原标题：TMS320C5515：心电图(ECG)MDK开发方案

　　TI 公司的TMS320C5515 DSP医疗开发套件(Rev. B)支持完整的医疗应用开发，如心电图(ECG)、数字听诊器和脉冲血氧计等。典型应用包括模拟前端(AFE)、信号处理算法以及用户控制与交互。TMS320C5515是低功耗定点数字信号处理器(DSP)，采用TMS320C55x™ DSP处理器核，内核工作电压1.05V/1.3V、I/O电压为1.8/2.5/2.75/3.3V。16.67/13.33/10/8.33-ns指令周期，时钟速率60-,75-,100-,120-MHz，具有320kB 片内RAM。

　　ECG设计

　　TMS320C5515定点数字信号处理器是TI公司TMS320C5000™定点数字信号处理器(DSP)产品系列的成员之一，面向低功耗应用。

　　定点DSP基于TMS320C55x™ DSP系列CPU处理器内核。C55x™ DSP架构通过提高并行化和集中精力节省功耗而实现了高性能与低功耗。CPU支持由1条程序总线、1根32位数据读出总线、2根16位数据读出总线、2根 16位数据写入总线和其他外设与DMA活动专用总线组成的内部总线结构。这些总线提供了在单个周期内执行4次16位数据读出和2次16位数据写入操作的功能。该器件还包含4个DMA控制器，每个都具有4根通道，无需CPU干预即可在16条独立通道的环境下实现数据传送。在CPU活动过程中或独立于CPU活动，每个DMA控制器每周期都可以执行1次32位数据传送。

　　C55x CPU提供了2个乘累加(MAC)单元，每个单元在单个周期内都可以执行1次17位×17位乘法和1次32位加法。中央40位运算/逻辑单元(ALU)得到了另一个16位ALU的支持。ALU的使用受控于指令集，提供了优化并行活动与功耗的能力。这些资源存放在C55x CPU的地址单元(AU)和数据单元(DU)内。

　　图1 TMS320C5515方框图

　　图2 医疗开发套件(MDK)硬件方框图

　　C55x CPU支持可变字节宽度指令集，从而提高了代码密度。指令单元(IU)从内部或外部存储器获取32位程序，并针对程序单元(PU)排列指令。程序单元对指令进行解码，将任务指向地址单元(AU)和数据单元(DU)资源，管理受到全面保护的流水线。提前转移功能可以避免执行条件指令时发生流水线排空的情况。

　　通用输入和输出功能以及10位SAR ADC为LCD显示器、键盘和媒体界面提供了充足的状态、中断和比特位I/O引脚。通过2个多媒体卡/安全数字(MMC/SD)外设、4个Inter- IC Sound(I2S BusTM)模块、1个具有4种芯片选择的串行端口接口(SPI)、1个I2C多主-从接口和1个通用异步接收器/发射器(UART)接口实现了串行媒体支持。

　　器件外设集包括1个外部存储器接口(EMIF)，可以无缝访问异步存储器(如EEPROM、 NOR、NAND和SRAM)和高速、高密度存储器(如同步DRAM(SDRAM)和移动SDRAM(mSDRAM))。其他外设包括：高速通用串行总线(USB2.0)仅Device模式和实时时钟(RTC)。该器件还包含3个通用定时器(其中1个可配置成看门狗定时器)和1个模拟锁相环(APLL)时钟发生器。

　　此外，该器件还包含1个紧耦合FFT硬件加速器。紧耦合FFT硬件加速器支持8点~1024点(2的乘幂)实数和复数FFT。并且，该器件还含有3个集成式LDO(DSP_LDO、ANA_LDO和USB_LDO)，可以为器件的不同部分供电。DSP_LDO可以为DSP内核(CVDD)提供1.3V~1.05V的电压。为了实现功耗最低的操作，编程器可以在外部电源为RTC(CVDDRTC和DVDDRTC)供电的时候关闭内部DSP_LDO，从而降低了DSP内核(CVDD)的功耗。ANA_LDO设计用于为DSP PLL(VDDA_PLL)、SAR和电源管理电路(VDDA_ANA)提供1.3V的电压。USB_LDO为USB内核数字(USB_VDD1P3)和PHY电路(USB_VDDA1P3)提供了1.3V的电压。RTC警报中断或唤醒引脚可以重新启动内部DSP_LDO，重新为DSP内核供电。

　　该器件得到了业内获奖的eXpressDSPTM、Code Composer Studio™集成开发环境(IDE)、DSP/BIOS™、Texas Instruments算法标准和业内最大的第三方网络的支持。Code Composer Studio IDE具有代码生成工具，包括C编译器和连接器、RTDXTM、XDS100TM、XDS510TM、XDS560™仿真器件驱动器与评估模块。该器件还得到了C55x DSP库的支持，其具有50多种基本软件内核(FIR滤波器、IIR滤波器、FFT和各种数学功能)和芯片支持库。

　　图3 ECG板外形图

　　图4 安装在C5515 EVM的ECG前端外形图

　　TMS320C5515的主要特性

　　• 高性能/低功耗C55xTM定点DSP

　　• 16.67/13.33/10/8.33-ns指令周期时间

　　• 60、75、100和120MHz时钟速率

　　• 320kB片上RAM

　　• 16/8位外部存储器接口(EMIF)

　　• 2个多媒体卡/安全数字I/F

　　• 具有4种芯片选择的串行端口I/F(SPI)

　　• 4个Inter-IC Sound(I2S Bus™)

　　• USB 2.0全速和高速器件

　　• 带有异步接口的LCD桥

　　• 紧耦合FFT硬件加速器

　　• 10位4-输入SAR ADC

　　• 具有晶体输入的实时时钟(RTC)

　　• 4个内核绝缘电源域

　　• 4个I/O绝缘电源域

　　• 3个集成式LDO

　　• 提供工业温度器件

　　• 1.05V内核电压、1.8/2.5/2.75/3.3V I/O电压

　　• 1.3V内核电压、1.8/2.5/2.75/3.3V I/O电压

　　医疗开发套件(MDK)

　　大量新兴医疗应用，如心电图(ECG)、数字听诊器和脉冲血氧计，要求以极低的功耗实现较高的DSP处理性能。TMS320C5515数字信号处理器(DSP)是这类应用的较理想之选。C5515是TI公司C5000TM定点DSP平台的成员之一。为了利用C5515开发各种医疗应用，Texas Instruments开发了基于C5515 DSP的MDK。典型医疗应用包括：

　　• 模拟前端，包括用于从身体采集感兴趣的信号的传感器;

　　• 信号处理算法，可以实现信号调节、进行测量与测量分析，进而确定健康状况;

　　• 用户控制与交互，包括信号处理结果的图形显示和实现远程病患监测的连接功能。

　　MDK设计支持完整的医疗应用开发。它包含下列元件：

　　• C5515重点目标医疗应用(ECG、数字听诊器和脉冲血氧计)专用的模拟前端板(FE板)，使用了TI面向医疗应用的模拟元件;

　　• C5515 DSP评估模块(EVM)主板;

　　• 医疗应用软件，包括实例演示。

　　图5 ECG前端方框图

　　图6 DSP软件架构图

　　MDK硬件简介

　　心电图(ECG/EKG)是记录心脏的电活动，用于检查心脏病。可以通过有选择地在皮肤上放置电极(电接触点)来测量电波。

　　医疗开发套件ECG的主要特性

　　MDK ECG系统的主要特性：

　　• 利用10电极输入实现12引线ECG输出;

　　• 除纤颤器保护电路;

　　• 带宽为0.05Hz~150 Hz的诊断质量ECG;

　　• 心搏率显示;

　　• 持续断线检测;

　　• 在EVM LCD屏幕上实时显示12引线ECG波形，一次可以选择1条引线;

　　• EVM LCD屏幕上Y轴(振幅)的变焦选项;

　　• 在PC上实时显示12引线ECG波形，一次可以选择3条引线;

　　• PC应用中，X轴(时间)和Y轴(振幅)上的变焦功能;

　　• PC应用中，冻结屏幕选项;

　　• 记录ECG数据，离线查看PC应用上录制的ECG数据选项;

　　MDK ECG系统包含下列元件：

　　• C5515 EVM

　　• ECG前端板

　　• ECG电缆

　　(1)C5515 EVM

　　EVM带有全套免费板上器件，适于各种应用环境。

　　了解C5515 EVM方面的详情，请参照与EVM一起提供的医疗开发套件。

　　MDK ECG系统内采用的C5515 EVM的主要元件和接口包括：

　　• Texas Instrument公司推出的工作频率为100MHz的TMS320C5515;

　　• C5512提供的用户通用串行总线(USB)端口;

　　• 内部集成电路(I2C)/串行外设接口(SPI)电可擦除可编程只读存储器(EEPROM);

　　• 外部存储器接口(EMIF)、I2C、通用异步接收器/发射器(UART)、SPI接口;

　　• SAR;

　　• 外部IEEE标准1149.1-1990、IEEE标准测试存取端口和边界扫描架构(JTAG)仿真接口;

　　• 嵌入式JTAG控制器;

　　• 彩色LCD显示器;

　　• 电键(用户开关)。

　　EVM由+5V外部电源或电池供电，设计用于和TI公司Code Composer Studio™集成开发环境(IDE)协同工作。Code Composer Studio通过外部仿真器或板上仿真器与EVM板通信。

　　(2)ECG前端板

　　ECG 前端板上，电极采集的电势穿过ECG前端板内的除纤颤器保护(DP)电路。然后，前端板从12条ECG引线中分离出了8条，为DSP子系统提供数字输入。前端板可以通过通用前端连接器与EVM板相连。前端板利用I2C和I2S接口、通过通用前端连接器与C5515 EVM板相连，并且由其供电。

　　前端板上的16通道模数转换器(ADC)(ADS1258)可以配置成500Hz采样速率和24位数据分辨率。ADC利用SPI与C5515相连。

　　(3)ECG电缆

　　ECG电缆由4个肢电极和6个胸电极组成。该电缆通过DB15连接器与前端板相连。ECG电极从ECG仿真器/病患采集ECG信号，然后将它们发送给ECG前端板;使用了现成的ECG电缆。