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MEDICAL 10 - APRILE 2016
XIII
FPGA
blema per gli OEM è poter dimostrare agli enti regola-
tori e ai clienti che il proprio dispositivo è sicuro e che
non arrecherà danno ai pazienti. Ad esempio, nel caso
di una pompa di infusione che eroga del medicinale,
come è possibile sapere che eroga la giusta quantità di
medicinale, al momento giusto e senza interruzioni im-
provvise?
Al crescere della complessità dei dispositivi, imputabile
alla necessità di dover svolgere più compiti in parallelo,
anche il codice diventa più complesso e “pesante”. Rea-
lizzare software affidabile è un aspetto critico. Il software
necessario per queste applicazioni è molto complesso,
difficile da testare e la comprensione di eventuali rischi
non è sempre immediata. Questo alto tasso di errori po-
tenziali si traduce in un rischio elevato, anche nel caso
di sistemi medicali standard che non sono critici per la
vita del paziente.
Questa è una delle principali ragioni per cui l’uso degli
FPGA e, più recentemente, dei SoC Zynq è andato via
via diffondendosi fra i produttori di apparecchi medica-
li. Con questi dispositivi Interamente Programmabili, le
aziende possono ridurre il rischio di guasti ed accelerare
il processo di conformità. Essi possono essenzialmente
isolare le funzioni del loro sistema che devono garantire
la massima affidabilità e realizzarle in logica program-
mabile, trasferendo le altre funzioni meno critiche sul
software.
Innovazione più veloce con gli FPGA
Xilinx ha sviluppato una serie completa di soluzioni per
il settore medicale e, in particolar modo, FPGA e SoC
Interamente Programmabili. Il portafoglio comprende
anche tool di progettazione certificati e metodologie di
progetto che assicurano qualità, affida-
bilità e ridondanza, unitamente a stack
software e blocchi IP affidabili e col-
laudati proposti sia dalla società sia dai
membri dello Xilinx Alliance Program
(Fig. 2). Il nuovo ambiente di sviluppo
SDSoC targato Xilinx consentirà agli
sviluppatori di applicazioni medicali di
creare ancora più rapidamente sistemi
ottimizzati in cui le funzioni critiche
sono realizzate su logica programma-
bile all’interno dei SoC Zymq, mentre
le funzioni meno critiche gireranno sul
processore ARM del SoC.
Negli ultimi 10 anni gli FPGA hanno
rapidamente sostituito ASIC e ASSP in
campo medicale. Gli apparecchi medi-
cali sono venduti in volumi relativamen-
te ridotti a livello mondiale, e di conse-
guenza il costo, unitamente al processo
lungo e rigoroso di collaudo e di ap-
provazione, rende quasi proibitivo il ricorso ad ASIC e
ASSP. Oggi la maggior parte degli apparecchi medicali
usa dispositivi in logica programmabile. A partire dalla
fine degli anni ‘80 e dall’inizio degli anni ‘90, gli inge-
gneri hanno iniziato a usare FPGA di piccole dimensioni
come interfacce per sensori all’interno degli apparecchi
medicali. Anno dopo anno le aziende hanno iniziato a
trasferire le funzioni più critiche su dispositivi FPGA, da
quando questi ultimi hanno iniziato a sostituire ASIC e
ASSP. I dispositivi FPGA giocano un ruolo fondamentale
negli apparecchi di nuova generazione e rappresentano
il nucleo fondamentale dei sistemi, come nel caso dei
SoC programmabili come i SoC Zynq e il recente MP-
SoC Zynq UltraScale+, che offre funzionalità aggiuntive
per la sicurezza. L’uso dei SoC programmabili consen-
te di ridurre il time-to-market. I tool di progettazione
come SDSoC consentono di realizzare le funzioni criti-
che sulla matrice di logica programmabile anziché sul
software, nonché di aggiungere livelli di ridondanza per
aumentare ulteriormente il livello di affidabilità dei si-
stemi. Ad esempio, se un’azienda deve sviluppare una
pompa di infusione, una sezione del sistema svolgerà la
funzione di controllo dei motori per fornire il farmaco
nelle dosi giuste e nei tempi esatti specificati, con i para-
metri che rimangono esattamente come il medico li ha
impostati. Nel frattempo, un’altra sezione della pompa
di infusione è l’unità di biotelemetria – la quale moni-
tora il paziente e assicura che le sue condizioni siano
sotto controllo. Con la possibilità di isolare le funzioni
all’interno del flusso di progettazione, gli ingegneri pos-
sono partizionare il proprio sistema in funzioni critiche
e non critiche, realizzare le prime in logica programma-
Fig. 2 – I tool di progettazione collaudati come quelli offerti da Xilinx ridu-
cono i rischi e accelerano il processo di approvazione dei progetti medicali
da parte degli enti regolatori