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。