EMBEDDED
50 • NOVEMBRE • 2013
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HARDWARE
FAN CONTROLLER
al fine di minimizzare il rumore acustico e il consumo di energia,
nonché algoritmi in grado di prevedere eventuali guasti delle
ventole e verificare l’invecchiamento delle stesse.
Le ventole sono apparecchiature per definizione inaccurate e
caratterizzate da un errore (pari a +/- 10% o anche superiore)
della velocità di rotazione relativamente a un determinato duty
cycle del PWM. Con un sistema ad anello chiuso controllato via
hardware i progettisti possono mantenere un’accuratezza della
velocità di rotazione entro l’1% senza latenze elevate: per contro
un’implementazione firmware darebbe luogo a oscillazioni delle
ventole fastidiose dal punto di vista acustico.
La risposta delle ventole alle regolazioni del duty cycle del PWM
è inoltre relativamente lenta. Per minimizzare il numero di sovra
e sotto elongazioni che un sistema controllato via hardware
veloce potrebbe introdurre, problema che se non affrontato ade-
guatamente potrebbe portare a oscillazioni fastidiose dal punto di
vista acustico, è necessario prevedere un fattore di smorzamen-
to. Cypress Semiconductor, per esempio, ha
introdotto un componente “intelligente” per il
controllo delle ventole e pubblicato una nota
applicativa che ne descrive l’uso con il pro-
pri componenti PSoC e con il software PSoC
Creator che implementa il sistema per la gestio-
ne delle ventole controllate via hardware appena
discusso. In questo esempio un progettista può
personalizzare la propria soluzione per il con-
trollo delle ventole utilizzando semplicemente i
loro parametri a livello di sistema come fattore
di smorzamento, tolleranza, tipo di controllo e
così via all’interno di questo componente che,
a sua volta, configura la logica programmabile
appropriata e le chiamate alle API del firmware
(si faccia riferimento alla Fig. 1).
Con un system-on-chip programmabile che integra la logica
programmabile unitamente a una MCU, l’implementazione di
algoritmi per la rilevazione predittiva di guasti è notevolmente
semplificata. Mentre è in esecuzione l’implementazione ad anello
chiuso o controllata via hardware del controllore della ventola il
sistema conosce le velocità desiderata della ventola così come i
duty cycle richiesti per ottenere queste velocità nel tempo. Con
il corretto algoritmo eseguito in background sulla MCU, è possi-
bile monitorare i trend del duty cycle nel tempo al fine di rilevare
un incremento o una diminuzione del duty cycle necessario per
ottenere la stessa velocità di rotazione. Un trend che segnala la
necessità di incrementare il duty cycle è una precoce indicazione
di un possibile difetto meccanico della ventola: in questo caso è
necessario aumentare la potenza fornita alla ventola per ottenere
la stessa velocità di rotazione.
Un trend che segnala la necessità di diminuire il duty cycle può
indicare la presenza di un’occlusione nel filtro dell’aria della vento-
la o di qualche altro ostacolo che incide sul flusso d’aria della ven-
tola producendo una minore resistenza all’aria e un minore flusso
d’aria: in questo caso è quindi necessaria una minore potenza o
energia per far girare la ventola in modo da ottenere la medesi-
ma velocità di rotazione. L’implementazione di tali funzionalità è
possibile solamente in sistemi che utilizzano un meccanismo di
controllo ad anello chiuso.
Sviluppo di sistemi completi
per la gestione termica
Con una soluzione programmabile come ad esempio i dispositivi
PSoC di Cypress Semiconductor è possibile integrare il rileva-
mento di temperatura con le avanzate funzionalità di controllo
della ventola appena descritte in un singolo dispositivo. Grazie
all’abbinamento tra un insieme completo di periferiche analo-
giche, logica programmabile e una MCU tali caratteristiche,
compresi gli avanzati algoritmi che permettono di prevedere
eventuali guasti delle ventole possono essere incluse in un singolo
dispositivo. Inoltre è possibile ottenere ulte-
riori benefici a livello di sistema esonerando
il processore host dall’espletamento delle
operazioni tipiche della gestione termica
come ad esempio l’aggregazione dei sensori
di temperatura di livello più elevato e l’ese-
cuzione degli algoritmi per il controllo della
velocità della ventola.
Grazie alla disponibilità di una soluzione
integrata, è possibile semplificare l’inge-
gnerizzazione di un sistema completo per
la gestione termica utilizzato in applicazioni
complesse e di grandi dimensioni. Per esem-
pio è possibile realizzare un tool software
per semplificare il progetto di una soluzione
completa per la gestione termica mediante
l’astrazione dei dettagli a basso livello delle interfacce dei sensori
di temperatura analogici e digitali, del controllo mediante logica
programmabile delle ventole, nonché delle varie configurazioni
di aggregazione dei sensori di temperatura avanzati, del controllo
della velocità della ventola e degli algoritmi di controllo delle zone
termiche. Un tool software ingegnerizzato in maniera appropriata
potrebbe produrre i tipi di parametri e impostazioni riportati
in figura 2 per semplificare il progetto del sistema di gestione
termica. Utilizzando questo tipo di soluzione è possibile esentare
dall’esecuzione di molto compiti il processore host consentendo
a quest’ultimo di focalizzare la propria azione sullo svolgimento di
operazioni più importanti del sistema finale come ad esempio la
gestione del traffico in uno switch di rete o del throughput dei dati
in applicazioni quali server o sistemi di storage. Senza dimentica-
re che l’integrazione dei numerosi componenti discreti utilizzati
per implementare l’insieme completo delle funzioni di gestione
termica permette di ridurre in modo significativo sia i costi sia gli
ingombri sulla scheda.
Con un
System-on-chip
programmabile
l’implementazione
di algoritmi per
la rilevazione
predittiva
di guasti è
notevolmente
semplificata
