從特斯拉和大眾ID系列車機(jī)黑屏談汽車存儲(chǔ)

近期大眾ID系列車機(jī)頻傳黑屏，很多人都說大眾智能化不足，軟件不行導(dǎo)致黑屏，實(shí)際人們選擇性地忘記了特斯拉也犯過類似的錯(cuò)誤。黑屏最大可能是eMMC引起的。

圖片來源：特斯拉

2021年特斯拉汽車(北京)有限公司根據(jù)《缺陷汽車產(chǎn)品召回管理?xiàng)l例》和《缺陷汽車產(chǎn)品召回管理?xiàng)l例實(shí)施辦法》的要求，向國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局備案了召回計(jì)劃，其中，召回進(jìn)口Model S車輛共計(jì)20428輛，召回進(jìn)口Model X車輛共計(jì)15698輛。國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局表示，特斯拉汽車(北京)有限公司將通過更換中央顯示屏中視覺計(jì)算模塊的方式，將召回車輛上的eMMC多媒體存儲(chǔ)卡免費(fèi)從8GB升級(jí)至64GB，并確保車輛安裝了2020.48.12版或更新版本的軟件，以消除安全隱患。

同時(shí)，特斯拉公布了應(yīng)急處置措施，如下：當(dāng)eMMC達(dá)到累積損耗的壽命極限時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致中央顯示屏軟件功能的故障(例如在軟件版本升級(jí)到2020.48.12之前，eMMC故障可能會(huì)導(dǎo)致黑屏)。對(duì)于2020.48.12軟件版本之前的車輛，在使用倒車時(shí)，如果倒車影像不可見，駕駛員可以使用后視鏡進(jìn)行確認(rèn)。如果通過屏幕無法控制除霜/除霧功能，駕駛員可以手動(dòng)清理風(fēng)擋玻璃。對(duì)于大多數(shù)已經(jīng)安裝2020.48.12或更新軟件版本的車輛(截止到2021年2月3日，大多數(shù)受影響車輛已經(jīng)完成了安裝)，eMMC故障不會(huì)導(dǎo)致完全黑屏，仍然具有相關(guān)的功能，比如倒車影像;當(dāng)eMMC達(dá)到累計(jì)損耗壽命極限前的一到六個(gè)月的時(shí)候，用戶會(huì)收到中央顯示屏的警告提示,以通知用戶累計(jì)損耗的出現(xiàn)并提醒用戶進(jìn)行eMMC售后維修預(yù)約。

特斯拉Model S拆機(jī)圖，箭頭的地方就是eMMC。圖片來源：FCC

圖片來源：FCC

上圖中間的芯片就是特斯拉Model S的eMMC，韓國(guó)SK Hynix供應(yīng)商，型號(hào)為H26M42003GMRA，是2014年的老產(chǎn)品了。

實(shí)際上eMMC用的閃存的P/E壽命高達(dá)3000次，即使特斯拉每隔一個(gè)月就OTA一次，用上20年甚至30年都不會(huì)到壽命極限。問題是特斯拉頻繁系統(tǒng)升級(jí)導(dǎo)致eMMC過熱或長(zhǎng)時(shí)間高功率運(yùn)行導(dǎo)致過熱，非車規(guī)級(jí)的eMMC一般高溫上限65-75度，超過60度就容易出現(xiàn)故障，車規(guī)級(jí)溫度上限一般是85度，也有105度。再有就是容量太小需要全盤擦寫，也容易導(dǎo)致過熱。特斯拉就換了64GB容量。

能導(dǎo)致黑屏且需要重新加電才能重啟的通常只有eMMC，嚴(yán)重的話即使重新加電也無法開機(jī)，實(shí)際手機(jī)、電視、車機(jī)里面用的eMMC大同小異，電視黑屏無法開機(jī)大部分原因都是eMMC損壞。軟件問題多是卡頓或死機(jī)，直接黑屏顯然是硬件故障。

eMMC (Embedded Multi Media Card)是MMC協(xié)會(huì)訂立、主要針對(duì)手機(jī)或平板電腦等產(chǎn)品的內(nèi)嵌式存儲(chǔ)器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。由一個(gè)嵌入式存儲(chǔ)解決方案組成，帶有MMC(多媒體卡)接口、快閃存儲(chǔ)器設(shè)備及主控制器。所有都在一個(gè)小型的BGA 封裝。接口速度高達(dá)每秒52MBytes，eMMC具有快速、可升級(jí)的性能。同時(shí)其接口電壓可以是1.8V或者是3.3V。它是在NAND閃存芯片的基礎(chǔ)上，額外集成了控制器，并將二者“打包”封裝封成一顆BGA芯片，從而減少了對(duì)PCB主板的空間占用，也是移動(dòng)設(shè)備中普及度最高的存儲(chǔ)單元。

圖片來源：CSDN

eMMC內(nèi)部是把NAND Flash芯片(Flash內(nèi)存陣列) 、Device Controller芯片(也叫Flash控制器、eMMC控制器)封裝在一塊。Flash控制器負(fù)責(zé)管理內(nèi)存，并且提供標(biāo)準(zhǔn)接口，使得eMMC能夠自動(dòng)調(diào)整主機(jī)與從機(jī)的工作方式，沒有位數(shù)限制，不需要處理其他繁雜的NAND Flash兼容性和管理問題，同時(shí)，控制器是其eMMC的應(yīng)用和多媒體總線之間的聯(lián)系介質(zhì)，它能在應(yīng)用程序總線和標(biāo)準(zhǔn)多媒體總線之前完成協(xié)議轉(zhuǎn)換。

eMMC分區(qū)結(jié)構(gòu)

圖片來源：CSDN

eMMC一般分為4個(gè)區(qū)，用戶可自由定義支配的通常只有UDA，這個(gè)區(qū)域約占總?cè)萘康?3%。Boot1和Boot2也叫引導(dǎo)區(qū)，大小是128KB的倍數(shù)，主要是系統(tǒng)啟動(dòng)引導(dǎo)，加載基礎(chǔ)服務(wù)、默認(rèn)配置器和根目錄，引導(dǎo)區(qū)故障，自然就無法開機(jī)。兩個(gè)區(qū)域在存儲(chǔ)的穩(wěn)定性、可靠性及擦除次數(shù)上都遠(yuǎn)比UDA要好。RPMB是Replay Protected Memory Block的縮寫，它的存在目的是用來給系統(tǒng)存放一些特殊的、需要進(jìn)行訪問授權(quán)的數(shù)據(jù);比如指紋識(shí)別之類的。

eMMC是相當(dāng)古老的技術(shù)了，目前新一代的技術(shù)是UFS(Universal Flash Storage)，最早支持UFS是高通的第三代座艙SoC。而英偉達(dá)的Orin至今都還不支持UFS。

高通第三代座艙SoC對(duì)存儲(chǔ)支持。圖片來源：CNDS

UFS最早是由JEDEC在2011年推出的，采用全新的串行傳輸技術(shù)，可同時(shí)讀寫操作。第一代 UFS 由于與當(dāng)時(shí)eMMC標(biāo)準(zhǔn)速度差異不大，且成本較為高昂，因此并未成功普及。直至2014年UFS 2.0標(biāo)準(zhǔn)問世后，連續(xù)讀取速度約達(dá)800MB/s，UFS才成為安卓旗艦手機(jī)逐漸采用的標(biāo)準(zhǔn)配置。目前最新的UFS 3.1標(biāo)準(zhǔn)，連續(xù)讀取速度約為1,700MB/s。這時(shí)，UFS的傳輸速度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于eMMC。在汽車領(lǐng)域還比較罕見，不過高通對(duì)UFS的支持力度是很大的，畢竟它主要就是做安卓旗艦芯片的。

UFS是差分串行傳輸，與單端信號(hào)傳輸相比，差分信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)，能提供更寬的帶寬處理，速度更快。eMMC使用的是并行數(shù)據(jù)傳輸。并行最大的問題是速度上不去，因?yàn)橐坏?a href="http://srfitnesspt.com/tags/時(shí)鐘/" target="_blank">時(shí)鐘上去，干擾就變大，信號(hào)完整性無法保證。eMMC的通訊方式是半雙工的，讀寫不能同時(shí)進(jìn)行。UFS是全雙工通訊，讀寫是可以同時(shí)進(jìn)行的。簡(jiǎn)單來說，eMMC的通訊方式是一種應(yīng)答式的，host發(fā)送數(shù)據(jù)給eMMC需要等eMMC應(yīng)答之后才可以繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。UFS則不同，host只管向UFS發(fā)送數(shù)據(jù)誰先完成誰先返回狀態(tài)無需等待。

圖片來源：CNDS

eMMC有兩條總線，分別傳輸指令數(shù)據(jù)輸入和輸出，而且因?yàn)槭遣⑿锌偩€還要有額外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。而UFS則是有兩條差分的數(shù)據(jù)lane，指令和數(shù)據(jù)都是以packet的形式發(fā)送的。因此UFS的物理層比較復(fù)雜。

圖片來源：CNDS

整個(gè)UFS協(xié)議棧可以分為三層：應(yīng)用層(UFS Application Layer(UAP))、傳輸層(UFS TransportLayer(UTP))、鏈路層(UIC InterConnect Layer(UIC))。應(yīng)用層發(fā)出SCSI命令(UFS沒有自己的命令使用的是簡(jiǎn)化的SCSI命令)，在傳輸層將SCSI分裝為UPIU，再經(jīng)過鏈路層將命令發(fā)送給Devices。

圖片來源：CNDS

高通8155對(duì)UFS的支持如上圖，不僅有UFS物理層，還有UFS控制器。

UFS的體驗(yàn)是非常優(yōu)秀的，主要是開機(jī)速度。通常為了加快開機(jī)速度，不怕麻煩的廠家會(huì)單獨(dú)增加一片比eMMC快一點(diǎn)的QSPI NOR FLASH來啟動(dòng)，UFS比QSPI NOR FLASH還快，UF2.1在850MB/s通訊速度下，比QSPI NOR FLASH的速度54MB/s要快10倍以上，此時(shí)啟動(dòng)64MB的boot區(qū)域的數(shù)據(jù)只需要115ms，也就是0.1S，而使用NOR FLASH需要1185ms，需要1.1S的時(shí)間，這個(gè)體驗(yàn)是極致的提升，這個(gè)僅僅是在開機(jī)速度，而且在文件或者音視頻存儲(chǔ)的時(shí)候也能有非常好的用戶體驗(yàn)。

UFS的可靠性也更高，它附加了：

過熱控制：如果設(shè)備溫度超過105°C，設(shè)備會(huì)降低性能并通知主控進(jìn)行處理。

高階診斷功能：UFS控制器會(huì)監(jiān)控各種項(xiàng)目，如擦寫次數(shù)、當(dāng)前溫度等，并向主控報(bào)告設(shè)備狀態(tài)。

刷新：可以刷新可靠性變差的數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)可靠性。

審核編輯：湯梓紅