PPSU3: Progettazione di un alimentatore programmabile per le qualificazioni di prodotti industriali controllato tramite FPGA

Questo lavoro di tesi è il risultato del percorso di tirocinio, durato 4 mesi, presso l'azienda DAVE Embedded System S.r.l. con sede a Porcia (PN). L’azienda è specializzata da 25 anni nella progettazione e produzione di sistemi Embedded personalizzati, utilizzando tecnologie all'avanguardia (Multi-Core ARM Cortex) fornite dai partner come NXP, Xilinx, ST Microelectronics e Texas Instruments. Offrono una vasta gamma di servizi basati su System on Module o Single Board Computer. I loro sistemi sono impiegati in diversi settori, tra cui l'automazione industriale, il settore medico, la domotica, il trasporto, l'automotive, la difesa e più recentemente nell'ambito aerospaziale. Inoltre, offrono servizi software che includono funzionalità per IoT, Machine Learning, Blockchain, Cyber Security e Embedded Device Manager. La loro produzione di schede avviene internamente, seguendo gli standard di mercato, e sono dotati di un reparto di ricerca e sviluppo avanzato nonché di una produzione specializzata in lavorazioni complesse. L’obiettivo del tirocinio è la realizzazione a livello prototipale di un alimentatore programmabile da utilizzarsi per eseguire test di robustezza di sistemi Embedded. Lo scopo di questa scheda è quello di alimentare il sistema sotto test, con una tensione di alimentazione che presenta volutamente delle anomalie, rispetto ad una condizione di idealità, per verificare che il dispositivo alimentato sia resiliente rispetto a queste irregolarità. Questi test di conformità, in continua evoluzione, sono da ritenersi un supplemento a quelli previsti dalla normativa CE, e non un requisito, come ad esempio la compatibilità elettromagnetica. La programmabilità dell'alimentatore sta nel fatto che l'utente può introdurre queste anomalie liberamente (ad esempio dei glitch sulla tensione di alimentazione nominale oppure delle rampe di accensione non monotone). L'alimentatore PPSU (Programmable Power Supply Unit) è costituito principalmente da uno stadio di potenza opportunamente dimensionato; un sistema a microprocessore (con sistema operativo basato su Linux) per eseguire il software di controllo dell'alimentatore e gestire la connettività verso il mondo esterno (ad esempio tramite rete Ethernet) inclusa l'interfaccia di utilizzo per l’utente; una logica programmabile FPGA per interfacciare il software di controllo, con gli stadi di potenza e gestirne le temporizzazioni. Basandosi sul funzionamento del prototipo esistente, si è sviluppato il PPSU 3.0. Una piattaforma integrata che risponde alle esigenze e standard progettuali dell’azienda DAVE, un banco di prova completo controllato da una scheda ZedBoard, che integra al suo interno sia un microprocessore che un FPGA. Lo sviluppo di questo sistema comprende la progettazione dell’hardware (tramite il programma Altium designer), del software (utilizzando Vivado Design Suite) ed i relativi test di qualità e conformità. Il PPSU3 si è rivelato non privo di sfide progettuali, come la disabilitazione dei segnali di clock da parte del kernel o la gestione degli indirizzamenti tra processore e logica FPGA. Tuttavia con dedizione, capacità di problem-solving e confronto continuo, ho sviluppato e ottenuto risultati soddisfacenti e utili all'azienda DAVE, con il progetto funzionante come da specifica. Questo percorso di tirocinio inoltre è stato un’opportunità per comprendere come, nel particolare ambito lavorativo professionale, problematiche legate ad aspetti teorici, pratici o di carattere economico influiscano sullo sviluppo di un prodotto.