Congatec AG
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Un ordinateur portable « out of the box »

Le monde est de plus en plus mobile. Les fonctionnalités des ordinateurs portables se dirigent vers une mobilité toujours plus grande. Ce « luxe » est aussi devenu de plus en plus important pour les applications spécialisées. Les usages typiques sont, par exemple, le suivi des patients dans le domaine de la médecine, différentes sortes d’instruments de mesure mobiles, des ordinateurs particulièrement robustes à utiliser dans des conditions particulièrement difficiles telles que l’arpentage ou la réparation automobile avec le diagnostic des véhicules où des fonctions spécifiques sont en général nécessaires. Les applications de ces domaines ou de domaines similaires nécessitent une grande flexibilité et sont donc fréquemment créées à l’aide de COM (Computer On Modules), telles que celles qui sont basées sur le standard XTX™ actuel. Le système d’approvisionnement en énergie nécessaire à ce type de solutions doit être facile à mettre en œuvre et très flexible. C’est pour cette raison que congatec a développé un concept de gestion des batteries embarqué qui correspond à ces exigences.

Les concepts de gestion des batteries des ordinateurs portables ou d’autres produits de consommation alimentés par une batterie sont dépendants d’un système de batterie propriétaire et fermé. A cause de cette configuration fixée, il n’y a pas de place pour l’évolutivité qui n’a jamais été prévue pour ce type d’application. Cette solution entraîne à son tour des coûts de développement élevés qui ne se justifient que pour de très grandes quantités. Cette approche ne peut absolument pas remplir les conditions requises pour des applications embarquées  concernant la flexibilité et la rapidité du développement.

Des solutions embarquées peuvent être développées rapidement en utilisant des concepts modulaires tels que le XTX™, ETX® ou COM Express™. Pour ce genre de solution, la gestion de la batterie doit être conçue de manière extrêmement flexible car les applications embarquées ont des exigences particulières concernant l’alimentation électrique.

congatec suit cette tendance à la mobilité en sortant le  SBM² (SMART Battery Manager Module). C’est un module intégré conçu pour fournir une solution batterie mobile, rapide est sans risque. De plus, le SBM² ne mesure que 68 x 95 mm pour une hauteur de 12,5 mm. La seule exigence concerne l’alimentation électrique du système qui doit être du 19 V DC. Le SBM² s’occupe du reste. Le limiteur de puissance sur le SBM² permet de dimensionner l’alimentation en courant alternatif à un max. de puissance CPU + 25 %. Le SBM² distribue le courant au système et au chargeur de la batterie de façon intelligente. Il en résulte une réduction du poids et des coûts en comparaison avec le scénario le plus pessimiste alors qu’il est nécessaire de redimensionner l’alimentation électrique pour fournir une charge maximale pour les batteries et en parallèle, une puissance maximale pour le système.

SBM², le module de gestion de la batterie intelligent de congatec peut être facilement intégré et offre un haut degré d’adaptabilité. Les batteries SMART peuvent être utilisées dans des configurations entre 2S1P et 4S3P. Les batteries peuvent être utilisées en parallèle ou en série. En série, les batteries vides peuvent être remplacées par des nouvelles. En parallèle, les deux batteries sont utilisées en même temps ce qui accroît l’efficacité énergétique. Cette méthode peut augmenter de 10 % la durée de vie des batteries. De plus, le SBM² offre la possibilité de contrôler plusieurs LED ce qui donne la possibilité de visualiser le statut de charge de la batterie. Cette fonction peut être utile lorsque l’opérateur souhaite voir l’état de la batterie sans avoir à se servir du système d’exploitation.

Le SBM² est équipé de son propre microcontrôleur qui communique avec le régulateur qui se trouve sur les cartes CPU de congatec par l’intermédiaire du bus I²C. Le contrôleur de la carte de congatec travaille de manière rapprochée avec la section ACPI du BIOS embarqué de congatec. La communication avec le système opératoire et l’application elle-même est rendue possible par l’utilisation d’un pilote ACPI ou de la CGOS API de congatec (Une interface logicielle unifiée pour toutes les cartes de congatec et les systèmes d’exploitation courants).

Le protocole de communication entre le SBM² et la carte CPU de congatec est basé sur le protocole de SBS-forum.org. Ce protocole a été renforcé par congatec avec quelques fonctions supplémentaires mais il reste totalement rétrocompatible. L’adresse du contrôleur du système de batterie SMART et la batterie SMART elle-même ont été fusionnées en un seul microcontrôleur avec pour seul objectif la réduction des coûts.

Afin de fournir un canal de communication entre le SBM² et le système opératoire, une interface « contrôle – méthode – batterie » (CMB) a été définie et implémentée dans la section ACPI du BIOS embarqué de congatec. Elle offre la souplesse nécessaire pour traiter les échanges avec le système de la batterie par l’intermédiaire d’une interface logicielle standardisée. Avec l’aide de l’interface CMB, le système d’exploitation peut contrôler efficacement le comportement des batteries en fixant de nouveaux seuils d’alarme ou des seuils de notification en fonction de la charge du CPU. Les systèmes d’exploitation conformes à ACPI tels que Microsoft Windows XP, Windows XP Embedded ou Linux peuvent ainsi accéder directement au statut des batteries et obtenir des informations sur leur charge, la source de courant actuelle et l’état de charge. Avec d’autres systèmes opératoires, les applications logicielles elles-mêmes peuvent accéder au système de la batterie en utilisant le CGOS API de congatec. Cet API contient non seulement les fonctions de la batterie mais aussi assure l’interface avec de nombreuses fonctionnalités embarquées différentes mises à disposition sur les cartes CPU de congatec. Tous les systèmes d’exploitation courants sont supportés par cet API standard.

l’extinction de l’écran et du disque dur, le mode de gestion de l’énergie S3 propose d’autres mesures d’économie d’énergie. En S3, le mode « suspend to RAM », le système d’exploitation enregistre l’état actuel du système dans la mémoire principale (RAM) puis passe l’alimentation électrique en arrêt piloté (soft off). Une fois dans cet état, la seule source électrique est l’alimentation permanente 5VSB. La RAM utilise cette source pour se rafraîchir. « Suspend to RAM » est supporté par de nombreuses cartes CPU de congatec ainsi que par SBM². Des solutions mobiles disposant d’une haute capacité de calcul et d’une longue autonomie deviennent possibles en utilisant ces fonctionnalités.

Pour une évaluation rapide de SBM² SMART, le module intelligent de gestion de la batterie,  congatec  propose un kit de démarrage comprenant un module SBM², une batterie SMART ainsi qu’un lot complet de câbles (Figure 3). Ce kit peut être utilisé en association avec le kit de démarrage XTX™ de congatec. Utilisés ensemble, ils fournissent un moyen simple et rapide pour évaluer toutes les configurations et les fonctionnalités proposées par les modules SBM² et XTX™. Si un système personnalisé doit être utilisé, le SBM² peut alors être facilement relié à la carte mère spécifique du client. En option, il est possible d’intégrer le module SBM² dans le design de la carte mère.

Ces concepts modulaires pour la gestion de la batterie et des fonctionnalités de l’ordinateur fournissent une excellente occasion d’individualiser et de personnaliser les solutions informatiques intégrées. Un seul système embarqué peut devenir très flexible en termes de performance en l’équipant simplement avec des modules CPU de différentes classes de performance. Comme une large gamme de types et de capacité de batterie est acceptée, l’autonomie de la batterie peut être adaptée aux besoins de l’application. Les coûts, la flexibilité et les temps de développement peuvent ainsi être optimisés et les risques de conception réduits. Toutes les applications PC embarquées utilisant des batteries peuvent tirer profit de ces concepts modulaires. (ce, le 8 mai 2006)