di Franco Musiari
Una start-up rivoluziona il mercato del T&M con un apparecchietto che nella dimensione di una credit card mette un concentrato di tecnologia e una serie di pacchetti SW totalmente open.
Quando la startup Slovena Red Pitaya ha lanciato quello che viene descritto come ‘un coltellino svizzero per ingegneri’ sul sito di crowdfunding Kickstarter bastarono pochi giorni per raggiungere l’obiettivo iniziale di 50 mila dollari chiudendo la campagna di raccolta fondi con 256 mila dollari puntati da più di 800 investitori.
Lo strumento era presentato da un team di giovani ingegneri che svolgevano attività di progettazione in una azienda ad elevato profilo tecnologico, la Instrumentation Technologies, specializzata in strumentazione dedicata agli acceleratori di particelle.
La loro vision era quella di rendere accessibile a tutti la tecnologia più avanzata disponibile solo a laboratori di ricercar avanzata.
Da allora più di 30 mila STEMlab 125-14, l’unità con cui Red Pitaya ha puntato al mercato T&M, sono stati spediti in tutto il mondo facendo crescere una comunità di sviluppatori desiderosi di scambiarsi e di contribuire con codici ‘open-source’ a nuove applicazioni di questo strumento basato su ARM e FPGA.
Il successo è andato oltre ogni aspettativa con un potenziale dirompente nel mercato del test e della misura (T&M).
Caricando su una micro SD card il codice relativo allo strumento che si vuole implementare, gratuitamente disponibile sul sito di Red Pitaya, lo STEMlab 125-14 può trasformarsi in oscilloscopio a 2 canali da 0 a 50 MHz, analizzatore di stati logici a 2 canali, analizzatore di spettro, generatore di segnali con 2 uscite, ad una frazione del costo di uno strumento di laboratorio tradizionale e con la possibilità di avere tutto in uno strumento dalle dimensioni di una carta di credito (107 x 60 x 21 mm).
I punti di forza della soluzione STEMlab 125-14, di cui in figura viene riportato uno schema a blocchi semplificato, sono due ingressi RF serviti da ADC da 125 Msps (mega campioni al secondo) a 14 bit e due uscite RF generate da un DAC a 14 bit capace di 125 Msps.
Le uscite dagli ADC sono inviati alla FPGA che è il cuore con la capacità di controllo in tempo reale del flusso dei dati così come di generare il flusso da inviare ai DAC.
Grazie alla banda supportata dagli ADC e dai DAC (50MHz) l’unità può essere perfino utilizzata come radio SDR (Software Defined Radio).
Il componente centrale è una FPGA Xilinx ZC7Z010 SoC (system-on-chip (SoC)) che contiene due ARM Cortex A9 a 800 MHz che ospitano un sistema operativo Linux.
Il componente Xilinx contiene anche 28k di ‘celle logiche’, una serie di blocchi RAM e diverse unità base per DSP (Digital SIgnal Processor).
Il tutto può essere utilizzato per realizzare funzioni di elaborazione dei segnali con velocità estremamente elevate senza dimenticare una quantità industriale di altre periferiche.
In sostanza il dispositivo offerto da Red Pitaya è un Sistema di acquisizione dati ultra-portatile ed altamente configurabile che può essere usato direttamente sul campo o integrato in apparati più complessi.
Red Pitaya si rende anche disponibile a customizzare la sua board per esigenze specifiche e per volumi di produzione significativi.
Ma le vere ragioni del successo di STEMlab 125-14 sono la connettività, Wi-Fi e Gigabit Ethernet, che ne consentono il controllo da remoto, la possibilità di controllarlo con un qualsiasi browser e, fondamentale, che tutti i codici sono open ossia completamente accessibili e modificabili dall’utente.
Sebbene il software (compresi i codici sorgente HDL) siano liberamente disponibili, con un numero pressoché illimitato di applicazioni fornite da una già vasta comunità di utenti, il progetto hardware non lo è non essendo altrettanto liberamente disponibili gli schemi elettrici.
Gli esempi si sprecano
Dal sistema di test per le turbine dei motori a reazione che consente di verificare la sicurezza e l’affidabilità degli stessi sviluppata dall’Università dei Paesi Baschi allo strumento per la verifica delle emissioni radioattive delle testate nucleari presentato dalla Università di Princeton.
Dall’imaging 4-D della ionosfera per rilevare l’impatto delle tempeste solari sulle comunicazioni terrestri preparato dall’Università di Boston al monitoraggio della rete elettrica per la prevenzione e la rilevazioni di guasti sono gli esempi più eclatanti ma sicuramente non i soli.
Il grosso dei contributi alla raccolta di applicazioni è sviluppato da una comunità di sviluppatori che sono disponibili a mettere in comune, consolidando la policy open source dell’azienda, le proprie esperienze ed i propri sviluppi.
Il blog aperto sul sito della società slovena conta già circa 10 mila partecipanti, 1800 argomenti di discussione.
Nel tempo anche questo aspetto è entrato a far parte dei punti di forza di Red Pitaya. Le più significative sono raccolte alla voce “marketplace” da cui possono essere scaricate.
Dimenticavamo la parte educational
STEM, la parte iniziale del nome dato da Red Pitays al suo strumento è acronimo di “Science, Technology, Engineering & Mathematics” pensando a tutto il mondo a cui la si poteva indirizzare.
Pensando invece al non trascurabile segmento dell’insegnamento Red Pitaya ha pensato di offrire una versione con ADC e DAC a 10 bit (anziché 14) e con qualche altra piccola riduzione, come la capacità di RAM, denominata STEMlab 125‑10.
Sebbene 10 bit possano sembrare molti meno di 14 bit della versione top vale la pena ricordare che tutti gli oscilloscopi USB hanno convertitori ad 8 bit.
Una risoluzione di 10 bit è sufficiente per produrre forme d’onda sullo schermo molto dettagliate.
Un vantaggio offerto da questa versione è che viene fornita con la micro SD card già contenente le applicazioni utilizzate più frequentemente senza doverle scaricare dal sito: oscilloscopio, generatore di segnali, analizzatore di stati logici e l’LCR meter.
In figura 2 l’insieme delle app S/W disponibili per il mondo educational.
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