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

摘要：通過(guò)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(shí)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(tái)設(shè)計(jì)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(zhuān)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(wú)內(nèi)部互鎖流水級(jí)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(lái)的。MIPS微處理器采用RISC(Recluced InstructionSet Computer)的設(shè)計(jì)原則，只支持有限的機(jī)器指令以及簡(jiǎn)單的算術(shù)指令，通過(guò)提供大量的內(nèi)部寄存器減少內(nèi)存訪問(wèn)次數(shù)。MIPS有32個(gè)通用寄存器，每個(gè)寄存器擁有32位的地址空間。系統(tǒng)通過(guò)研究基于MIPS架構(gòu)的SMP8654芯片，設(shè)計(jì)和實(shí)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(jì)公司指導(dǎo)的全新設(shè)計(jì)方案，是Sigma公司專(zhuān)為滿足高清視頻播放應(yīng)用需求而設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)32 KB的指令Cache和1個(gè)32 KB的數(shù)據(jù)Cache、2個(gè)可編程計(jì)時(shí)器以及3個(gè)獨(dú)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(guò)此總線訪問(wèn)外部功能單元的各狀態(tài)寄存器，而對(duì)主CPU芯片內(nèi)部的中斷控制器、計(jì)時(shí)器等的訪問(wèn)是通過(guò)將L-bus映射到G-Bus上的方式進(jìn)行的。主CPU內(nèi)部有一個(gè)高效的乘除運(yùn)算單元(Multiply／Divide Unit)及浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算單元(FPU)，還有一個(gè)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(gè)IPU(Interrupt ProcesslngUnit)。這個(gè)MIPS 24kf系列的32位處理器專(zhuān)門(mén)處理那些需要低延時(shí)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(shí)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(gè)DDR-DRAM控制器，每一個(gè)控制都支持高達(dá)512 MB的DDR2內(nèi)存，這些外部存儲(chǔ)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(shí)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(shí)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(gè)16位的RISC處理器，視頻解壓算法的密集計(jì)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(gè)顯示器所要求的分辨率并且將其呈現(xiàn)出來(lái)。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(hào)的輸出模式包括RGB、YPbPr)。視頻處理子系統(tǒng)還有一個(gè)2D圖形加速功能模塊。智能導(dǎo)診系統(tǒng)利用此GFX引擎實(shí)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(gè)為用戶專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的32位數(shù)字信號(hào)處理器，音頻的解碼和操作是由這個(gè)專(zhuān)用的DSP處理的。這個(gè)DSP工作在333 MHz的時(shí)鐘頻率下，指令和數(shù)據(jù)是分開(kāi)存儲(chǔ)的，DSP通過(guò)系統(tǒng)總線取得指令，通過(guò)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(gè)32位的指令系統(tǒng)，同時(shí)與之對(duì)應(yīng)了一個(gè)16位的指令集，通過(guò)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(shí)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(pán)，通過(guò)內(nèi)部的SATA接口控制。提供對(duì)USB2．0協(xié)議支持以及802．11n協(xié)議的支持，也就是說(shuō)播放器可以從網(wǎng)絡(luò)中讀取各種視頻資源，從硬盤(pán)或者是USB等移動(dòng)盤(pán)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(guò)Sigma公司提供的SDK可以很容易地操作這些硬件，實(shí)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(guò)程。在智能導(dǎo)診系統(tǒng)中，醫(yī)院HIS系統(tǒng)中的病人掛號(hào)信息通過(guò)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(duì)到相關(guān)隊(duì)列中，這樣病人就可以在專(zhuān)門(mén)的等候區(qū)休息等候了。