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MEDICAL 10 - APRILE 2016

XIII

FPGA

blema per gli OEM è poter dimostrare agli enti regola-

tori e ai clienti che il proprio dispositivo è sicuro e che

non arrecherà danno ai pazienti. Ad esempio, nel caso

di una pompa di infusione che eroga del medicinale,

come è possibile sapere che eroga la giusta quantità di

medicinale, al momento giusto e senza interruzioni im-

provvise?

Al crescere della complessità dei dispositivi, imputabile

alla necessità di dover svolgere più compiti in parallelo,

anche il codice diventa più complesso e “pesante”. Rea-

lizzare software affidabile è un aspetto critico. Il software

necessario per queste applicazioni è molto complesso,

difficile da testare e la comprensione di eventuali rischi

non è sempre immediata. Questo alto tasso di errori po-

tenziali si traduce in un rischio elevato, anche nel caso

di sistemi medicali standard che non sono critici per la

vita del paziente.

Questa è una delle principali ragioni per cui l’uso degli

FPGA e, più recentemente, dei SoC Zynq è andato via

via diffondendosi fra i produttori di apparecchi medica-

li. Con questi dispositivi Interamente Programmabili, le

aziende possono ridurre il rischio di guasti ed accelerare

il processo di conformità. Essi possono essenzialmente

isolare le funzioni del loro sistema che devono garantire

la massima affidabilità e realizzarle in logica program-

mabile, trasferendo le altre funzioni meno critiche sul

software.

Innovazione più veloce con gli FPGA

Xilinx ha sviluppato una serie completa di soluzioni per

il settore medicale e, in particolar modo, FPGA e SoC

Interamente Programmabili. Il portafoglio comprende

anche tool di progettazione certificati e metodologie di

progetto che assicurano qualità, affida-

bilità e ridondanza, unitamente a stack

software e blocchi IP affidabili e col-

laudati proposti sia dalla società sia dai

membri dello Xilinx Alliance Program

(Fig. 2). Il nuovo ambiente di sviluppo

SDSoC targato Xilinx consentirà agli

sviluppatori di applicazioni medicali di

creare ancora più rapidamente sistemi

ottimizzati in cui le funzioni critiche

sono realizzate su logica programma-

bile all’interno dei SoC Zymq, mentre

le funzioni meno critiche gireranno sul

processore ARM del SoC.

Negli ultimi 10 anni gli FPGA hanno

rapidamente sostituito ASIC e ASSP in

campo medicale. Gli apparecchi medi-

cali sono venduti in volumi relativamen-

te ridotti a livello mondiale, e di conse-

guenza il costo, unitamente al processo

lungo e rigoroso di collaudo e di ap-

provazione, rende quasi proibitivo il ricorso ad ASIC e

ASSP. Oggi la maggior parte degli apparecchi medicali

usa dispositivi in logica programmabile. A partire dalla

fine degli anni ‘80 e dall’inizio degli anni ‘90, gli inge-

gneri hanno iniziato a usare FPGA di piccole dimensioni

come interfacce per sensori all’interno degli apparecchi

medicali. Anno dopo anno le aziende hanno iniziato a

trasferire le funzioni più critiche su dispositivi FPGA, da

quando questi ultimi hanno iniziato a sostituire ASIC e

ASSP. I dispositivi FPGA giocano un ruolo fondamentale

negli apparecchi di nuova generazione e rappresentano

il nucleo fondamentale dei sistemi, come nel caso dei

SoC programmabili come i SoC Zynq e il recente MP-

SoC Zynq UltraScale+, che offre funzionalità aggiuntive

per la sicurezza. L’uso dei SoC programmabili consen-

te di ridurre il time-to-market. I tool di progettazione

come SDSoC consentono di realizzare le funzioni criti-

che sulla matrice di logica programmabile anziché sul

software, nonché di aggiungere livelli di ridondanza per

aumentare ulteriormente il livello di affidabilità dei si-

stemi. Ad esempio, se un’azienda deve sviluppare una

pompa di infusione, una sezione del sistema svolgerà la

funzione di controllo dei motori per fornire il farmaco

nelle dosi giuste e nei tempi esatti specificati, con i para-

metri che rimangono esattamente come il medico li ha

impostati. Nel frattempo, un’altra sezione della pompa

di infusione è l’unità di biotelemetria – la quale moni-

tora il paziente e assicura che le sue condizioni siano

sotto controllo. Con la possibilità di isolare le funzioni

all’interno del flusso di progettazione, gli ingegneri pos-

sono partizionare il proprio sistema in funzioni critiche

e non critiche, realizzare le prime in logica programma-

Fig. 2 – I tool di progettazione collaudati come quelli offerti da Xilinx ridu-

cono i rischi e accelerano il processo di approvazione dei progetti medicali

da parte degli enti regolatori