Congatec AG
We simplify the use of embedded technology

Supercomputer nel supermercato

Il cosiddetto settore di vendite al dettaglio rappresenta un ampio campo di applicazione per embedded computer (computer periferici incorporati, non riprogrammabili). Ma che cosa si nasconde dietro? Quali sono le sfide particolari in questo campo e in che modo può essere di aiuto la tecnologia computerizzata? COM Express, con la nuova SOC (system-on-a-chip / sistema su un solo chip) serie G embedded di AMD, si dimostra una piattaforma ideale per diverse applicazioni nel settore al dettaglio

 

Il neologismo „al dettaglio“ significa in fin dei conti commercio rivolto a singole persone. Il „negozio della signora Maria“, con i suoi consigli e con i suoi servizi appartiene purtroppo al passato, ma il supporto “rivolto alla persona“ è necessario anche negli odierni supermercati e viene preso in carico sempre più di frequente dai sistemi computerizzati. Le applicazioni sono molteplici. I cartelloni pubblicitari stampati vengono sempre più sostituiti da grandi schermi, cioè da dispositivi digital signage (interattivi digitali). Su questi dispositivi le offerte speciali e le iniziative pubblicitarie vengono attualizzate nel giro di pochi secondi, gestite in contemporanea e a livello centrale per migliaia di filiali di grandi catene di mercato. Esistono addirittura primi casi di applicazione, in cui computer mobili vengono installati sui carrelli della spesa, perché agiscano da consulenti per gli acquisti e da sistema di navigazione all’interno di grandi superfici di vendita. I cartellini dei prezzi sugli scaffali vengono aggiornati elettronicamente, in sincronia con la pubblicità digitale e in connessione con il sistema di gestione delle merci. Anche i sistemi di cassa sono connessi con i sistemi di gestione delle merci, in modo da applicare sempre i prezzi più aggiornati e per garantire in ogni momento una panoramica sulla giacenza effettiva delle merci. Anche le bilance sono in rete e per di più gestiscono in tempo reale diverse schermate, in modo da decantare al cliente che ha acquistato degli asparagi, anche la salsa adatta per condirli, disponibile nella gamma di prodotti, 

Il computer evita la formazione di code di attesa

Le prime applicazioni di casse self service qui da noi non sono ancora state realmente accettate, ma con la progressiva introduzione di sistemi più moderni di gestione delle merci, come ad esempio nel caso degli RFID (radio frequency identification devices / disposi-tivi di identificazione a radiofrequenza), la loro utilizzazione in futuro ne verrà notevolmente semplificata. Allora in questo modo tutti i prodotti presenti nel carrello della spesa potrebbero essere rilevati, senza la necessità di doverli deporre sul nastro trasportatore della cassa. Questa innovazione ne aumenterà l’accettazione anche nella nostra regione e quindi le code di attesa alle casse scompariranno completamente.

Non solo gli acquisti, ma anche i resi, ad esempio, di bottiglie soggette a cauzione verranno gestiti dalla tecnica basata su embedded computer. I dispositivi automatici di reso, che operano su grosse quantità di articoli, hanno bisogno di un bel po’ di tecnica di controllo a ciclo aperto (open loop control system), ad esempio, nella verifica delle caratteristiche visive, come ad esempio il logo dei diversi sistemi di cauzione oppure per pesare, comprimere o depositare le bottiglie vuote. In questi casi vengono utilizzate molte tecnologie computerizzate attuali: dalla guida grafica per gli utenti mediante touch-screen (schermo tattile), che necessita di un rapido controllo video, fino all’analisi di dati video, che richiede un’elevata potenza di calcolo. Tutto questo deve avvenire con la rapidità di pochi secondi, altrimenti il cliente si stanca e passa alla concorrenza. 

L’evento dell’acquisto diventa quindi sempre più un importante parametro di differenziazione. Considerato nel suo complesso, un moderno supermercato è già quasi un supercomputer collegato in rete. Senza i sistemi di embedded computer che ope-rano dietro le quinte, molte cose non sarebbero possibili e invece ogni giorno si ag-giungono sempre nuove possibilità. 

Tutte queste applicazioni richiedono sistemi di computer specializzati e di elevata affidabilità, che devono lavorare con la massima efficienza possibile in tempi di au-mento dei costi dell’energia. Le moderne tecnologie dei microprocessori, come ad esempio il nuovo SOC serie G embedded di AMD (figura 1), offrono un eccellente rapporto di potenza per watt e una flessibile ripartizione dei compiti su CPU (central processing unit / unità di elaborazione centrale) e su GPU (graphic processing unit / unità di elaborazione grafica). Così questo modulo è perfettamente adatto ad applicazioni - sensibili al costo - mirate alla visualizzazione e al controllo e questo è appunto uno dei requisiti centrali nel settore della vendita al dettaglio.

Moduli computerizzati per sistemi adattabili

Per offrire alle diverse applicazioni la potenza ottimale di calcolo e di grafica di volta in volta richiesta e per approntare inoltre le speciali interfacce richieste, vengono impiegati in questi casi per lo più moduli computerizzati sulla base dello standard „COM Express“. A questo scopo, a seconda dell’applicazione viene messo a punto un carrier board (scheda di supporto) specializzato, che presenta una slot per il calcolatore embedded sotto forma di modulo COM-Express.

Il conga-TCG (figura 2) è a questo proposito particolarmente adatto: un modulo COM-Express compatto, che con un formato di 95 × 95 mm2 si può facilmente integrare nella singola applicazione. Il processore qui impiegato, SOC serie G di AMD (system-on-chip / sistema su chip) comprende CPU, serie di chip e grafica su un unico chip. Contrariamente alla versione precedente con due chip, la nuova piattaforma SoC offre una potenza multimediale ancora maggiore, una prestazione di elaborazione più elevata (eterogenea) e supporta la memoria ECC (error correcting code / codice di correzione dell’errore).

 

I nuovi SOC serie G embedded di AMD possono essere forniti nelle versioni dualcore e quadcore (due o quattro nuclei di processori fisici, montati sullo stesso package). Sono basati sul nuovo core (nucleo) CPU „Jaguar“ in tecnologia di fabbricazione di 28 nm e sulla GPU Radeon della serie 8000 di AMD. Queste unità di elaborazione a velocità di clock più elevate possono elaborare più comandi per ciclo di clock e questo si riflette anche nell’esecuzione di diversi benchmark (prova software per misurare le prestazioni di un com-puter) standard ad elevata intensità di calcolo: i SOC serie G di AMD, in confronto alla precedente generazione di APU (accelerated processing unit /unità d'elaborazione accelerata) serie G dimostrano una prestazione della CPU migliore fino al 113 per cento. Anche gli acceleratori multimediali realizzati nell’hardware sono stati rielaborati: così il perfezionato Universal Video Decoder (decodificatore video universale) offre nuove possibilità per la codifica video supportata dall‘hardware. Inoltre, AMD ha perfezionato il clock gating (sbarramento del clock) e ha ampliato il motore multimediale, in modo da ridurre ulteriormente l’assorbimento di potenza.

Nel conga-TCA vengono comandate direttamente dalla GPU integrata le interfacce grafiche VGA, LVDS single/dual-channel (a canale singolo/duplice) a 18/24 bit, la DisplayPort 1.2 e la DVI/HDMI 1.4a, attraverso le quali possono essere gestiti direttamente i due display indipendenti (figura 3). Attraverso la Display Port 1.2 viene supportato anche Multistream, per gestire nella modalità daisy chain (collegamento in serie) fino a due display per connessione grafica. Questo sistema è ideale per tutte le applicazioni con uso intensivo di grafici, come ad esempio per le applicazione di digital signage (dispositivi interattivi digitali). La grafica integrata Radeon di AMD con il Decoder Video Universal 4.2 per l’elaborazione fluida di BluRay con HDCP (high-bandwidth digital content protection / protezione ad alta ampiezza di banda del contenuto digitale) (1080 p), video MPEG-2, HD e DivX-(MPEG-4), supporta DirectX 11.1 e OpenGL 4. L‘Open Computing Language (lingua di elaborazione aperta) OpenCL 1.1 permette di trasferire sul processore grafico compiti ad alta intensità di calcolo con una elevato parallelismo. L’analisi dei dati video, ad esempio, può essere elaborata completamente e rapidissimamente mediante programmazione OpenCL del motore grafico, poiché tali compiti possono essere eseguiti benissimo in parallelo dalle numerose execution unit (unità di esecuzione) della GPU. A tali applicazioni la GPU mette a disposizione tramite OpenCL-API una potenza di calcolo fino a 256 GFLOP (billions of floating point operations per second / miliardi di operazioni a virgola mobile al secondo).

Senza ventole grazie al basso assorbimento di potenza

Il basso fabbisogno di potenza del nuovo SOC rende inoltre possibili progettazioni senza l’uso di ventole. In questo modo i sistemi diventano non solo più silenziosi, ma anche più affidabili, dal momento che vengono a mancare componenti meccanici suscettibili di guasti come le ventole. Durante i tempi di attesa nell’applicazione, che si verificano frequentemente proprio nel settore di vendita al dettaglio - nelle prime ore del mattino vengono rese, ad esempio, solo poche bottiglie vuote - questo ben escogitato sistema di gestione della potenza produce risultati positivi. La CPU State C6 „deep power down“ (forte riduzione di potenza) è disponibile anche sul motore multimediale, per ridurre ulteriormente il consumo di corrente, senza sacrificare per questo la comodità d’uso, dal momento che il calcolatore necessita di meno di un millisecondo per commutare dalla modalità di risparmio energetico alla piena potenza di calcolo. 

Il conga-TCG mette in mostra la sua versatilità mediante un’ampia gamma di prestazioni. Attualmente congatec offre complessivamente quattro processori x86 della piattaforma SoC serie G Embedded di AMD. Essi vanno dal Dualcore GX-210JA da 1,0 GHz di AMD da 6 watt TDP (thermal design power / calore dissipato dal processore) fino al Quadcore da 2,0 GHz GX-420CA di AMD da 25 watt TDP.

La gestione della batteria del conga-TCG, già integrata nel firmware (programma di istruzioni in un componente elettronico) e nel board controller di congatec, rende possibile una realizzazione semplice di sistemi mobili, come ad esempio nei sistemi che è necessario installare direttamente sul carrello della spesa. Aggiungendo anche lo smart battery manager (dispositivo intelligente di gestione della batteria) conga-SBM3, possono essere usate fino a due batterie, per assicurare un uso mobile di durata la più lunga possibile. Se si deve utilizzare un sistema di gestione con supporto ACPI (advanced configuration and power Interface / interfaccia avanzata di configurazione e di alimentazione), come ad esempio Windows o Linux, lo stato della batteria è subito disponibile senza ulteriori modifiche di software o di firmware.

Ad esempio, le telecamere possono essere collegate tramite le quattro PCI-Express-x1-Lanes di seconda generazione, configurabili in modo flessibile oppure tramite entrambe le porte USB-3.0. Tramite le otto porte USB-2.0 e due porte COM seriali, si possono ampliare in modo flessibile sistemi di cassa e ulteriori porte COM possono essere generate tramite il bus LPC (linear predictive coding / codifica predittiva lineare). Le memorie di massa vengono connesse tramite le due porte SATA (serial advanced technology attachment / connessione seriale a tecnologia avanzata) da 3 Gbit/s oppure anche tramite l’interfaccia SD Card (secure digital card / scheda digitale di sicurezza). L’interfaccia Ethernet in gigabit permette di connettersi con l’infrastruttura locale. Per potere realizzare una elevata sicurezza dei dati, come ad esempio è necessario in molte applicazioni digital signage (dispositivi interattivi digitali), il conga-TCG può essere dotato come opzione di un chip TPM (trusted plattform module / modulo per piattaforma fidata).

Il board controller (controllore di scheda) di congatec, un microcontrollore indi-pendente della CPU, offre molte funzioni di system-monitoring (monitoraggio del sistema) e fra l’altro mette a disposizione anche un watchdog timer (temporizzazione di supervisore) a più stadi. In questo modo un sistema può autosorvegliarsi e, ad esempio, in caso di errori del software, forzare autonomamente un riavvio. Con questo metodo semplice e ben consolidato nell’industria si possono evitare spiacevoli avarie del sistema.

I requisiti del settore delle vendite al dettaglio, per i numerosi sistemi computerizzati qui usati, sono assolutamente comparabili con gli elevati requisiti richiesti nella tecnica di automazione. Questi sistemi devono essere predisposti per l’uso di lunga durata, quindi 24×7 (24 ore su 7 giorni alla settimana). Gli utenti locali non sono specialisti del computer e quindi i sistemi devono essere molto robusti. In entrambi i settori la soluzione ideale è di impiegare moduli embedded predisposti per uso industriale.