基于ARM核的ADμC7024在医疗电子中的应用

随着信息技术的迅猛发展和人民生活水平的提高,极大地推动了医疗电子设备的发展,当今医疗电子设备的发展趋势是高精度、实时性、低功耗和小尺寸,作为医疗电子设备中核心地位的MCU(微处理器)也随着这一发展趋势向前不断衍变着。由早期的8位MCU发展到目前的32位RISC(精简指令集计算机)MCU。美国ADI公司根据市场的需要最新推出了一款基于ARM(高级精简指令集计算机)核的微处理器ADμC7024便是目前32位RISC MCU的杰出代表。ADμC7024卓越的处理能力、集成众多片上外围器件和芯片低功耗的特点,完全胜任目前医疗电子设备的需求及未来的发展目标。
本文以ADμC7024在医疗电子中监护产品脉搏血氧计的应用为例,重点介绍其在医疗电子行业中的实际用途。
1 ARM内核特点
英国ARM公司是嵌入式RISC处理器的IP(知识产权)供应商,它为ARM架构处理器提供ARM处理器内核(如ARM7TDMI、ARM9TDMI及ARM10TDMI等)。由各半导体公司在上述处理器内核基础上进行再设计,嵌入各种外围和处理部件,形成各种MCU。目前基于ARM内核的芯片在嵌入式处理器市场上占据75%的份额。
ARM作为嵌入式系统的处理器,具有低电压,低功耗和高集成度等特点,并具有开放性和可扩充性。事实上,ARM内核已成为嵌入式系统首选的处理器内核。而对于医疗电子设备而言,并不需要图像处理等方面更高的要求,因此,ARM7TDMI内核以0.9MIPS(百万条指令每秒)/MHz的高效处理能力足以满足应用需要。
ARM7TDMI内核是ARM核系列中32位通用内核中的一个产品,它采用三级流水线结构,指令的执行分成取指、译值和执行3个阶段。运算器能够实现32位整数运算。内核不但能够执行32位高效ARM指令,同时还支持简洁的16位Thumb指令集以提高代码密度。
ARM7TDMI名称的含义为:
a)ARM7:ARM系列具有32位运算能力的内核,它采用冯·诺依曼结构,数据长度可以是8位,16位和32位,而指令长度是32位。
b)T:内含16位压缩指令集Thumb,由于32位RISC型处理器的指令代码利用率较低,ARM为了弥补不足,在新型ARM架构(V4T版以上,成熟架构由V3版发展到V6版)定义了16位的Thumb指令集,Thumb指令集比通常的8位和16位CISC/RISC处理器具有更好的代码密度,而芯片面积只增加6%,可使程序存储器更小。
c)D:支持片内调试,该内核包含用于调试的硬件结构,可使CPU进入调试模块,可以方便地进行断点观察点设置、单步调试和多步调试
d)M:采用增强型乘法器。AARM7TDMI指令集包含2个32位×32位的乘法指令和2个乘法累加MAC指令,该结构使得指令的执行比其他类型的ARM7内核减小了许多机器周期。
e)I:内含嵌入式ICE宏单元,ARM架构的处理器芯片都嵌入了Embedded ICE-RT逻辑块,便于通过JTAG接口来仿真调试RAM架构芯片。
2 芯片内部结构及特点
美国ADI公司利用其在模拟电路领域的优势,综合基于8052-8位ADμC8xx的技术积累,将ARM7TDMI内核和ADC(A/D转换器),DAC(D/A转换器)等外围设备集成在一块芯片上,就是最近推向市场的拳头产品ADμC702x系列。其中ADμC7020、ADμC7021、ADμC7022、ADμC7026等芯片除了在片上Flash和SRAM容量大小、ADC和DAC通道数量、PWM(脉宽调制)相位数量有差别外,其他完全一致;而ADμC7026,ADμC7027具有外部扩展内存接口。

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