醫(yī)療電子平臺(tái)選擇:FPGA、ARM、X86、DSP還是GPU分析

　　“邁瑞對(duì)于處理器平臺(tái)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(tái)都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺陷，因此在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)就可以根據(jù)他們的特點(diǎn)進(jìn)行選擇和搭配，處理器平臺(tái)的多樣性以及合理的搭配可以使產(chǎn)品更具有競(jìng)爭(zhēng)力。”在日前舉辦的第三屆中國(guó)國(guó)際醫(yī)療電子技術(shù)大會(huì)(CMET2010)上，深圳邁瑞生物醫(yī)療電子硬件技術(shù)委員會(huì)執(zhí)行主任、系統(tǒng)工程師姚力與大家分享了邁瑞選擇處理器平臺(tái)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(tái)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(tái)都需要購(gòu)買(mǎi)新的軟件、重新培訓(xùn)工程師等等。因此邁瑞的傳統(tǒng)是把首次使用獲得成功的處理器平臺(tái)在多個(gè)產(chǎn)品中反復(fù)應(yīng)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(zhǔn)。”

　　據(jù)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(tái)應(yīng)對(duì)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(hào)處理采用運(yùn)算能力更加強(qiáng)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(xiàn)了邁瑞選擇處理器平臺(tái)原則中的“多”字。另外一個(gè)原則“少”則體現(xiàn)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(tái)，幾乎不會(huì)再做更換。

　　邁瑞M7： 醫(yī)療電子處理器平臺(tái)選擇中的“多”

　　統(tǒng)一平臺(tái)重復(fù)使用： 醫(yī)療電子處理器平臺(tái)選擇中的“少”

　　這種代表了絕大多數(shù)醫(yī)療電子廠商選擇處理器平臺(tái)的策略使得多家處理器供應(yīng)商瞄上了這一市場(chǎng)：“多”意味著只要你的處理器具有某種優(yōu)勢(shì)或特點(diǎn)就有可能會(huì)被選用，“少”則意味著一旦被選用，就獲取了一個(gè)訂單十分穩(wěn)定的長(zhǎng)期客戶(hù)。因此在CMET2010上，NXP、Freescale、TI、ADI、Actel、Xilinx等處理器供應(yīng)商都大力展示出了自己產(chǎn)品平臺(tái)的特色與優(yōu)勢(shì)。

　　恩智浦半導(dǎo)體大中華區(qū)市場(chǎng)總監(jiān)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(yī)療電子應(yīng)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(yīng)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(nèi)存保護(hù)單元(MPU)、嵌套向量中斷控制器(NVIC)、Flash加速器、DMA等多種獨(dú)特的執(zhí)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(yī)療電子設(shè)備達(dá)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(dǎo)體市場(chǎng)經(jīng)理何英偉表示，F(xiàn)reescale已經(jīng)在醫(yī)療電子領(lǐng)域耕耘了十余年，公司有專(zhuān)門(mén)的團(tuán)隊(duì)針對(duì)醫(yī)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(yī)療應(yīng)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(jí)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(dǎo)體事業(yè)部MSP430應(yīng)用工程師郭君表示，MSP430系列已經(jīng)在醫(yī)療電子產(chǎn)品中廣泛應(yīng)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(xiàn)的移動(dòng)而導(dǎo)致的信號(hào)失真，僅提取重要信號(hào)。通過(guò)復(fù)雜算法，DSP 技術(shù)可精確讀取極低電平信號(hào)，這一附加處理功能在脈動(dòng)式血氧計(jì)中非常有用，它能測(cè)量其它波長(zhǎng)的吸收以檢測(cè)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(hào)鏈、電源管理和顯示驅(qū)動(dòng)器元件，十分適合要求更多功能的新型醫(yī)療設(shè)備使用。

　　與其他廠商不同，ADI亞太區(qū)醫(yī)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(xì)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(yī)療電子廠商迅速推出低成本、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(shè)計(jì)吸引一些設(shè)計(jì)能力不足或者想在便攜產(chǎn)品減少研發(fā)投入的廠商。

　　參加CMET2010的還有Xilinx與Actel兩個(gè)FPGA廠商，據(jù)賽靈思亞太區(qū)市場(chǎng)及應(yīng)用總監(jiān)張宇清介紹，擁有超低功耗、超多接口、靈活配置以及更強(qiáng)計(jì)算能力等特點(diǎn)的FPGA更加適合醫(yī)療成像、診斷、監(jiān)測(cè)和治療等等醫(yī)療電子中專(zhuān)有應(yīng)用，而FPGA更加有利于創(chuàng)新的特性也將在中國(guó)醫(yī)療電子產(chǎn)業(yè)升級(jí)的過(guò)程中發(fā)揮重要作用。Actel技術(shù)支持/培訓(xùn)經(jīng)理戴夢(mèng)麟則介紹了其獨(dú)有的基于Flash的FPGA技術(shù)，據(jù)其介紹，基于Flash的特性使得Actel FPGA具有上電即行、固件錯(cuò)誤免疫等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

　　而在大會(huì)上沒(méi)有出現(xiàn)的X86與GPU陣營(yíng)也各有個(gè)的特點(diǎn)，如X86是目前計(jì)算機(jī)通用平臺(tái)，對(duì)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(duì)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(bǔ)。GPU平臺(tái)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(yī)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(tái)”。

　　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(dú)占市場(chǎng)。因而各家廠商需要做的不是拼命爭(zhēng)搶同一個(gè)市場(chǎng)，而是充分發(fā)揮自身技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，專(zhuān)攻更加適合自己產(chǎn)品的應(yīng)用市場(chǎng)。不但如此，彼此之間還應(yīng)該進(jìn)行更加充分的合作，從而讓終端產(chǎn)品廠商更加容易的進(jìn)行搭配，這一點(diǎn)現(xiàn)在也得到了大家的認(rèn)可，如賽靈思就與ARM開(kāi)始了深度合作，在FPGA中集成了ARM內(nèi)核，MIPS也向Altera 公司授權(quán)了MIPS32TM 架構(gòu)，相信隨著這些合作的深入，未來(lái)的處理器市場(chǎng)將會(huì)是百花齊放、各盡其責(zé)的一片大好場(chǎng)面。