Differenze dei modelli Raspberry Pi nel calcolo della GPU?


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Conosco la pubblicazione Biosignal PI, un ECG open source accessibile e un sistema di misurazione della respirazione che utilizza Raspberry Pi A + / B + come componente isolato da ADums, poiché RP non è esso stesso un dispositivo medico. Il sistema finale è stato accettato per essere utilizzato in alcuni test medici in Svezia, dove le normative sono molto severe. Lo stato specifico del sistema relativo alla salute è TODO. Vorrei estendere il progetto eseguendo il calcolo FFT nella GPU di Raspberry, BCM2835, come descritto nel post sul blog Accelerare le trasformazioni di Fourier usando la GPU nello studio delle disfunzioni autonome. Tuttavia, non sono sicuro che il modello Pi 1 A + sia sufficiente. La homepage di Raspberry è circa

Consigliamo il Raspberry Pi 2 Modello B per l'uso nelle scuole: offre maggiore flessibilità per gli studenti rispetto al più snello (Pi 1) Modello A +, che è più utile per progetti embedded e progetti che richiedono una potenza molto bassa.

Esistono rigide politiche di isolamento nei sistemi ECG, motivo per cui sto pensando che il modello Raspberry 2 B potrebbe non essere adatto. Sono particolarmente interessato alla gestione dell'alimentazione dei diversi modelli nel calcolo della GPU.

Caratteristiche di sicurezza di base

  • L'alimentazione è di 20-30 mA (0,1 W) ( qui ) ma 1,0 W ( qui ) quando il mouse e la tastiera USB sono collegati, fino a quando non si scollega fisicamente l'alimentazione.
  • Massima potenza di spegnimento in tutti i dispositivi? La differenza di 10 volte tra nessun dispositivo e dispositivo è piuttosto elevata.
  • Potenza inattiva minima in A +, B + e Zero.
  • Stabilità GPU-Power in tutti i modelli? Test girando video e renderizzando video ( qui ) in cui la registrazione video viene eseguita calcolando FFT nella GPU.
  • L'utilizzo della GPU-power è diverso tra RBi B + e altri modelli a causa dei diversi circuiti di potenza ( qui ).
  • Almeno due livelli di isolamento. ADAS1000 di 1 ° livello, compensazione dell'aria di dispersione e SP720. Feedback negativo di 2 ° livello [congiuntura] al cambiamento della caratteristica viscoelastica.
  • La dissipazione di potenza di ADAS1000 è di 41 mW ( qui ) che fluttua in funzione dell'utilizzo della CPU (0,1,0). Come fluttua su N orologi? Sconosciuto. L'errore di misurazione della potenza è distribuito normalmente.

Nessun RP è un dispositivo medico. L'RP deve essere isolato dal front-end dell'ECG (ecc. Alimentazione e committazioni SPI) che viene eseguito da ADums in Biosignal Pi design (Farhad).

Strategie di isolamento del front-end ECG da RP

  1. Supponiamo che Pi B + possa comportarsi come qualsiasi altro componente. (usato nella pubblicazione)
  2. Il passaggio a Pi 2 B non dovrebbe alterare la situazione ma la massima potenza del circuito sconosciuta e dipendente probabilmente da ADAS1000.
  3. Quando si dimostra che il Pi è sufficientemente isolato dall'ADAS1000, deve supporre che Pi si comporti come qualsiasi altro componente.
  4. Se l'RPi decide improvvisamente di fungere da resistenza da 0 Ohm tra l'alimentazione e il paziente, ADAS1000BSTZ dovrebbe garantire l'isolamento. (1-3) ma il limite superiore della potenza è TODO nel circuito.
  5. Se RPi prende fuoco, l'isolamento del sistema, il rilascio d'aria di Creepage e SP720.
  6. Il consumo di energia extra di 0,5 W è sicuro, quindi RPi zero e A + accettati. Quanto è sufficiente la potenza di 0,75 W? Limitazioni di RPi B + nel senso del potere?
  7. ADuM4400 resiste in sicurezza a 5000 Volt per 60 secondi. L'alimentatore non viene mostrato, ma è ragionevole lavorare sul presupposto che si tratta di un trasformatore da 220 V economico. Nessun rischio in caso di picco di 380 V (<< 5000) che rientra ampiamente nei margini di sicurezza. ( Giovanna )
  8. Conservare RPi in un contenitore non infiammabile per prevenire ustioni. TODO Ho inviato e-mail sul caso Raspberry Pi ai produttori. ( Giovanna )
  9. [congiuntura per doppia verifica dell'isolamento]. Le caratteristiche del materiale viscoelastico possono essere utilizzate per stimare continuamente senza alterare il sistema in fase di esecuzione se la resistenza del sistema cambia di alcuni FFT del sistema. Se resistenza zero, probabilmente lo schema passa dal modello Kelvin-Voigt al modello Maxwell. ( qui ) Questo meccanismo può essere collegato al sistema come feedback negativo in modo tale che si spenga automaticamente se si verifica l'evento. Penso che il meccanismo di primo livello di ADAS1000 possa essere problematico con potenze elevate perché i componenti possono rompersi in questi casi.

Schema nella pubblicazione

inserisci qui la descrizione dell'immagine

dove la modifica è un'aggiunta di una GUI per la visualizzazione in tempo reale tramite FFT e multi-threading. Questa aggiunta garantisce l'isolamento del front-end dell'ECG dal RP a causa degli ADum nel design di Biosignal Pi.

Consumo energetico dei modelli Raspberry Pi in un giorno

Il thread Quanta energia consuma il lampone pi in un giorno? riguarda il consumo di energia in un giorno

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

dove A +, B + e Zero offrono molti vantaggi nei circuiti di potenza. I valori sono tutti circa il 10% maggiori rispetto al consumo di energia post . Richiama B + è il dispositivo scelto nell'applicazione, ma la pubblicazione è più vecchia di Pi 2 B. Ho già chiesto all'autore della pubblicazione come avrebbe migliorato le impostazioni dell'elettronica se Pi 2 B fosse in uso.

La pubblicazione si basa su Pi B +. Il thread Quanta meno potenza usa il Raspberry Pi B + rispetto al vecchio modello B? è circa

[T] il nuovo Raspberry Pi B + utilizza 1,21 watt con solo un dongle per tastiera rispetto a 1,89 watt per il vecchio modello B. [I] t è il 36% in meno di consumo energetico. È fantastico se stai funzionando a batterie o hai un pannello solare a malapena adeguato.

La tabella ha risultati sperimentali simili. Si desidera ulteriori informazioni sulla stabilità della gestione dell'alimentazione.

Consumo energetico in un giorno in tutti i modelli con carico GPU secondo l'acc. FFT

Il consumo di energia della GPU è diverso tra B + e altri modelli a causa dei diversi circuiti di alimentazione ( qui ). L'FFT accelerato sottopone il chip a carichi pesanti, quindi il comportamento dipende dal circuito di potenza.

Selezione = Raspberry Pi 2 B + SnickerDoodle + piSmasher SBC

Il circuito di alimentazione di RPi 2 B non è troppo diverso da RP 1 B +. Tuttavia, entrambi non sono dispositivi medici, quindi il front-end ECG deve essere isolato dal RP (ecc. Alimentazione e committazioni SPI) che viene eseguito da ADums nella progettazione di Biosignal Pi. (Farhad)

Ho profilato il mio sistema e ho notato che ho bisogno di FPGA molto nella mia fase di prototipazione e in molti GPIO. Ho iniziato a supportare il progetto SnickerDoodle qui e piSmasher RBC in modo tale da poter integrare il progetto RB esistente in SnickerDoodle. SnickerDoodle funzionerà come dispositivo computazionale, supportando RP2B, completamente isolato dal front-end ECG. Ti farò sapere quando comprenderò meglio i limiti del progetto dopo aver ottenuto i chip per lo sviluppo.


In che modo i modelli di Raspberry sono diversi nel calcolo della GPU nell'utilizzo dell'energia?


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Bella

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La "stabilità dell'alimentazione" è principalmente la preoccupazione del vostro alimentatore , non del consumatore di energia! Detto questo, hai assolutamente ragione a preoccuparti delle rigide politiche di isolamento. La prima pubblicazione citata parla in modo abbastanza sensato delle precauzioni necessarie tra paziente e RPi . Non dare per scontato che il Pi sia sicuro per uso medico. Si sarà responsabile!
Salterio

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@Masi: sono un po 'preoccupato da questa affermazione. Ho la sensazione che tu non capisca il significato di "sicurezza", mentre lavori in un ambiente medico in cui gli errori possono essere letali. Sono stato molto serio quando ho detto che saresti responsabile , e questo include la responsabilità per morte ingiusta . La tua scelta per il modello RPi non dovrebbe essere importante per la tua analisi di sicurezza, perché devi dimostrare che il tuo aggeggio è sicuro indipendentemente da qualsiasi modalità di guasto dell'RPi.
Salterio

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Lasciami fare un esempio concreto: devi dimostrare che il tuo paziente è al sicuro, anche se l'RPi decide improvvisamente di agire come una resistenza da 0 Ohm tra l'alimentatore e il paziente, o se prende fuoco. Se riesci a dare quel livello di sicurezza, è abbastanza chiaro che anche un assorbimento extra di 0,5 W è sicuro.
Salterio

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@Masi: sto lavorando per un'azienda che produce dispositivi medici reali, sebbene non direttamente (elettricamente) collegati a un paziente. Anche così, produciamo HW con procedure di controllo della qualità molto più rigorose rispetto alla gente di RPi. Dobbiamo dimostrare che il paziente non può essere danneggiato, anche se ogni sistema al di fuori del nostro controllo di qualità non riesce. Dato che la produzione di RPi è al di fuori del tuo controllo di qualità, devi presumere che sia totalmente insicuro e fallirà nel modo più letale possibile. IOW, tutta la sicurezza deve essere fornita dall'interfaccia tra paziente e RPi. Eppure continui a parlare di "Rpi deve essere stabile". Non puoi supporre che
MSalter l'

Risposte:


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Credo che la GPU sia identica in tutti i Pis e costituisca il 95% del silicio. Il restante 5% viene utilizzato dai core ARM relativamente scadenti.

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


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Probabilmente il Pi Zero. Google per il consumo energetico di Raspberry Pi.
Giovanna

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@Masi: Supponendo che il design originale fosse sicuro nonostante l' utilizzo di un Pi B +, possiamo affermare con certezza che è ancora sicuro. Ricorda, quando abbiamo dimostrato che il Pi era sufficientemente isolato da ADOS1000, dovevamo supporre che il Pi B + potesse comportarsi come qualsiasi altro componente . Ciò accade includendo il Pi B + che agisce come un Pi 2 B. rotto
MSalters l'

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@Masi: Nel caso in cui non te ne fossi reso conto, il "resistore 0 Ohm" si riferisce a un cortocircuito elettrico in cui il RPi difettoso improvvisamente assorbe molta più energia, diventa molto caldo e potrebbe prendere fuoco. Se ritieni che esista la "massima potenza del circuito in cui ADOS1000 non è sufficiente", ti mancano le competenze essenziali di ingegneria elettrica per progettare dispositivi medici. . Per favore, per la sicurezza dei pazienti, scegli un altro progetto per imparare l'ingegneria elettrica.
Salterio

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@Masi: certo che può cambiare. In effetti, cambia continuamente mentre la CPU passa dallo 0% occupato al 100% occupato.
Salterio

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@Masi: Ehm, le distribuzioni normali sono associate alle probabilità. L'uso di energia come funzione dell'utilizzo della CPU NON è una probabilità e trattarlo come tale non ha senso. Tuttavia, l' errore di misurazione della potenza è quasi certamente distribuito normalmente e quanto è grande dipende dall'impostazione della misurazione.
Salterio
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