高性能嵌入式ARM MPU在医疗电子系统中的应用

作者：田铮 李黎明 周谊伟

欢迎访问e展厅 展厅 4 医疗设备/医疗器械展厅 B超诊断仪, 心电图仪, CT机, 眼科设备, 裂隙灯, ... 当前，全球医疗电子行业正逐渐展现出诱人的发展前景，产品更新换代的速度不断提高，同时，由于医疗电子产品自身的特殊性，对元器件的性能、功耗、可靠性和集成度等方面都提出了极高的要求。全球各大著名的半导体厂商纷纷推出一系列适合该应用领域的产品。 基于ARM内核的32位嵌入式微处理器(MPU)，以其高性能、低功耗和丰富的片内资源，成为目前众多医疗电子产品开发平台的首选。其中，Cirrus Logic公司推出的旗舰产品EP9315，是目前集成度最高的ARM处理器。该处理器采用ARM920T内核，拥有200MHz主频的高性能，内嵌数学协处理器、图形加速引擎，集成包括IDE和PCMCIA等接口在内的丰富的外围电路，满足工业级的标准和极具吸引力的性价比，使其在众多嵌入式微处理器中脱颖而出，成为下一代医疗电子产品开发平台的理想选择。 应用需求 医疗电子产品种类繁多，功能不一。根据其应用场合分类，包括超声成像系统、多参数监护系统、常规检验系统等。 现在的医疗电子产品总是采用最新的技术，以期获得强大的性能来完成日益复杂的算法和众多的功能，满足不断升级的临床应用需求。其应用需求主要表现在以下方面： 1. 随着产品性能的逐步提升，需要硬件来完成大量的算法和逻辑运算。如B超和高端监护仪等产品已开始大量使用FPGA器件； 2. 大尺寸显示屏和触摸屏的广泛应用。目前超声产品，多参数监护仪和一些检验产品如血球仪、生化分析仪等大多使用10'~15'范围内的大尺寸显示屏，采用640×480、800×600或者1024×768的分辨率。另外，触摸屏在该领域的使用也越来越广泛； 3. 大数据量的存储。像B超和彩超等产品由于应用层软件的日益庞大和图像深度存储的需要，已开始外接标准IDE硬盘； 4. 外围接口的需要。如网络接口和USB接口在医疗电子产品中已不可或缺； 5. 音频Codec的应用。例如在彩超系统中，就需要通过音频Codec来完成多普勒血流音频数据的编解码； 6. 便携式产品的出现增加了对功耗的关注程度。 上述一系列的应用需求对微处理器平台提出了更高的要求，工程师在选型时往往希望速度更快、集成度更高而功耗更低，尤其是在高集成度方面，不仅可以保证设计工作的便捷性和可靠性，而且能够有效地控制成本。 EP9315的独特优势 微处理器作为系统的核心控制器件，其各项指标往往是工程师们在选型时最为关注的。与其他基于ARM9内核的嵌入式微处理器相比较，Cirrus Logic公司的EP9315无论是在整体性能、片内外围接口，以及系统成本方面，都有比较明显的优势。EP9315的结构框图如图1所示。 EP9315各项指标如下： 1. 集成主频为200MHz的ARM920T内核以及支持Linux、Windows CE和其他许多嵌入式操作系统的内存管理单元(MMU)。拥有16KB指令缓存和16KB数据缓存； 2. 内嵌MaverickCrunch数学协处理器，显著提高了对单/双精度整数及浮点的运算速度，有助于复杂算法的运算。这在其他ARM微处理器中非常少见； 3. 集成2D图形加速引擎，通过块复制、块填充等操作，增强系统的图像处理能力。该图像加速引擎独立于微处理器，不会增加系统开销。最高可支持到1024×768的分辨率，基本满足大多数医疗电子产品的大尺寸屏应用； 4. 丰富的片内/外围接口资源，完全可以满足目前各类医疗电子产品的应用需求。从表1中可以看到Cirrus Logic的基于ARM9的全系列微处理器的各项参数。 系统设计及Cirrus Logic完善的技术支持 为了配合客户的同步开发，缩短研发周期，提升设计品质，Cirrus Logic公司专程在北京成立了一个由20多位工程师组成的技术支持中心，负责EP93xx系列产品的软硬件技术支持。不仅可以提供开发板等设计参考，而且提供大量的软件支持服务，包括Windows CE平台下的BSP源码，驱动源码以及Linux平台完整内核源码和开发工具包。Cirrus Logic中国及香港区总经理Peter说：“我们不仅仅为客户提供芯片，更重要的是我们能够提供全套的解决方案和开发中的技术支持。毫无疑问，这对降低客户的开发难度有极大的帮助。” 成功的案例 目前已经有一些公司选择EP9315作为系统的处理平台。Emperor公司的硬件设计师说：“我们选择EP9315作为B超系统升级的平台，主要是看重以下3点：1. 集成数学协处理器，相比较同类型产品在算法处理速度上会快很多；2. 支持高分辨率，满足了对图像显示的要求，而不用额外增加一个视频编解码芯片；3. 提供IDE接口，因为在B超产品中会用到硬盘和DVD光驱。” 开发多参数监护仪产品的深圳Adecon公司也已经大量使用该芯片，总工程师认为EP9315具备工业级芯片的可靠性，这一点在医疗设备中极为重要；另外，完善的技术支持也为前期的开发工作扫清了障碍。 EP9315提供商业级和工业级两种型号(表2)，同时提供无铅产品。 田铮 李黎明 周谊伟 晓龙国际有限公司 davidzh@lestina.com.cn(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (4/7/2008)