MIPS架構(gòu)的醫(yī)院智能導(dǎo)診系統(tǒng)設(shè)計

摘要：通過研究基于MIPS架構(gòu)的SMP8654芯片的硬件架構(gòu)，并且利用芯片內(nèi)部的圖形加速引擎GFX的方式實現(xiàn)了具有高清視頻顯示和圖片文字處理功能的播放器。系統(tǒng)以嵌入式Linux和MiniGUI為平臺設(shè)計了智能導(dǎo)診系統(tǒng)，提高了醫(yī)院的導(dǎo)診就醫(yī)的服務(wù)效率。智能導(dǎo)診系統(tǒng)能夠播放醫(yī)院相關(guān)的健康宣傳資料、專家排班信息。
關(guān)鍵詞：MIPS；Linux；MiniGUI；智能導(dǎo)診系統(tǒng)

MIPS微處理器是指無內(nèi)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(dǎo)的研究小組研制出來的。MIPS微處理器采用RISC(Recluced InstructionSet Computer)的設(shè)計原則，只支持有限的機(jī)器指令以及簡單的算術(shù)指令，通過提供大量的內(nèi)部寄存器減少內(nèi)存訪問次數(shù)。MIPS有32個通用寄存器，每個寄存器擁有32位的地址空間。系統(tǒng)通過研究基于MIPS架構(gòu)的SMP8654芯片，設(shè)計和實現(xiàn)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(jù)MIPS設(shè)計公司指導(dǎo)的全新設(shè)計方案，是Sigma公司專為滿足高清視頻播放應(yīng)用需求而設(shè)計的全新芯片。和基于ARM架構(gòu)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(nèi)部，有一個MIPS 24kf系列的主CPU芯片，工作頻率為500 MHz。在主CPU芯片的內(nèi)部，具有1個32 KB的指令Cache和1個32 KB的數(shù)據(jù)Cache、2個可編程計時器以及3個獨立的中斷控制器和2路UART(Universal Asynchronous Receiver／Transmitter)。主CPU內(nèi)部采用雙總線結(jié)構(gòu)，G-bus是主總線，CPU通過此總線訪問外部功能單元的各狀態(tài)寄存器，而對主CPU芯片內(nèi)部的中斷控制器、計時器等的訪問是通過將L-bus映射到G-Bus上的方式進(jìn)行的。主CPU內(nèi)部有一個高效的乘除運算單元(Multiply／Divide Unit)及浮點數(shù)運算單元(FPU)，還有一個增強(qiáng)的JTAG調(diào)試模塊，用于調(diào)試應(yīng)用程序及內(nèi)核代碼。
SMP8654芯片內(nèi)部有一個IPU(Interrupt ProcesslngUnit)。這個MIPS 24kf系列的32位處理器專門處理那些需要低延時的應(yīng)用需求。它主要處理從視頻處理子系統(tǒng)(Video Processing Subsystem)所產(chǎn)生的中斷。它的時鐘頻率為333 MHz，而且還有16 KB的指令Cache和16KB數(shù)據(jù)Cache。
SMP8654芯片包含兩個DDR-DRAM控制器，每一個控制都支持高達(dá)512 MB的DDR2內(nèi)存，這些外部存儲器可以為音頻、視頻以及數(shù)據(jù)提供緩沖區(qū)，并且能存放硬件模塊的臨時數(shù)據(jù)。
1．2 SMP8654的視頻及音頻處理
1．2．1 視頻解碼子系統(tǒng)
SMP8654的視頻解碼子系統(tǒng)(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(tǒng)執(zhí)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(gòu)。能同時解碼的視頻文件數(shù)目是由視頻的格式以及所要呈現(xiàn)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(tǒng)
視頻處理子系統(tǒng)(Video Processing Subsystem)從內(nèi)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顯示器所要求的分辨率并且將其呈現(xiàn)出來。視頻處理子系統(tǒng)可以控制顏色、分辨率以及色彩飽和度，并且能處理視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(tǒng)還有一個2D圖形加速功能模塊。智能導(dǎo)診系統(tǒng)利用此GFX引擎實現(xiàn)了文字和圖片的高清顯示功能。
1．2．3 音頻處理子系統(tǒng)
SMP8654芯片的集成音頻處理子系統(tǒng)(Audio)Processing Subsystem)是一個為用戶專門設(shè)計的32位數(shù)字信號處理器，音頻的解碼和操作是由這個專用的DSP處理的。這個DSP工作在333 MHz的時鐘頻率下，指令和數(shù)據(jù)是分開存儲的，DSP通過系統(tǒng)總線取得指令，通過數(shù)據(jù)總線獲取需要解碼的音頻數(shù)據(jù)。和基于ARM架構(gòu)的處理器一樣，它有一個32位的指令系統(tǒng)，同時與之對應(yīng)了一個16位的指令集，通過Load／Store從內(nèi)存裝載數(shù)據(jù)到DSP的相關(guān)寄存器中進(jìn)行處理。
1．2．4 高清播放機(jī)硬件架構(gòu)
高清播放機(jī)硬件架構(gòu)如圖1所示。高清播放器實現(xiàn)的功能主要包括視頻處理以及圖片文字顯示。硬件架構(gòu)中的重要部分包括視頻解碼子系統(tǒng)、視頻處理子系統(tǒng)、音頻處理子系統(tǒng)。這里的HDD表示可選的硬盤，通過內(nèi)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，也就是說播放器可以從網(wǎng)絡(luò)中讀取各種視頻資源，從硬盤或者是USB等移動盤中獲得數(shù)據(jù)。視頻處理子系統(tǒng)中的GFX代表的是圖形加速引擎，通過Sigma公司提供的SDK可以很容易地操作這些硬件，實現(xiàn)硬件加速功能。在智能導(dǎo)診系統(tǒng)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程。在智能導(dǎo)診系統(tǒng)中，醫(yī)院HIS系統(tǒng)中的病人掛號信息通過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門的等候區(qū)休息等候了。