SLS22-xHM: moduł obliczeniowy dla nowoczesnych systemów PHM/SHM z AI

Nowością w naszej ofercie jest moduł obliczeniowy SLS22-xHM, integrujący w swojej niewielkiej objętości nie tylko wydajny system obliczeniowy, ale także koprocesor AI. Jest to rozwiązanie nowej generacji, bazujące na wielordzeniowym procesorze heterogenicznym, będące energooszczędnym następcą systemu xHMAnalyzer.

Produkowany od 2021 roku xHMAnalyzer (fotografia 1) jest zaawansowanym komputerem konstrukcyjnie zoptymalizowanym pod kątem aplikacji PHM/SHM, opracowanym przez nas w latach 2020-2021 we współpracy z Instytutem Systemów Elektronicznych Wydziału Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej.
Urządzenie składa się z trzech zasadniczych modułów: płyty bazowej zawierającej peryferia komunikacyjne urządzenia, modułu obliczeniowego z mikroprocesorem z rdzeniem Cortex-A7 oraz głowicy sensorycznej. W zależności od planowanego zastosowania xHMAnalyzera budowa mechaniczna i oprzyrządowanie modułu głowicy mogą się zmieniać a modułowa konstrukcja urządzenia zapewnia łatwe zmodyfikowanie konfiguracji systemu pomiarowego.

Fot. 1. Wygląd xHMAnalyzera z głowicą pomiarową

Bazowa głowica pomiarowa, opracowana przez zespół kierowany przez profesora Tomasza Stareckiego (WEiTI PW), została wyposażona w 6 inercyjnych sensorów MEMS, w których zintegrowano sprzętowe mechanizmy wspomagające realizację algorytmów AI, co okazało się trafionym pomysłem – blisko 85% dotychczas wyprodukowanych urządzeń jest wyposażonych w takie właśnie rozwiązanie.
W ramach spotkań z użytkownikami xHMAnalyzera pojawił się pomysł powiększenia jego funkcjonalności i poprawienia jego niektórych cech użytkowych poprzez zastosowanie nowocześniejszego modułu obliczeniowego, wyposażonego w koprocesor wspomagający obliczenia AI. Ze względu na charakterystykę użytkową urządzenia (pobór mocy i ilość wydzielanego ciepła), nie było możliwe skorzystanie z popularnych rozwiązań sprzętowych AI firmy Nvidia lub podobnych.
Analiza rozwiązań dostępnych na rynku energooszczędnych podzespołów embedded skierowała uwagę zespołu konstrukcyjnego na nowoczesne mikroprocesory heterogeniczne firmy Renesas z rodziny RZ/V2L. Poza zintegrowanymi dwoma rdzeniami aplikacyjnymi Cortex-A55 i rdzeniem real-time Cortex-M33, w procesorach RZ/V2L zintegrowano standardowe peryferia systemowe (Ethernet, I2S, I2C, SPI, UART, USB, SDI, CAN itd.) oraz koprocesor AI o nazwie DRP-AI (Dynamically Reconfigurable Processor AI). Schemat blokowy procesora RZ/V2L pokazano na rysunku 2.

Rys. 2. Schemat blokowy procesora RZ/V2L

Deklarowane przez producenta cechy i parametry mikroprocesorów RZ/V2L poddano weryfikacji w realnych aplikacjach, co wymagało zaprojektowania modułu obliczeniowego (w formacie SODIM) i odpowiednego carrier-boarda. Ewaluacja zakończyła się pomyślnie, a jednym z elementów potwierdzających słuszność wyboru ścieżki było dobrze przygotowane przez firmę Renesas środowisko programistyczne, które pozwoliło zintegrować w systemowej sieci AI także interfejsy sprzętowe sensorów MEMS.

Fot. 3. Wygląd modułu SLS22-xHM

W wyniku przeprowadzonych prac opracowano moduł obliczeniowy bazujący na procesorze Renesas RZ/V2L – SLS22-xHM (fotografia 3), charakteryzujący się – w odniesieniu do modułu zaprojektowanego dla xHMAnalyzera – mniejszym zużyciem energii, mniejszymi wymiarami, nowocześniejszym systemem komunikacji radiowej oraz większych możliwościach lokalnej analizy sygnałów (edge computing), w tym ze wsparciem AI i uczenia maszynowego – bazujących na standardowych frameworkach.
Bazowa konfiguracja modułu SLS22-xHM jest wyposażona w procesor Renesas RZ/V2L (2 rdzenie Cortex-A5 @1200 MHz + Cortex-M33 @200MHz), pamięć RAM o pojemności 1GB (DDR4) i pamięć eMMC 8 GB. Napięcie zasilania modułu wynosi 5V, całkowity pobór mocy do 1520 mW, zakres temperatur pracy -40…+85oC.

Podstawowe parametry modułu SLS22-xHM:

  • CPU RZ/V2L firmy Renesas, 2x Cortex-A55 @ 1200MHz, 1x rdzeń Cortex-M33 @ 200MHz
  • Pamięć RAM 1GB (DDR4)
  • Pamięć eMMC 8GB (max. 32GB)
  • Interfejsy wyświetklaczy LCD (24b/par oraz MIPI-DSI)
  • Łączność bezprzewodowa: wbudowany moduł Wi-Fi 802.11b/g/n i Bluetooth v5.1
  • Bezpieczeństwo: eFuses, RNG, TrustZone, Tamper Detection, Secure Boot
  • Obsługiwane systemy operacyjne: Linux (yocto)
  • Zakres temperatur: od -40 do +85°C
  • Napięcie zasilania: 5 V
  • Wymiary modułu: 67 x 32 x 8 mm (SODIM200)

Dodatkowe informacje są dostępne w artykule.


Projekt „Wdrożenie do oferty przedsiębiorstwa BTC Korporacja innowacyjnych rozwiązań wykorzystywanych w systemach pomiarowych” jest realizowany w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Mazowieckiego na lata 2014–2020 (RPO WM 2014–2020), RPMNA.03.03.00-14-j024/23-00.