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- ELETTRONICA OGGI 431 - OTTOBRE 2013
DIGITAL
LOW ENERGY
Progettazione di sistemi
embedded a basso consumo:
dal silicio al software
P
er realizzare applicazioni embedded efficienti dal
punto di vista energetico è necessario un progetto
software che utilizzi nella maniera più appropriata le
risorse hardware. Per determinare ciò che è appro-
priato non bisogna considerare solo l’applicazione
ma anche l’implementazione hardware. Allo stesso
modo, tanto più è flessibile l’hardware – a livello di
CPU, clock, tensione e utilizzo di memoria – tanto
maggiori saranno i risparmi energetici che si potranno
conseguire. I tool software di tipo “hardware-aware”
permettono ai progettisti di sistemi embedded di poter
valutare con maggior precisione gli ulteriori risparmi
ottenibili.
Una possibile opzione prevede il ricorso alla tecnica
DVS (Dynamic Voltage Scaling – variazione dinamica
della tensione). Per poter utilizzare questa metodolo-
gia sono necessari convertitori dc-dc on-chip e cir-
cuiti di monitoraggio delle prestazioni che permettono
di ridurre la tensioni di alimentazione quando l’ap-
plicazione non richiede l’esecuzione delle istruzioni
alla massima velocità. In queste condizioni il sistema
opera con consumi di potenza ridotti. I vantaggi che
si possono ottenere sono funzione della tensione di
ingresso e possono variare nel corso della vita del
prodotto. Nelle figure 3 e 4 sono riportate le differen-
ze nelle seguenti condizioni: nessuna variazione di
tensione (VDD fissa), variazione statica della tensione
(SVS – Static Voltage Scaling) e variazione attiva della
tensione (AVS).
A questo punto è interessante segnalare che la strate-
gia AVS può cambiare in base alla tensione di ingres-
so del sistema. Nell’esempio preso in considerazione,
nel caso la tensione di ingresso sia pari a 3,6V, è più
efficiente alimentare la logica interna e la memoria
flash con un convertitore dc-dc ad alta efficienza. Nel
momento in cui la tensione di ingresso diminuisce
(cioè la batteria si scarica nel corso del ciclo di vita del
prodotto), è invece più efficiente alimentare il sottosi-
stema di memoria flash direttamente con la tensione
di ingresso poiché la logica interna può operare a
tensioni inferiori rispetto alla memoria. Per esempio la
famiglia di MCU i3L1xx di Silicon Labs è caratterizzata
da un’architettura di alimentazione dinamica che pre-
vede sei domini di alimentazione separati e variabili
che consentono di effettuare questa ottimizzazione di
natura dinamica.
Solitamente i circuiti logici CMOS operano molto più
lentamente con tensioni di valore ridotto. Nel caso
l’applicazione possa operare senza problemi con pre-
stazioni ridotte (come accade nel caso di protocolli
di comunicazione che prevedono un invio dei dati a
una velocità non superiore a quella di una frequenza
Keith Odland
Director of marketing
Microcontroller products
Silicon Laboratories
II parte – Il ruolo del software
La progettazione di sistemi a basso consumo
è un processo olistico che prende in
considerazione silicio, software e relativi
tool di sviluppo. Una corretta gestione delle
relazioni fra questi tre elementi permette ai
progettisti di sviluppare sistemi embedded
caratterizzati da migliori prestazioni e da una
maggiore efficienza energetica
