MIPS架構的醫院智能導診系統設計

摘要：通過(guò)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(shí)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(wù)效率。智能導診系統能夠播放醫院相關(guān)的健康宣傳資料、專(zhuān)家排班信息。
關(guān)鍵詞：MIPS；Linux；MiniGUI；智能導診系統

MIPS微處理器是指無(wú)內部互鎖流水級的處理器，它是由斯坦福大學(xué)的Hennessy教授領(lǐng)導的研究小組研制出來(lái)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(jiǎn)單的算術(shù)指令，通過(guò)提供大量的內部寄存器減少內存訪(fǎng)問(wèn)次數。MIPS有32個(gè)通用寄存器，每個(gè)寄存器擁有32位的地址空間。系統通過(guò)研究基于MIPS架構的SMP8654芯片，設計和實(shí)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(zhuān)為滿(mǎn)足高清視頻播放應用需求而設計的全新芯片。和基于A(yíng)RM架構的低端芯片相比，SMP8654的視頻處理能力更加優(yōu)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(gè)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(gè)32 KB的指令Cache和1個(gè)32 KB的數據Cache、2個(gè)可編程計時(shí)器以及3個(gè)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(xiàn)結構，G-bus是主總線(xiàn)，CPU通過(guò)此總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)外部功能單元的各狀態(tài)寄存器，而對主CPU芯片內部的中斷控制器、計時(shí)器等的訪(fǎng)問(wèn)是通過(guò)將L-bus映射到G-Bus上的方式進(jìn)行的。主CPU內部有一個(gè)高效的乘除運算單元(Multiply／Divide Unit)及浮點(diǎn)數運算單元(FPU)，還有一個(gè)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(gè)IPU(Interrupt ProcesslngUnit)。這個(gè)MIPS 24kf系列的32位處理器專(zhuān)門(mén)處理那些需要低延時(shí)的應用需求。它主要處理從視頻處理子系統(Video Processing Subsystem)所產(chǎn)生的中斷。它的時(shí)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(gè)DDR-DRAM控制器，每一個(gè)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(shí)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(shí)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(gè)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(gè)顯示器所要求的分辨率并且將其呈現出來(lái)。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(gè)2D圖形加速功能模塊。智能導診系統利用此GFX引擎實(shí)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(gè)為用戶(hù)專(zhuān)門(mén)設計的32位數字信號處理器，音頻的解碼和操作是由這個(gè)專(zhuān)用的DSP處理的。這個(gè)DSP工作在333 MHz的時(shí)鐘頻率下，指令和數據是分開(kāi)存儲的，DSP通過(guò)系統總線(xiàn)取得指令，通過(guò)數據總線(xiàn)獲取需要解碼的音頻數據。和基于A(yíng)RM架構的處理器一樣，它有一個(gè)32位的指令系統，同時(shí)與之對應了一個(gè)16位的指令集，通過(guò)Load／Store從內存裝載數據到DSP的相關(guān)寄存器中進(jìn)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(shí)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(pán)，通過(guò)內部的SATA接口控制。提供對USB2．0協(xié)議支持以及802．11n協(xié)議的支持，也就是說(shuō)播放器可以從網(wǎng)絡(luò )中讀取各種視頻資源，從硬盤(pán)或者是USB等移動(dòng)盤(pán)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(guò)Sigma公司提供的SDK可以很容易地操作這些硬件，實(shí)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(guò)程。在智能導診系統中，醫院HIS系統中的病人掛號信息通過(guò)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(guān)隊列中，這樣病人就可以在專(zhuān)門(mén)的等候區休息等候了。