MIPS架構的醫院智能導診系統設計

摘要：通過研究基于MIPS架構的SMP8654芯片的硬件架構，并且利用芯片內部的圖形加速引擎GFX的方式實現了具有高清視頻顯示和圖片文字處理功能的播放器。系統以嵌入式Linux和MiniGUI為平臺設計了智能導診系統，提高了醫院的導診就醫的服務效率。智能導診系統能夠播放醫院相關的健康宣傳資料、專家排班信息。
關鍵詞：MIPS；Linux；MiniGUI；智能導診系統

MIPS微處理器是指無內部互鎖流水級的處理器，它是由斯坦福大學的Hennessy教授領導的研究小組研制出來的。MIPS微處理器采用RISC(Recluced InstructionSet Computer)的設計原則，只支持有限的機器指令以及簡單的算術指令，通過提供大量的內部寄存器減少內存訪問次數。MIPS有32個通用寄存器，每個寄存器擁有32位的地址空間。系統通過研究基于MIPS架構的SMP8654芯片，設計和實現了高清播放器的視頻播放以及圖片字體顯示功能。SMP8654解決方案是Sigma公司依據MIPS設計公司指導的全新設計方案，是Sigma公司專為滿足高清視頻播放應用需求而設計的全新芯片。和基于ARM架構的低端芯片相比，SMP8654的視頻處理能力更加優越。

1 基于SMP8654芯片的高清播放器
1．1 SMP8654硬件介紹
SMP8654芯片的內部，有一個MIPS 24kf系列的主CPU芯片，工作頻率為500 MHz。在主CPU芯片的內部，具有1個32 KB的指令Cache和1個32 KB的數據Cache、2個可編程計時器以及3個獨立的中斷控制器和2路UART(Universal Asynchronous Receiver／Transmitter)。主CPU內部采用雙總線結構，G-bus是主總線，CPU通過此總線訪問外部功能單元的各狀態寄存器，而對主CPU芯片內部的中斷控制器、計時器等的訪問是通過將L-bus映射到G-Bus上的方式進行的。主CPU內部有一個高效的乘除運算單元(Multiply／Divide Unit)及浮點數運算單元(FPU)，還有一個增強的JTAG調試模塊，用于調試應用程序及內核代碼。
SMP8654芯片內部有一個IPU(Interrupt ProcesslngUnit)。這個MIPS 24kf系列的32位處理器專門處理那些需要低延時的應用需求。它主要處理從視頻處理子系統(Video Processing Subsystem)所產生的中斷。它的時鐘頻率為333 MHz，而且還有16 KB的指令Cache和16KB數據Cache。
SMP8654芯片包含兩個DDR-DRAM控制器，每一個控制都支持高達512 MB的DDR2內存，這些外部存儲器可以為音頻、視頻以及數據提供緩沖區，并且能存放硬件模塊的臨時數據。
1．2 SMP8654的視頻及音頻處理
1．2．1 視頻解碼子系統
SMP8654的視頻解碼子系統(Video Decoder Subsystem)可以解碼HDSMPTE、H．264、HD WMV9、AVS、MPEG1、MPEG2等視頻格式的視頻文件。SMP8654的視頻解碼系統執行特定解碼算法，它是一種基于處理器和電路邏輯方式的混合架構。能同時解碼的視頻文件數目是由視頻的格式以及所要呈現的分辨率決定的。SMP8654可以支持包括IPTV、AVCHD、MSTV的視頻解碼要求。視頻處理引擎是一個16位的RISC處理器，視頻解壓算法的密集計算部分是由此部分處理的。
1．2．2 視頻處理子系統
視頻處理子系統(Video Processing Subsystem)從內存中檢索圖形和視頻圖像，將這些圖像混合并且縮放至某個顯示器所要求的分辨率并且將其呈現出來。視頻處理子系統可以控制顏色、分辨率以及色彩飽和度，并且能處理視頻數據轉換，選擇視頻的輸出模式(模擬信號的輸出模式包括RGB、YPbPr)。視頻處理子系統還有一個2D圖形加速功能模塊。智能導診系統利用此GFX引擎實現了文字和圖片的高清顯示功能。
1．2．3 音頻處理子系統
SMP8654芯片的集成音頻處理子系統(Audio)Processing Subsystem)是一個為用戶專門設計的32位數字信號處理器，音頻的解碼和操作是由這個專用的DSP處理的。這個DSP工作在333 MHz的時鐘頻率下，指令和數據是分開存儲的，DSP通過系統總線取得指令，通過數據總線獲取需要解碼的音頻數據。和基于ARM架構的處理器一樣，它有一個32位的指令系統，同時與之對應了一個16位的指令集，通過Load／Store從內存裝載數據到DSP的相關寄存器中進行處理。
1．2．4 高清播放機硬件架構
高清播放機硬件架構如圖1所示。高清播放器實現的功能主要包括視頻處理以及圖片文字顯示。硬件架構中的重要部分包括視頻解碼子系統、視頻處理子系統、音頻處理子系統。這里的HDD表示可選的硬盤，通過內部的SATA接口控制。提供對USB2．0協議支持以及802．11n協議的支持，也就是說播放器可以從網絡中讀取各種視頻資源，從硬盤或者是USB等移動盤中獲得數據。視頻處理子系統中的GFX代表的是圖形加速引擎，通過Sigma公司提供的SDK可以很容易地操作這些硬件，實現硬件加速功能。在智能導診系統的軟件部分，介紹了如何利用硬件特性加速文字和圖片的繪制過程。在智能導診系統中，醫院HIS系統中的病人掛號信息通過TCP／IP傳遞到此硬件播放器，然后再由硬件播放器處理，將病人信息排隊到相關隊列中，這樣病人就可以在專門的等候區休息等候了。