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[導(dǎo)讀]Cirrus Logic公司EP9315在醫(yī)療電子系統(tǒng)中的應(yīng)用

當(dāng)前,全球醫(yī)療電子行業(yè)正逐漸展現(xiàn)出誘人的發(fā)展前景,產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度不斷提高,同時(shí),由于醫(yī)療電子產(chǎn)品自身的特殊性,對(duì)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(dǎo)體廠商紛紛推出一系列適合該應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)品。

基于ARM內(nèi)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(nèi)資源,成為目前眾多醫(yī)療電子產(chǎn)品開發(fā)平臺(tái)的首選。其中,Cirrus Logic公司推出的旗艦產(chǎn)品EP9315,是目前集成度最高的ARM處理器。該處理器采用ARM920T內(nèi)核,擁有200MHz主頻的高性能,內(nèi)嵌數(shù)學(xué)協(xié)處理器、圖形加速引擎,集成包括IDE和PCMCIA等接口在內(nèi)的豐富的外圍電路,滿足工業(yè)級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)和極具吸引力的性價(jià)比,使其在眾多嵌入式微處理器中脫穎而出,成為下一代醫(yī)療電子產(chǎn)品開發(fā)平臺(tái)的理想選擇。

應(yīng)用需求

醫(yī)療電子產(chǎn)品種類繁多,功能不一。根據(jù)其應(yīng)用場(chǎng)合分類,包括超聲成像系統(tǒng)、多參數(shù)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)、常規(guī)檢驗(yàn)系統(tǒng)等。

現(xiàn)在的醫(yī)療電子產(chǎn)品總是采用最新的技術(shù),以期獲得強(qiáng)大的性能來完成日益復(fù)雜的算法和眾多的功能,滿足不斷升級(jí)的臨床應(yīng)用需求。其應(yīng)用需求主要表現(xiàn)在以下方面:

1. 隨著產(chǎn)品性能的逐步提升,需要硬件來完成大量的算法和邏輯運(yùn)算。如B超和高端監(jiān)護(hù)儀等產(chǎn)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(yīng)用。目前超聲產(chǎn)品,多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀和一些檢驗(yàn)產(chǎn)品如血球儀、生化分析儀等大多使用10‘~15‘范圍內(nèi)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(lǐng)域的使用也越來越廣泛;

3. 大數(shù)據(jù)量的存儲(chǔ)。像B超和彩超等產(chǎn)品由于應(yīng)用層軟件的日益龐大和圖像深度存儲(chǔ)的需要,已開始外接標(biāo)準(zhǔn)IDE硬盤;

4. 外圍接口的需要。如網(wǎng)絡(luò)接口和USB接口在醫(yī)療電子產(chǎn)品中已不可或缺;

5. 音頻Codec的應(yīng)用。例如在彩超系統(tǒng)中,就需要通過音頻Codec來完成多普勒血流音頻數(shù)據(jù)的編解碼;

6. 便攜式產(chǎn)品的出現(xiàn)增加了對(duì)功耗的關(guān)注程度。

上述一系列的應(yīng)用需求對(duì)微處理器平臺(tái)提出了更高的要求,工程師在選型時(shí)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(shè)計(jì)工作的便捷性和可靠性,而且能夠有效地控制成本。

EP9315的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)

微處理器作為系統(tǒng)的核心控制器件,其各項(xiàng)指標(biāo)往往是工程師們?cè)谶x型時(shí)最為關(guān)注的。與其他基于ARM9內(nèi)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(nèi)外圍接口,以及系統(tǒng)成本方面,都有比較明顯的優(yōu)勢(shì)。EP9315的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

EP9315各項(xiàng)指標(biāo)如下:

1. 集成主頻為200MHz的ARM920T內(nèi)核以及支持Linux、Windows CE和其他許多嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理單元(MMU)。擁有16KB指令緩存和16KB數(shù)據(jù)緩存;

2. 內(nèi)嵌MaverickCrunch數(shù)學(xué)協(xié)處理器,顯著提高了對(duì)單/雙精度整數(shù)及浮點(diǎn)的運(yùn)算速度,有助于復(fù)雜算法的運(yùn)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(fù)制、塊填充等操作,增強(qiáng)系統(tǒng)的圖像處理能力。該圖像加速引擎獨(dú)立于微處理器,不會(huì)增加系統(tǒng)開銷。最高可支持到1024×768的分辨率,基本滿足大多數(shù)醫(yī)療電子產(chǎn)品的大尺寸屏應(yīng)用;

4. 豐富的片內(nèi)/外圍接口資源,完全可以滿足目前各類醫(yī)療電子產(chǎn)品的應(yīng)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(xiàng)參數(shù)。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)及Cirrus Logic完善的技術(shù)支持

為了配合客戶的同步開發(fā),縮短研發(fā)周期,提升設(shè)計(jì)品質(zhì),Cirrus Logic公司專程在北京成立了一個(gè)由20多位工程師組成的技術(shù)支持中心,負(fù)責(zé)EP93xx系列產(chǎn)品的軟硬件技術(shù)支持。不僅可以提供開發(fā)板等設(shè)計(jì)參考,而且提供大量的軟件支持服務(wù),包括Windows CE平臺(tái)下的BSP源碼,驅(qū)動(dòng)源碼以及Linux平臺(tái)完整內(nèi)核源碼和開發(fā)工具包。Cirrus Logic中國(guó)及香港區(qū)總經(jīng)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(fā)中的技術(shù)支持。毫無疑問,這對(duì)降低客戶的開發(fā)難度有極大的幫助。”

成功案例

目前已經(jīng)有一些公司選擇EP9315作為系統(tǒng)的處理平臺(tái)。Emperor公司的硬件設(shè)計(jì)師說:“我們選擇EP9315作為B超系統(tǒng)升級(jí)的平臺(tái),主要是看重以下3點(diǎn):1. 集成數(shù)學(xué)協(xié)處理器,相比較同類型產(chǎn)品在算法處理速度上會(huì)快很多;2. 支持高分辨率,滿足了對(duì)圖像顯示的要求,而不用額外增加一個(gè)視頻編解碼芯片;3. 提供IDE接口,因?yàn)樵贐超產(chǎn)品中會(huì)用到硬盤和DVD光驅(qū)。”

開發(fā)多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀產(chǎn)品的深圳Adecon公司也已經(jīng)大量使用該芯片,總工程師認(rèn)為EP9315具備工業(yè)級(jí)芯片的可靠性,這一點(diǎn)在醫(yī)療設(shè)備中極為重要;另外,完善的技術(shù)支持也為前期的開發(fā)工作掃清了障礙。

EP9315提供商業(yè)級(jí)和工業(yè)級(jí)兩種型號(hào)(表2),同時(shí)提供無鉛產(chǎn)品。

產(chǎn)品解決方案

產(chǎn)品信息:

EDB9315A工程開發(fā)套件(EDB9315A Kit)包括:

1. EDB9315A 開發(fā)板(Development Board)

2. RS-232串口線(Null-Modem制)

3. 開關(guān)電源:+5V, 4A, 110V/220V 相容

4. 《快速上手指南》(Quick Start Guide)

5. 產(chǎn)品注冊(cè)卡(Registration Card)

6. IDC10-to-DB9 轉(zhuǎn)換線

7. IDE 硬盤排線

8. 3.5"-to-2.5" 筆記本硬盤適配器

9. 硬盤電源適配器(2x1 Header to HDD Power Connector Adapter)

10. 微軟WinCE 5.0 Platform Builder 開發(fā)環(huán)境光碟

11. ARM RealView Suite 開發(fā)環(huán)境光碟

12. IAR 開發(fā)環(huán)境光碟

13. EDB9315A 開發(fā)板系統(tǒng)光盤(EDB9315A system resource CD),內(nèi)容包括:

EDB9315A開發(fā)板文檔

EDB9315A開發(fā)板原理圖

EDB9315A軟件【包括WINCE5.0平臺(tái)BSP源碼、驅(qū)動(dòng)源碼,及LINUX平臺(tái)完整LINUX 2.6.8.1內(nèi)核源碼樹(包含QT/Opie開發(fā)包)、Linux下的開發(fā)工具包】

EDB9315A開發(fā)板資源與接口:

1. Cirrus Logic 高集成度ARM9 SOC芯片:EP9315, 時(shí)鐘頻率:200MHz

2. SDRAM:64MByte

3. FLASH:16MByte NOR flash Memory

4. USB HOST:2個(gè)USB 2.0 全速主端口

5. USB DEVICE:1個(gè)USB 2.0 高速?gòu)亩丝?/p>

6. 音頻輸出(Audio Out)

7. 音頻輸入(Audio In)

8. 串口:3個(gè)UART 串口

9. Ethernet:10/100以太網(wǎng)接口

10. VGA 視頻輸出接口

11. IDE 硬盤光盤接口

12. JTAG 調(diào)試接口

13. 紅外接口:Consumer IR (CIR)

14. 板載總線與IO擴(kuò)充接口(Expansion Connectors)

15. LCD接口與觸摸屏接口(LCD Interface with Touch Screen Support)

A. EP9315處理器

B. 處理器狀態(tài)指示燈:一綠一紅

C. USB 2.0 高速?gòu)脑O(shè)備接口IC (ISP1581)

D. SDRAM - 2 個(gè)16位SDRAM顆粒IC

E. 存儲(chǔ)總線擴(kuò)充接口

F. 主電源開關(guān)

G. 5V 電源輸入連接座

H. 3.3V 電源輸出芯片, 3A

I. 串口啟動(dòng)按鈕 - 標(biāo)記: "SERIAL BOOT"

J. 復(fù)位按鈕 - 標(biāo)記: "/POR"

K. UART2 連接頭 - 5x2

L. UART1 連接頭 - 5x2

M. UART1 - DB9 公座

N. USB從設(shè)備連接座(用于連接PC機(jī))

O. 以太網(wǎng)連接座

P. 雙USB主端口連接座(用于連接鼠標(biāo)、鍵盤、U盤、攝像頭、打印機(jī)等等USB從設(shè)備)

Q. 音頻輸出連接座

R. 音頻輸入連接座

S. 設(shè)備總線擴(kuò)充接口

T. 觸摸屏連接頭

U. JTAG仿真器連接頭

V. VGA輸出連接座 - DB15 母座

W. LCD 連接頭

X. IDE 連接頭

Y. IDE +5V 電源(用于輸出給硬盤供電)

Z. 紅外通訊收發(fā)器(IR)

更多醫(yī)療電子信息請(qǐng)關(guān)注:21ic醫(yī)療電子

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