Tecnologie per sistemi di nuova generazione

EMBEDDED –

L’innovazione introdotta da Freescale nella tecnologia dei sensori, dell’alimentazione e dei microprocessori, mette a disposizione dei progettisti tecnologie avanzate per la realizzazione di sistemi embedded di nuova generazione.

Le tre tecnologie chiave per il successo di un’applicazione embedded sono i sensori, la tecnologia di alimentazione e la tecnologia di computing. Queste tecnologie sono state oggetto di forte innovazione negli ultimi anni e ora sono pronte per essere utilizzate proficuamente nell’implementazione di sistemi embedded avanzati e innovativi, soprattutto in settori strategici come l’automotive e la comunicazione. La tecnologia dei sensori più interessante proposta da Freescale per i sistemi embedded è quella dei Mems. Questa, prevalentemente orientata al settore automobilistico, si sta ora rivolgendo a mercati in crescita come quello dell’elettronica di consumo e dei controlli industriali. Oltre ai sensori di accelerazione e di pressione basati su Mems, di particolare rilevanza applicativa sono anche i sensori di prossimità basati su Cmos. Nei sensori Mems si combina una forte integrazione di software embedded e di interfacce di comunicazione intelligenti. Questa combinazione aiuta lo sviluppatore nella messa a punto di applicazioni ad elevato livello di embedding.
La tecnologia dell’alimentazione intelligente è basata su Smartmos 10 di Freescale. Messa a punto per prolungare la durata della batterie, è una tecnologia a 130 nm che ha reso possibile una delle diminuzioni di consumi più consistenti mai registrate da una generazione all’altra nei dispositivi microelettronici. L’obiettivo applicativo sono i system-on-chip, in grado di gestire funzioni diversificate come, per esempio, protezione e alimentazione di batterie, schermi a colori, tastiere, Usb digitali ad alta velocità, microfoni e speaker. La tecnologia di computing (microprocessori e microcontrollori) è stata oggetto di grande attenzione da parte di Freescale sia in passato che attualmente, allo scopo soddisfare le esigenze di sviluppo sia nel settore computing portatile, sia quelle di embedding computing in ambiti con forti requisiti applicativi come l’automotive e il telecom. Tutte queste tecnologie, oltre ad essere la base dell’innovazione in settori chiave come l’automotive e la comunicazione, sono fondanti di applicazioni emergenti come per esempio “Smart Grid”, un’applicazione di metering in cui convergono le principali tecnologie di sensoristica, alimentazione intelligente e processing embedded.

Massimo rendimento dei caricatori
a singola cella fotovoltaica

Freescale ha messo a punto una tecnologia di conversione cc-cc avanzata a bassissima tensione che consente un rendimento elevato delle celle solari a una tensione di 0,32 V e il funzionamento a una tensione di 0,25 V. Questa tecnologia di conversione energetica consente di ridurre le soglie di accensione dei circuiti integrati a 0,32 V e di realizzare un rendimento di circa il 90%. Tra le applicazioni potenziali figurano caricabatterie alimentati a energia solare, caricatori di compensazione per sistemi automobilistici, caricabatterie per telefoni cellulari e laptop, acquisizione di dati a distanza e sistemi Hvac (riscaldamento e condizionamento) industriali, illuminazione domestica e commerciale alimentata a energia solare e transponder wireless autoalimentati. Il livello di performance e di rendimento della tecnologia di conversione energetica cc-cc di Freescale è reso possibile dalla tecnologia Smartmos 10, una tecnologia di processo proprietaria di Freescale per la gestione intelligente dell'alimentazione di tipo BiCmos che integra dispositivi analogici di precisione di gestione efficiente dell’alimentazione con la logica Cmos.

Nuova tecnologia di gestione
dell’alimentazione per i netbook

Una componente chiave della soluzione Freescale per netbook è rappresentata dal nuovo circuito integrato di gestione dell’alimentazione MC13892. Grazie all’integrazione in un singolo dispositivo di tutta una serie di funzioni discrete, l’MC13892 contribuisce a ridurre il peso e le dimensioni dei prodotti finali, prolungando al tempo stesso la durata delle batterie tramite funzioni innovative di controllo e di gestione dell’alimentazione. Il dispositivo comprende un caricabatteria, quattro buck converter regolabili per alimentare la memoria e il core del processore, due boost converter per la retroilluminazione dello schermo Lcd e display a Led Rgb unitamente a driver seriali di retroilluminazione per lo schermo e il tastierino.

Un Sensor Toolbox per la progettazione embedded
Freescale ha messo a disposizione degli sviluppatori Sensor Toolbox, un insieme di software di sviluppo, di hardware (comprese daughter card intercambiabili) e di documentazione e accessori per i sensori di accelerazione, pressione e prossimità. Il Sensor Toolbox è personalizzabile e consente di valutare la funzionalità per ciascun tipo di sensore (accelerazione, pressione, prossimità) sulla base di una piattaforma comune. All’interno del toolbox sono disponibili kit multipli di valutazione di sensori Usb enabled. Ciascun kit utilizza un’interfaccia grafica comune che richiede un’unica installazione software, con conseguente diminuzione della complessità. Il Sensor Toolbox comprende anche algoritmi gratuiti per le funzioni di rilevamento (orientamento, scuotimento, ticchettio, caduta, movimento, inclinazione, posizionamento, urto o vibrazione), per i sensori inerziali (conversione Psi per la pressione di gauge e altimetria), per la pressione assoluta (pressione e monitoraggio del livello dell’acqua), per i sensori di prossimità (sostituzione degli interruttori e implementazioni touchpad).

i.MX233: l’analogico si integra nel digitale
Il processore i.MX233 di Freescale è una soluzione system-on-chip ottimizzata per soddisfare le esigenze in termini di alimentazione e di performance dei sistemi embedded di nuova generazione. L’i.MX233 è basato su un core ARM9, che può raggiungere 454 MHz. Le prestazioni sono talmente elevate ed efficienti da prolungare la durata delle batterie oltre i livelli consentiti dagli attuali processori. Il sistema integrato di gestione dell’alimentazione aumenta l’efficienza del processore, mentre il clock gating e i vari livelli di stand-by riducono al minimo il consumo energetico. Il processore dispone di un controller Lcd touchscreen, di porte di connettività Usb 2.0, Sdio, Uart, I2C e Spi, oltre a funzionalità analogiche come il codec audio e un’interfaccia di memoria esterna. Il processore i.MX233 elimina la necessità di assemblare numerosi componenti esterni riducendo drasticamente i costi, le dimensioni e i consumi di potenza elettrica. Il processore i.MX233 integra IP analogici di SigmaTel (società acquisita da Freescale nel 2008). Questi importanti IP analogici integrano la gestione dell’alimentazione e i canali audio analogici. È compresa anche un’unità di elaborazione delle immagini che supporta il display Vga 24 bit. Un controller Sdio on-chip elimina la necessità di componenti esterni e rende possibile l’espansione verso schede di memoria e standard per la connettività wireless come la WiFi e il Bluetooth. Applicazioni di i.MX233 riguardano gli eBook, i lettori multimediali portatili e altre applicazioni mobili di elettronica di consumo che richiedono l’uso di display grafici. Tra le altre possibili applicazioni figurano ricevitori VoIP, telecomandi intelligenti, elettrodomestici, accessori/periferiche audio e sistemi Hmi (Human machine interface) semplici per applicazioni industriali.

Tecnologia Arm e netbook
Il nuovo processore i.MX515 di Freescale integra un core Arm Cortex-A8 in tecnologia 65 nm. La potenza di calcolo raggiunge i 2100 Dhrystone Mips, con clock fino a 1GHz. Il processore i.MX515 comprende un’interfaccia di memoria che supporta sia Ddr2 che Ddr1 mobile. Ddr1 è ottimizzato per la maggior parte dei dispositivi Internet mobili sensibili al consumo energetico mentre Ddr2 è più adatto ai netbook in quanto consente di ridurre il consumo energetico a costi notevolmente più bassi. L’i.MX515 integra core grafici come OpenVG e OpenGL, con conseguente abilitazione della grafica 2D e 3D Flash e Svg. I video creati per Adobe Player rappresentano uno dei principali formati video su Internet. Freescale ha sviluppato la collaborazione con Adobe per abilitare l’esecuzione del software Adobe sul blocco grafico OpenVG dedicato del processore. L’obiettivo è di prolungare la durata delle batterie e di favorire la funzione di navigazione sul Web.

Innovazione e motori di nuova generazione
La tendenza del settore automotive è fortemente legata all’innovazione tecnologica nel campo della system electronics. I requisiti ambientali, la sicurezza, la connettività e l’infotainment, la riduzione dei costi dei veicoli sono i principali motivi che ispirano lo sviluppo tecnologico che trova la sua massima attuazione nell’elettronica di sistema. Per quanto concerne i motori degli autoveicoli, l’iniezione diretta è una delle tecniche di ottimizzazione della funzionalità del motore che porta a un’economia del 18-20 % per i motori diesel e del 12-15 % per i motori a benzina, alla drastica riduzione delle emissioni inquinanti e di aumentare le prestazioni. La difficoltà realizzativa sta nella necessità di disporre di miscela di carburante ad elevata pressione. Gli iniettori hanno bassa resistenza e induttanza, richiedono tensioni elevate (60-80 V) e correnti elevate (20-26 A) da derivare da batterie standard (12 V a 10-13 A) con modulazioni a loop chiuso da 50 a 100 kHz.

L’elettronica di controllo richiede molta memoria (Ram e Flash), sistemi più complessi di controllo (acquisizione di segnali analogici e controllo di motori), potenza computazionale elevata per il calcolo della quantità di miscela (carburante-aria) ogni 5 ms, con accuratezza nel timing degli iniettori inferiori al microsecondo. La soluzione di Freescale è MPC5500/5600 Power, una Mcu system-on-chip basata sul core e200, un’architettura scalabile fino a 264 MHz con VLE, Cache, Signal Processing Extension e Memory Management Unit. La memoria Flash e la Ram di sistema sono embedded con la Ecc. Un crossbar switch permette al master di accedere alle periferiche senza interferire. Il Dma consente di trasferire dati senza interrompere il core. Un microengine Risc (eTPU) gestisce tutti i segnali di temporizzazione senza interruzioni del core. Il microengine implementa anche la modalità angolo hardware in modo da semplificare la sincronizzazione dell’attuazione correlata alla posizione del motore. Le risorse di comunicazione digitale integrate nel chip sono FlexRay, Can, Ethernet e seriale, mentre quelle di comunicazione analogiche arrivano fino a 60 canali Adc.

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