Congatec AG
We simplify the use of embedded technology

Un notebook sempre pronto per l'uso

Il mondo sta diventando sempre più mobile. Le funzionalità degli attuali notebook sono orientate a un'elevata mobilità. Questo "lusso" sta assumendo un'importanza sempre maggiore anche nei settori più specialistici. Tra le applicazioni tipiche figurano, ad esempio, il monitoraggio dei pazienti in ambito medicale, diverse tipologie di strumenti mobili di misurazione, computer con struttura particolarmente robusta necessaria per l'impiego in condizioni ambientali sfavorevoli, quali gli impianti di sorveglianza, oppure nei processi di ingegnerizzazione dell'industria automobilistica per la diagnosi dei veicoli, dove normalmente si richiedono funzioni speciali. Le applicazioni nell'ambito di questi settori, o settori analoghi, richiedono un'elevata flessibilità e vengono pertanto spesso realizzate con moduli COM (Computer-on-Module), ad esempio quelli basati sullo standard XTX™ attualmente in uso. I sistemi di alimentazione necessari per questo tipo di soluzioni devono essere facilmente implementabili e altamente flessibili. Per tale motivo congatec ha messo a punto un concetto di gestione della batteria embedded che soddisfa questi requisiti.

I concetti di gestione della batteria dei notebook o di altri prodotti di consumo alimentati a batteria sono spesso sistemi chiusi a batteria di tipo proprietario. Tale configurazione fissa non lascia spazio a nessuna scalabilità, che d'altra parte non è mai stata lo scopo di questo tipo di applicazione. Questa soluzione determina, a sua volta, elevati costi di sviluppo, che possono essere giustificati unicamente in caso di produzioni su larga scala. Tale approccio non è in grado di soddisfare i requisiti tipici dell'applicazione embedded di flessibilità e brevi tempi di sviluppo.

Le soluzioni embedded possono essere sviluppate rapidamente utilizzando ad esempio i moduli XTX™, ETX® o COM Express™. La gestione della batteria per questo tipo di soluzioni deve essere concepita in modo da risultare estremamente flessibile, tanto più che le applicazioni embedded presentano requisiti particolari anche in relazione al tipo di alimentazione mobile.

Seguendo il trend verso la mobilità, congatec ha realizzato il modulo SBM² (SMART Battery Manager). Si tratta di un modulo integrato progettato per garantire una soluzione con batteria mobile rapida e senza rischi. Il modulo SBM² è inoltre di dimensioni ridotte (68 mm x 95 mm per un'altezza di 12,5 mm). L'unico requisito è che l'alimentatore del sistema fornisca 19 V c.c. Il modulo SBM² si occupa di tutto il resto. Il limitatore di potenza in ingresso del modulo SBM² consente di dimensionare l'alimentatore c.a. fino alla potenza massima della CPU più il 25%. Il modulo SBM² distribuisce la corrente al sistema e al caricabatteria in modo intelligente. Ciò determina peso e costi ridotti rispetto al peggiore degli scenari, dove è necessario dimensionare l'alimentatore per fornire in parallelo la massima carica alle batterie e la massima potenza al sistema.

Il modulo di gestione della batteria intelligente SBM² di congatec può essere facilmente integrato e assicura un grado elevato di adattabilità. Le batterie intelligenti possono essere impiegate nelle configurazioni da 2S1P fino a 4S3P. Esiste anche la possibilità di utilizzare le batterie in parallelo o in serie. Se si utilizza il metodo in serie, è possibile sostituire le batterie scariche con batterie nuove. Nel metodo in parallelo, le due batterie vengono utilizzate simultaneamente aumentando così l'efficienza energetica. Tale metodo può migliorare l'autonomia della batteria fino al 10%. Il modulo SBM² offre anche la possibilità di controllare diversi LED che consentono di visualizzare lo stato della batteria. Questa proprietà può essere utile quando l'operatore del sistema desidera controllare visivamente lo stato di carica della batteria senza dover ricorrere al sistema operativo.

Il modulo SBM² è equipaggiato con un microcontroller interno, che comunica attraverso il bus I²C con il controller delle schede CPU congatec che, a sua volta, funziona a stretto contatto con la sezione ACPI del BIOS embedded congatec. La comunicazione con il sistema operativo e con l'applicazione è realizzata tramite il driver ACPI o l'utility CGOS API congatec (un'interfaccia software unificata per tutte le schede congatec e i più comuni sistemi operativi)

Il protocollo dei dati di comunicazione tra il modulo SBM² e la scheda CPU congatec si basa sul protocollo dell'SBS-forum.org. Tale protocollo è stato migliorato da congatec con alcune funzioni supplementari, pur rimanendo completamente compatibile con le versioni precedenti. L'indirizzo del controller del sistema a batteria intelligente e quello della stessa batteria intelligente sono stati uniti in un unico microcontroller al solo scopo di ridurre i costi di sistema.

Per fornire un canale di comunicazione tra il modulo SBM² e il sistema operativo, è stata definita la specifica di interfaccia "Control Method Battery" (CMB), poi implementata nella sezione ACPI del BIOS embedded congatec, che offre la flessibilità di accedere al sistema di batterie tramite un'interfaccia software standardizzata. Con l'ausilio di questa interfaccia CMB, il sistema operativo può controllare efficacemente il comportamento delle batterie, impostando nuovi punti di segnalazione di batteria quasi scarica o soglie di avviso, a seconda del carico della CPU. I sistemi operativi conformi alla specifica ACPI, quali Microsoft Windows XP, Windows XP Embedded o LINUX, possono così accedere direttamente allo stato delle batterie e ottenere informazioni sulla carica delle batterie, sull'attuale sorgente di alimentazione e sullo stato di carica. Se si utilizzano altri sistemi operativi, le stesse applicazioni software possono accedere al sistema di batterie utilizzando l'utility CGOS API congatec, che non solo contiene le funzioni della batteria, ma è anche in grado di accedere a svariate funzionalità embedded disponibili sulle schede CPU congatec. L'API è uniforme per tutti i più comuni sistemi operativi.

Per garantire la lunga durata della batteria, tutti i moderni computer sono dotati di sofisticate modalità di gestione dell'energia. Oltre allo spegnimento del display e del disco fisso, la modalità di gestione dell'energia S3 offre ulteriori possibilità di risparmio energetico. In S3, o modalità Suspend to RAM (sospensione in RAM), il sistema operativo salva lo stato corrente del sistema nella memoria principale (RAM) e poi commuta l'alimentatore nella modalità Soft-off. Una volta in questo stato, l'unica tensione disponibile è fornita dalla linea di standby di 5 V. La RAM utilizza questa tensione per un auto-aggiornamento. La modalità Suspend to RAM è supportata da numerose schede CPU congatec, nonché dal modulo SBM². Utilizzando queste funzioni sono possibili soluzioni mobili con elevate prestazioni di elaborazione e lunga durata della batteria.
Per una rapida valutazione del modulo di gestione della batteria intelligente SBM²,  congatec propone uno starter kit che include un modulo SBM², una batteria intelligente e un set completo di cavi (figura 3) . Il kit può essere utilizzato in abbinamento allo starter kit del modulo XTX™ di congatec. Se utilizzati assieme, i due kit consentono di valutare in modo semplice e rapido tutte le funzionalità e le configurazioni offerte dai moduli XTX™ e SBM². Se si devono utilizzare sistemi personalizzati, il modulo SBM² può essere facilmente collegato alla scheda base specifica del cliente. Su richiesta è possibile integrare il modulo SBM² nel design della scheda base.

Questi concetti modulari per la funzionalità dei computer e la gestione della batteria forniscono un'eccellente opportunità di individualizzare e personalizzare le soluzioni di elaborazione embedded. Un singolo sistema embedded può diventare molto flessibile in termini di prestazioni semplicemente equipaggiandolo con diversi moduli CPU. Supportando un'ampia gamma di batterie di diversa tipologia e capacità, è possibile adattare la durata della batteria ai requisiti dell'applicazione. Si possono inoltre ottimizzare i costi, minimizzare i rischi di progettazione e ridurre i tempi di sviluppo. Tutte le applicazioni PC embedded che utilizzano batterie possono trarre vantaggio da tali concetti modulari. (ce, 8 maggio 2006)