Oficjalny wstęp
Urządzenia przenośne w obecnym świecie stały się codziennością. Ich funkcjonalność oraz ilość zapisywanych danych stale się powiększa. Wraz ze wzrostem ilości gromadzonych danych wzrasta również pobór energii elektrycznej. Optymalizacja zużycia prądu staje się ważnym aspektem w projektowaniu urządzeń. Zwiększenie energooszczędności pozwala na redukcje kosztów utrzymania produktów poprzez obniżenie opłat. Ma również niemały wpływ na środowisko naturalne przykładając się do obniżenia śladu węglowego. Może to odgrywać role w zadbaniu o wizerunek wielu światowych koncernów. Należy również zaznaczyć, że rozmiar oraz pojemność baterii urządzeń przenośnych w dalszym ciągu stanowi słabe ogniwo rozwiązań przenośnych.
Aby obniżyć poziom zużycia energii jednym z rozwiązań jest wprowadzenie systemu w tryb niskiego poboru energii między kolejnymi instrukcjami oprogramowania lub obniżenie zegara taktującego. Oprócz wydajności oraz niskich kosztów eksploatacji w ostatnich latach unaocznił się problem bezpiecznego przechowywania danych. Wraz z rozwojem technologii rozwija się dziedzina cyberprzestępczości. Newralgiczne dane w niepowołanych rękach mogą poważnie wpłynąć, zarówno na życie osób prywatnych, jak i funkcjonowanie dużych firm. W elektronicznych systemach wojskowych bezpieczne zbieranie, agregacja oraz przechowywanie danych może mieć ogromne znaczenie na funkcjonowanie Sił Zbrojnych lub nawet życie i zdrowie żołnierzy. Obecnie projektowane systemy mikroprocesorowe powinny zapewniać zarówno bezpieczeństwo zapisywanych danych jak i obniżenie kosztów użytkowania. W niniejszej pracy zaprojektowano oraz wykonano energooszczędny system mikroprocesorowy, do bezpiecznego gromadzenia danych akcelerometru na karcie microSD. Celem pracy jest porównanie istniejący rozwiązań energooszczędnych mikrokontrolerów oraz charakterystyk kart microSD. Wykonanie różnych metod odczytu, szyfrowania i zapisu danych na karcie pamięci oraz przeanalizowanie pod kątem wpływu na pobór energii elektrycznej.
O pracy
Rozpocząłem pracę z wielkimi planami i ambitnymi założeniami. Miałem objąć wiele obsługiwanych peryferiów oraz wprowadzić liczne funkcjonalności. Promotor mojej pracy, pan ppłk Sondej, ostrzegał mnie, aby ograniczyć zakres projektu, ponieważ w trakcie realizacji mogą pojawić się liczne problemy, a czasu jest bardzo mało. Oczywiście jako młody i ambitny student podszedłem do tego lekceważąco i postanowiłem realizować wszystko, zwłaszcza poboczne cele pracy.
Głównym celem projektu był pomiar pobieranego prądu przez urządzenie. Tutaj napotkałem największe wyzwanie. Do pomiaru prądu zdecydowałem się użyć programatora J-Link firmy Segger, wyposażonego w możliwość pomiaru prądu. Samo założenie pomiaru prądu przez programator stanowiło duże wyzwanie, ponieważ była to dla mnie nowość, którą chciałem zgłębić.
Podczas pierwszych pomiarów pojawiły się pierwsze problemy. Przy zapisie na kartę microSD wyniki pomiarów prądu były abstrakcyjne — na wykresie oprogramowanie Segger wyświetlało szczyty sięgające aż 16 kiloamperów. Sytuacja powtarzała się przy wielu różnych kartach. Dopiero przy kartach producentów zrzeszonych w SD Association problem występował w mniejszym stopniu.
Skupiając się na znalezieniu przyczyny problemu, stopniowo wykluczałem kolejne funkcjonalności. Najbardziej ucierpiał element kryptograficzny, na którym chciałem skupić się najbardziej. Sprowadzał się on do prostego szyfrowania za pomocą wbudowanego koprocesora kryptograficznego w STM32L4A6ZG. Szyfrowane były dane przychodzące z akcelerometru.
Szukając błędu w systemie pomiarowym, skontaktowałem się nawet z firmą Segger, ale nie otrzymałem żadnej odpowiedzi. Walczyłem z czasem, aby uzyskać jakiekolwiek sensowne wyniki. Ostatecznie wykonałem jedynie niezbędne minimum, aby spełnić założenia projektu.
Pomimo że praca została oceniona na bardzo dobrą ocenę, nie jestem z niej w pełni zadowolony. Jak mówił mi po obronie pracy magisterskiej mój promotor, była to dla mnie nauka negatywna — że nie zawsze założenia projektowe są możliwe do spełnienia przy użyciu wybranych metod. Rzeczywiście, ta praca była przede wszystkim lekcją pokory.
Do pobrania
Jesli jesteś zainteresowany szczegółami merytoreycznymi pracy zapraszam do pobrania i zapoznania się z nią. W razie potrzeby również zapraszam do kontaktu.