TMS320C5515：心電圖（ECG）MDK開(kāi)發(fā)方案

TI 公司的TMS320C5515 DSP醫療開(kāi)發(fā)套件（Rev. B）支持完整的醫療應用開(kāi)發(fā)，如心電圖（ECG）、數字聽(tīng)診器和脈沖血氧計等。典型應用包括模擬前端（AFE）、信號處理算法以及用戶(hù)控制與交互。 TMS320C5515是低功耗定點(diǎn)數字信號處理器（DSP），采用TMS320C55x? DSP處理器核，內核工作電壓1.05V/1.3V、I/O電壓為1.8/2.5/2.75/3.3V。16.67/13.33/10/8.33-ns指 令周期，時(shí)鐘速率60-,75-,100-,120-MHz，具有320kB 片內RAM。

ECG設計

TMS320C5515定點(diǎn)數字信號處理器是TI公司TMS320C5000?定點(diǎn)數字信號處理器（DSP）產(chǎn)品系列的成員之一，面向低功耗應用。

定 點(diǎn)DSP基于TMS320C55x? DSP系列CPU處理器內核。C55x? DSP架構通過(guò)提高并行化和集中精力節省功耗而實(shí)現了高性能與低功耗。CPU支持由1條程序總線(xiàn)、1根32位數據讀出總線(xiàn)、2根16位數據讀出總線(xiàn)、2根 16位數據寫(xiě)入總線(xiàn)和其他外設與DMA活動(dòng)專(zhuān)用總線(xiàn)組成的內部總線(xiàn)結構。這些總線(xiàn)提供了在單個(gè)周期內執行4次16位數據讀出和2次16位數據寫(xiě)入操作的功 能。該器件還包含4個(gè)DMA控制器，每個(gè)都具有4根通道，無(wú)需CPU干預即可在16條獨立通道的環(huán)境下實(shí)現數據傳送。在CPU活動(dòng)過(guò)程中或獨立于CPU活 動(dòng)，每個(gè)DMA控制器每周期都可以執行1次32位數據傳送。

C55x CPU提供了2個(gè)乘累加（MAC）單元，每個(gè)單元在單個(gè)周期內都可以執行1次17位×17位乘法和1次32位加法。中央40位運算/邏輯單元（ALU）得 到了另一個(gè)16位ALU的支持。ALU的使用受控于指令集，提供了優(yōu)化并行活動(dòng)與功耗的能力。這些資源存放在C55x CPU的地址單元（AU）和數據單元（DU）內。

圖1 TMS320C5515方框圖

圖2 醫療開(kāi)發(fā)套件（MDK）硬件方框圖

C55x CPU支持可變字節寬度指令集，從而提高了代碼密度。指令單元（IU）從內部或外部存儲器獲取32位程序，并針對程序單元（PU）排列指令。程序單元對指 令進(jìn)行解碼，將任務(wù)指向地址單元（AU）和數據單元（DU）資源，管理受到全面保護的流水線(xiàn)。提前轉移功能可以避免執行條件指令時(shí)發(fā)生流水線(xiàn)排空的情況。

通 用輸入和輸出功能以及10位SAR ADC為L(cháng)CD顯示器、鍵盤(pán)和媒體界面提供了充足的狀態(tài)、中斷和比特位I/O引腳。通過(guò)2個(gè)多媒體卡/安全數字（MMC/SD）外設、4個(gè)Inter- IC Sound（I2S BusTM）模塊、1個(gè)具有4種芯片選擇的串行端口接口（SPI）、1個(gè)I2C多主-從接口和1個(gè)通用異步接收器/發(fā)射器（UART）接口實(shí)現了串行媒體 支持。

器件外設集包括1個(gè)外部存儲器接口（EMIF），可以無(wú)縫訪(fǎng)問(wèn)異步存儲器（如EEPROM、NOR、NAND和SRAM）和高速、 高密度存儲器（如同步DRAM（SDRAM）和移動(dòng)SDRAM（mSDRAM））。其他外設包括：高速通用串行總線(xiàn)（USB2.0）僅Device模式和 實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）。該器件還包含3個(gè)通用定時(shí)器（其中1個(gè)可配置成看門(mén)狗定時(shí)器）和1個(gè)模擬鎖相環(huán)（APLL）時(shí)鐘發(fā)生器。

此外，該器 件還包含1個(gè)緊耦合FFT硬件加速器。緊耦合FFT硬件加速器支持8點(diǎn)~1024點(diǎn)（2的乘冪）實(shí)數和復數FFT。并且，該器件還含有3個(gè)集成式 LDO（DSP_LDO、ANA_LDO和USB_LDO），可以為器件的不同部分供電。DSP_LDO可以為DSP內核（CVDD）提供 1.3V~1.05V的電壓。為了實(shí)現功耗最低的操作，編程器可以在外部電源為RTC（CVDDRTC和DVDDRTC）供電的時(shí)候關(guān)閉內部 DSP_LDO，從而降低了DSP內核（CVDD）的功耗。ANA_LDO設計用于為DSP PLL（VDDA_PLL）、SAR和電源管理電路（VDDA_ANA）提供1.3V的電壓。USB_LDO為USB內核數字（USB_VDD1P3）和 PHY電路（USB_VDDA1P3）提供了1.3V的電壓。RTC警報中斷或喚醒引腳可以重新啟動(dòng)內部DSP_LDO，重新為DSP內核供電。

該 器件得到了業(yè)內獲獎的eXpressDSPTM、Code Composer Studio?集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）、DSP/BIOS?、Texas Instruments算法標準和業(yè)內最大的第三方網(wǎng)絡(luò )的支持。Code Composer Studio IDE具有代碼生成工具，包括C編譯器和連接器、RTDXTM、XDS100TM、XDS510TM、XDS560?仿真器件驅動(dòng)器與評估模塊。該器件還 得到了C55x DSP庫的支持，其具有50多種基本軟件內核（FIR濾波器、IIR濾波器、FFT和各種數學(xué)功能）和芯片支持庫。

圖3 ECG板外形圖

圖4 安裝在C5515 EVM的ECG前端外形圖

TMS320C5515的主要特性

? 高性能/低功耗C55xTM定點(diǎn)DSP

? 16.67/13.33/10/8.33-ns指令周期時(shí)間

? 60、75、100和120MHz時(shí)鐘速率

? 320kB片上RAM

? 16/8位外部存儲器接口（EMIF）

? 2個(gè)多媒體卡/安全數字I/F

? 具有4種芯片選擇的串行端口I/F（SPI）

? 4個(gè)Inter-IC Sound（I2S Bus?）

? USB 2.0全速和高速器件

? 帶有異步接口的LCD橋

? 緊耦合FFT硬件加速器

? 10位4-輸入SAR ADC

? 具有晶體輸入的實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）

? 4個(gè)內核絕緣電源域

? 4個(gè)I/O絕緣電源域

? 3個(gè)集成式LDO

? 提供工業(yè)溫度器件

? 1.05V內核電壓、1.8/2.5/2.75/3.3V I/O電壓

? 1.3V內核電壓、1.8/2.5/2.75/3.3V I/O電壓

醫療開(kāi)發(fā)套件（MDK）

大 量新興醫療應用，如心電圖（ECG）、數字聽(tīng)診器和脈沖血氧計，要求以極低的功耗實(shí)現較高的DSP處理性能。TMS320C5515數字信號處理器 （DSP）是這類(lèi)應用的較理想之選。C5515是TI公司C5000TM定點(diǎn)DSP平臺的成員之一。為了利用C5515開(kāi)發(fā)各種醫療應用，Texas Instruments開(kāi)發(fā)了基于C5515 DSP的MDK。典型醫療應用包括：