医疗电子平台选择:FPGA、ARM、X86、DSP还是GPU分析

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  “迈瑞对于处理器平台的选择有两个看似矛盾的原则:‘多’和‘少’。其中‘多’是指多样性,我们知道无论是DSP、ARM、X86还是FPGA、GPU,每个平台都有各自的优点和缺陷,因此在设计产品时就可以根据他们的特点进行选择和搭配,处理器平台的多样性以及合理的搭配可以使产品更具有竞争力。”在日前举办的第三届中国国际医疗电子技术大会(CMET2010)上,深圳迈瑞生物医疗电子硬件技术委员会执行主任、系统工程师姚力与大家分享了迈瑞选择处理器平台的秘诀,“‘少’则是指的尽最大可能的减少处理器种类,多种处理器平台不但会给制造方面带来麻烦,在研发方面也会大大增加企业人力和资金的投入,每采用一个新的处理器平台都需要购买新的软件、重新培训工程师等等。因此迈瑞的传统是把首次使用获得成功的处理器平台在多个产品中反复应用,如果要使用一种新的处理器时,必须经过技术委员会的听证批准。”
  据姚力介绍,迈瑞的明星产品便携式彩色超声仪M7中就使用了X86、FPGA、DSP 和ARM等多个平台应对不同工作,其中主处理器采用了性能与价格皆高的Intel CORE 2 duo、信号处理采用运算能力更加强大的FPGA和DSP共同完成、面板部分采用Nios II、电源部分则使用了低端的ARM7系列产品,充分体现了迈瑞选择处理器平台原则中的“多”字。另外一个原则“少”则体现在同一系列的产品一旦选定处理器,今后的几代产品中都将使用同样平台,几乎不会再做更换。
  

  迈瑞M7: 医疗电子处理器平台选择中的“多”
  

  统一平台重复使用: 医疗电子处理器平台选择中的“少”
  这种代表了绝大多数医疗电子厂商选择处理器平台的策略使得多家处理器供应商瞄上了这一市场:“多”意味着只要你的处理器具有某种优势或特点就有可能会被选用,“少”则意味着一旦被选用,就获取了一个订单十分稳定的长期客户。因此在CMET2010上,NXP、Freescale、TI、ADI、Actel、Xilinx等处理器供应商都大力展示出了自己产品平台的特色与优势。
  恩智浦半导体大中华区市场总监金宇杰介绍,NXP提供了从M3、M0到M4的一系列32位MCU,可以为医疗电子应用提供多样化选择。其中Cortex-M3系列产品性能更高,能够从ARM7的应用顺利过渡,具有USB OTG、Motor controlled PWM、QEI、CAN等丰富的周边功能,还拥有内存保护单元(MPU)、嵌套向量中断控制器(NVIC)、Flash加速器、DMA等多种独特的执行工具;Cortex-M0系列中断程序可使用C代码、兼容M3以及超低功耗深度睡眠价格使其更有利于医疗电子设备达到更低的功耗、获取更低的性价比;最新推出的M4系列则融合了MCU与DSP的功能,在处理DSP的算法速度上提高了5-10倍。
  飞思卡尔半导体市场经理何英伟表示,Freescale已经在医疗电子领域耕耘了十余年,公司有专门的团队针对医疗市场开发产品,如近期就推出了用于大量个人医疗应用的MCU辅助产品——首款通用串行总线(USB)软件栈。在月底还将推出三款新的MCU:MC9S08LL/LH、MC9S08JE/MM、MCF51JE/MM,其中在JE和MM部分都会有两个不同版本,提供兼容引脚、可无缝升级的8到32位的MCU,十分适合用于开发同系列高低档产品。
  德州仪器半导体事业部MSP430应用工程师郭君表示,MSP430系列已经在医疗电子产品中广泛应用。如TI 的低功耗 DSP 技术还可以消除由其它光源或读取信息时出现的移动而导致的信号失真,仅提取重要信号。通过复杂算法,DSP 技术可精确读取极低电平信号,这一附加处理功能在脉动式血氧计中非常有用,它能测量其它波长的吸收以检测其它种类氧络血红蛋白的饱和度。另外MSP430还集成了信号链、电源管理和显示驱动器元件,十分适合要求更多功能的新型医疗设备使用。
  与其他厂商不同,ADI亚太区医疗业务资深业务经理周文胜并没有主推其DSP产品,而是剑走偏锋,详细介绍了ADI推出的脉搏血氧仪单板解决方案,使用该方案可以使医疗电子厂商迅速推出低成本、小尺寸、高性能的便携式脉搏血氧仪,大概是希望能够利用更加便捷的设计吸引一些设计能力不足或者想在便携产品减少研发投入的厂商。
  参加CMET2010的还有Xilinx与Actel两个FPGA厂商,据赛灵思亚太区市场及应用总监张宇清介绍,拥有超低功耗、超多接口、灵活配置以及更强计算能力等特点的FPGA更加适合医疗成像、诊断、监测和治疗等等医疗电子中专有应用,而FPGA更加有利于创新的特性也将在中国医疗电子产业升级的过程中发挥重要作用。Actel技术支持/培训经理戴梦麟则介绍了其独有的基于Flash的FPGA技术,据其介绍,基于Flash的特性使得Actel FPGA具有上电即行、固件错误免疫等独特优势。
  而在大会上没有出现的X86与GPU阵营也各有个的特点,如X86是目前计算机通用平台,对于开发人员来讲界面十分亲和,而且X86产品经过intel多年的努力,接口十分丰富,性能也相对较高,不过存在价格偏高、功耗偏大的先天缺陷,这一点intel目前正在弥补。GPU平台虽然还未获得大量使用,但依靠其图像处理能力已经获得了医疗成像领域的广泛关注,姚力甚至称其为“下一代处理器平台”。
  不过,正如文章开头所述,无论是那种处理器都不可能独占市场。因而各家厂商需要做的不是拼命争抢同一个市场,而是充分发挥自身技术的优势,专攻更加适合自己产品的应用市场。不但如此,彼此之间还应该进行更加充分的合作,从而让终端产品厂商更加容易的进行搭配,这一点现在也得到了大家的认可,如赛灵思就与ARM开始了深度合作,在FPGA中集成了ARM内核,MIPS也向Altera 公司授权了MIPS32TM 架构,相信随着这些合作的深入,未来的处理器市场将会是百花齐放、各尽其责的一片大好场面。