Los sistemas empotrados se apagan
Rick Nelson , editor en jefe - EDN, 29 de julio 2010
De un vistazo
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Los sensores a su vez producen una gran cantidad de datos para su procesamiento. Tal vez por que el tratamiento se llevará a cabo en granjas de servidores remotos , pero es una buena apuesta que al menos algunos de transformación ocurrirá dentro de microcontroladores incrustados , cerca de los propios sensores. Los datos resultantes se deberá transmitir -a menudo más de un enlace inalámbrico. Toda la operación de detección , procesamiento y comunicación de los resultados - debe llevarse a cabo con un consumo energético extremadamente bajo , ofreciendo la disipación de calor bajo y batería de larga duración o, tal vez , la eliminación de la batería a través de técnicas de aprovechamiento energético (véase barra lateral " Algoritmo de medidas estatales carga de la batería "). Las herramientas de diseño de la automatización será necesario para ayudar a llevar los productos basados en sensores en el mercado en una manera costo- efectiva y oportuna . Desde mayo de Conner 27 artículo de portada , los participantes en dos eventos se han ocupado de estas cuestiones. El PIEM Technology Forum tuvo lugar en junio en Eindhoven , Países Bajos, y Lovaina , Bélgica , la DAC ( Design Automation Conference) , se llevó a cabo durante el mismo mes en Anaheim , CA.
Un mundo sostenible
PIEM está poniendo mucho esfuerzo en la atención de la salud. Las nuevas tecnologías permitirán a las mujeres embarazadas reciban chequeos semanales en casa, y de etiquetado inteligente les permitirá elegir los alimentos adecuados . Los investigadores del Centro Holst, una filial de la investigación de los PIEM, aplicar la tecnología para afrontar los retos y necesidades sociales . Se refirió a los esfuerzos pertinentes de salud y las tecnologías de sensores que están llevando a que ayuden a que la visión Van den Hove a la realidad (Referencia 2) .
Jo De Boeck , vicepresidente senior de sistemas inteligentes y la tecnología de energía en el IMEC y un director en el Centro de Holst, ofreció un panorama general de los esfuerzos de la organización para reducir el consumo energético y promover las iniciativas de salud electrónica . Las tecnologías en desarrollo incluyen sensores y actuadores innovadoras , DSP ultra baja potencia , los circuitos analógicos de baja potencia , ultra - tecnología inalámbrica de energía , y tecnologías de generación de microcentrales .
oportunidades de atención de salud
La atención de salud ofrecen oportunidades concretas como el envejecimiento y con enfermedades crónicas en todo el mundo los esfuerzos fiscales de la salud. A nivel mundial, 1000 millones de personas tienen sobrepeso , 1 millones de personas de 60 años de edad o más, y 1 mil millones de personas son enfermos crónicos . Humanos , el Centro Holst iniciativa + + proporciona las poblaciones en riesgo con la tecnología de prevención , atención de la salud predictiva y personalizada, y participativo. El objetivo final es un sistema de circuito cerrado con síntomas , pruebas y monitoreo , diagnóstico y tratamiento. En apoyo de esta iniciativa, el Centro Holst está desarrollando una tecnología ultra - bajo consumo de energía que elimina o reduce la necesidad de reemplazar la batería , así como sensores discretos y otros dispositivos que sean productos implantables o cómodo , usable , y extensible . El Centro está trabajando en sensores que pueden analizar el sudor , la respiración , la saliva, y el medio ambiente del paciente.
Julien Penders, director del programa para redes de área corporal en el programa Human + +, dio algunos ejemplos de los esfuerzos del Centro mediante la descripción de los PIEM ECG (electrocardiograma ) collar. El dispositivo portátil ofrece una supervisión continua por una semana y ofrece una interfaz corporal de la zona - la creación de redes a un teléfono Android, que los datos disponibles a través de Internet , el dispositivo puede enviar mensajes de correo electrónico de advertencia o mensajes de texto . Una aplicación para el monitoreo de ECG es epiléptico -asimiento de detección, dijo Penders, añadiendo que 50 millones de personas en todo el mundo sufren de la condición, que cuesta US $ 15,5 mil millones en costos directos e indirectos de cada año en los Estados Unidos solamente. PIEM sistema de bajo consumo de ECG incluye un algoritmo que reconoce los patrones de frecuencia cardiaca asociada con convulsiones y notifica a los proveedores de atención de la salud .
Otros esfuerzos de centro en la excitación y el estrés de seguimiento basado en la tecnología de sensor que monitorea el sistema nervioso autónomo. Los estudios han monitoreado el estado psicológico de los comerciantes del día , que puede estar a punto de cerrar tratos irracional, y jugadores de ajedrez . Pertinentes multimodal tecnología de sensibilidad en aplicaciones tales como monitores de los factores de conductancia de la piel y del ECG , con el trabajo en curso sobre la adición de EEG (electroencefalograma ) y la detección de sustancias químicas como el cortisol , un biomarcador de estrés.
Consejo de redes de área
Para ser eficaz en aplicaciones portátiles e implantables , los sensores y la tecnología asociada interfaz debe ser de bajo consumo , dijo Bert Gyselinckx , gerente general del Centro Holst / PIEM y director del programa de uso humano + +. A tal fin, el Centro Holst ha desarrollado una caja de herramientas cuerpo- espacio -red utilizando nanocables , las nanopartículas , se sujetan las vigas , capacitivos y lecturas del oscilador , el procesamiento , los cosechadores de energía, y receptores inalámbricos . Una herramienta de estimación describe el comportamiento de alimentación de las combinaciones de tales instrumentos. Una radio puede dar cuenta de aproximadamente la mitad de la energía como un sistema de usos , por lo que los PIEM y el Centro de Holst se han centrado en la tecnología inalámbrica con el objetivo de superar estándar de las tecnologías inalámbricas como Bluetooth y Zigbee con respecto al consumo de energía. Gyselinckx describe un radio PIEM desarrollados por eventos que opera con menos de 0,1 mW y un transmisor-receptor de 2.4 GHz cuerpo- espacio - red que ofrece velocidades de datos de 64 a 1024 kbps. Emplea a Ook ( on / off- keying ) de señalización y una arquitectura superregenerative - receptor. Señala a 1 mW como receptor , 2,5 mW como un transmisor a 0 dBm, y sólo el 0,9 mW se transmite a -10 dBm. Su rango es de 3 a 5 metros .
Crego - Calama también se describe un enfoque de bajo costo de fabricación, en el que la inyección de tinta de impresión de la tecnología se pueden depositar en las estructuras de MEMS los polímeros sensibles a los vapores químicos. La nariz electrónica puede monitorear la calidad del aire ; identificar los agentes patógenos ; madurez supervisar los alimentos o de descomposición ; seguimiento de las condiciones fisiológicas de la prueba de alcoholemia , por ejemplo , y detectar armas biológicas o químicas .
Procesamiento de los resultados
Lo que los tipos de sensores va a implementar , deberá procesar los resultados para el registro de datos , para generar señales de alarma, o tal vez para recordar a los pacientes a tomar sus medicamentos. El enfoque que puede lo más rápidamente posible llegar al mercado es el empleo fuera de la plataforma - microcontroladores de bajo consumo , como el Texas Instruments TMS320C2000 Piccolo microcontroladores en tiempo real de control . Este enfoque también le ayuda a tomar ventaja de las herramientas de software off- the-shelf que pueden ayudarle a desarrollar sus algoritmos y el puerto al controlador de destino.
Vista previa del anuncio en el CAD, Ken Karnofsky , estratega senior de aplicaciones de procesamiento de señales en The MathWorks , dijo que la creación de diseños de eficiencia energética se está convirtiendo en la parte más importante de desarrollo integrado . "El diseño basado en modelos ayuda a desarrolladores de sistemas integrados del sistema de llegar al mercado más rápido con productos innovadores que aprovechen las de bajo costo y de alto rendimiento , y los periféricos de los microcontroladores controloriented Piccolo ", explicó .
The MathWorks la colaboración entre TI permite a los ingenieros para diseñar y simular sistemas , generar código, y verificar los algoritmos que se ejecutan en procesadores TI Piccolo usando IDE incorporado The MathWorks ' (integrado -desarrollo- medio ambiente) herramienta de Enlace . productos de The MathWorks "generación de código permite a los ingenieros para integrar los dispositivos periféricos y sistemas operativos en tiempo real con algoritmos que crearon utilizando los modelos de Simulink , gráficos Stateflow e incrustada de Matlab, sin tener que escribir todos los controladores de bajo nivel y el código de tiempo de ejecución. El punto fijo Matemáticas -Works ' herramienta Asesor de ayuda a las implementaciones de destino de punto flotante a un procesador de punto fijo. Después de implementar el ejecutable resultante en un microcontrolador Piccolo u otro microcontrolador C2000 de TI , ingenieros pueden realizar pruebas de procesador en el bucle . Para la velocidad de ejecución , los ingenieros pueden reemplazar partes de la norma ANSI C con código optimizado el procesador funciones.
La familia Piccolo de 32-bit ofrece una gama de niveles de rendimiento , varias opciones de flash , la integración analógica, y opciones de control orientado a la periferia para satisfacer las distintas necesidades de coste-sensibles , las aplicaciones de control en tiempo real . Los ingenieros de diseño ahora puede ejecutar sus Matlab y Simulink algoritmo de código en todos los dispositivos F2802x/F2803x Piccolo para creación rápida de prototipos y el despliegue de los sistemas integrados de producción . diseño basado en modelos de producción con la generación de código crea una conexión directa entre el entorno de desarrollo y la plataforma de implementación, ayudando a los ingenieros para identificar y corregir problemas de diseño a nivel del sistema y fácilmente generar código eficiente C2000 - específicas.
Microtasking = carga baja
Off -the-shelf , componentes de propósito general no lo hacen, sin embargo, le dará un ahorro óptimo de energía, que requiere un enfoque más personalizado. En su intervención en CAD, Muhammad Adeel Pasha, un profesor de la Universidad de Rennes e investigador en IRISA ( Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires ) / INRIA ( Institut National de Recherche en Infomatique y Automática ) , describió cómo él y sus colegas están el desarrollo de un caudal de diseño para la generación de ultra - baja potencia de la red inalámbrica de sensores -nodo arquitecturas que utilicen la " microtasking "(Referencia 5) . Microtasks se activan de forma controlada por eventos. La aplicación efectiva de una microtask requiere una especialización de hardware para reducir el poder y el poder dinámico de sincronización para reducir energía estática. Pasha se describe un flujo de diseño completo para la aplicación de microtask C hasta sintetizable VHDL , y agregó que las estimaciones iniciales muestran el ahorro de energía de uno a dos órdenes de magnitud mejor que la de los enfoques basados en microcontroladores .
Diversas intervenciones en CAD , además de Pachá se centró en las técnicas de bajo consumo. Por ejemplo , Adam Cabe, un profesor de la Universidad de Virginia, describió el trabajo que él y sus colegas han realizado para reducir el consumo de energía SRAM en modo de espera - un tema crítico , porque caché SRAM puede dominar la superficie total de algunos chips (Referencia 6) . Para reducir al mínimo las corrientes de los bancos ociosa SRAM dibujar cuando está inactivo , la Universidad de Virginia investigadores emplean un esquema de voltagereduction implícita de que no requiere en el chip convertidores DC / DC . El enfoque esencialmente pilas de bloques inactivos SRAM en serie en una forma que se mantenga la tensión necesaria de retención de datos en cada bloque SRAM y reduce la potencia de fugas en un 93 % , según las simulaciones realizadas en 65- nm tecnología.
En otra presentación se centró en la energía baja, Weixun Wang, un profesor de la Universidad de Florida, describió cómo él y un colega, Prabhat Mishra , implementó un régimen de intratask dinámicos de voltaje de escala preventiva que puede reducir el consumo de energía hasta el 24% en contraste con las técnicas de ahorro a través intertask incremento de voltaje -(Referencia 7) .
Académico de iniciativas como las que Pasha, Cabe, y Wang describió indican lo que es posible , pero se requiere un esfuerzo adicional para llevar los productos al mercado. Representantes de varias compañías comentaron los aspectos comerciales de diseño de baja potencia en una mesa redonda del CAD que Rob Aitken, uno de I + D compañeros de ARM , moderado (Referencia 8) .
S Balajee , un ingeniero de Texas Instruments India, describió lo que sea necesario a medida que avanzamos a una siempre activa y en el mundo móvil siempre conectado , incluidas las normas para captar la intención de poder; herramientas de perfiles de energía , diseño de verificación , síntesis, y el lugar y Ruta que se ocupan de los flujos de varios dominios de tensión , y herramientas de cierre de sesión para validar la intención de energía -eficiencia. Toshiyuki Saito , un ingeniero de Renesas Electronics Corp , citó la importancia de la " 3S " : la actividad de conmutación , el tamaño de un chip, y tensión de alimentación. Destacó la eficacia de DVFS (tensión dinámica y escalado de frecuencia ) como método de diseño de baja potencia en las frecuencias componentes al margen de un SOC ( System on Chip ) por lo general el control y la tensión . Saito también mencionó un DVFS -( DVFS de adaptación) , en el que los componentes dentro del SOC adaptativo de control de tensiones de alimentación , y llamó a los vendedores de EDA para asumir un papel clave en el apoyo a la eficiencia del diseño de los sistemas de bajo consumo. Venugopal Puvvada de Qualcomm India hizo hincapié en que un régimen eficaz de administración de energía para un circuito integrado requiere una visión a nivel de sistema con la capacidad exacta de poder de simulación.
los vendedores de EDA en peso
Panelista Koorosh Nazifi , un ingeniero de diseño de Cadence Systems Inc , dijo que los vendedores de EDA están proporcionando automatizado técnicas avanzadas de diseño de bajo poder que alguna vez fueron el dominio de los diseñadores sofisticados con centralizada en la casa de los sistemas CAD. Reconoció que esta iniciativa requiere más trabajo, especialmente con respecto a los SOC de señal mixta y la exploración a nivel de sistema arquitectura.
" El consumo de energía es una limitación de diseño crítico ", dijo el panelista Allan Gibbons , ingeniero director de Synopsys . "Silicio negro es un desafío real y presente . Debemos ser más inteligentes sobre cómo gastamos nuestro presupuesto de la energía, y no presionar para gigahertz sin tener en cuenta para la energía. " Usted debe minimizar los costos de energía en vatios por MIPS (millones de instrucciones por segundo) cuando los dispositivos están en modo activo y evitar derroche de energía cuando los dispositivos están haciendo ningún trabajo útil en el modo de espera. " El consumo de energía es reemplazar el rendimiento como una figura clave de mérito en procesos [ de ] 32 nm y por debajo ", añadió . El logro de un enfoque óptimo para la eficiencia energética requiere la exploración de energía -aware con prototipos virtuales , permitiendo a los diseñadores optimizar simultáneamente todos los componentes de un diseño.
La radio es el sensor de sensores , procesadores y enlaces inalámbricos de radio son todos los componentes de un sensor inteligente , para proseguir con las mejoras en el ahorro energético y rendimiento, sin embargo, la propia radio debe convertirse en el sensor (Figura 3) . radios cognitivas que pueden responder de manera inteligente al espectro de frecuencias radioeléctricas en las que están operando ayudará PIEM alcanzar los objetivos de su " verde- radio " iniciativa. En su intervención en la Revista Tecnología PIEM , Van der Perre Liesbet , director del programa de los PIEM verde- radio, dijo que la organización está impulsando en la próxima década para mejorar 2.000 veces en la eficiencia energética y una mejora de 30 veces la capacidad. radios Reconfigurable formará parte del enfoque para alcanzar esos objetivos , dijo, al igual que las mejoras en eficiencia energética -amplificador , el procesamiento escalable y los modos de suspensión , las arquitecturas híbridas de células , y el router y el hardware del switch . También se aportan técnicas avanzadas de diseño de la antena y MIMO ( multipleinput / multiple-output ) la tecnología.
Van der Perre cuestionó la forma en que podemos mantener la comunicación manygigabit por segundo curso. La respuesta , dijo, radica en compacto, de bajo costo , bajo consumo de energía radios cognitivas multimodo reconfigurable que incluyen características del espectro de detección para apoyar el uso dinámico del espectro. Los centros de enfoque de los PIEM en el Scaldio analógica escalable de radio - front-end y el COBRA (cognitivo- banda -radio- arquitectura) dispositivo de banda base digital (Referencia 9) . El procesador soporta COBRA concurrentes 1- Gbps arroyos, multihilo con SIMD ( single-instruction/multiple-data ) capacidades, una FlexFEC (flexible con visión de corrección de errores ) del procesador y una interfaz que soporta filtrado flexible y el espectro de detección. Una plantilla de COBRA apoya ajuste a las necesidades del usuario final. Según Van der Perre , algoritmos y arquitecturas de radio están dispuestos a apoyar 4G ( cuarta generación ) los requisitos , con la suficiente flexibilidad en el muestreo y la programación de filtros para satisfacer las nuevas cognitivo- radio, detección, y los requisitos multibanda -recepción .
Sistema de necesidades a nivel
Universidades , empresas y organismos de investigación continuará con sensores de baja potencia , transformadores, y las radios . Todos los podría utilizar un impulso de los vendedores de EDA. Iqbal Arshad , vicepresidente corporativo de la innovación de los productos de Motorola Mobile Devices , lo resumió en un discurso de apertura 17 de junio del CAD en la que explicó cómo su equipo desarrollaron el Droid de Motorola , que describe la síntesis de un nuevo hardware que bien las parejas con nuevo software en una multibanda producto global. El equipo no tiene todas las herramientas de diseño automatizado podría haber deseado , ya que continuó su programa de desarrollo a una velocidad vertiginosa , Arshad dijo que , confiando en cambio en los diseños de referencia . La construcción de un tablero es fácil, dijo , pero la integración de todo el sistema era difícil , con la participación interrelacionados consideraciones de diseño eléctrico, mecánico , y otros .
diseño de ahorro de energia demostrado ser particularmente difícil . Según Arshad , los proveedores tienden a pensar SOC gestión de la energía termina con sus fichas , pero no son las consideraciones clave para los usuarios finales . " No hay una herramienta de hoy para hacer efectiva la administración de energía para el producto final ", dijo, señalando un camino claro hacia donde los expositores del CAD podría prestar más atención durante el próximo año .
Se puede llegar a editor en jefe , Rick Nelson en richard.nelson @ cancom.com.
