技術頻道

      高性能嵌入式ARM MPU在醫療電子系統中的應用

      當前,全球醫療電子行業正逐漸展現出誘人的發展前景,產品更新換代的速度不斷提高,同時,由于醫療電子產品自身的特殊性,對元器件的性能、功耗、可靠性和集成度等方面都提出了極高的要求。全球各大著名的半導體廠商紛紛推出一系列適合該應用領域的產品。

        基于ARM內核的32位嵌入式微處理器(MPU),以其高性能、低功耗和豐富的片內資源,成為目前眾多醫療電子產品開發平臺的首選。其中,Cirrus Logic公司推出的旗艦產品EP9315,是目前集成度最高的ARM處理器。該處理器采用ARM920T內核,擁有200MHz主頻的高性能,內嵌數學協處理器、圖形加速引擎,集成包括IDE和PCMCIA等接口在內的豐富的外圍電路,滿足工業級的標準和極具吸引力的性價比,使其在眾多嵌入式微處理器中脫穎而出,成為下一代醫療電子產品開發平臺的理想選擇。

        應用需求
        醫療電子產品種類繁多,功能不一。根據其應用場合分類,包括超聲成像系統、多參數監護系統、常規檢驗系統等。

        現在的醫療電子產品總是采用最新的技術,以期獲得強大的性能來完成日益復雜的算法和眾多的功能,滿足不斷升級的臨床應用需求。其應用需求主要表現在以
      下方面:
        1. 隨著產品性能的逐步提升,需要硬件來完成大量的算法和邏輯運算。如B超和高端監護儀等產品已開始大量使用FPGA器件;
        2. 大尺寸顯示屏和觸摸屏的廣泛應用。目前超聲產品,多參數監護儀和一些檢驗產品如血球儀、生化分析儀等大多使用10‘~15‘范圍內的大尺寸顯示屏,采用640×480、800×600或者1024×768的分辨率。另外,觸摸屏在該領域的使用也越來越廣泛;
        3. 大數據量的存儲。像B超和彩超等產品由于應用層軟件的日益龐大和圖像深度存儲的需要,已開始外接標準IDE硬盤;
        4. 外圍接口的需要。如網絡接口和USB接口在醫療電子產品中已不可或缺;
        5. 音頻Codec的應用。例如在彩超系統中,就需要通過音頻Codec來完成多普勒血流音頻數據的編解碼;
        6. 便攜式產品的出現增加了對功耗的關注程度。
        上述一系列的應用需求對微處理器平臺提出了更高的要求,工程師在選型時往往希望速度更快、集成度更高而功耗更低,尤其是在高集成度方面,不僅可以保證設計工作的便捷性和可靠性,而且能夠有效地控制成本。

        EP9315的獨特優勢
        微處理器作為系統的核心控制器件,其各項指標往往是工程師們在選型時最為關注的。與其他基于ARM9內核的嵌入式微處理器相比較,Cirrus Logic公司的EP9315無論是在整體性能、片內外圍接口,以及系統成本方面,都有比較明顯的優勢。EP9315的結構框圖如圖1所示。

      EP9315各項指標如下:

        1. 集成主頻為200MHz的ARM920T內核以及支持Linux、Windows CE和其他許多嵌入式操作系統的內存管理單元(MMU)。擁有16KB指令緩存和16KB數據緩存;
        2. 內嵌MaverickCrunch數學協處理器,顯著提高了對單/雙精度整數及浮點的運算速度,有助于復雜算法的運算。這在其他ARM微處理器中非常少見;
        3. 集成2D圖形加速引擎,通過塊復制、塊填充等操作,增強系統的圖像處理能力。該圖像加速引擎獨立于微處理器,不會增加系統開銷。最高可支持到1024×768的分辨率,基本滿足大多數醫療電子產品的大尺寸屏應用;
        4. 豐富的片內/外圍接口資源,完全可以滿足目前各類醫療電子產品的應用需求。從表1中可以看到Cirrus Logic的基于ARM9的全系列微處理器的各項參數。

      系統設計及Cirrus Logic完善的技術支持

        為了配合客戶的同步開發,縮短研發周期,提升設計品質,Cirrus Logic公司專程在北京成立了一個由20多位工程師組成的技術支持中心,負責EP93xx系列產品的軟硬件技術支持。不僅可以提供開發板等設計參考,而且提供大量的軟件支持服務,包括Windows CE平臺下的BSP源碼,驅動源碼以及Linux平臺完整內核源碼和開發工具包。Cirrus Logic中國及香港區總經理Peter說:“我們不僅僅為客戶提供芯片,更重要的是我們能夠提供全套的解決方案和開發中的技術支持。毫無疑問,這對降低客戶的開發難度有極大的幫助。”

        成功的案例
        目前已經有一些公司選擇EP9315作為系統的處理平臺。Emperor公司的硬件設計師說:“我們選擇EP9315作為B超系統升級的平臺,主要是看重以下3點:1. 集成數學協處理器,相比較同類型產品在算法處理速度上會快很多;2. 支持高分辨率,滿足了對圖像顯示的要求,而不用額外增加一個視頻編解碼芯片;3. 提供IDE接口,因為在B超產品中會用到硬盤和DVD光驅。”

        開發多參數監護儀產品的深圳Adecon公司也已經大量使用該芯片,總工程師認為EP9315具備工業級芯片的可靠性,這一點在醫療設備中極為重要;另外,完善的技術支持也為前期的開發工作掃清了障礙。

        EP9315提供商業級和工業級兩種型號(表2),同時提供無鉛產品。

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