¿Diferencias de los modelos Raspberry Pi en el cálculo de GPU?

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Conozco la publicación Biosignal PI, un ECG asequible de código abierto y un sistema de medición de la respiración que utiliza Raspberry Pi A + / B + como un componente aislado por ADums, ya que RP no es en sí un dispositivo médico. El sistema final ha sido aceptado para ser utilizado en algunas pruebas médicas en Suecia donde las regulaciones son muy estrictas. El estado específico del sistema relacionado con la salud es TODO. Me gustaría extender el proyecto haciendo cómputo FFT en la GPU de la Raspberry, BCM2835, como se describe en la publicación del blog Acelerando las transformadas de Fourier usando la GPU en el estudio de disfunciones autónomas. Sin embargo, no estoy seguro de si el modelo Pi 1 A + es suficiente. La página de inicio de frambuesa trata sobre

Recomendamos el Raspberry Pi 2 Modelo B para uso en las escuelas: ofrece más flexibilidad para los estudiantes que el Modelo A + más delgado (Pi 1), que es más útil para proyectos integrados y proyectos que requieren muy poca energía.

Existen estrictas políticas de aislamiento en los sistemas de ECG, por eso creo que el modelo Raspberry 2 B puede no ser adecuado. Estoy especialmente interesado en la administración de energía de los diferentes modelos en el cálculo de la GPU.

Características básicas de seguridad

  • La energía de apagado es de 20-30 mA (0.1W) ( aquí ) pero 1.0W ( aquí ) cuando el mouse y el teclado USB están conectados, hasta que desconecte físicamente la alimentación.
  • ¿Potencia máxima de apagado en todos los dispositivos? La diferencia 10x entre dispositivos sin dispositivo y dispositivos es bastante alta.
  • La potencia inactiva más baja en A +, B + y cero.
  • ¿Estabilidad GPU-Power en todos los modelos? Pruebas grabando video y renderizando video ( aquí ) donde la grabación de video se realiza calculando FFT en la GPU.
  • El uso de energía de la GPU es diferente entre RBi B + y otros modelos debido a los diferentes circuitos de alimentación ( aquí ).
  • Al menos dos niveles de aislamiento. 1er nivel ADAS1000, separación de aire de fuga y SP720. 2º nivel [coyuntura] retroalimentación negativa al cambio en la característica viscoelástica.
  • La disipación de energía ADAS1000 es de 41 mW ( aquí ) que fluctúa en función del uso de la CPU (0,1.0). ¿Cómo fluctúa sobre N relojes? Desconocido. El error de medición de potencia se distribuye normalmente.

Ningún RP es un dispositivo médico. El RP debe aislarse del front-end del ECG (potencia, etc., y compasión de SPI) que ADums realiza en el diseño de Biosignal Pi (Farhad).

Estrategias de aislamiento del front-end de ECG de RP

  1. Suponga que Pi B + podría comportarse como cualquier otro componente. (utilizado en la publicación)
  2. Cambiar a Pi 2 B no debería alterar la situación, pero la potencia máxima del circuito es desconocida y probablemente depende de ADAS1000.
  3. Cuando se prueba que el Pi está suficientemente aislado por el ADAS1000, debe suponerse que Pi se comporta como cualquier otro componente.
  4. Si el RPi de repente decide actuar como una resistencia de 0 ohmios entre la fuente de alimentación y el paciente, ADAS1000BSTZ debe garantizar el aislamiento. (1-3) pero el límite superior de la potencia es TODO en el circuito.
  5. Si RPi se incendia, aislamiento del sistema, depuración del aire Creepage y SP720.
  6. El consumo de energía adicional de 0,5 W es seguro, por lo que se aceptan RPi cero y A +. ¿Qué tan suficiente es 0.75W de potencia? ¿Limitaciones de RPi B + en el sentido del poder?
  7. ADuM4400 soporta de forma segura 5000 voltios durante 60 segundos. No se muestra la fuente de alimentación, pero es razonable trabajar asumiendo que es un transformador barato de 220V. Sin riesgo cuando el pico de 380 V (<< 5000) está dentro de los márgenes de seguridad. ( Joan )
  8. Mantenga el RPi en un recinto no inflamable para evitar quemaduras. TODO Envié un correo electrónico sobre Raspberry Pi Case a los productores. ( Joan )
  9. [coyuntura para doble verificación del aislamiento]. La característica del material viscoelástico se puede usar para estimar continuamente sin alterar el sistema en el tiempo de ejecución si la resistencia del sistema cambia por alguna FFT del sistema. Si la resistencia es cero, el esquema probablemente cambia del modelo Kelvin-Voigt al modelo Maxwell. ( aquí ) Este mecanismo se puede conectar al sistema como una retroalimentación negativa, de modo que se apaga automáticamente si ocurre el evento. Creo que el mecanismo de primer nivel de ADAS1000 puede ser problemático con altas potencias porque los componentes pueden romperse en tales casos.

Esquema en la publicación

ingrese la descripción de la imagen aquí

donde el cambio es una adición de una GUI para visualización en tiempo real por FFT y subprocesamiento múltiple. Esta adición asegura el aislamiento del front-end de ECG del RP debido a ADums en el diseño de Biosignal Pi.

Uso de energía de los modelos Raspberry Pi en un día

El hilo ¿Cuánta energía consume la frambuesa pi en un día? trata sobre el uso de energía en un día

B  with keyboard                              = 1.89 W -> daily 45   Wh
B+ with keyboard                              = 1.21 W -> daily 29   Wh  
B+ with LAN/USB chip off (no i/o except GPIO) = 0.76 W -> daily 18.2 Wh  
B+ shut down                                  = 0.26 W -> daily 6.2  Wh  
A  idle                                       = 0.7  W -> daily 17   Wh 
A+ idle                                       = 0.52 W -> daily 12.5 Wh 
Pi2 B at idle                                 = 1.15 W -> daily 28   Wh
Pi Zero at idle                               = 0.51 W -> daily 12.2 Wh

donde A +, B + y Zero ofrecen muchos beneficios en los circuitos de potencia. Los valores son aproximadamente un 10% mayores que en el consumo de energía posterior . Recall B + es el dispositivo elegido en la aplicación, pero la publicación es anterior a Pi 2 B. Ya le pregunté al autor de la publicación cómo mejoraría la configuración de la electrónica si usa Pi 2 B.

La publicación se basa en Pi B +. El hilo ¿Cuánto menos potencia usa la Raspberry Pi B + que el modelo B anterior? es sobre

[E] l nuevo Raspberry Pi B + usa 1.21 vatios con solo un dongle de teclado frente a 1.89 vatios para el viejo modelo B. [I] t tiene un 36% menos de consumo de energía. Esto es genial si está funcionando con baterías o si tiene un panel solar apenas adecuado.

La tabla tiene resultados experimentales similares. Se necesita más información sobre la estabilidad de la administración de energía.

Consumo de energía en un día en todos los modelos bajo carga de GPU por acc. FFT

El uso de energía de la GPU es diferente entre B + y otros modelos debido a los diferentes circuitos de alimentación ( aquí ). La FFT acelerada pone el chip bajo una carga pesada, por lo que el comportamiento depende de los circuitos de alimentación.

Selección = Raspberry Pi 2 B + SnickerDoodle + piSmasher SBC

El circuito de alimentación de RPi 2 B no es muy diferente del RP 1 B +. Aún así, ambos no son dispositivos médicos, por lo que el front-end de ECG debe aislarse del RP (etc.conmutaciones de potencia y SPI) que ADums realiza en el diseño de Biosignal Pi. (Farhad)

Perfilé mi sistema y noté que necesito FPGA mucho en mi fase de creación de prototipos y muchos GPIO. Comencé a apoyar el proyecto SnickerDoodle aquí y piSmasher RBC para poder integrar el plan RB existente en SnickerDoodle. SnickerDoodle solo funcionará como un dispositivo computacional, compatible con RP2B, completamente aislado del front-end de ECG. Te avisaré cuando entienda mejor las limitaciones del proyecto después de obtener los chips para el desarrollo.

¿En qué se diferencian los modelos Raspberry en el cálculo de GPU en el uso de energía?

power-management gpu Léo Léopold Hertz 준영
fuente
1
Buena pregunta por cierto, bien formado
webo80
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¡La "estabilidad energética" es principalmente la preocupación de su fuente de alimentación , no del consumidor de energía! Dicho esto, tiene toda la razón en preocuparse por las estrictas políticas de aislamiento. La primera publicación que cita con bastante sensatez habla sobre las precauciones necesarias entre el paciente y el RPi . No asuma que el Pi es seguro para uso médico. Usted va a ser responsable!
MSalters
55
@ Masi: Estoy algo preocupado por esa declaración. Tengo la sensación de que no comprende el significado de "seguridad", mientras trabaja en un entorno médico donde los errores pueden ser letales. Fui muy serio cuando dije que serás responsable , y eso incluye ser responsable por muerte injusta . Su elección para el modelo RPi no debería importar a su análisis de seguridad, ya que debe probar que su artilugio es seguro independientemente de cualquier modo de falla del RPi.
MSalters
44
Permítanme dar un ejemplo concreto: debe demostrar que su paciente está a salvo, incluso si el RPi de repente decide actuar como una resistencia de 0 ohmios entre la fuente de alimentación y el paciente, o si se incendia. Si puede dar ese nivel de seguridad, está bastante claro que el consumo de energía adicional de 0.5W también es seguro.
MSalters
3
@ Masi: Estoy trabajando para una empresa que fabrica dispositivos médicos reales, aunque no está conectada directamente (eléctricamente) a un paciente. Aun así, producimos el HW bajo procedimientos de control de calidad mucho más estrictos que los de RPi. Tenemos que demostrar que el paciente no puede ser dañado, incluso si todos los sistemas fuera de nuestro control de control de calidad fallan. SI la producción de RPi está fuera de su control de control de calidad, debe asumir que es totalmente insegura y fallará de la manera más letal posible. IOW, toda la seguridad debe ser proporcionada por la interfaz entre el paciente y el RPi. Sin embargo, todavía se habla de "Rpi debe ser estable". No puede suponer eso
MSalters

Respuestas:

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Creo que la GPU es idéntica en todos los Pis y constituye el 95% del silicio. El 5% restante lo utilizan los núcleos ARM relativamente débiles.

Ver https://www.raspberrypi.org/documentation/hardware/raspberrypi/bcm2835/README.md

joan
fuente
1
Probablemente el Pi Zero. Google para uso de energía Raspberry Pi.
Joan
3
@Masi: Asumiendo que el diseño original era seguro a pesar de usar un Pi B +, podemos afirmar con certeza que todavía es seguro. Recuerde, al probar que el Pi estaba suficientemente aislado por el ADOS1000, tuvimos que suponer que el Pi B + podría comportarse como cualquier otro componente . Eso le pasa a incluir el Pi B + actúa como un roto Pi 2 B.
MSalters
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@Masi: En caso de que no se haya dado cuenta, la "resistencia de 0 ohmios" se refiere a un cortocircuito eléctrico en el que el RPi que falla de repente consume mucha más energía, se calienta mucho y puede incendiarse. Si cree que existe la "potencia máxima del circuito donde el ADOS1000 no es suficiente", le faltan habilidades esenciales de ingeniería eléctrica para diseñar dispositivos médicos. . Por favor, para la seguridad de los pacientes, elija otro proyecto para aprender ingeniería eléctrica.
MSalters
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@ Masi: Por supuesto que puede cambiar. De hecho, cambia todo el tiempo a medida que la CPU pasa del 0% ocupado al 100% ocupado.
MSalters
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@ Masi: Ehm, las distribuciones normales están asociadas con las probabilidades. El uso de energía como función del uso de la CPU NO es una probabilidad, y tratarlo como tal no tiene sentido. Sin embargo, es casi seguro que el error de medición de potencia se distribuye normalmente, y la magnitud de ese error depende de la configuración de su medición.
MSalters