TMS320C5515：心電圖（ECG）MDK開(kāi)發(fā)方案

TI 公司的TMS320C5515 DSP醫(yī)療開(kāi)發(fā)套件（Rev. B）支持完整的醫(yī)療應(yīng)用開(kāi)發(fā)，如心電圖（ECG）、數(shù)字聽(tīng)診器和脈沖血氧計(jì)等。典型應(yīng)用包括模擬前端（AFE）、信號(hào)處理算法以及用戶控制與交互。 TMS320C5515是低功耗定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），采用TMS320C55x? DSP處理器核，內(nèi)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(nèi)RAM。

ECG設(shè)計(jì)

TMS320C5515定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器是TI公司TMS320C5000?定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）產(chǎn)品系列的成員之一，面向低功耗應(yīng)用。

定 點(diǎn)DSP基于TMS320C55x? DSP系列CPU處理器內(nèi)核。C55x? DSP架構(gòu)通過(guò)提高并行化和集中精力節(jié)省功耗而實(shí)現(xiàn)了高性能與低功耗。CPU支持由1條程序總線、1根32位數(shù)據(jù)讀出總線、2根16位數(shù)據(jù)讀出總線、2根 16位數(shù)據(jù)寫(xiě)入總線和其他外設(shè)與DMA活動(dòng)專用總線組成的內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)。這些總線提供了在單個(gè)周期內(nèi)執(zhí)行4次16位數(shù)據(jù)讀出和2次16位數(shù)據(jù)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(yù)即可在16條獨(dú)立通道的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。在CPU活動(dòng)過(guò)程中或獨(dú)立于CPU活 動(dòng)，每個(gè)DMA控制器每周期都可以執(zhí)行1次32位數(shù)據(jù)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(nèi)都可以執(zhí)行1次17位×17位乘法和1次32位加法。中央40位運(yùn)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(shù)據(jù)單元（DU）內(nèi)。

圖1 TMS320C5515方框圖

圖2 醫(yī)療開(kāi)發(fā)套件（MDK）硬件方框圖

C55x CPU支持可變字節(jié)寬度指令集，從而提高了代碼密度。指令單元（IU）從內(nèi)部或外部存儲(chǔ)器獲取32位程序，并針對(duì)程序單元（PU）排列指令。程序單元對(duì)指 令進(jìn)行解碼，將任務(wù)指向地址單元（AU）和數(shù)據(jù)單元（DU）資源，管理受到全面保護(hù)的流水線。提前轉(zhuǎn)移功能可以避免執(zhí)行條件指令時(shí)發(fā)生流水線排空的情況。

通 用輸入和輸出功能以及10位SAR ADC為L(zhǎng)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(shù)字（MMC/SD）外設(shè)、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(xiàn)了串行媒體 支持。

器件外設(shè)集包括1個(gè)外部存儲(chǔ)器接口（EMIF），可以無(wú)縫訪問(wèn)異步存儲(chǔ)器（如EEPROM、NOR、NAND和SRAM）和高速、 高密度存儲(chǔ)器（如同步DRAM（SDRAM）和移動(dòng)SDRAM（mSDRAM））。其他外設(shè)包括：高速通用串行總線（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(shù)和復(fù)數(shù)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(nèi)核（CVDD）提供 1.3V~1.05V的電壓。為了實(shí)現(xiàn)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(nèi)部 DSP_LDO，從而降低了DSP內(nèi)核（CVDD）的功耗。ANA_LDO設(shè)計(jì)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(nèi)核數(shù)字（USB_VDD1P3）和 PHY電路（USB_VDDA1P3）提供了1.3V的電壓。RTC警報(bào)中斷或喚醒引腳可以重新啟動(dòng)內(nèi)部DSP_LDO，重新為DSP內(nèi)核供電。

該 器件得到了業(yè)內(nèi)獲獎(jiǎng)的eXpressDSPTM、Code Composer Studio?集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）、DSP/BIOS?、Texas Instruments算法標(biāo)準(zhǔn)和業(yè)內(nèi)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(qū)動(dòng)器與評(píng)估模塊。該器件還 得到了C55x DSP庫(kù)的支持，其具有50多種基本軟件內(nèi)核（FIR濾波器、IIR濾波器、FFT和各種數(shù)學(xué)功能）和芯片支持庫(kù)。

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(chǔ)器接口（EMIF）

? 2個(gè)多媒體卡/安全數(shù)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(nèi)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(nèi)核電壓、1.8/2.5/2.75/3.3V I/O電壓

? 1.3V內(nèi)核電壓、1.8/2.5/2.75/3.3V I/O電壓

醫(yī)療開(kāi)發(fā)套件（MDK）

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