基于FPGA的超声前端参数控制的设计与实现.pdf

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1、＼开发案基于FPGA的超声前端参数控制的设计与实现吕涛(四川大学计算机学院，成都610065)摘要：作为一个复杂的医疗技术，超声检测技术在使用过程中．有很多控制参数需要根据具体的情况来决定，例如探头类型、分辨率等。为了让设备有较强的环境适应能力．通过计算机接I：／(串口、SPI)，从上住机传递参数来配置设备就显得很有必要。关键词：FPGA；超声：串12"0引言医用超声前端根据功能可划分为六种类型的参数，分别是总控参数、发射参数、DA参数、波束合成随着FPGA器件的推出以及其自身功能的不断参数、正交检波参数以及抽取参数。顶层设计如图2完

2、善，为实现DSP功能提供了一种新的选择与通用所示。DSP解决方案相比．FPGA器件在不牺牲灵活性的条件下，提供了更高的性能。FPGA的修正不需要变更开始信号硬件，仅仅需要更改软件即可．这样大大地节省了研总控模块参数控制模块发成本，而且仅需要下载新的硬件代码就可以实现产．垦堡品的升级功能。FPGA相对于很多高端DSP处理器．具有集成优势和更低的系统成本等优点．为数字超声图2顶层设计设备开发过程中信号处理的实现提供了新的选择参数控制模块是在FPGA中实现的．FPGA芯片1系统设计内部有52个M4K块，对于内部RAM的读写是通过本系统采用的

3、FPGA芯片是ALTERA公司的IP核来实现的CycloneI1系列的EP2C35F484C7超声前端部分主IP核也叫知识产权核(IntellectualPropertvCore)，要负责超声信号的发射、回波信号的接收以及数字信是预先定制好的功能元件模块这些元件的功能范围号处理。超声前端的系统结构图如图1所示从简单的加法器、多路选择器等到复杂的系统级的滤波器、存储器模块等都有．这些功能元件都经过专业设计和验证．并在性能和占用资源等方面进行了优现化，应用它们对提高设计效率和质量十分有利代系统工作中．首先STM32先将参数按照设计好计的帧

4、协议．通过串口发送到参数控制模块．参数控制算模块将接收到的参数存储在内部的M4K中．并等待机^FPGA总控模块的开始信号当参数控制模块检测到开始信总号后，就将M4K中的参数按照一定格式发送到其他第图1系统结构图三_-收稿日期：2009—09—25修稿日期：2009—11一O1九作者简介：吕／~(1986一)，男，四川绵阳人，硕士，研究方向为计算机网络与通信期@MODERNCOMPUTER2oo9．11模块由于串口接收到数据和总控模块发出的开始信号都会操作到EP2C35内部的RAM。为了保持同步．rwraddr,}ss[1_J．O]霄r

5、enRA蛔《块设计了一个反馈信号。这样．在串121传递数据的期rden间．参数控制模块就不会响应总控模块的发送开始rdaddress[11．．0]：信号。同理当参数控制模块在向其他模块发送参数时．也不能接收串121发过来的参数．同时会向STM32图5RAM模块设计发送一个停止传输的数据STM32有2个UART．而RAMwren．pararamaddress．RxDdata分别对在参数控制模块这边．只有通过FPGA来实现串口的应RAM模块中的wren，wraddress，data信号；transmit_收发功能data对应RAM模块中的

6、q信号。transmit眦n和2设计实现transmitaddress等信号都是在para_writeread内部产生的。2．1参数控制模块设计transmitwren是在paratransmitstart拉高且para_图2中只是给出了一个模块间大概的关系．图3___status为STATUSIDLE时为高．并在参数传递过程中中会给出具体的信号．下面将对这些信号进行详细的_都将保持高电平。说明transmitaddress与rdaddress有密切的联系rdaddress信号是12位的数据．而transmitaddress却para

7、—trans$it—starttransmitdata—是l6位的数据．怎样把一个l2位的数据变为16位总控parameterRcvtransmitaddress—模块parastatus模块下YD的数据呢?在设计过程中，是这样考虑的：整个系统中RxD要传递的参数有6种，分别是总控模块参数、发射模块参数、DA参数、波束合成参数、正交检波参数和抽图3参数控制模块设计取参数。每种参数的个数都是固定的．所以可以用参paratransmitstart信号是总控模块给paranleter．数的个数为偏移量．将每种参数保存的地址范围固定Rcv模块

8、的一个开始信号总控模块是在总体上控制下来。transmitaddress的高四位用于区别分6种不同和协调各个模块之前的关系．只有当EP2C35内部的参数类型，低12位就从0记数到参数个数。RAM中有数据时，这个开始信号才