Испытания автономного вождения на дорогах генерируют огромные объёмы данных с датчиков. Традиционные решения для хранения данных требуют остановки транспортного средства для замены жёсткого диска, что серьёзно снижает эффективность тестирования. В данной статье подробно описывается решение в виде платы расширения формата U.2 на основе технологии PCIe Switch, которая благодаря специальному дизайну позволяет производить горячую замену накопителей без остановки автомобиля, обеспечивая эффективную и надёжную инфраструктуру для хранения данных интеллектуального вождения.

I. Проблемы хранения данных при дорожных испытаниях автономного вождения

С быстрым развитием технологий автономного вождения уровня L3/L4, испытательные автомобили ежедневно собирают и обрабатывают огромные объёмы данных. Например, парк одного предприятия насчитывает 15 автомобилей, одновременно участвующих в дорожных испытаниях, каждый из которых оснащён несколькими лидарами, камерами высокого разрешения и миллиметровыми радарами, генерируя десятки терабайт данных в день.

Однако традиционные решения для хранения данных сталкиваются с тремя основными проблемами:

· Недостаточная ёмкость хранилища: Ёмкость одного SSD ограничена, а постоянный сбор данных высококачественными датчиками приводит к быстрому исчерпанию свободного места.

· Прерывание тестирования из-за замены жёсткого диска: Традиционные решения требуют остановки и выключения автомобиля для замены носителя данных, что прерывает непрерывный процесс тестирования.

· Ограниченная пропускная способность передачи данных: Бортовые сети не могут удовлетворить требования к передаче больших объёмов данных в реальном времени.

II. Техническая архитектура платы расширения накопителей на базе PCIe Switch

Для решения вышеуказанных проблем применяется передовое отраслевое решение по хранению данных, основанное на инновационной комбинации платы расширения PCIe Switch + корпуса расширения накопителей U.2 + высокоскоростного интерфейса MCIO,позволяющей осуществлять горячую замену SSD во время дорожных испытаний.

2.1 Ключевая технология платы расширения PCIe Switch

Плата расширения PCIe Switch является центральным узлом всей системы хранения. Подключённая к бортовому промышленному компьютеру через слот PCIe x16, плата оснащена высокопроизводительным чипом PCIe Switch, способным расширить один порт PCIe на несколько независимых каналов.

Выделенные технические характеристики:

· Конфигурация интерфейса: Используется интерфейс MCIO 8i (SFF-TA-1016), каждая плата расширения имеет 4 выходных порта MCIO.

· Производительность по пропускной способности: Поддерживает каналы PCIe Gen5 x4, теоретическая пропускная способность одного порта достигает 128 Гбит/с, обратная совместимость с PCIe 4.0/3.0.

· Возможности расширения: Одна плата может подключать до 8 накопителей U.2 NVMe SSD, что удовлетворяет потребности в большом объёме памяти.

В автомобильных системах хранения данные U.2 и M.2 платы расширения имеют свои преимущества: платы U.2 используют стандартный форм-фактор 2,5 дюйма, поддерживают возможность горячей замены, имеют ёмкость одного накопителя более 16 ТБ и подходят для применений с большим объёмом данных и высокой надёжностью на корпоративном уровне. Интерфейс U.2 совместим с протоколами SAS/PCIe и отличается высокой универсальностью.

III. Реализация технологии горячей замены жёстких дисков

Горячая замена SSD — ключевое инновационное решение. Благодаря аппаратной поддержке горячей замены инженеры могут безопасно заменять носители данных во время движения автомобиля, не останавливая и не выключая его.

3.1 Принцип работы технологии горячей замены

Технология горячей замены жёстких дисков опирается на поддержку на трёх уровнях:

· Аппаратный уровень: Чип PCIe Switch поддерживает динамическое включение/выключение портов, а задняя панель U.2 накопителей обеспечивает управление временем подачи питания, гарантируя контролируемый токовый импульс при подключении и отключении.

· Уровень прошивки: Лоток накопителя оснащён контроллером горячей замены, который отслеживает изменения состояния отсека и отправляет в систему события о подключении или извлечении устройства.

· Уровень программного обеспечения: Операционная система поддерживает горячую замену устройств NVMe, а файловая система может безопасно отмонтировать и снова подключить тома хранения.

3.2 Процесс операции горячей замены

Рассмотрим парк из 15 испытательных автомобилей в качестве примера. Процесс горячей замены SSD выглядит следующим образом:

Шаг 1: Мониторинг и предупреждение – Система в режиме реального времени отслеживает оставшееся пространство каждого SSD и автоматически выдаёт предупреждение при достижении порогового значения заполнения.

Шаг 2: Безопасное отключение – Инженеры выполняют операцию безопасного отключения через программный интерфейс, после чего система завершает запись данных и отключает файловую систему.

Шаг 3: Физическая замена – Благодаря конструкции лотка EZ-Slide весь накопитель быстро извлекается и заменяется новым при движении автомобиля на низкой скорости или кратковременной остановке; весь процесс занимает всего несколько секунд.

Шаг 4: Автоматическое распознавание – После обнаружения установки нового накопителя система автоматически инициализирует устройство, монтирует файловую систему и немедленно возобновляет запись данных.

IV. Применение замкнутого цикла данных интеллектуального вождения

На основе платы расширения жестких дисков с использованием PCIe Switch и технологии горячей замены SSD построена полная интеллектуальная система замкнутого цикла данных для автономного вождения:Сбор данных на борту транспортного средства: 15 автомобилей для дорожных испытаний работают одновременно, каждый оснащен одной платой расширения PCIe Switch и одним 8-слотовым корпусом расширения U.2. Данные с лидаров, камер и радаров миллиметрового диапазона записываются в реальном времени на U.2 NVMe SSD через высокоскоростной канал PCIe 5.0.Замена жестких дисков без остановки: Когда диск заполняется, он сразу заменяется с помощью функции горячей замены без прерывания тестирования автомобиля. По сравнению с традиционными решениями эффективность дорожных испытаний повышается более чем на 30%.Анализ данных в облаке: Замененные диски устанавливаются в локальные серверы (24 слота U.2) и загружаются в облако через сеть 10 Гбит/с, где запускаются собственные алгоритмы для очистки данных, аннотации сцен и обучения моделей.

V. Обобщение преимуществ решения

· Высокопроизводительная передача данных: Плата расширения PCIe Switch обеспечивает суммарную пропускную способность 64 ГБ, удовлетворяя потребности одновременной записи многоканальных датчиков.

· Гибкое расширение: Платы расширения U.2 поддерживают емкие корпоративные SSD, максимальная емкость хранения одной системы достигает 128 ТБ.

· Поддержка горячей замены: Конструкция с поддержкой горячей замены дисков позволяет производить замену без остановки автомобиля, обеспечивая непрерывность испытаний.

· Надежность промышленного уровня: Полностью металлическая конструкция и защита от вибраций адаптированы к суровым бортовым условиям.

· Простое обслуживание: Конструкция выдвижного лотка EZ-Slide позволяет одному человеку выполнять операции по замене жестких дисков.

VI. Заключение

Конкуренция в индустрии автономного вождения вошла во вторую фазу, движимую данными. Плата расширения жестких дисков PCIe Switch в сочетании с платой расширения U.2 и технологией горячей замены SSD предоставляет эффективное, надежное и масштабируемое решение для хранения данных интеллектуального вождения. По мере распространения технологии PCIe 5.0 и постоянного снижения стоимости NVMe SSD это решение будет широко применяться в большем числе проектов автономного вождения, помогая компаниям создавать мощные возможности замкнутого цикла данных.