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Storage per Navigatori e Infotainment


28/02/2020

di Domenico Scalera

Le soluzioni di archiviazione sempre maggiore per il settore automotive

Storage per Navigatori e Infotainment
Gli autoveicoli di ultima generazione integrano dei sistemi e funzionalità avanzate che comportano un elevato traffico di dati, sia internamente che da e verso l’esterno. In questo contesto è fondamentale disporre di dispositivi di memoria non volatile affidabili, sicuri, veloci, e ad elevata capacità come le Flash Embedded. Tra le principali applicazioni di queste soluzioni di storage in ambito automotive possiamo ricordare i sistemi di navigazione (sia 2D che 3D), i sistemi di Infotainment, i sistemi per l’assistenza alla guida (ADAS), i cruscotti con grafica avanzata e i vari dispositivi di interfacciamento HMI-Human Machine Interface (touchpad, encoder rotativi, ...), i sistemi per la registrazione dei dati, nonché i sistemi per la guida autonoma. Le memorie flash di tipo embedded offrono la potenzialità di creare nuove forme di connettività, coinvolgendo direttamente il guidatore, i passeggeri, e persino l’autovettura stessa verso altri veicoli e verso server centralizzati.

I sistemi per la navigazione e l’intrattenimento
Enormi sono stati i progressi compiuti in quest’area, dove dalla semplice autoradio si è passati a sistemi completi e integrati in grado di svolgere diverse funzionalità complesse (tuner analogico, digitale, e DAB+, riproduttore multimediale, telefono, navigatore) utilizzando un'unica scheda Embedded. La tendenza attuale dei produttori di autoveicoli è infatti quella di integrare più funzionalità all’interno del sistema di infotainment: lo stesso display utilizzato per la visualizzazione delle mappe viene ad esempio utilizzato per gestire e controllare la radio, per interfacciarsi con il lettore di CD o DVD, per riprodurre brani musicali di vario formato memorizzati all'interno di una chiavetta di memoria USB, SD, µSD o all’interno della memoria di storage interna, per visualizzare le informazioni relative alle chiamate in corso, per eseguire il pairing Bluetooth con lo smartphone ed aggiornare la rubrica contatti, e così via.

Per quanto riguarda i dispositivi Embedded rivolti allo storage, uno dei principali cambiamenti a cui abbiamo assistito nel contesto automotive riguarda sicuramente la memorizzazione delle mappe necessarie al funzionamento del sistema di navigazione, che deve poter funzionare anche in assenza permanente o temporanea di connettività dati. I navigatori di ultima generazione richiedono mediamente almeno 16 GB di spazio per la memorizzazione delle mappe, un requisito che ha comportato l’abbandono dei DVD, che si utilizzavano inizialmente sui navigatori, ed a causa della loro limitata capacità di memoria.

Al posto del DVD sono oggi utilizzate soluzioni di storage più efficienti, avanzate, e performanti, che includono schede di memoria SD, hard disk o dischi allo stato solido (SSD) che utilizzano le NAND Flash come base dello storage, e, soprattutto, dispositivi di memoria Flash Embedded (eMMC). Quest'ultima rappresenta sicuramente la soluzione di maggiore interesse, in quanto permette la memorizzazione di una quantità superiore di dati: più canzoni campionate a qualità di compressione più elevata, grafica a risoluzione più elevata, un numero maggiore di applicazioni complesse installabili, con benefici immediati sia per il guidatore che per gli occupanti del veicolo. Lo stesso fenomeno ha interessato negli ultimi anni diverse tipologie di applicazioni consumer, come ad esempio i lettori multimediali portatili, le fotocamere, i tablet e gli smartphone.

Conettività tra veicoli
Relativamente al settore automotive, una nuova applicazione si sta però delineando, quella relativa alla possibilità di connettere più veicoli tra loro, realizzando, di fatto, un’infrastruttura per lo scambio di informazioni tra gli stessi. I volumi di dati interessati da questo tipo di applicazione sono enormi e senza precedenti, parliamo infatti di centinaia di gigabyte, e siamo soltanto agli inizi. L’esigenza primaria non sarà più pertanto quella di disporre di spazio di memoria sufficiente per contenere le mappe del navigatore: ogni singolo veicolo sarà in grado di generare un’enorme quantità di dati proveniente da molteplici sensori: velocità di marcia, numero di giri, livelli di emissione dei gas di scarico, stato della trasmissione e del sistema frenante, e così via. I veicoli disporranno di telecamere multiple, in grado di acquisire e analizzare gli eventi in tempo reale. L’obiettivo sarà quello di aumentare il più possibile gli standard di sicurezza, evitando le collisioni tramite l’analisi combinata delle traiettorie in tempo reale, e di monitorare l’ambiente esterno per salvaguardare l’incolumità dei guidatori stessi, pedoni, ciclisti, animali ed in ultima analisi di tutti gli utilizzatori della strada.

Tutte queste funzionalità avanzate hanno un fattore in comune: la richiesta di una capacità di elaborazione e di spazio di memoria non volatile senza precedenti. Non dimentichiamo poi che stiamo parlando di un’autovettura, destinata a percorrere le strade di tutto il mondo, incontrando condizioni meteorologiche spesso avverse e comunque sfidanti sul piano dell’affidabilità, delle prestazioni, e della durata. Condizioni di estremo caldo, freddo, aridità o eccessiva umidità, vibrazioni, sono contesti tipici in cui un normale veicolo è chiamato ad operare per molti anni. Non è necessario conoscere a fondo le tecnologie impiegate negli hard disk per sapere che essi non sono stati progettati per operare in questo tipo di condizioni, soprattutto se ripetute lungo tutto l’arco della vita media di un veicolo che viene stimato dai produttori di circa 10 anni, con una percorrenza limite di oltre 200 mila km, anche maggiore per un veicolo di trasporto merci o passeggeri, soggetto peraltro a frequenti spegnimenti ad accensioni ripetute nell’arco della giornata.

Le Memorie Flash allo stato solido rappresentano in questo contesto la soluzione per lo storage più adatta a soddisfare le esigenze dei produttori di automobili. Si tratta infatti di una tecnologia molto matura, conveniente sul piano economico, e soprattutto collaudata a fondo in diversi tipi di applicazioni. Le Memorie Flash Embedded sono in grado di funzionare in modo affidabile anche nelle condizioni ambientali più critiche, e offrono una capacità di memorizzazione sufficiente a soddisfare la domanda imposta dal numero crescente di App installate dal produttore o dagli utenti del veicolo, e dall’enorme mole di dati generata dal veicolo stesso quando opera con la tecnologia V2V.

I produttori di autoveicoli e le rispettive aziende fornitrici dovranno quindi tenere in debita considerazione questi requisiti di storage quando progettano un sottosistema hardware da installare a bordo del veicolo. Analogamente, gli sviluppatori software di applicazioni in ambito automotive dovranno essere al corrente di come ottimizzare i loro programmi affinchè supportino una memoria flash nel formato iNAND eMMC nel modo più appropriato ed affidabile. Lo standard ISO 26262 adottato per la progettazione e la caratterizzazione sia del Firmware integrato di iNAND che dei relativi componenti hardware (MMC/NAND controller e flash NAND) garantisce che il componente si debba comportare nella maniera più affidabile possibile negli sceneri critici individuati durante la fase di DFMEA (Design Failure Mode and Effect Analisys) che identifica la fase di studio e simulazione di tutti gli scenari critici possibili ed uno studio del rischio di fallimento “Failure Rate” del componente quando essi si presentano. Del resto la disponibilità di strumenti avanzati di diagnostica presenti all’interno del componente permette di adottare contromisure in varie modalità di funzionamento. Un esempio molto banale è ad esempio quello del controllo approfondito dell’integrità del filesystem logico definito nelle partizioni del componente quando iNAND segnala alla sua riaccensione le presenza di eventi di write abort causati da cadute della tensione di alimentazione durante il suo precedente spegnimento.
Di seguito trovate un approfondiremmo sulla connessione dei veicoli.

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