醫療電子平臺選擇:FPGA、ARM、X86、DSP還是GPU分析

　　“邁瑞對于處理器平臺的選擇有兩個(gè)看似矛盾的原則：‘多’和‘少’。其中‘多’是指多樣性，我們知道無(wú)論是DSP、ARM、X86還是FPGA、GPU，每個(gè)平臺都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺陷，因此在設計產(chǎn)品時(shí)就可以根據他們的特點(diǎn)進(jìn)行選擇和搭配，處理器平臺的多樣性以及合理的搭配可以使產(chǎn)品更具有競爭力。”在日前舉辦的第三屆中國國際醫療電子技術(shù)大會(huì )(CMET2010)上，深圳邁瑞生物醫療電子硬件技術(shù)委員會(huì )執行主任、系統工程師姚力與大家分享了邁瑞選擇處理器平臺的秘訣，“‘少’則是指的盡最大可能的減少處理器種類(lèi)，多種處理器平臺不但會(huì )給制造方面帶來(lái)麻煩，在研發(fā)方面也會(huì )大大增加企業(yè)人力和資金的投入，每采用一個(gè)新的處理器平臺都需要購買(mǎi)新的軟件、重新培訓工程師等等。因此邁瑞的傳統是把首次使用獲得成功的處理器平臺在多個(gè)產(chǎn)品中反復應用，如果要使用一種新的處理器時(shí)，必須經(jīng)過(guò)技術(shù)委員會(huì )的聽(tīng)證批準。”

　　據姚力介紹，邁瑞的明星產(chǎn)品便攜式彩色超聲儀M7中就使用了X86、FPGA、DSP 和ARM等多個(gè)平臺應對不同工作，其中主處理器采用了性能與價(jià)格皆高的Intel CORE 2 duo、信號處理采用運算能力更加強大的FPGA和DSP共同完成、面板部分采用Nios II、電源部分則使用了低端的ARM7系列產(chǎn)品，充分體現了邁瑞選擇處理器平臺原則中的“多”字。另外一個(gè)原則“少”則體現在同一系列的產(chǎn)品一旦選定處理器，今后的幾代產(chǎn)品中都將使用同樣平臺，幾乎不會(huì )再做更換。

　　邁瑞M7： 醫療電子處理器平臺選擇中的“多”

　　統一平臺重復使用： 醫療電子處理器平臺選擇中的“少”

　　這種代表了絕大多數醫療電子廠(chǎng)商選擇處理器平臺的策略使得多家處理器供應商瞄上了這一市場(chǎng)：“多”意味著(zhù)只要你的處理器具有某種優(yōu)勢或特點(diǎn)就有可能會(huì )被選用，“少”則意味著(zhù)一旦被選用，就獲取了一個(gè)訂單十分穩定的長(cháng)期客戶(hù)。因此在CMET2010上，NXP、Freescale、TI、ADI、Actel、Xilinx等處理器供應商都大力展示出了自己產(chǎn)品平臺的特色與優(yōu)勢。

　　恩智浦半導體大中華區市場(chǎng)總監金宇杰介紹，NXP提供了從M3、M0到M4的一系列32位MCU，可以為醫療電子應用提供多樣化選擇。其中Cortex-M3系列產(chǎn)品性能更高，能夠從ARM7的應用順利過(guò)渡，具有USB OTG、Motor controlled PWM、QEI、CAN等豐富的周邊功能，還擁有內存保護單元(MPU)、嵌套向量中斷控制器(NVIC)、Flash加速器、DMA等多種獨特的執行工具;Cortex-M0系列中斷程序可使用C代碼、兼容M3以及超低功耗深度睡眠價(jià)格使其更有利于醫療電子設備達到更低的功耗、獲取更低的性?xún)r(jià)比;最新推出的M4系列則融合了MCU與DSP的功能，在處理DSP的算法速度上提高了5-10倍。

　　飛思卡爾半導體市場(chǎng)經(jīng)理何英偉表示，Freescale已經(jīng)在醫療電子領(lǐng)域耕耘了十余年，公司有專(zhuān)門(mén)的團隊針對醫療市場(chǎng)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，如近期就推出了用于大量個(gè)人醫療應用的MCU輔助產(chǎn)品——首款通用串行總線(xiàn)(USB)軟件棧。在月底還將推出三款新的MCU：MC9S08LL/LH、MC9S08JE/MM、MCF51JE/MM，其中在JE和MM部分都會(huì )有兩個(gè)不同版本，提供兼容引腳、可無(wú)縫升級的8到32位的MCU，十分適合用于開(kāi)發(fā)同系列高低檔產(chǎn)品。

　　德州儀器半導體事業(yè)部MSP430應用工程師郭君表示，MSP430系列已經(jīng)在醫療電子產(chǎn)品中廣泛應用。如TI 的低功耗 DSP 技術(shù)還可以消除由其它光源或讀取信息時(shí)出現的移動(dòng)而導致的信號失真，僅提取重要信號。通過(guò)復雜算法，DSP 技術(shù)可精確讀取極低電平信號，這一附加處理功能在脈動(dòng)式血氧計中非常有用，它能測量其它波長(cháng)的吸收以檢測其它種類(lèi)氧絡(luò )血紅蛋白的飽和度。另外MSP430還集成了信號鏈、電源管理和顯示驅動(dòng)器元件，十分適合要求更多功能的新型醫療設備使用。

　　與其他廠(chǎng)商不同，ADI亞太區醫療業(yè)務(wù)資深業(yè)務(wù)經(jīng)理周文勝并沒(méi)有主推其DSP產(chǎn)品，而是劍走偏鋒，詳細介紹了ADI推出的脈搏血氧儀單板解決方案，使用該方案可以使醫療電子廠(chǎng)商迅速推出低成本、小尺寸、高性能的便攜式脈搏血氧儀，大概是希望能夠利用更加便捷的設計吸引一些設計能力不足或者想在便攜產(chǎn)品減少研發(fā)投入的廠(chǎng)商。

　　參加CMET2010的還有Xilinx與Actel兩個(gè)FPGA廠(chǎng)商，據賽靈思亞太區市場(chǎng)及應用總監張宇清介紹，擁有超低功耗、超多接口、靈活配置以及更強計算能力等特點(diǎn)的FPGA更加適合醫療成像、診斷、監測和治療等等醫療電子中專(zhuān)有應用，而FPGA更加有利于創(chuàng )新的特性也將在中國醫療電子產(chǎn)業(yè)升級的過(guò)程中發(fā)揮重要作用。Actel技術(shù)支持/培訓經(jīng)理戴夢(mèng)麟則介紹了其獨有的基于Flash的FPGA技術(shù)，據其介紹，基于Flash的特性使得Actel FPGA具有上電即行、固件錯誤免疫等獨特優(yōu)勢。

　　而在大會(huì )上沒(méi)有出現的X86與GPU陣營(yíng)也各有個(gè)的特點(diǎn)，如X86是目前計算機通用平臺，對于開(kāi)發(fā)人員來(lái)講界面十分親和，而且X86產(chǎn)品經(jīng)過(guò)intel多年的努力，接口十分豐富，性能也相對較高，不過(guò)存在價(jià)格偏高、功耗偏大的先天缺陷，這一點(diǎn)intel目前正在彌補。GPU平臺雖然還未獲得大量使用，但依靠其圖像處理能力已經(jīng)獲得了醫療成像領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，姚力甚至稱(chēng)其為“下一代處理器平臺”。

　　不過(guò)，正如文章開(kāi)頭所述，無(wú)論是那種處理器都不可能獨占市場(chǎng)。因而各家廠(chǎng)商需要做的不是拼命爭搶同一個(gè)市場(chǎng)，而是充分發(fā)揮自身技術(shù)的優(yōu)勢，專(zhuān)攻更加適合自己產(chǎn)品的應用市場(chǎng)。不但如此，彼此之間還應該進(jìn)行更加充分的合作，從而讓終端產(chǎn)品廠(chǎng)商更加容易的進(jìn)行搭配，這一點(diǎn)現在也得到了大家的認可，如賽靈思就與ARM開(kāi)始了深度合作，在FPGA中集成了ARM內核，MIPS也向Altera 公司授權了MIPS32TM 架構，相信隨著(zhù)這些合作的深入，未來(lái)的處理器市場(chǎng)將會(huì )是百花齊放、各盡其責的一片大好場(chǎng)面。