam MCU dengan ukuran berkisar antara 8KB hingga 16KB untuk buffer sementara data sebelum ditulis ke memori non-volatile. Pengambilan sampel biasanya akan berakhir 250 md setelah peristiwa dipicu. Setelah itu, isi buffer RAM ditransfer ke memori non-volatile. Karena kecepatan tulis EEPROM dan flash data yang lambat, proses ini dapat berlangsung dari beberapa ratus milidetik hingga satu detik untuk menyimpan 16KB data. Seluruh proses ditunjukkan pada Gambar 2.

klik untuk gambar ukuran penuh

Gambar 2:Contoh Data Logging EDR dengan EEPROM / Data Flash. (Sumber:Semikonduktor Cypress)

Kapasitor cadangan harus dirancang untuk menyediakan energi yang cukup untuk menggerakkan seluruh transfer. Kapasitor juga digunakan untuk memberi daya pada penyebaran airbag. Tentu saja, tugas utama pengontrol EDR adalah mengembangkan airbag dan melindungi penumpang. Oleh karena itu, dalam situasi ketika tidak ada energi cadangan yang cukup, penyebaran airbag akan diprioritaskan daripada memasukkan data ke memori non-volatil. Oleh karena itu, mengandalkan kapasitansi cadangan untuk mencatat data menempatkan data dalam risiko. Dalam kasus terburuk, kapasitor cadangan dan lubang tembus dapat keluar dari papan selama kecelakaan, mempertaruhkan seluruh operasi.

Pertimbangan lain, untuk data logging, penggunaan EEPROM dan memori non-volatile flash data akan menambah kerumitan. Karena transfer data ke memori non-volatil dilakukan dengan menggunakan kapasitor cadangan yang mungkin tidak selalu stabil, integritas data dari proses penulisan harus dijamin. Cara termudah adalah dengan checksum tetapi menambah waktu dan kerumitan dalam firmware.

Arsitektur baru dengan memori F-RAM

Penggunaan F-RAM sebagai memori non-volatil eksternal akan memungkinkan arsitektur pencatatan data yang sama sekali berbeda. Ini mungkin tidak jelas dari diagram blok pada Gambar 3 karena F-RAM hanya akan menggantikan komponen di papan. Tetapi memungkinkan pengembangan arsitektur firmware yang berbeda yang manfaatnya dapat dengan mudah dilihat di tingkat sistem.

klik untuk gambar ukuran penuh

Gambar 3:Desain EDR dengan F-RAM. (Sumber:Semikonduktor Cypress)

Teknologi F-RAM menyediakan penulisan akses acak cepat yang dikombinasikan dengan non-volatilitas instan dan daya tahan yang hampir tak terbatas. Ini menghilangkan kebutuhan buffer RAM di mikrokontroler untuk menyimpan catatan EDR sementara. Firmware EDR dapat membagi memori dalam F-RAM menjadi beberapa catatan EDR. Satu record akan selalu menjadi working memory sementara sisanya kosong atau terkunci dengan data event. Data dapat masuk ke memori EDR yang berfungsi terus menerus dalam buffer bergulir.

Untuk memahami arsitektur rolling buffer, katakanlah memori EDR yang berfungsi dapat menyimpan data selama 10 detik. Jika tidak ada peristiwa dalam 10 detik, data di memori kerja akan ditimpa dengan data baru. Ini dimungkinkan karena daya tahan F-RAM yang hampir tak terbatas. Ini berarti bahwa selama peristiwa, ketika pengontrol EDR masih menilai tingkat keparahan peristiwa dan membuat keputusan apakah akan mencatat data atau tidak, data sudah disimpan dalam F-RAM non-volatil seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.

klik untuk gambar ukuran penuh

Gambar 4:Contoh pencatatan data EDR dengan F-RAM. (Sumber:Semikonduktor Cypress)

Di akhir acara, satu-satunya keputusan yang harus dibuat oleh pengontrol EDR adalah apakah akan menyimpan log atau menimpa log. Jika kejadian cukup parah untuk menyimpan catatan, pengontrol EDR akan mengunci memori kerja ke dalam catatan kejadian EDR dan menggunakan buffer baru di F-RAM sebagai memori kerja untuk mengantisipasi kejadian berikutnya. Alur firmware ditunjukkan pada Gambar 5.

klik untuk gambar ukuran penuh

Gambar 5:Aliran firmware tipikal untuk pencatatan data EDR dengan F-RAM. (Sumber:Semikonduktor Cypress)

Keuntungan lainnya adalah bahwa penyimpanan data EDR adalah acara terpisah yang tidak bergantung pada kapasitor cadangan. Sistem EDR dapat bekerja dengan kapasitor yang lebih kecil sambil menjamin integritas data tidak terganggu. Kompleksitas firmware di mikrokontroler untuk mengelola memori dan penyimpanan juga berkurang. Tabel 1 menunjukkan perbandingan antara dua arsitektur.

klik untuk gambar ukuran penuh

Tabel 1:Perbandingan arsitektur EDR berdasarkan memori non-volatile yang digunakan. (Sumber:Semikonduktor Cypress)

Dengan peraturan wajib untuk menerapkan EDR dengan meningkatnya permintaan datalog, kemungkinan kehilangan data harus dihilangkan dari desain dan arsitektur yang lebih aman dan andal untuk integritas data yang lebih baik harus diterapkan. Teknologi F-RAM dikembangkan secara khusus untuk aplikasi penting misi seperti EDR. Arsitektur berbasis F-RAM akan memenuhi tuntutan kebutuhan EDR generasi berikutnya yang dibuat untuk kebutuhan otomotif paling canggih.

Konten Terkait:

• Mengoptimalkan pencatatan data non-volatil untuk node sensor IoT yang memanen energi
• Perubahan wajah perangkat lunak otomotif
• Meningkatkan keandalan sistem memori non-volatil
• NOR flash semakin berperan dalam desain otomotif
• Bagaimana standar SerDes otomotif akan membantu inovasi
• Amazon merambah dunia otomotif secara mendalam
• Bagaimana penyimpanan yang lebih cerdas meningkatkan keandalan kendaraan otonom

Untuk lebih banyak Tertanam, berlangganan buletin email mingguan Tersemat.