Ricerca e innovazione tecnologica nell’embedded

Microcontrollori wireless
L'integrazione del sottosistema radiofrequenza nei già altamente integrati microcontrollori è senza dubbio un elemento di novità e di innovazione rilevante, considerando anche la natura mixed-signal di questa funzionalità e le caratteristiche di consumo di potenza. Il JN5148 di Jennic è un esempio molto interessante di questa integrazione, sotto svariati aspetti. Si tratta di un ultra-low power microcontroller ad elevate prestazioni pensato per applicazioni di networking in ambiente ZigBee PRO, ma di fatto interessante per un'ampia gamma di applicazioni in cui la componente wireless è determinante per l'applicazione, ma allo stesso tempo penalizzante per le problematiche di consumo e integrazione che comportano. Il dispositivo è basato su una Cpu Risc a 32 bit ad architettura potenziata. Uno degli aspetti interessanti di tale potenziamento è la capacità di ottimizzazione dell'efficienza del codice basato su istruzioni a lunghezza variabile, a un'architettura pipeline multistadio e alla programmabilità dinamica del clock. Intorno alla Cpu ci sono numerose periferiche sia di natura digitale e analogica. La disponibilità di due ampi banchi di memoria (128 kbyte di Rom e 128 kbyte di Ram) consentono di implementare applicazioni anche molto complesse, considerando il notevole fattore di compressione del codice che la Cpu mette a disposizione. Purtroppo la memoria non volatile è di natura Rom, quindi può essere sfruttata solo nelle applicazioni in grandi volumi. Comunque, il codice può essere eseguito anche in Ram in quanto disponibile la modalità bootload da memoria esterna tramite Spi (per esempio una Flash seriale IC2). Sempre on chip è disponibile una memoria Rom Otp (Once-time Programming) eFuse da 32 byte che consente di implementare la protezione necessaria per il codice e la proprietà intellettuale. Oltre a periferiche e memorie, il dispositivo integra anche una serie di sottosistemi cooperanti come il Wdc (Watch Dog Timer), un Ranging Engine, un modem O-QPSK, un Mac accelerator Ieee 802.15.4 e un 128-bit AES Encryption Accelerator. Gli elementi fondamentali degli stack per il networking wireless e il Mac Ieee 802.15.4 sono nella Rom. Grazie a ciò, alla disponibilità ampia di memoria e all'ottimizzazione del codice assembler, è possibile implementare completamente protocolli come ZigBee Pro. Sarà implementabile anche il futuro protocollo 6LoWpan.

Microcontrollori a bassissimo consumo
Microchip ha introdotto la serie di microcontrollori a 8 bit PIC18F87J90 per il pilotaggio diretto degli Lcd con tecnologia nanoWatt. Il PIC18F87J90 offre da 64 a 128 kbyte di Flash e 4 kbyte di Ram, estendendo la capacità della memoria a mantenendo la pin to pin con i dispositivi PIC18F85J90. Il modulo Lcd contiene un controllore software di contrasto che fornisce la funzionalità necessaria ad aumentare o ridurre la luminosità del display per compensare le variazioni ambientali come l'illuminazione o la temperatura. La tecnologia nanoWatt di Microchip permette di mantenere i sistemi in uno stato di consumo basso di potenza, consentendo persino al driver del display di continuare a operare in modalità di sleep. L'Rtcc opera anche in modalità sleep, assicurando che il controllo in tempo reale non sia ostacolato durante la modalità a bassa potenza. Con questo insieme di periferiche, è possibile aggiungere in modo semplice e rapido alle proprie applicazioni di display funzionalità di interfaccia utente, come ad esempio interfacce capacitive o induttive sensibili al tocco. L'interesse agli aspetti di interfaccia uomo-macchina è sempre in primo piano. Microchip ha infatti dedicato una sezione del sito web a questo aspetto importante della progettazione dei sistemi embedded. Tra le varie risorse, questo Human Interface Design Center include il touch-sensing, la visualizzazione grafica, l'audio e le applicazioni vocali.

Touch technology: verso l'interfaccia utente intelligente
L'interfaccia utente, in tutte le applicazioni embedded, sta assumendo un ruolo determinante per il successo di un prodotto, data la crescente complessità delle funzionalità che li caratterizza. L'usabilità è la misura della qualità e della buona progettazione di un'interfaccia utente. Essa esprime il grado di compatibilità dell'interfaccia con la fisiologia e la psicologia dell'utilizzatore. Un elevato grado di usabilità consente un uso effettivo, efficiente, robusto e soddisfacente dell'interfaccia. La fisiologia umana è fondamentalmente basata sui sensi, mentre la psicologia su aspetti percettivi, cognitivi, intuitivi, emozionali. Le interfacce utente classiche ignorano completamente questi aspetti, ma dispositivi come i multimedia player, gli elettrodomestici e i giochi di ultima generazione necessitano di un'interfaccia utente intelligente per soddisfare i requisiti applicativi che li caratterizzano (sensibilità al tatto, adattativi alla natura dell'utilizzatore, intelligenti, capaci di parlare, capaci di visualizzare immagini e filmati). La tecnologia touchscreen resistiva attualmente utilizzata, pur presentando svariati vantaggi, comunque pone limiti applicativi come l'incapacità di rilevare più punti di contatto (multi finger), è facilmente danneggiabile, necessita di calibrazione da parte dell'utente, ha scarse proprietà ottiche. Il touch screen capacitivo è l'alternativa proposta da Atmel (QField technology): è capace di realizzare la funzionalità multi tocco, non necessita di calibrazione, è accurata e robusta (il sensore è protetto da un pannello frontale formato dal dielettrico). Di rilevante interesse è anche la messa a disposizione degli sviluppatori da parte di Atmel di una Touch-Library avanzata che risiede sui suoi microcontrollori (quindi non su componenti esterni). Si tratta di una serie di file binari precompilati e verificati che possono essere configurati individualmente come tasti discreti o che possono essere combinati liberamente a gruppi per formare ruote e spider. Atmel ha combinato la tecnologia dei microcontrollori AVR con la tecnologia QTouch per offrire una soluzione particolarmente robusta per la progettazione di interfacce utente intelligenti.

Wireless embedded ad elevate prestazioni
In parecchie applicazioni embedded con funzionalità wireless è necessario disporre di un transceiver RF efficiente e a basso consumo. I requisiti sono infatti il range esteso, l'affidabilità e la lunga durata della batteria. La rumorosità dell'ambiente è inoltre un altro fattore di complicazione nelle applicazioni wireless embedded. Silicon Labs ha messo a punto una combinazione di due dispositivi che permettono di disporre di una soluzione di embedding molto interessante. Si tratta di un transceiver, EZRadioPro e della famiglia di Mcu a bassa tensione e basso consumo C8051F9xx. Il transceiver EZRadioPro integra on-chip funzioni di diversità nello spazio (antenna diversity) che permettono di scegliere automaticamente l'antenna più efficiente. Accanto a questa fondamentale caratteristica, questo sottosistema radio wireless rende disponibili funzioni come la gestione dei pacchetti, la presenza di timer wake-up, il rilevamento di temperatura e di bassa carica della batteria. La famiglia di Mcu C8051F9xx opera a 0,9 volt, integra un controllore DC/DC con una potenza massima erogabile di 65 mW. Grazie a questa prestazione e alle caratteristiche di efficienza energetica anche del sottosistema wireless, è possibile realizzare sistemi radio/Mcu alimentati con una singola cella. Questa efficienza energetica è anche basata sull'eliminazione dei componenti esterni (amplificatori di potenza, amplificatori a basso rumore, ecc.), tutti integrati nel sottosistema wireless. La radio wireless embedded EZRadioPRO è una soluzione single chip che permette di incrementare in maniera sensibile il range di comunicazione e minimizzare i consumi.

RTOS: Linux sempre più supportato
I sistemi operativi real-time stanno acquistando un ruolo sempre più importante nel mondo delle applicazioni embedded. Linux, nella versione embedded, sta riscuotendo un crescente successo presso la comunità degli sviluppatori di sistemi embedded. Questo sistema operativo è basato sull'idea di condividere la conoscenza e la comunità degli sviluppatori e sostiene questa peculiarità in modo molto attivo, anche se non esiste attualmente un ambito in cui gli sviluppatori di embedded Linux possono collaborare e condividere le esperienze. Un'iniziativa molto interessante al proposito viene da MontaVista, un'azienda che si è dedicata dal 1999 alla commercializzazione di Linux nella versione embedded. Si tratta di Meld, una nuova comunità di sviluppatori di dispositivi embedded che usano Linux come sistema operativo. Meld mette a disposizione un forum per tutti gli sviluppatori, di qualsiasi livello di esperienza, per consentire loro di collegare e condividere informazioni, idee e anche software. Questo consentirà di accelerare notevolmente la fase di progettazione ma anche di essere più innovativi grazie allo scambio di idee e conoscenze.
Sviluppare sistemi basati su embedded Linux è un processo complesso. In particolare gli argomenti e le problematiche con cui si deve misurare lo sviluppatore sono: trovare le informazioni giuste nelle varie fonti disponibili come Internet, persone e manuali; valutare se tali informazioni sono credibili e complete; trovare persone con esperienza e voglia di capire e risolvere i problemi legati alla progettazione embedded basata su Linux.
Meld, sponsorizzato da MontaVista, è una comunità di natura non commerciale aperta a tutti gli sviluppatori di embedded Linux che desiderano partecipare e che si propone di affrontare le suddette problematiche consentendo agli sviluppatori di: partecipare ai gruppi di discussione per collaborare alla soluzione di problematiche complesse, mettendo a disposizione la propria esperienza; utilizzare lo strumento Meld People Map per trovare altri sviluppatori che lavorano su architetture e problematiche simili alla propria; identificare esperti che possono aiutare a risolvere problemi specifici. Rispetto alle comunque numerose comunità open source, Meld è più finalizzata a supportare le problematiche tipiche dei prodotti commerciali embedded basati su Linux, proprio per consentire agli sviluppatori di soddisfare i requisiti fondamentali di rapidità ed efficienza nell'ottenere le informazioni dalla comunità. In accordo con questo approccio al supporto delle comunità degli sviluppatori è anche l'adozione, da parte di MontaVista, di Moblin. Moblin è un progetto open source basato sullo sviluppo di applicativi per dispositivi internet portatili che Intel promosse con il sito Moblin.org nel 2007. La motivazione di questa iniziativa è legata alla forte domanda di innovazione nel mercato di nuovi dispositivi che mettono a disposizione una vera capacità di mobilità basata su Internet. La piattaforma software Moblin e i processori Atom di Intel sono alla base di questa innovazione. A questa combinazione si aggiunge anche Linux di MontaVista basato su Moblin.

Tecnologia multicore per l'automazione industriale
I sistemi embedded ready-to-use, cioè completamente integrati, basati sulla tecnologia multicore di ultima generazione rappresentano una importante opzione per lo sviluppo pratico ed efficente di applicazioni per l'automazione industriale. Un esempio significativo di questa tendenza tecnologia è Procelerant IS 1000 di RadiSys, un sistema embedded basato sulla tecnologia multi-core Intel, completamente integrato e pronto all'uso. Sviluppato specificamente per l'automazione industriale, questo sistema embedded supporta Microware Real-time Hypervisor, un modulo di virtualizzazione del software che consente di tenere in esecuzione concorrente, a piena velocità e senza interruzioni, più sistemi operativi (Windows XP, Linux, OS-9, ecc.). Rendere disponibile una soluzione di sistema così altamente integrata, verificata e consentire il riutilizzo del software esistente, è la dimostrazione di come si voglia spostare l'attenzione degli sviluppatori di applicazioni embedded più sull'applicazione che sulla tecnologia sottostante, sia per diminuire il tempo necessario a portare il prodotto rapidamente sul mercato, sia per ridurre il costo finale.

Applicazioni emergenti nel sub GHz