超寬帶技術在電子內窺鏡中的應用

圖3 超級幀被劃分成信標段（BP）和數據傳送段（DTP）

為確保能無中斷地傳輸視頻流，UWB采用了分布式駐留協議(DRP)。由于UWB基于TDMA，網絡成員可保留一些固定的時隙(媒體訪問時隙)以保障和另一設備的通信。保留通道占用時隙的相關信息在信標時段傳送。如果某一時隙被標記為“硬保留”，任何第三方都不可占用該時隙。這是保障視頻傳輸要求的確定性數據傳輸速率所必須的。實施方案

圖5所示為內窺鏡攝像頭單元的框圖。窺鏡的框圖與之相似，除了數字視頻接口為顯示控制器所取代。UWB物理層基于Wionics Research的RTU7012雙波段PHY，符合WiMedia PHY 1.1 和PHY 1.2規范。它可以用于頻帶組1和3。

在這個例子中，UWB流媒體MAC由蘇黎世應用科學大學設計并通過ASIC或FPGA實現，且針對實現低延時的數據傳輸進行了優化。為了方便將MAC集成到任何系統級芯片（SoC），將ARM高級主機總線（AHB）用作數據傳輸總線，將ARM外設總線用作控制總線。這些接口使得MAC非常適合集成到基于ARM的系統級芯片。

UWB標準的許多參數都由微控制器固件來控制。這樣，在需要增添其它高層協議（如無線USB）時，無須修改任何硬件。使用固件實施方案，可以在規范發生變更的情況下降低風險和提高靈活性。

圖 4 電子內窺鏡單元的框圖

MAC可在UWB設備間以任何方向傳輸任何數據---而不局限于視頻。在這個具體的視頻應用中，來自攝像閑的信號通過數字視頻接口和AHB傳送到SDRAM，該SDRAM用作一個視頻中間緩沖器(見圖5)。MAC從該SDRAM提取視頻數據，并將其傳送到UWB網絡進行傳輸。反過來，UWB物理層接收到的數據則被傳送到SDRAM。

在UWB網絡和SDRAM之間傳輸數據時，MAC用作AHB主總線，無需處理器核進行干預。這意味著，可以將數據傳輸中解放出來的處理器用于控制后續UWB超幀的MAC設置。在這種架構下，任何AHB總線設備都可成為數據傳輸的目標或源，無論是傳送到UWB-MAC，還是從UWB-MAC傳出。至于和UWB無線模塊的接口，UWB-MAC采用WiMedia ECMA369 MAC-PHY接口標準。

內窺鏡的其它必備部件包括A/D轉換器和用于電池管理的脈寬調制器(PWM)。為將所有部件集成到內窺鏡的手柄中，同時保持低功耗，標準單元ASIC是不錯的選擇。然而，如果預知的產量太低，不足以分擔本示例中標準單元ASIC的開發成本，可采用可定制的應用處理器（CAP）。這一基于ARM的微控制器具備所有常用的外設和軟件驅動以及用于實現用戶定制功能的金屬可編程邏輯區域?？稍贑AP金屬可編程區域實現UWB-MAC和其它定制IP核，類似于門陣列。該微控制器的其它標準外設，如外部總線接口(EBI)，可用于控制SDRAM，不會導致與內存控制器設計相關的技術風險和成本。

為便于UWB應用開發，有些供應商提供一款CAP UWB*估套件。CAP器件的固定部分可以當做一個標準的微控制器，和用于仿真金屬可編程模塊的高密度FPGA協同工作。這個*估套件可以快速地進行配置，仿真目前正開發的設計的性能?？稍贔PGA中實現UWB-MAC以及其它專用邏輯。

在一塊擴展板卡上實現UWB物理層。CAP UWB*測工具套件與一臺運行業界標準ARM開發工具的PC連接，用于完成系統開發和調試。這樣的開發方式允許軟、硬件開發同時進行，從而大幅縮短了開發時間。當系統經全面調試后，將UWB MAC和專用邏輯重新映像到CAP的金屬可編程模塊中，提供了元器件數目較少而完整的UWB收發器。

圖5 UWB設備間的MAC數據傳送