基于ARM核的ADμC7024在 医疗电子中的应用
发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:368
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0 引言
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。
本文主要介绍其中具有代表性的一款--adμc7024，工业级的adμc7024工作于2.7v－3.6v电源电压，64引脚csp封装的芯片面积仅为9mm×9mm，在1mhz时钟频率下芯片最高功耗为5ma，在最大时钟频率45mhz下芯片最高功耗为60ma。其原理框图如图1所示。
2.1 片上集成高性能的adc和dac
adμc7024片上集成了10通道12位逐次逼近型adc，能够在电源电压为2.7v－3.6v的范围正常工作，在系统时钟频率为45mhz下的最高采样率高达1msps（百万次采样每秒）。该adc模块提供一个高精度、低漂移的片上2.5v基准电压vref，该电压通过片上refcon寄存器的软件配置也能作为输出，向外提供基准参考源。adc能够工作于单端转换模式或者差分转换模式，在单端转换模式下的输入电压范围是0至vref，在差分转换模式下输入电压范围是0至avdd（avdd通常情况下为3.3v）adc单个或连续的转换能够被外部引脚convstar、片上pla、定时器1或定时器2所触发。
通过adc控制寄存器adccon，通道选择寄存器adccp和adccn软件配置好adc后，转换结果将存储在寄存器adcdat位27至位16中，通过adc状态寄存器adcsta的位0可以查看adc转换是否完成，当adc转换结束时，位0被置位；当读取adc－dat时，该位自动
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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。
本文主要介绍其中具有代表性的一款--adμc7024，工业级的adμc7024工作于2.7v－3.6v电源电压，64引脚csp封装的芯片面积仅为9mm×9mm，在1mhz时钟频率下芯片最高功耗为5ma，在最大时钟频率45mhz下芯片最高功耗为60ma。其原理框图如图1所示。
2.1 片上集成高性能的adc和dac
adμc7024片上集成了10通道12位逐次逼近型adc，能够在电源电压为2.7v－3.6v的范围正常工作，在系统时钟频率为45mhz下的最高采样率高达1msps（百万次采样每秒）。该adc模块提供一个高精度、低漂移的片上2.5v基准电压vref，该电压通过片上refcon寄存器的软件配置也能作为输出，向外提供基准参考源。adc能够工作于单端转换模式或者差分转换模式，在单端转换模式下的输入电压范围是0至vref，在差分转换模式下输入电压范围是0至avdd（avdd通常情况下为3.3v）adc单个或连续的转换能够被外部引脚convstar、片上pla、定时器1或定时器2所触发。
通过adc控制寄存器adccon，通道选择寄存器adccp和adccn软件配置好adc后，转换结果将存储在寄存器adcdat位27至位16中，通过adc状态寄存器adcsta的位0可以查看adc转换是否完成，当adc转换结束时，位0被置位；当读取adc－dat时，该位自动
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