从特斯拉和大众ID系列车机黑屏谈汽车存储

近期大众ID系列车机频传黑屏，很多人都说大众智能化不足，软件不行导致黑屏，实际人们选择性地忘记了特斯拉也犯过类似的错误。黑屏最大可能是eMMC引起的。

图片来源：特斯拉

2021年特斯拉汽车(北京)有限公司根据《缺陷汽车产品召回管理条例》和《缺陷汽车产品召回管理条例实施办法》的要求，向国家市场监督管理总局备案了召回计划，其中，召回进口Model S车辆共计20428辆，召回进口Model X车辆共计15698辆。国家市场监督管理总局表示，特斯拉汽车(北京)有限公司将通过更换中央显示屏中视觉计算模块的方式，将召回车辆上的eMMC多媒体存储卡免费从8GB升级至64GB，并确保车辆安装了2020.48.12版或更新版本的软件，以消除安全隐患。

同时，特斯拉公布了应急处置措施，如下：当eMMC达到累积损耗的寿命极限时，可能会导致中央显示屏软件功能的故障(例如在软件版本升级到2020.48.12之前，eMMC故障可能会导致黑屏)。对于2020.48.12软件版本之前的车辆，在使用倒车时，如果倒车影像不可见，驾驶员可以使用后视镜进行确认。如果通过屏幕无法控制除霜/除雾功能，驾驶员可以手动清理风挡玻璃。对于大多数已经安装2020.48.12或更新软件版本的车辆(截止到2021年2月3日，大多数受影响车辆已经完成了安装)，eMMC故障不会导致完全黑屏，仍然具有相关的功能，比如倒车影像;当eMMC达到累计损耗寿命极限前的一到六个月的时候，用户会收到中央显示屏的警告提示,以通知用户累计损耗的出现并提醒用户进行eMMC售后维修预约。

特斯拉Model S拆机图，箭头的地方就是eMMC。图片来源：FCC

图片来源：FCC

上图中间的芯片就是特斯拉Model S的eMMC，韩国SK Hynix供应商，型号为H26M42003GMRA，是2014年的老产品了。

实际上eMMC用的闪存的P/E寿命高达3000次，即使特斯拉每隔一个月就OTA一次，用上20年甚至30年都不会到寿命极限。问题是特斯拉频繁系统升级导致eMMC过热或长时间高功率运行导致过热，非车规级的eMMC一般高温上限65-75度，超过60度就容易出现故障，车规级温度上限一般是85度，也有105度。再有就是容量太小需要全盘擦写，也容易导致过热。特斯拉就换了64GB容量。

能导致黑屏且需要重新加电才能重启的通常只有eMMC，严重的话即使重新加电也无法开机，实际手机、电视、车机里面用的eMMC大同小异，电视黑屏无法开机大部分原因都是eMMC损坏。软件问题多是卡顿或死机，直接黑屏显然是硬件故障。

eMMC (Embedded Multi Media Card)是MMC协会订立、主要针对手机或平板电脑等产品的内嵌式存储器标准规格。由一个嵌入式存储解决方案组成，带有MMC(多媒体卡)接口、快闪存储器设备及主控制器。所有都在一个小型的BGA 封装。接口速度高达每秒52MBytes，eMMC具有快速、可升级的性能。同时其接口电压可以是1.8V或者是3.3V。它是在NAND闪存芯片的基础上，额外集成了控制器，并将二者“打包”封装封成一颗BGA芯片，从而减少了对PCB主板的空间占用，也是移动设备中普及度最高的存储单元。

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eMMC内部是把NAND Flash芯片(Flash内存阵列) 、Device Controller芯片(也叫Flash控制器、eMMC控制器)封装在一块。Flash控制器负责管理内存，并且提供标准接口，使得eMMC能够自动调整主机与从机的工作方式，没有位数限制，不需要处理其他繁杂的NAND Flash兼容性和管理问题，同时，控制器是其eMMC的应用和多媒体总线之间的联系介质，它能在应用程序总线和标准多媒体总线之前完成协议转换。

eMMC分区结构

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eMMC一般分为4个区，用户可自由定义支配的通常只有UDA，这个区域约占总容量的93%。Boot1和Boot2也叫引导区，大小是128KB的倍数，主要是系统启动引导，加载基础服务、默认配置器和根目录，引导区故障，自然就无法开机。两个区域在存储的稳定性、可靠性及擦除次数上都远比UDA要好。RPMB是Replay Protected Memory Block的缩写，它的存在目的是用来给系统存放一些特殊的、需要进行访问授权的数据;比如指纹识别之类的。

eMMC是相当古老的技术了，目前新一代的技术是UFS(Universal Flash Storage)，最早支持UFS是高通的第三代座舱SoC。而英伟达的Orin至今都还不支持UFS。

高通第三代座舱SoC对存储支持。图片来源：CNDS

UFS最早是由JEDEC在2011年推出的，采用全新的串行传输技术，可同时读写操作。第一代 UFS 由于与当时eMMC标准速度差异不大，且成本较为高昂，因此并未成功普及。直至2014年UFS 2.0标准问世后，连续读取速度约达800MB/s，UFS才成为安卓旗舰手机逐渐采用的标准配置。目前最新的UFS 3.1标准，连续读取速度约为1,700MB/s。这时，UFS的传输速度已远远领先于eMMC。在汽车领域还比较罕见，不过高通对UFS的支持力度是很大的，毕竟它主要就是做安卓旗舰芯片的。

UFS是差分串行传输，与单端信号传输相比，差分信号抗干扰能力强，能提供更宽的带宽处理，速度更快。eMMC使用的是并行数据传输。并行最大的问题是速度上不去，因为一旦时钟上去，干扰就变大，信号完整性无法保证。eMMC的通讯方式是半双工的，读写不能同时进行。UFS是全双工通讯，读写是可以同时进行的。简单来说，eMMC的通讯方式是一种应答式的，host发送数据给eMMC需要等eMMC应答之后才可以继续发送数据。UFS则不同，host只管向UFS发送数据谁先完成谁先返回状态无需等待。

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eMMC有两条总线，分别传输指令数据输入和输出，而且因为是并行总线还要有额外的数据存储。而UFS则是有两条差分的数据lane，指令和数据都是以packet的形式发送的。因此UFS的物理层比较复杂。

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整个UFS协议栈可以分为三层：应用层(UFS Application Layer(UAP))、传输层(UFS TransportLayer(UTP))、链路层(UIC InterConnect Layer(UIC))。应用层发出SCSI命令(UFS没有自己的命令使用的是简化的SCSI命令)，在传输层将SCSI分装为UPIU，再经过链路层将命令发送给Devices。

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高通8155对UFS的支持如上图，不仅有UFS物理层，还有UFS控制器。

UFS的体验是非常优秀的，主要是开机速度。通常为了加快开机速度，不怕麻烦的厂家会单独增加一片比eMMC快一点的QSPI NOR FLASH来启动，UFS比QSPI NOR FLASH还快，UF2.1在850MB/s通讯速度下，比QSPI NOR FLASH的速度54MB/s要快10倍以上，此时启动64MB的boot区域的数据只需要115ms，也就是0.1S，而使用NOR FLASH需要1185ms，需要1.1S的时间，这个体验是极致的提升，这个仅仅是在开机速度，而且在文件或者音视频存储的时候也能有非常好的用户体验。

UFS的可靠性也更高，它附加了：

过热控制：如果设备温度超过105°C，设备会降低性能并通知主控进行处理。

高阶诊断功能：UFS控制器会监控各种项目，如擦写次数、当前温度等，并向主控报告设备状态。

刷新：可以刷新可靠性变差的数据，提高数据可靠性。

审核编辑：汤梓红