Congatec AG
We simplify the use of embedded technology

Un ordenador portátil de carácter innovador

El mundo se ha tornado cada vez más móvil. Las funcionalidades de los actuales ordenadores portátiles se orientan hacia una alta movilidad. Este "lujo" también adquiere una importancia cada vez mayor para las aplicaciones especializadas. Los usos típicos incluyen: monitorización de pacientes en el campo médico, diferentes tipos de instrumentos de medición, ordenadores con extrema robustez para entornos exigentes como en el área de la topografía o la industria automovilística para realizar el diagnóstico de vehículos mediante funciones especiales, etc. Las aplicaciones dentro de estos campos u otros similares requieren una gran flexibilidad y, por ende, suelen crearse a través de módulos COM (Computer On Modules), como los basados en el actual estándar XTX™. El sistema de alimentación necesario para tales soluciones debe ofrecer una fácil implementación y una alta flexibilidad. Por consiguiente, congatec ha desarrollado un concepto de gestión integrada de baterías que se ajusta a estos requisitos.

Los conceptos de gestión de baterías utilizados en los ordenadores portátiles o en otros productos de consumo operados a batería se basan en un sistema cerrado patentado. Debido a la configuración fija, no hay lugar para la escalabilidad, cuya presencia nunca estuvo dentro de los objetivos planteados para ese tipo de aplicación. A su vez, esta solución genera altos costes de desarrollo, que sólo pueden justificarse cuando existe un volumen muy grande de productos. Todo indica que el enfoque en cuestión no es capaz de satisfacer las necesidades de las aplicaciones embebidas, que requieren flexibilidad y tiempos cortos de desarrollo.

Las soluciones embebidas pueden desarrollarse rápidamente mediante conceptos de módulos tales como XTX™, ETX® o COM Express™. La gestión de baterías para este tipo de solución debe diseñarse con extrema flexibilidad, ya que las aplicaciones embebidas conllevan requisitos especiales a la hora de considerar la fuente de alimentación móvil.

Para seguir la tendencia hacia la movilidad, congatec lanza el Módulo de Gestión Inteligente de Baterías denominado SBM² (SMART Battery Manager Module). Se trata de un módulo integrado, que ha sido diseñado para proporcionar una solución móvil, rápida y sin riesgos en relación con la batería. Además, el SBM² sólo mide 68 mm x 95 mm, con 12,5 mm de altura. El único requisito es que la alimentación del sistema suministre 19V, CC. El SBM² se encarga del resto. El limitador de la corriente de entrada del SBM² restringe el suministro de alimentación de CA hasta el máximo nivel de CPU más un 25%. El SBM² distribuye la corriente hacia el sistema y el cargador de baterías de un modo inteligente. Si se compara con el peor escenario, donde la alimentación debe ser suficiente para asegurar paralelamente la máxima carga a las baterías y la máxima potencia al sistema, esta opción permite reducir el peso y los costes.

El módulo SBM² de congatec puede integrarse fácilmente y proporciona un alto grado de adaptabilidad. Las baterías inteligentes pueden configurarse como 2S1P y hasta 4S3P. Existe la posibilidad de usar las baterías en paralelo o secuencialmente. Al utilizar el método secuencial, las baterías vacías pueden ser sustituidas por otras nuevas. El método paralelo emplea ambas baterías simultáneamente, mejorando así la eficiencia energética. Esta modalidad puede aumentar el tiempo de funcionamiento de las baterías hasta en un 10%. Además, el SBM² cuenta con varios LED de control, que permiten ver el estado de carga de la respectiva batería. Esta función resulta útil cuando el operador desea verificar visualmente el estado de carga de la batería sin tener que usar el sistema operativo.

El SBM² está equipado con su propio microcontrolador, que se comunica a través del bus I²C con el controlador situado en las placas CPU de congatec. El correspondiente controlador de placa trabaja en estrecha colaboración con la sección ACPI del BIOS embebido de congatec. La comunicación con el sistema operativo y con la propia aplicación se habilita mediante el uso del controlador ACPI o la CGOS API (ConGatec Operating System Application Program Interface, una interfaz de software unificada para todas las placas de congatec y los sistemas operativos comunes).

El protocolo de comunicación de datos entre el SBM² y la placa CPU de congatec se basa en el protocolo de SBS-forum.org, que ha sido mejorado por congatec con algunas funciones adicionales, pero sigue siendo totalmente retrocompatible. Se ha fusionado en un microcontrolador la dirección del controlador del sistema de batería inteligente y la propia batería inteligente, con el único propósito de reducir los costes del sistema.

Para proporcionar un canal de comunicación entre el SBM² y el sistema operativo, se definió una interfaz de batería con método de control denominada CMB (Control Method Battery), que se implementó en la sección ACPI del BIOS embebido de congatec. Así existe la flexibilidad para conectarse con el sistema de baterías a través de una interfaz de software estandarizada. Con la ayuda de esta interfaz CMB, el sistema operativo puede controlar eficazmente el comportamiento de las baterías estableciendo nuevos umbrales de advertencia o puntos de activación por nivel bajo, según la carga de CPU. De este modo, los sistemas operativos compatibles con ACPI, tales como Microsoft Windows XP, Windows XP Embedded o LINUX, pueden acceder directamente al estado de las baterías y obtener información sobre su carga, la fuente de alimentación en curso y la capacidad disponible. Al utilizar otros sistemas operativos, las propias aplicaciones de software pueden acceder al sistema de baterías mediante la CGOS API de congatec. Esta interfaz no sólo contiene funciones para la batería, sino que además conecta numerosas funcionalidades embebidas que se encuentran disponibles en las placas CPU de congatec. Todos los sistemas operativos comunes son soportados por esta interfaz uniforme.

 

Para lograr un largo tiempo de funcionamiento de las baterías, todos los ordenadores modernos están equipados con sofisticados dispositivos de administración del consumo. Además de apagar la pantalla y el disco duro, el modo S3 ofrece mecanismos adicionales para ahorrar energía. En el modo S3 o de suspensión a RAM, el sistema operativo guarda el estado en curso en la memoria principal (RAM) y luego pasa la alimentación al estado inactivo. Una vez que se alcanza este estado, el único voltaje disponible es suministrado por la línea de espera de 5 V. La memoria RAM utiliza este voltaje para realizar una actualización. La suspensión a RAM es soportada por muchas placas CPU de congatec, así como por el SBM². Estas funcionalidades admiten la presencia de soluciones móviles con alto rendimiento informático y largo tiempo de funcionamiento de las baterías.

Para evaluar rápidamente el SBM², congatec ofrece un kit básico, que incluye un módulo SBM², una batería inteligente y un juego completo de cables (imagen 3). Este kit puede ser operado junto con el kit básico de XTX™ de congatec. El uso conjunto permite evaluar de manera rápida y sencilla todas las funcionalidades y configuraciones proporcionadas por los módulos XTX™ y SBM². Si se emplean sistemas personalizados, el SBM² puede conectarse fácilmente a la placa base específica. De forma opcional, es posible integrar el módulo SBM² al diseño de la placa base.

 

Estos conceptos modulares de funcionalidad y gestión de baterías ofrecen una excelente oportunidad para individualizar y personalizar las soluciones informáticas embebidas. Un sistema embebido puede adquirir gran flexibilidad en términos de rendimiento si sólo se lo equipa con módulos de CPU de diferentes rendimientos. Dada la amplia compatibilidad con diferentes tipos de baterías y capacidades, el tiempo de funcionamiento resulta escalable hasta el nivel determinado por los requisitos de las respectivas aplicaciones. Esto permite reducir los costes y el riesgo de diseño, optimizando la flexibilidad y los tiempos de desarrollo. Todas las aplicaciones informáticas embebidas que utilizan baterías pueden sacar provecho de estos conceptos modulares. (ce, 8 de mayo de 2006)