دورة تصميم الأنظمة المدمجة

الدرس 1 • ترجمة أهداف المنتج إلى متطلبات فنية قابلة للقياس (عمر البطارية، معدلات أخذ العينات، فواصل المزامنة)

يوضح هذا القسم كيفية تحويل أهداف المستخدم والأعمال إلى متطلبات كمية واضحة لجهاز ارتداء. ستحدد أهدافاً لعمر البطارية، ومعدلات أخذ العينات، وفواصل المزامنة، وتتحقق من واقعيتها وقابليتها للاختبار.

الدرس 2 • كمّيّة القيود: الحجم، التكلفة، الاعتبارات التنظيمية والسلامة

يركز هذا القسم على كمّيّة القيود غير الوظيفية التي تشكل التصميم. ستحلل الحجم، والوزن، والتكلفة، والتنظيمية، والسلامة، وتحولها إلى حدود تصميم ملموسة وقواعد اختيار المكونات.

الدرس 3 • نمذجة الأحمال ودورات الواجب للأجهزة القابلة للارتداء (حالات النشاط، الانتقالات، سيناريوهات الأسوأ)

يعلم هذا القسم كيفية نمذجة الأحمال ودورات الواجب للاستخدام الواقعي والأسوأ. ستحدد حالات النشاط، والانتقالات، واندفاعات الأحداث لتقدير الطاقة، والأداء، واحتياجات الموارد مع مرور الوقت.

الدرس 4 • التحليل الوظيفي: الاستشعار، المعالجة، التخزين، التواصل، إدارة الطاقة

يقسم هذا القسم الجهاز القابل للارتداء إلى مجالات الاستشعار، والمعالجة، والتخزين، والتواصل، وإدارة الطاقة. ستُسقِط المتطلبات على كل كتلة، وتحدد الواجهات، وتحدد أماكن التعقيد، والمخاطر، وفرص التحسين.

الدرس 1 • استشعار درجة حرارة الجلد: الترمستور مقابل مستشعر درجة الحرارة الرقمي مقابل خصائص الترموبايل

يقارن هذا القسم الترمستورات، ومستشعرات درجة الحرارة الرقمية، والترموبايلات لقياس درجة حرارة الجلد. يغطي خصائص النقل، والدقة، ووقت الاستجابة، والضوضاء، والطاقة، ومتطلبات الواجهة في أجهزة الارتداء الطبية.

الدرس 2 • أساسيات مستشعر ضربات القلب الضوئي: مبادئ PPG، اختيار LED/الفوتوديود، رفض الضوء المحيطي

يقدم هذا القسم استشعار ضربات القلب الضوئي باستخدام PPG. يغطي تفاعل الضوء مع الأنسجة، واختيار طول موجة LED والتشغيل، وحجم الثنائي الفوتوديود، ورفض الضوء المحيطي، والتصميم الضوئي والكهربائي للتشغيل القوي في الأجهزة القابلة للارتداء.

الدرس 3 • معايرة المستشعرات، التعويض (درجة الحرارة، الحركة)، ومعالجة الانجراف الأساسي

يشرح هذا القسم المعايرة والتعويض لمستشعرات الفسيولوجيا. يغطي تعويض درجة الحرارة والحركة، وإزالة الانجراف الأساسي، وقياسات المرجع، وإعادة المعايرة في الميدان، والحفاظ على الدقة طوال عمر الجهاز.

الدرس 4 • نظرية أخذ العينات ومضاد التمويه لإشارات ضربات القلب عند 50 هرتز و5 هرتز

يراجع هذا القسم نظرية أخذ العينات لإشارات ضربات القلب، مع التركيز على 50 هرتز و5 هرتز. يشرح حدود نايكويست، وتشويش التمويه، وتصميم مرشح مضاد للتمويه، والتوازنات بين عرض النطاق، والطاقة، ودقة التوقيت.

الدرس 1 • أرقام الطاقة/الأداء النموذجية لمتحكمات الدقة المناسبة للارتداء وراديوهات BLE (تيارات النشاط، النوم، إرسال/استقبال الراديو) وعائلات الأجهزة النموذجية

راجع أرقام التيار والطاقة النموذجية لمتحكمات الدقة المناسبة للارتداء وراديوهات BLE. فسر أرقام ورقة البيانات للوضع النشط، والنوم، وأوضاع الراديو، وقارن عائلات الأجهزة النموذجية لتوجيه تقدير عمر البطارية الواقعي والاختيار.

الدرس 2 • الذاكرة، التخزين، وميزانية الحوسبة لمتحكم الدقة لمعالجة الإشارات ومكدسات BLE

حلل كيفية تقييد الذاكرة RAM، والفلاش، والتخزين غير المتطاير لمكدسات BLE والمعالجة الإشارية. تعلم ميزانية دورات CPU، والذاكرة، وعرض النطاق للاستشعار، والتصفية، ومعالجة البروتوكول، والتحديثات الآمنة عبر الهواء في الأجهزة القابلة للارتداء.

الدرس 3 • SoCs BLE المتكاملة مقابل متحكم الدقة المنفصل + الراديو: المزايا، العيوب، ومتى تختار كل

قارن SoCs BLE المتكاملة مع حلول متحكم الدقة المنفصل بالإضافة إلى الراديو. قيّم التكلفة، والطاقة، وأداء RF، والمرونة، والشهادة، والأمان لاختيار أفضل هندسة معمارية لاحتياجات منتج ارتداء محدد.

الدرس 4 • المحيطات على الشريحة المهمة للأجهزة القابلة للارتداء: ADC منخفضة الطاقة، واجهات PDM، DMA، المؤقتات، RTC، PPI/DPPI أو توجيه الأحداث

استكشف المحيطات منخفضة الطاقة التي تُخفف عن متحكم الدقة في الأجهزة القابلة للارتداء. فهم واجهات ADC وPDM الأمامية، وحركة البيانات القائمة على DMA، وجدولة المؤقت وRTC، وأقمشة توجيه الأحداث التي تمكن من الاستحواذ على المستشعرات ذاتياً وبطاقة منخفضة.

الدرس 1 • التأثيرات الحرارية والشيخوخة على عمر البطارية ودقة المستشعرات

يفحص هذا القسم كيفية تأثير درجة الحرارة والشيخوخة على سعة البطارية، والمقاومة الداخلية، والسلامة، بالإضافة إلى إزاحة المستشعر، والانجراف، والضوضاء. ستتعلم النمذجة، والتخفيض، وطرق التعويض للحفاظ على الدقة والتشغيل.

الدرس 2 • كيمياء البطارية والتحجيم: خصائص Li-ion/Li-poly 150 مللي أمبير ساعة، تخفيض السعة، منحنيات الجهد

يغطي هذا القسم كيمياء خلية Li-ion وLi-poly، وخلايا فئة 150 مللي أمبير ساعة، وتخفيض السعة، ومنحنيات جهد التفريغ، وكيفية تحجيم البطاريات بشكل صحيح لأحمال مدمجة مع احترام قيود السلامة، والعمر، والأداء.

الدرس 3 • تقدير عمر البطارية: نمذجة دورات الواجب، ميزانية الطاقة على مستوى المكونات، واستراتيجيات الحماية الاحتياطية

يعلم هذا القسم طرقاً عملية لتقدير عمر البطارية باستخدام نماذج دورات الواجب، وملفات التيار، وميزانيات الطاقة على مستوى المكونات. ستطبق التخفيض، والحماية الاحتياطية، وتقنيات التحقق لمواءمة التنبؤات مع السلوك في الميدان.

الدرس 4 • تقسيم الطاقة والتنظيم للمستشعرات، متحكم الدقة، والراديو؛ توازنات المحولات التبديلية مقابل الخطية

هنا ستتعلم كيفية تقسيم خطوط الطاقة للمستشعرات، ومتحكم الدقة، والراديو، واختيار جهود التوريد، ومقارنة المحولات التبديلية والخطية. ستُقيّم الكفاءة، والضوضاء، والتكلفة، وتأثيرات التخطيط للتصاميم المدمجة منخفضة الطاقة.

الدرس 1 • أوضاع اتصال BLE، الإعلان، فواصل الاتصال، وتأثيراتها على الطاقة

يشرح هذا القسم أوضاع اتصال BLE وسلوك الإعلان، ثم يربط فاصل الاتصال، وتأخير العبد، ومهلة الإشراف باستخدام الطاقة والاستجابة. ستتعلم اختيار الإعدادات لملف المنتج الخاص بك.

الدرس 2 • أساسيات الأمان والخصوصية لأجهزة BLE القابلة للارتداء (الاقتران، التشفير، تخزين المفاتيح)

يقدم هذا القسم مفاهيم الأمان والخصوصية الأساسية لأجهزة BLE القابلة للارتداء. يغطي طرق الاقتران، وتشفير الرابط، وتخزين المفاتيح على متحكمات الدقة المقيدة، وتقنيات تقليل تتبع المستخدم وحماية البيانات الصحية الحساسة.

الدرس 3 • استراتيجيات تقليل طاقة BLE: دمج الإشعارات، اختيار PHY، وتعديل معلمات الاتصال

ستتعلم استراتيجيات تقليل استهلاك طاقة BLE، بما في ذلك دمج الإشعارات، واختيار أوضاع PHY المناسبة، وتعديل معلمات الاتصال. يربط القسم سلوك الراديو بعمر البطارية في المنتجات الحقيقية.

الدرس 4 • اعتبارات تصميم ملف تعريف GATT، تغليف البيانات، الدفعات، وقيود OTA

يغطي هذا القسم تصميم ملف تعريف GATT العملي، بما في ذلك تخطيط الخصائص، وتغليف البيانات، واستراتيجيات الدفعات. كما يشرح قيود تحديث OTA وكيفية هيكلة البيانات للتواصل القوي والمرقم.

الدرس 1 • استراتيجيات تحديث البرنامج الثابت، معالجة الأخطاء، والتسجيل مع الحفاظ على الطاقة المنخفضة

يشرح هذا القسم تدفقات تحديث البرنامج الثابت الآمنة، بما في ذلك bootloaders، والتراجع، وفحوصات النزاهة، مع الحفاظ على التشغيل منخفض الطاقة. كما يغطي كشف الأخطاء، والتدهور الرشيق، والتسجيل المستمر دون استهلاك طاقة مفرط.

الدرس 2 • تقنيات البرمجيات منخفضة الطاقة: حالات النوم، مصادر الاستيقاظ (المؤقتات، GPIO/المقاطعات)، النوى بدون تيك

يركز هذا القسم على تقنيات البرمجيات منخفضة الطاقة، بما في ذلك أوضاع النوم، ومصادر الاستيقاظ، والنوى بدون تيك. ستتعلم تكوين المؤقتات ومقاطعات GPIO، وتقليل تكرار الاستيقاظ، وتنسيق المهام لتمديد عمر البطارية.

الدرس 3 • نهج معالجة الإشارات منخفضة تكلفة الحوسبة: التصفية، كشف الضربات، التناقص والحساب الصحيح النقطي

يقدم هذا القسم معالجة إشارات منخفضة التكلفة الحوسبية للأنظمة المدمجة، مع التأكيد على الحساب الصحيح والثابت النقطي. تشمل المواضيع التصفية الفعّالة، وكشف الضربات أو الأحداث، والتناقص، والاستقرار العددي على متحكمات الدقة المحدودة الموارد.

الدرس 4 • الجدولة الزمنية الحقيقية واستخدام DMA لأخذ عينات مستمر بأقل حمل CPU

يغطي هذا القسم مفاهيم الجدولة الزمنية الحقيقية وكيفية دمج المؤقتات، والمقاطعات، وDMA لتحقيق أخذ عينات بيانات مستمر بتدخل CPU أدنى، وتأخير متوقع، ومعالجة قوية لتجاوزات المخزن أو المواعيد المفقودة.

الدرس 1 • تقدير وتقرير عدم اليقين: الافتراضات، الهوامش، تأثيرات درجة الحرارة وسلوك المستخدم

يشرح هذا القسم كيفية كمّيّة وتواصل عدم اليقين في سلوك النظام. ستُنمّي الافتراضات، وتطبق هامش الأمان، وتحلل تأثيرات درجة الحرارة والمستخدم، وتُعد تقارير واضحة تدعم قرارات التصميم الواعية بالمخاطر.

الدرس 2 • توازنات التصميم الرئيسية: معدل أخذ العينات مقابل عمر البطارية، تكامل المكونات مقابل المرونة، الدقة مقابل الطاقة

يفحص هذا القسم توازنات التصميم المدمج الأساسية وكيفية التفكير فيها. ستُرْبِط معدل أخذ العينات، والدقة، ومستوى التكامل، والمرونة بالطاقة، والتكلفة، والعمر، وتتعلم تبرير خيارات التصميم المتوازنة.

الدرس 3 • تدفق تكرار التصميم: النمذجة الأولية، التحليل، التحسين، والتوثيق للتصنيع والسيطرة على التكلفة

يعرض هذا القسم تدفق عمل عملي لتكرار تصاميم مدمجة. ستُنشئ نماذج أولية، وتحلل الأجهزة والبرنامج الثابت، وتحسّن العوائق، وتوثّق القرارات لدعم القابلية للتصنيع، والاختبار، وتكلفة المنتج المتوقعة.

الدرس 4 • الهندسة المعمارية البديلة: تصاميم dual-MCU، AI الحافة لأخذ عينات مدفوعة بالأحداث، أو نهج hub-and-sensor ومتى استخدام كل

يقارن هذا القسم الهندسة المعمارية المدمجة البديلة ومتى استخدامها. ستدرس تقسيمات dual-MCU، وAI الحافة لأخذ عينات مدفوعة بالأحداث، وشبكات hub-and-sensor، مع التركيز على التأخير، والطاقة، والتكلفة، والقابلية للتوسع.