Congatec AG
We simplify the use of embedded technology

Ноутбук «с иголочки»

Мир становится все более и более мобильным. Функциональные возможности современных ноутбуков определяются высокой мобильностью. И эта «роскошь» становится все более и более востребованной  специализированными приложениями. Типичные примеры использования: мониторинг состояния пациента в медицине, различные виды мобильных измерительных приборов, компьютеры с особым «запасом прочности», который требуются для жестких условий эксплуатации, таких как геодезическая съёмка, или в автомобильной технике для диагностики, где специальные функции особенно необходимы. Приложения в этих или сходных областях требуют высокой гибкости и, поэтому, чаще реализуются на модулях СОМ (Комьютер-на-модуле), в частности на базе стандарта XTX™. Система питания, требующаяся этому типу решений, должна быть легко реализуемой и очень гибкой. По этой причине congatec разработал концепцию Встроенного управления батареями (Embedded Battery Management), которая удовлетворяет этим требованиям.

Принципы управления батареями,  встречающиеся в ноутбуках или других изделиях с батарейным питанием, зависят от замкнутой, внутренней батарейной системы. Из-за жесткой установки такой системы нет места для расширения, которое никогда и не планировалось для этого типа приложений. Этот вариант, в свою очередь, привел к высоким затратам на  разработку, что может быть оправдано лишь для очень больших партий продукции. Такой подход не может удовлетворить требования встраиваемых приложений по гибкости и срокам разработки.

Используя модульные концепции, такие как XTX™, ETX® или COM Express™, встраиваемые решения можно разрабатывать очень быстро. Система управления батареями для таких решений должна разрабатываться максимально гибкой, т.к. встраиваемые приложения обладают особыми требованиями при рассмотрении мобильных источников питания.

Выпуская модуль SBM² (SMART Battery Manager Module), congatec следует тенденции мобильности. Этот интегрированный модуль разработан с целью создания быстрого и безопасного мобильного батарейного решения. SBM² имеет размеры 68мм x 95мм и высоту 12.5мм высоту. Единственным требованием является наличие системного источника питания, обеспечивающего напряжение 19В DC. Об остальном позаботится SBM². Входной ограничитель мощности на SBM² позволяет установить мощность источника питания переменного тока в соответствии с максимальной мощностью ЦПУ плюс 25%. SBM² «разумно» распределяет ток между системой и зарядным устройством. Это позволяет снизить массу и стоимость. 

Модуль congatec управления SMART батареями, conga-SBM², легко встраивается и адаптируется. SMART батареи конфигурируются по схеме от 2S1P до 4S3P.  Существует возможность либо параллельного, либо последовательного соединения батарей. При последовательном подключении пустые батареи могут быть заменены новыми. При параллельном - обе батареи используются одновременно, таким образом, улучшается эффективность использования энергии. Этот способ позволяет увеличить время службы батареи до 10%. К тому же,  SBM² позволяет управлять несколькими индикаторами, которые обеспечивают наблюдение за зарядом батареи.  Эта функция может быть полезна, если системный оператор намерен визуально следить за зарядом батареи, не используя операционную систему.

SBM² оснащен своим собственным микроконтроллером, который соединяется по шине I²C с контроллером платы, имеющимся на процессорных платах  congatec. Контроллер платы congatec работает в тесной связи с секцией ACPI embedded BIOS congatec. Связь с операционной системой и самим приложением осуществляется через драйвер ACPI или CGOS API (объединенный программный интерфейс,  для всех модулей congatec и общепризнанных операционных систем).

Протокол передачи данных между SBM² и процессорный платой congatec основан на протоколе SBS-forum.org. Этот протокол был усилен congatec дополнительными функциями, но остался  обратно совместимым. Адрес системного контроллера SMART батареи и самой батареи были соединены в одном микроконтроллере с единственной целью, снизить затраты системы.

Для обеспечения канала связи между SBM² и операционной системой был определен метод управления интерфейсом батареи ("Control-Method-Batterie-Interface" =CMB), он был внедрен в секцию ACPI embedded BIOS congatec. Метод обеспечивает гибкость связи с батарейной системной через стандартизированный программный интерфейс. С помощью интерфейса СМВ операционная система может эффективно контролировать режим  работы батарей, устанавливая новые значения разряда или порогов предупреждающих сообщений, в зависимости от загрузки ЦПУ. Операционные системы с интерфейсом ACPI, такие как Microsoft Windows XP, Windows XP Embedded или LINUX могут, таким образом, получать доступ к информации о состоянии батарей и их заряде, источнике питания и степени загрузки. При использовании других операционных систем программные приложения могут самостоятельно обращаться к системе батарей через объединенный программный интерфейс congatec CGOS API. Программный интерфейс приложения API содержит не только функции батарей, но и предлагает целый ряд различных встроенных функциональных возможностей,  которыми располагают процессорные платы congatec. Этот унифицированный интерфейс API поддерживает все распространенные операционные системы.

Все современные компьютеры имеют сложные режимы управления питанием для того, чтобы обеспечить длительную работу батарей. Кроме выключения дисплея и жесткого диска, режим управления питанием S3 обеспечивает дополнительную экономию энергии. В режиме S3, или suspend-to-RAM, операционная система сохраняет свое текущее состояние в оперативной памяти (RAM) и затем плавно отключает питание.  В этом состоянии поддерживается только резервное питание 5В. Память использует это напряжение для регенерации. Режим S3 поддерживают многие процессорные платы congatec, а так же SBM². При использовании этих особенностей возможно создание мобильных решений с высокой скоростью вычислений и долгим сроком службы батарей.

Для быстрого тестирования модуля управления SMART батареями SBM²  компания congatec предлагает стартовый набор, в который входят модуль SBM², SMART батарея, а так же полный комплект кабелей (рисунок 3). Такой набор может работать вместе со стартовым набором  XTX™. При их совместном использовании, обеспечивается быстрая и простая  проверка всех функций и конфигураций, предлагаемых модулями XTX™ и SBM². Если используется система заказчика, то SBM² может быть легко подключен к несущей плате заказчика. Опционально, возможно интегрирование модуля SBM² в разработку несущей платы.

Модульные концепции компьютерной функциональности и управления батареями обеспечивают хорошую возможность для индивидуализации и настройки встраиваемых процессорных решений. Одна встраиваемая система может стать весьма гибкой с точки зрения производительности; просто оснастите ее процессорными модулями с производительностями разного класса. Для поддержки широкого спектра типов и емкостей батарей, время работы батарей можно масштабировать по требованиям приложений. Затраты, снижение факторов риска при разработке продукции, гибкость и сроки разработки могут быть оптимизированы. Все встраиваемые РС приложения, использующие батареи, только выиграют от этих модульных концепций. (ce, май 8, 2006)