CN114868372A

CN114868372A - 具有集中式存储的汽车网络

Info

Publication number: CN114868372A
Application number: CN202080085229.3A
Authority: CN
Inventors: D·亚萨伊; J·拉姆; H·贝利; N·米兹拉伊
Original assignee: Marvell Asia Pte Ltd
Current assignee: Marvell Asia Pte Ltd
Priority date: 2019-11-12
Filing date: 2020-11-11
Publication date: 2022-08-05
Also published as: WO2021094941A1; US20210144207A1; EP4059208A1; US11683371B2; EP4059208B1

Abstract

一种被布置在车辆中的汽车数据存储系统(20)，包括分组网络和至少一个集中式存储设备(44)。分组网络包括被配置为在车辆的操作期间生成数据的多个电子子系统(24、28、30、32、34)，这些电子子系统被部署在车辆中的不同位置并经由网络链路(36)和一个或多个网络交换机(40)而彼此间接地耦合。集中式存储设备被安装在车辆中并被耦合到分组网络，并且被配置为根据网络存储协议通过分组网络从电子子系统接收用于存储数据的写入命令，并且将数据存储在集中式存储设备中。

Description

具有集中式存储的汽车网络

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年11月12日提交的美国临时专利申请62/934,436的权益，其公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开一般涉及汽车网络，并且特别地涉及用于在汽车网络中进行集中式数据存储的方法和系统。

背景技术

现代车辆(特别是自动驾驶车辆)生成和处理非常大量的数据，有时在一天或几天的过程中达到TB的量级。例如，自动驾驶汽车中的数据源包括摄像头和其他传感器、高级驾驶员辅助系统(ADAS)、远程信息处理控制单元(TCU)、信息娱乐系统、以及各种电子控制单元(ECU)。由这种来源产生的数据可以在车辆的不同系统之间被转送，并且可能被传输到外部系统。

上述描述作为本领域相关技术的一般概述而被呈现，并且不应被解释为承认其包含的任何信息构成反对本专利申请的现有技术。

发明内容

本文描述的实施例提供一种被布置在车辆中的汽车数据存储系统。该系统包括分组网络和至少一个集中式存储设备。分组网络包括多个被配置为在车辆的操作期间生成数据的电子子系统，该电子子系统被部署在车辆中的不同位置并且经由网络链路和一个或多个网络交换机而彼此间接耦合。集中式存储设备被安装在车辆中并被耦合到分组网络，并且被配置为根据网络存储协议通过分组网络从电子子系统接收用于存储数据的写入命令，并且被配置为将数据存储在集中式存储设备中。

在一些实施例中，至少一个电子子系统包括在车辆中布置的传感器。在一些实施例中，电子子系统包括车辆的高级驾驶员辅助系统(ADAS)、远程信息处理控制单元(TCU)、信息娱乐系统、电子控制单元(ECU)、以及中央计算机中的至少一个。

在一些实施例中，集中式存储设备包括(i)存储介质，其支持专用于通过本地计算机总线进行存储的总线存储协议，以及(ii)协议转换器，其被配置为在总线存储协议的命令和网络存储协议的命令之间进行转换。在示例实施例中，存储介质和协议转换器被制造在单独的集成电路(IC)裸片中，并且被封装在单个设备封装中。在替代实施例中，存储介质和协议转换器被制造在单个集成电路(IC)裸片中。

在所公开的实施例中，集中式存储设备被配置为根据通过结构的快速非易失性存储器(NVMe-oF)协议从电子子系统接收写入命令。在另一个实施例中，电子子系统还被配置为根据网络存储协议通过分组网络发送从集中式存储设备中取回数据的读取命令，并且集中式存储设备被配置为响应于读取命令将所取回的数据提供给电子子系统。在又一个实施例中，集中式存储设备包括至少两个单独的存储介质，并且被配置为使用冗余存储方案将至少一些数据的相应副本存储在单独的存储介质中。

根据本文描述的实施例，另外提供一种用于在汽车数据存储系统中进行数据存储的方法。该方法包括在车辆的操作期间由多个电子子系统生成数据，电子子系统被部署在车辆中的不同位置并且经由包括网络和一个或多个网络交换机的分组网络而彼此间接耦合。在被安装在车辆中并被耦合到分组网络的至少一个集中式存储设备中，根据网络存储协议，通过分组网络从电子子系统接收用于存储数据的写入命令。数据被存储在集中式存储设备中。

通过以下对本发明实施例的详细描述，并结合附图，将能更充分地理解本发明，其中：

附图说明

图1是示意性地图示根据本文描述实施例的采用集中式数据存储的汽车数据处理系统的框图；以及

图2是示意性地图示根据本文描述实施例的图1的汽车数据处理系统中的数据存储的方法流程图。

具体实施方式

本文描述的实施例提供一种用于在汽车数据处理系统中进行数据存储的改进方法和装置。在公开的实施例中，汽车数据处理系统包括被布置在车辆中并产生数据的各种设备。数据通常可以与车辆的环境和周围事物、与驾驶员行为、与各种车辆组件或系统的操作等有关。例如，这些设备可以包括各种传感器，诸如摄像机、速度传感器、加速度计、音频传感器、红外线传感器、雷达传感器、激光雷达传感器、超声波传感器和/或测距仪、或其他接近传感器。产生数据的另一种设备包括无线接收器，无线接收器从车辆外部(例如，从云应用)接收数据。

汽车数据处理系统还包括多个电子子系统，诸如高级驾驶员辅助系统(ADAS)、远程信息处理控制单元(TCU)、以及信息娱乐系统。其他电子子系统包括控制传感器和其他设备并从受控设备接收数据的电子控制单元(ECU)。在许多情况下，电子子系统本身产生数据，和/或处理它们从设备或从其他电子子系统接收的数据。因此在本文中，电子子系统也被认为是产生数据的设备。

各种电子子系统通过安装在车辆中的分组网络进行通信。例如，该网络可以包括以太网，该以太网包括一个或多个以太网分组交换机、多个以太网链路、以及网关(诸如安全网关)。车辆的中央计算机通常也被连接到网络，并且也被认为是电子子系统之一。

在所公开的实施例中，汽车数据处理系统还包括至少一个被安装在车辆中的集中式存储设备。集中式存储设备(例如，固态驱动器(SSD))被配置为存储由车辆的各种电子子系统提供和/或使用的数据。在一些实施例中，可以使用两个或更多的集中式存储设备，例如用于冗余。

在一些实施例中，集中式存储设备被配置为网络元件并且被直接连接到网络，例如，连接到一个或多个网络交换机的一个或多个端口和为全部或部分网络提供安全功能性的安全网关。例如，集中式存储设备可以被配置为根据诸如通过结构的快速非易失性存储器(NVMe-oF)的网络存储协议来接收存储命令(例如，写入命令和读取命令)。例如，在2019年10月22日的修订版1.1“通过结构的NVM Express^TM”中规定了NVMe-oF。

在这些实施例中，电子子系统被配置为，通过在网络上向集中式存储设备发送合适的NVMe-oF写入命令，将数据存储在集中式存储设备中。类似地，电子子系统可以被配置为，通过在网络上发送合适的NVMe-oF读取命令，从集中式存储设备取回数据。

本文描述的网络附接集中式存储架构为汽车数据处理系统提供了重要好处。例如，所公开的解决方案具有高度可扩展性和灵活性——可以通过在网络中的任何位置添加集中式存储设备来透明地扩展容量。存储资源的容量和位置可以被完全虚拟化。所公开的架构还与现代汽车数据处理系统中使用的分区架构很好地集成在一起。

所公开的解决方案还使子系统(诸如车辆TCU、ADAS、信息娱乐和中央计算机)之间能够进行有效数据共享。在示例用例中，中央计算机将处理从多个ECU发送的数据。对于中央计算机而言，集中式存储数据效率更高。当集中式存储数据时，中央计算机和ECU之间不需要直接通信，中央计算机可以随时从存储中读取任何需要的数据。换句话说，通过解除存储过程与取回过程的耦合来提高性能：ECU可以在任何可用时写入数据，中央计算机可以在任何需要时读取数据和处理数据。

另一个示例用例是在行驶中将三维地图后台下载到自动驾驶汽车。当使用所公开的解决方案时，地图可以从云端下载到集中式存储设备中。然后，任何需要使用地图的ECU都能够在其自己的时间读取数据而不会中断中央计算机。

此外，在公开架构(诸如NVMe-oF)中使用的网络存储协议的特征在于非常小的延时，这在车辆数据处理应用中是很重要的属性。网络存储协议可以被部署在传输协议上，诸如RDMA或TCP，它们都是可靠的协议。

此外，由于所公开的存储设备被直接附接到网络(而不是经由具体的主机接入)，因此系统没有单点故障。还可以添加冗余，例如，通过使用多个集中式存储设备和/或通过经由多个交换机端口或甚至经由不同的交换机将集中式存储设备连接到网络。

图1是示意性地图示根据本文描述的实施例的汽车数据处理系统20的框图。系统20被安装在车辆中，并且包括各种传感器24、多个电子控制单元(ECU)32、高级驾驶员辅助系统(ADAS)28、信息娱乐系统30、以及中央计算机34。

如上所述，传感器24可以包括例如摄像机、速度传感器、加速度计、音频传感器、红外线传感器、雷达传感器、激光雷达传感器、超声波传感器、测距仪或其他接近传感器，或任何其他合适的传感器类型。在本示例中，每个ECU 32(有时被称为“区域ECU”)被连接到在车辆的相应区域中安装的传感器。每个ECU 32通常控制其各自的传感器24并从传感器收集数据。在一个实施例中，一个或多个传感器24(例如，图像传感器)被直接连接到ADAS 28，而不是经由ECU 32。

在本上下文中，系统20中产生数据的任何元件(例如，包括传感器24、ECU 32、ADAS28、信息娱乐系统30、以及中央计算机34)都被认为是“设备”。系统20中为集中式存储发送数据的任何元件(例如，包括ECU 32、ADAS 28、信息娱乐系统30、以及中央计算机34)都被视为“电子子系统”。如图所示，某个系统组件既可以充当设备，也可以充当电子子系统。

在一些实施例中，系统20的各种电子子系统被部署在车辆中的各种不同位置，并且通过在车辆中安装的分组网络进行通信。在本示例中，以太网网络，但也可以使用其他合适的协议。网络包括多个以太网链路36、和一个或多个以太网交换机40。在各种实施例中，在网络中使用的比特率可以是根据IEEE 802.3ch的10G比特每秒(10Gbps)、根据IEEE802.3bp的1000Mbps、根据IEEE 802.3bw的100Mbps、根据IEEE 802.3cg(10Base-T1s)的10Mbps、或任何其他合适的比特率。例如，链路36可以包括双绞铜线链路或适于以太网通信的任何其他类型的链路。

在图1的示例中，系统20还包括集中式存储设备44。集中式存储设备44被直接连接到在车辆中安装的分组网络。如在图中所见，在本示例中，集中式存储设备44包括两个接口，这两个接口经由各自的链路36被连接到两个不同的交换机40的两个不同端口。该方案提供了一定程度的冗余，因为单个接口(或对应链路)故障不会断开集中式存储设备44与网络的连接。

通常，集中式存储设备44和系统20的电子子系统使用诸如NVMe-oF之类的网络存储协议进行通信。以下描述以NVMe-oF为例。在替代实施例中，可以使用任何其他合适的存储协议。另一种存储协议的一个示例是基于TCP的NVMe。进一步备选地，系统20的电子子系统和集中式存储设备44可以使用任何合适的网络协议来交换存储命令，其中集中式存储设备44作为地址(MAC地址、IP地址或其他)。然后，集中式存储设备44可以对命令进行解封装和分析。换句话说，存储命令可以具有任何合适的格式，不一定符合任何标准。

在一些实施例中，集中式存储设备44包括NVMe-oF兼容的固态驱动器(SSD)。在其他实施例中，如在图1的示例中，集中式存储设备44包括NVMe兼容的SSD 48和

转换器52。

由于NVMe兼容，SSD 48运行NVMe协议栈并被配置为经由外围组件互连快速(PCIe)计算机总线进行通信。例如，在2020年9月21日的修订版1.4b“NVM Express^TM基本规格”中规定了NVMe。

在本上下文中，PCIe被视为本地计算机总线的示例；NVMe被视为专用于通过本地计算机总线进行存储的总线存储协议的示例；NVMe SSD 48被认为是支持总线存储协议的存储介质的示例。在替代实施例中，可以使用其他合适类型的总线、存储协议和存储介质。

在一个实施例中，

转换器52是协议转换器，其运行NVMe-oF协议栈并被配置为在NVMe命令和NVMe-oF命令之间进行转换。因此，NVMe SSD 48和

转换器52之间的接口包括PCIe总线。NVMe SSD 48和

转换器52一起形成NVMe-oF网络附接的SSD。在示例实施例中，

转换器52包括名为88SN2400的Marvell产品，例如，在2020年4月标题为“

NVMe-oF SSD转换器控制器”的产品表中对其进行了描述，其公开内容通过应用并入本文。

转换器52(以及因此集中式存储设备44)的外部物理接口是以太网接口。

转换器52(以及集中式存储设备44)的外部接口上的物理层可以包括RoCEv2(在这种情况下，传输层通常包括UDP)或NVMe/TCP或iWARP(在这种情况下，传输层通常包括TCP)。

在一个实施例中，

转换器52在集成电路(IC)中被实现，NVMeSSD 48在一个或多个其他IC中被实现，并且

转换器52经由NVMe SSD 48顶部的插入器被连接。在该实施例中，NVMe SSD 48(或其他合适的存储介质)和

转换器52(或其他合适的协议转换器)通常被封装在单个设备封装中。在另一个实施例中，

转换器52的功能在NVMe SSD 48的SSD控制器中被实现。在该实施例中，集中式存储设备44暴露NVMe和NVMe-oF外部接口是可能的。进一步替代地，NVMe SSD 48和

转换器52可以以任何其他合适的方式被集成或连接。

在一个实施例中，系统20的电子子系统(例如，ECU 32、ADAS28、信息娱乐系统30、以及中央计算机34)通过在网络上将NVMe-oF写入命令发送到集中式存储设备44将数据存储在集中式存储设备44中。在一个实施例中，电子子系统通过在网络上向集中式存储设备44发送合适的NVMe-oF读取命令从集中式存储设备44取回数据。在适当的情况下，NVMe-oF写入命令和读取命令在前往集中式存储设备44的途中穿过链路36和交换机40。在设备44中，转换器52将NVMe-oF命令翻译成由SSD 48执行的NVMe命令。SSD 48通常包括存储数据的多个闪存设备。

如图1中所示，通信系统20及其组件的配置(诸如各种设备和电子子系统和/或集中式存储设备44的配置)是仅为了清楚起见而描绘的示例配置。在替代实施例中，可以使用任何其他合适的配置。例如，系统20可以包括以任何其他合适的方案布局和连接的其他合适类型的电子子系统和/或设备。作为另一个示例，分组网络(包括链路36和交换机40)可以具有任何其他合适的拓扑。

作为又一示例，在一些实施例中，集中式存储设备44使用诸如独立磁盘冗余阵列(RAID)之类的冗余存储方案来存储数据的至少一部分。例如，可以将冗余存储应用于取证数据或任何其他合适类型的数据。示例RAID方案是RAID-1(也被称为“镜像”)，其中数据的两个副本被存储在两个单独的存储介质(例如，两个单独的SSD)中。在替代实施例中，可以使用任何其他合适的RAID方案或其他合适的冗余存储方案。在示例实施例中，集中式存储设备44包括两个SSD 48，并且RAID控制器被连接在SSD 48和

转换器52之间。在该实施例中，

转换器52如上所述地进行操作，并且冗余存储方案(例如，RAID-1)由RAID控制器处理。在替代实施例中，集中式存储设备44包括两个SSD 48，它们例如经由交换机被连接到

转换器52。在该实施例中，冗余存储方案(例如，RAID-1)由

转换器52(例如，在软件中)处理。

系统20的不同元件及其组件可以例如在专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)中使用专用硬件或固件来实现，诸如使用硬接线或可编程逻辑。附加地或替代地，系统20的组件(例如，ECU 32和/或存储设备44)的一些功能可以以软件和/或使用硬件和软件元件的组合来实现。为清楚起见，图中省略了对于理解所公开技术不是强制性的元素。

在一些实施例中，ECU 32和/或存储设备44的一些功能可以在一个或多个可编程处理器中实现，这些可编程处理器在软件中被编程以执行本文描述的功能。例如，该软件可以通过网络以电子形式被下载到任何处理器，或者它可以替代地或附加地被提供和/或存储在非暂态有形介质(诸如磁性、光学或电子存储器)上。

图2是示意性图示根据本文描述的实施例的图1的汽车数据处理系统20中的数据存储方法的流程图。图2的示例示范ECU 32存储从传感器24接收的数据的过程。任何其他合适的电子子系统可以使用类似的过程将数据存储在集中式存储设备44中。

该方法开始于ECU 32在数据接收操作60接收来自传感器24的数据。在写入生成操作64时，ECU 32组成NVMe-oF写入命令，该写入命令携带数据并且被寻址到集中式存储设备44。在进行写发送操作68时，ECU 32通过网络将NVMe-oF写入命令发送到集中式存储设备44。在进行转换操作72时，

转换器52将NVMe-oF写入命令转换成NVMe写入命令，并且将NVMe写入命令发送到NVMe SSD 48。在进行写入执行操作76时，NVMe SSD 48通过执行NVMe写入命令来存储数据。

图2的方法是仅为了清楚起见而描绘的示例方法。在替代实施例中，可以使用任何其他合适的方法。例如，电子子系统可以使用类似的方法从集中式存储设备44的SSD 48读取数据。

注意，上述实施例是通过示例的方式引用的，并且本发明不限于上文特别地示出并描述的内容。相反，本发明的范围包括上文描述的各种特征的组合和子组合，以及本领域技术人员在阅读上述描述后会想到且在现有技术中未公开的变化和修改。通过引用并入本专利申请的文件应被视为本申请的组成部分，除非在这些并入的文件中以与在本说明书中明确或隐含的定义相冲突的方式定义的任何术语，仅应考虑本说明书中的定义。

Claims

1.一种汽车数据存储系统，被布置在车辆中，所述系统包括：

分组网络，包括被配置为在所述车辆的操作期间生成数据的多个电子子系统，所述电子子系统被部署在所述车辆中的不同位置处并且经由网络链路和一个或多个网络交换机而彼此间接耦合；以及

至少一个集中式存储设备，被安装在所述车辆中并且被耦合到所述分组网络，所述集中式存储设备被配置为根据网络存储协议通过所述分组网络从所述电子子系统接收用于存储所述数据的写入命令并且将所述数据存储在所述集中式存储设备中。

2.根据权利要求1所述的汽车数据存储系统，其中所述电子子系统中的至少一个电子子系统包括被布置在所述车辆中的传感器。

3.根据权利要求1所述的汽车数据存储系统，其中所述电子子系统包括所述车辆的高级驾驶员辅助系统(ADAS)、远程信息处理控制单元(TCU)、信息娱乐系统、电子控制单元(ECU)和中央计算机中的至少一项。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的汽车数据存储系统，其中所述集中式存储设备包括(i)存储介质，所述存储介质支持总线存储协议，所述总线存储协议专用于通过本地计算机总线进行存储，以及(ii)协议转换器，所述协议转换器被配置为在所述总线存储协议的命令和所述网络存储协议的命令之间进行转换。

5.根据权利要求4所述的汽车数据存储系统，其中所述存储介质和所述协议转换器被制造在单独的集成电路(IC)裸片中，并且被封装在单个器件封装中。

6.根据权利要求4所述的汽车数据存储系统，其中所述存储介质和所述协议转换器被制造在单个集成电路(IC)裸片中。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的汽车数据存储系统，其中所述集中式存储设备被配置为根据通过结构的快速非易失性存储器(NVMe-oF)协议从所述电子子系统接收所述写入命令。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的汽车数据存储系统，其中所述电子子系统还被配置为根据所述网络存储协议通过所述分组网络发送从所述集中式存储设备取回数据的读取命令，并且其中所述集中式存储设备被配置为响应于所述读取命令将所取回的所述数据提供给所述电子子系统。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的汽车数据存储系统，其中所述集中式存储设备包括至少两个单独的存储介质，并且被配置为使用冗余存储方案将所述数据中的至少一些数据的相应副本存储在所述单独的存储介质中。

10.一种用于在汽车数据存储系统中进行数据存储的方法，所述方法包括：

在所述车辆的操作期间由多个电子子系统生成数据，所述电子子系统被部署在所述车辆中的不同位置处并且经由分组网络而彼此间接耦合，所述分组网络包括网络和一个或多个网络交换机；以及

在被安装在所述车辆中并且被耦合到所述分组网络的至少一个集中式存储设备中，根据网络存储协议通过所述分组网络从所述电子子系统接收用于存储数据的写入命令并且将所述数据存储在所述集中式存储设备中。

11.根据权利要求10所述的方法，其中生成所述数据包括由被布置在所述车辆中的传感器生成所述数据。

12.根据权利要求10所述的方法，其中接收所述写入命令包括从所述车辆的高级驾驶员辅助系统(ADAS)、远程信息处理控制单元(TCU)、信息娱乐系统、电子控制单元、以及中央计算机中的至少一项接收写入命令(ECU)。

13.根据权利要求10-12中任一项所述的方法，其中接收所述写入命令并且存储所述数据包括：

使用协议转换器，在所述网络存储协议的命令和专用于通过本地计算机总线进行存储的总线存储协议的命令之间进行转换；以及

将所述数据存储在支持所述总线存储协议的存储介质中。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述存储介质和所述协议转换器被制造在单独的集成电路(IC)裸片中，并且被封装在单个器件封装中。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述存储介质和所述协议转换器被制造在单个集成电路(IC)裸片中。

16.根据权利要求10-12中的任一项所述的方法，其中接收所述写入命令包括根据通过结构的快速非易失性存储器(NVMe-oF)协议从所述电子子系统接收所述写入命令。

17.根据权利要求10-12中任一项所述的方法，还包括根据所述网络存储协议通过所述分组网络从所述电子子系统发送从所述集中式存储设备取回数据的读取命令，并且响应于所述读取命令将来自所述集中式存储设备的所取回的所述数据提供给所述电子子系统。

18.根据权利要求10-12中任一项所述的方法，其中将所述数据存储在所述集中式存储设备中包括使用冗余存储方案将所述数据中至少一些数据的相应副本存储在两个或多个的单独的存储介质中。