تولد اختبارات القيادة الذاتية على الطريق كميات هائلة من بيانات المستشعرات. تتطلب حلول التخزين التقليدية توقف السيارة لاستبدال محرك الأقراص الصلبة، مما يضعف كفاءة الاختبار بشكل خطير. توضح هذه الورقة البحثية تفاصيل حل بطاقة التوسعة U.2 القائمة على تقنية PCIe Switch، والتي تتيح إمكانية التبديل السريع لمحرك الأقراص الصلبة دون إيقاف السيارة من خلال تصميم مخصص، مما يوفر بنية تحتية فعالة وموثوقة لتخزين بيانات القيادة الذكية.

I. التحديات التي يواجهها تخزين اختبارات القيادة الذاتية على الطريق

مع التطور السريع لتكنولوجيا القيادة الذاتية من المستوى L3/L4 على الطرق، تحتاج مركبات اختبار الطرق إلى جمع ومعالجة بيانات هائلة كل يوم. إذا أخذنا أسطول الاختبار الخاص بشركة معينة كمثال، فإن 15 مركبة اختبار على الطريق تعمل في وقت واحد، كل منها مزودة بالعديد من أجهزة LiDAR والكاميرات عالية الوضوح والرادارات ذات الموجات المليمترية، مما يولد عشرات التيرابايت من البيانات يومياً.

ومع ذلك، فإن حلول تخزين البيانات التقليدية تنطوي على ثلاث نقاط رئيسية للمشاكل:

· سعة تخزين غير كافية: سعة قرص تخزين SSD واحد محدودة، ويؤدي التجميع المستمر بواسطة أجهزة الاستشعار عالية الدقة إلى استنفاد سريع لمساحة التخزين.

· انقطاع الاختبار بسبب استبدال القرص الصلب: تتطلب الحلول التقليدية توقف المركبة وإيقافها لاستبدال وسيط التخزين، مما يؤدي إلى مقاطعة عملية الاختبار المستمر.

· عرض النطاق الترددي لنقل البيانات المحدود: لا يمكن للشبكات الموجودة على متن الطائرة أن تلبي متطلبات النقل في الوقت الحقيقي للبيانات الضخمة.

II. البنية التقنية لبطاقة توسعة محرك الأقراص الصلبة بتبديل PCIe

لمعالجة نقاط الألم المذكورة أعلاه، يعتمد حل التخزين الرائد في الصناعة مزيجًا مبتكرًا من بطاقة توسيع محرك الأقراص الصلبة PCIe Switch + حاوية توسيع محرك الأقراص الصلبة U.2 + واجهة MCIO عالية السرعة لتحقيق التبديل السريع لقرص SSD أثناء اختبارات الطريق.

2.1 التكنولوجيا الأساسية لبطاقة توسعة مفتاح PCIe PCIe

تعد بطاقة توسعة PCIe Switch هي المحور الأساسي لنظام التخزين بأكمله. يتم توصيل البطاقة بالكمبيوتر الصناعي المدمج عبر فتحة PCIe x16، وهي مجهزة بشريحة PCIe Switch عالية الأداء يمكنها توسيع منفذ PCIe واحد إلى عدة قنوات مستقلة.

المواصفات الفنية البارزة:

· تكوين الواجهة: تتبنى واجهة MCIO 8i (SFF-TA-1016)، مع 4 منافذ إخراج MCIO لكل بطاقة توسعة.

· أداء النطاق الترددي: يدعم قنوات PCIe Gen5 x4، مع عرض نطاق ترددي نظري لمنفذ واحد يصل إلى 128 جيجابت في الثانية وتوافق مع الإصدارات السابقة مع PCIe 4.0/3.0.

· القدرة على التوسعة: يمكن لبطاقة واحدة توصيل ما يصل إلى 8 محركات أقراص U.2 NVMe SSD لتلبية احتياجات التخزين ذات السعة الكبيرة.

في تطبيقات التخزين على اللوحة، تتمتع كل من بطاقات التوسعة U.2 و M.2 بمزاياها الخاصة: تعتمد بطاقات التوسعة U.2 على عامل الشكل القياسي مقاس 2.5 بوصة، وتدعم التصميم القابل للتبديل السريع، وتتمتع بسعة محرك أقراص واحدة تزيد عن 16 تيرابايت، وهي مناسبة للتطبيقات ذات السعة الكبيرة والموثوقية العالية على مستوى المؤسسات. تتوافق واجهة U.2 مع بروتوكولات SAS/PCIe وتتميز بتعدد الاستخدامات العالية.

ثالثًا. تحقيق تقنية التبديل السريع لمحرك الأقراص الصلبة

يُعدّ التبديل السريع لوسائط التخزين SSD الابتكار الأساسي لهذا الحل. وبفضل دعم التبديل السريع على مستوى الأجهزة، يمكن للمهندسين استبدال وسائط التخزين بأمان أثناء تشغيل السيارة دون إيقاف السيارة أو إيقاف تشغيلها.

3.1 مبدأ عمل المبادلة على الساخن

تعتمد تقنية التبديل السريع للقرص الصلب على الدعم على ثلاثة مستويات:

· مستوى الأجهزة: تدعم شريحة PCIe Switch تمكين/تعطيل المنفذ الديناميكي، وتوفر اللوحة الخلفية لمحرك الأقراص الصلبة U.2 التحكم في توقيت الطاقة لضمان إمكانية التحكم في التأثير الحالي أثناء التوصيل والفصل.

· مستوى البرنامج الثابت: درج محرك الأقراص الصلبة مزود بوحدة تحكم في التبديل السريع تراقب التغييرات في حالة حجرة محرك الأقراص وترسل أحداث إدخال/إزالة الجهاز إلى النظام.

· مستوى البرنامج: يدعم نظام التشغيل التبديل السريع لجهاز NVMe، ويمكن لنظام الملفات إلغاء تحميل وحدات التخزين وإعادة تحميلها بأمان.

3.2 عملية التشغيل بالتبديل السريع

بأخذ أسطول اختبار طريق مكون من 15 مركبة كمثال، تكون عملية التبديل السريع لأقراص SSD على النحو التالي:

الخطوة 1: الرصد والإنذار المبكر - يراقب النظام في الوقت الحقيقي السعة المتبقية لكل محرك أقراص صلبة (SSD) ويصدر تلقائياً تحذيراً مبكراً عندما تنخفض مساحة التخزين إلى ما دون الحد الأدنى.

الخطوة 2: إلغاء التركيب الآمن - يقوم المهندسون بإجراء عملية إلغاء الفك الآمن من خلال واجهة البرنامج، ويكمل النظام عملية مسح البيانات وإلغاء تحميل نظام الملفات.

الخطوة 3: الاستبدال المادي - مع تصميم الدرج EZ-Slide، يتم سحب محرك الأقراص الكامل بسرعة وإدخال محرك جديد عندما تسير السيارة بسرعة منخفضة أو للتوقف لفترة قصيرة، وتستغرق العملية بأكملها بضع ثوانٍ فقط.

الخطوة 4: التعرف التلقائي - بعد الكشف عن إدخال محرك الأقراص الجديد، يكمل النظام تلقائياً تهيئة الجهاز وتركيب نظام الملفات، وتستأنف كتابة البيانات على الفور.

رابعاً. تطبيق الحلقة المغلقة لبيانات القيادة الذكية

استنادًا إلى بطاقة توسعة محرك الأقراص الصلبة PCIe Switch وتقنية التبديل السريع لمحرك الأقراص الصلبة SSD، تم إنشاء نظام حلقة مغلقة ذكي كامل لبيانات القيادة الذكية:جمع البيانات على متن الطائرة: تعمل 15 مركبة اختبار على الطريق في وقت واحد، كل منها مزودة ببطاقة توسيع PCIe Switch واحدة وحاوية توسيع محرك الأقراص الصلبة U.2 ذات 8 فتحات. تتم كتابة البيانات من أجهزة LiDAR والكاميرات ورادارات الموجات المليمترية إلى محركات الأقراص الصلبة U.2 NVMe SSD في الوقت الحقيقي من خلال قناة PCIe 5.0 عالية السرعة.استبدال القرص الصلب دون توقف: عندما يمتلئ القرص الصلب، يتم استبدال محرك الأقراص الصلبة مباشرةً عبر وظيفة التبديل السريع دون مقاطعة اختبار السيارة. بالمقارنة مع الحلول التقليدية، يتم تحسين كفاءة اختبار الطريق بأكثر من 30%.تحليل البيانات السحابية: يتم إدراج محركات الأقراص الصلبة المستبدلة في خوادم محلية (24 حجرة U.2) وتحميلها إلى السحابة من خلال شبكة 10G، حيث يتم تشغيل خوارزميات خاصة لتنظيف البيانات والتعليق التوضيحي للمشهد وتدريب النموذج.

V. ملخص مزايا الحل

· ناقل حركة عالي الأداء: توفر بطاقة التوسعة PCIe Switch سعة 64 جيجابايت عرض نطاق ترددي مجمع لتلبية احتياجات الكتابة المتزامنة للمستشعرات متعددة القنوات.

· توسع مرن: تدعم بطاقات التوسعة U.2 محركات أقراص الحالة الصلبة ذات السعة الكبيرة على مستوى المؤسسات، مع سعة تخزين قصوى لنظام واحد تصل إلى 128 تيرابايت.

· دعم التبديل السريع: يتيح تصميم التبديل السريع لمحرك الأقراص الصلبة إمكانية استبدال محرك الأقراص دون إيقاف السيارة، مما يضمن استمرارية الاختبار.

· موثوقية من الدرجة الصناعية: هيكل معدني بالكامل وتصميم مضاد للاهتزاز يتكيف مع البيئة القاسية على متن الطائرة.

· سهولة الصيانة: يسمح تصميم درج EZ-Slide الدرج لشخص واحد بإكمال عمليات استبدال القرص الصلب.

سادسًا. الخاتمة

دخلت المنافسة في صناعة القيادة الذاتية في النصف الثاني مدفوعة بالبيانات. توفر بطاقة توسعة محرك الأقراص الصلبة PCIe Switch، جنبًا إلى جنب مع بطاقة التوسعة U.2 وتقنية التبديل السريع لمحركات أقراص الحالة الصلبة SSD، حلاً فعالاً وموثوقًا وقابلاً للتطوير لتخزين بيانات القيادة الذكية. مع تعميم تقنية PCIe 5.0 والانخفاض المستمر في تكلفة محركات أقراص الحالة الصلبة NVMe SSD، سيتم تطبيق هذا الحل على نطاق واسع في المزيد من مشاريع القيادة الذاتية، مما يساعد الشركات على بناء قدرة قوية على إغلاق حلقة البيانات المغلقة.