具有硬件矢量浮点运算单元的微控制器在医疗电子中的应用

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  •     摘  要: 恩智浦微控制器非常适用于需要高性能和低功耗的嵌入式应用。LPC3000系列ARM9微控制器具有片上的矢量浮点运算单元,使其在需要较多的算法处理特别是单精度及双精度浮点运算的应用中具有性能上的优势。以该产品在医疗电子领域的应用为例作了说明,并提供了基于恩智浦微控制器的基准测试数据。这些数据使用由嵌入式微处理器评测基准协会(EEMBC)开发的工具收集得到,并由此得到一种用于测量处理器性能和能耗的标准方法学。
        关键词: 微控制器;ARM9;浮点运算;医疗电子

     

        如今,越来越多的嵌入式控制应用需要信号处理,如:滤波、插值、降噪、频谱分析、解调等。医疗电子设备正是需要进行信号处理的一个应用领域。例如用于超声诊断的图像处理,在进行图像重建、边缘处理、增强以及图像识别和辨识形状时均需要进行大量的数字信号处理。用于胎心、血压和心跳等监护的控制平台,其运算模块也会对采样得到的原始数据经过一定的算法处理,再将处理和分析结果通过LCD等反馈给使用者。
        8 bit/16 bit微控制器通常需要消耗很多计算资源来做这些工作。今天,内置浮点运算的强大微控制器开始出现,32 bit微控制器有足够的能力来实现其中的许多功能。

                                          评估微控制器的性能
        相比于专业的DSP处理器,微控制器用于信号处理具有如下优势:
        (1)有效的循环控制;(2)丰富的外设;(3)单一的处理器结构、指令集和开发工具链;(4)统一的中断和任务切换环境,同类存储器;(5)同样的操作系统同时管理控制和信号处理任务,基于MMU;(6)由于大大地简化了开发过程,所以上市时间较短;(7)流行的微控制器容易获得,开发工具成本低。
        如何评估微控制器的性能是否满足应用需求,是工程师在项目设计的早期阶段需要考虑的问题。评价和汇总来自数据手册的信息是一种有效方法,另一种方法是使用某一类型的评估板来进行特定性能测试和功耗测试的方法。这两类方法都有各自的缺点。
        依赖于数据手册的比较是有风险的,而测试多种硬件通常不切实际、耗时且昂贵。本文检验了一种使用工业标准基准数据的中间解决方案,在产品设计的早期阶段,当关键器件选定以后,使用这种方法来评估性能和能耗。
        目标是调查恩智浦微控制器在几种不同测试标准下的系统性能,并把收集到的数据和能耗关联起来。这就需要同时测量性能和功耗,进而能够测量在特定负载下的整体能耗。

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