CN103377163A

CN103377163A - 超声成像系统及其实时采集数据传输方法

Info

Publication number: CN103377163A
Application number: CN2012101077317A
Authority: CN
Inventors: 傅勇; 奚进华
Original assignee: Shenzhen Landwind Industry Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Landwind Industry Co Ltd
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2013-10-30

Abstract

本发明公开一种超声成像系统及其实时采集数据传输方法。其中，所述方法包括步骤：实时采集数据和实时图像显示数据均通过第二多路复用器、DMA读通道传输至超声成像系统中CPU数据端口；将实时采集数据和实时图像显示数据分别存入超声成像系统的第一FIFO存储器和第二FIFO存储器，通过设置两个FIFO存储器的优先级，使两个FIFO存储器中的数据分时复用DMA读通道并传输至CPU数据端口。本发明行实时采集数据的传输方法的超声成像系统，大大降低了实时采集数据需要的成本，提高了调试效率，提升了系统的可维护性，降低了产品维护的成本。

Description

超声成像系统及其实时采集数据传输方法

技术领域

本发明涉及一种超声数据传输技术，尤其涉及一种基于高速传输接口的超声成像系统及其实时采集数据传输方法及其装置。

背景技术

在医用超声实时成像诊断系统(以下简称超声成像系统)中，由于数据通道众多，处理环节纷繁，系统各环节实时数据的分析十分必要，实时成像过程数据的采集和传输是超声成像系统研发的过程中最常见的需求之一。

常见的满足这种实时采集数据传输的方法是使用单独的采集卡，从系统的某些关键节点引出数据传输通路，采集数据，并利用USB/高速SPI等传输线进行传输，由于关键节点也较多，且不同接口采集的数据特点不同，所以要对不同的节点进行分析，通常还需要不同的采集方案/采集卡/传输设备。

现有的超声诊断系统实时采集数据的传输，通常都需要由系统单独引出传输通道，在系统中引出某些插接节点，这不仅会新增成本，对原系统的性能也造成了一定的负面影响。本采集方法把实时采集传输通道嵌入系统中，不用引出实时采集数据传输专用通道，而是利用原系统的硬件，采用巧妙的设计，在其基础上增加实时采集数据的传输功能。

现有的实时采集数据传输，由于其都是独立于被采集系统存在的，主要是在研发过程中由研发工程师使用，一般不会为每个客户配备，即使可以配备，也会增加额外的硬件成本，这导致采集功能无法在用户现场使用，使产品的维护成本提高，使本来可以通过采集数据分析的现场故障变的不可精确定位，本采集方法把实时采集数据传输的功能集成进了主诊断成像系统中，因此不影响产品的外观，同时有具备实时数据采集和传输的功能，降低了产品的维护成本。

现有的一些采集数据传输功能，由于其采用单独的采集卡线缆进行设计，其和主成像系统之间的连接方式带宽有限，如果扩充带宽则又会增加成本，因此，对于某些大数据量的并行采集，无法做到实时处理，一般采用分时的做法，譬如一次采某几个模块或几个通道，下次再采另外几个，分批采集数据进行传输，这样又无法分析某些需要采集实时并行数据进行分析的现象。

发明内容

本发明提出一种基于高速传输接口的超声成像系统及其实时采集数据传输方法及其装置，利用缓存切换把实时图像显示数据和实时采集数据分时复用物理传输通道上传至超声成像系统的CPU，从而以低成本在超声成像系统中实现采集数据的实时传输处理。

本发明采用如下技术方案实现：一种超声成像系统的实时采集数据传输方法，其包括步骤：

实时采集数据和实时图像显示数据均通过第二多路复用器、DMA读通道传输至超声成像系统中CPU数据端口；

将实时采集数据和实时图像显示数据分别存入超声成像系统的第一FIFO存储器和第二FIFO存储器，通过设置两个FIFO存储器的优先级，使两个FIFO存储器中的数据分时复用DMA读通道并传输至CPU数据端口。

其中，所述超声成像系统的实时采集数据传输方法还包括：设置一个采集开始寄存器，当需要采集实时数据时，由超声成像系统的CPU将该采集开始寄存器置位，实时数据开始存入第一FIFO存储器。

其中，在第一FIFO存储器与第二FIFO存储器之间连接设置一个优先级寄存器，通过该优先级寄存器设定第一FIFO存储器或第二FIFO存储器具有更高的优先级。

其中，通过优先级寄存器设置第一FIFO存储器比第二FIFO存储器具有更高的优先级，使实时采集数据优先使用DMA读通道进行传输。

其中，通过优先级寄存器设置第二FIFO存储器比第一FIFO存储器具有更高的优先级，在第二FIFO存储器中到达一定数据量时，优先将第二FIFO存储器中的数据通过DMA读通道传输到CPU数据端口。

其中，在第二FIFO存储器中的数据没有达到触发传输的数据量时，若第一FIFO存储器中的数据达到触发传输的数据量，则将第一FIFO存储器中的实时采集数据通过DMA读通道传输到CPU数据端口。

其中，第二FIFO存储器的深度设定为第一FIFO存储器深度的两倍或两倍以上。

其中，所述超声成像系统的实时采集数据传输方法还包括步骤：实时图像显示数据和实时采集传输数据采用不同的标识进行传输，通过DMA读通道上传到CPU的数据端口后，CPU根据标识进行判断并分别处理。其中，所述CPU根据标识进行判断并分别处理的步骤包括：CPU将实时图像显示数据直接进行后处理后放入超声成像系统的显存显示，而将实时采集数据放入超声成像系统的采集存储区。

另外，本发明还公开一种超声成像系统，其至少包括CPU、连接CPU数据端口的DMA读通道、连接DMA读通道的第二多路复用器，实时采集数据使用所述方法传输至CPU数据端口。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明利用超声成像系统本身的硬件资源进行实时采集数据的传输，用了系统的高速通道，使实时采集数据的传输速度和可靠性大大提高，且实现成本较低，提高了超声成像系统的可维护性；本发明是利用两个FIFO存储器(作为缓存使用)切换，把实时图像显示数据和实时采集数据分时复用物理传输通道上传至CPU)，且在超声成像系统中对不同的传输数据进行优先级控制，可以灵活控制传输数据，使实时采集数据的传输性能要远高于单独采集数据传输电缆的性能，无论是可扩展性，还是兼容性，都有较大提高。

实践证明，运用了本发明行实时采集数据的传输方法的超声成像系统，大大降低了实时采集数据需要的成本，提高了调试效率，提升了系统的可维护性，降低了产品维护的成本。

附图说明

图1是本发明实现实时图像显示数据及实时采集数据的传输系统示意图。

图2是实时采集数据的传输通道和实时图像显示数据的传输通道的示意图。

具体实施方式

本发明用最小的代价，最简单实用的方式利用超声成像系统原本的硬件，把实时采集数据传输功能巧妙的嵌入了系统(下文所提及的“系统”，如未明确表示者，均指“超声成像系统)当中，用非常低成本的方式解决了超声成像系统中的实时采集数据传输的问题。

如图1所示的实时图像显示数据及实时采集数据的传输系统示意图。图1上面的部分为系统控制命令通路：控制参数通过第一多路复用器与CPU控制端口进行通信：图1的下部分为实时数据图像传输和数据采集传输通路，也就是实时采集数据传输通路，其和实时图像显示数据传输通路通过第二多路复用器分时共用CPU的传输通道：实时采集数据、图像参数和实时图像显示数据均通过第二多路复用器、DMA读通道和DMA写通道与CPU数据端口连接，且CPU控制端口通过控制寄存器控制DMA写通道，实现控制CPU数据端口通过DMA通道写图像参数。

本发明实现实时采集数据传输的主要特点是用较小的代价把需要的数据存入系统缓存，在任意时刻，特别是系统实时运行时，把存储的实时采集数据输出，把这些需要分析的中间过程的数据传输到CPU、保存到存储设备(比如系统硬盘或其他系统存储设备)。

由于超声成像系统的处理功能模块较多，造成如果采用外部采集卡的方式采集数据，将需要多个接口，但对于内部采集来说这些关键节点都可以通过硬件内部通道(譬如CPU的内部做一个开关阵列)进行选择，然后把数据保存到系统缓存(譬如DDR2)中。

如图1所示，何时开始把实时采集数据和实时图像显示数据都存储到系统的缓存中(至于需要把什么模块的数据输出保存到系统缓存中，都可以由CPU通过参数进行控制)，控制参数通过CPU控制端口下发，对传输过程进行控制，譬如：可以在控制寄存器中通过设置一个采集开始寄存器，当需要采集实时数据时，CPU将该采集开始寄存器置位，实时数据开始存入系统缓存；当系统缓存存满后，或存储的数据达到某些设置条件后，开始采集数据的传输过程。

数据存储量满足设定的要求以后，CPU根据有效标志(比如上述采集开始寄存器)把系统缓存的数据开始进行传输，由于存在两个数据通道对同一物理传输通道的共用，因此要保证数据传输的正确，必须要确定一定的传输策略。

对于超声成像系统，由于其扫描频率的不同，密度的不同，图像大小不同等，会造成实时图像显示数据的传输带宽要求不同。此外，对于实时采集数据而言，由于采集的数据类型的不同，在成像引擎上的节点不一样，传输的数据带宽也不同，两个传输通道的总带宽是个范围较大的区间。由于上传的实际物理通道可以为PCIE、PCI或USB等高速接口，而不同的高速接口，由于其位宽，速度等级不一样，其传输效率也是不同的。

在实时成像上传和实时采集数据上传的系统中，要两种传输都不丢数据，必须确保一点：物理通道传输带宽大于实时图像显示数据的传输带宽要求。

由于以上原因，导致实时采集数据的传输和实时图像显示数据的传输需要分成不同的传输策略：首先，从是否丢数据的角度，分成丢数据策略和不丢数据策略；从优先级的考虑，又分成实时图像显示数据优先或实时采集数据优先，或并行处理的方式，按照实时采集数据传输速度的快慢，又可分为高速采集和低速采集。

为了满足以上不同的传输策略，设置了不同的控制寄存器进行控制：首先是优先级控制寄存器，当设置了实时图像显示数据优先时，实时采集数据传输将完全不影响系统原本的实时成像(需要特别指出的是，大部分的超声系统在设计时，为了尽可能保证实时图像显示数据不丢失，一般实际物理通道的传输带宽都大于实时显示数据的传输带宽，即通道传输能力留有一定的余量，也就是说，从硬件通道角度，是可以确保实时显示数据和实时采集数据的传输均是不丢数据的，此时，利用实时显示数据传输的间隙传输实时采集数据)。

如图2所示，实时数据传输系统中，在实时采集数据的传输通道和实时图像显示数据的传输通道，分别通过第一FIFO(First Input First Output)存储器和第二FIFO存储器与也采用FIFO机制的DMA读通道连接，因此，第一FIFO存储器和第二FIFO存储器分别为实时采集数据和实时图像显示数据在各自传输通道的缓存。在第一FIFO存储器与第二FIFO存储器之间连接设置一个优先级寄存器，通过该优先级寄存器设定第一FIFO存储器或第二FIFO存储器具有更高的优先级。

在实时图像显示数据的传输具有优先级更高的情况下，先保证实时图像显示数据经过第二FIFO存储器的数据传输，即实时图像显示数在第二FIFO存储器中到达一定数据量时，就优先将第二FIFO存储器中的数据传输到DMA读通道；在第二FIFO存储器中的数据没有达到触发传输的数据量时，若第一FIFO存储器中的数据达到触发传输的数据量，则将第一FIFO存储器中的实时采集数据传输到DMA读通道。

通常情况下，可以根据实际物理通道的传输带宽简化处理，即譬如实际物理通道的传输带宽是是实时图像显示数据传输带宽的1.5倍，那就可以把第二FIFO存储器的深度设定为第一FIFO存储器深度的两倍(或两倍以上)。，实时采集数据的传输条件为：第二FIFO存储器半满。这样物理带宽和传输带宽完全一致，可以确保不丢数据。

如上文描述的处理，在实际物理通道传输余量较小、而实时采集数据传输数据量较大的情况下，实时采集数据的传输将花费很长的时间，在此种超声成像系统中，可以把优先级寄存器设置为实时采集数据传输优先(第一FIFO存储器比第二FIFO存储器具有更高的优先级)，在此种模式下，将无法保证实时显示数据的正确性，因此，此模式时可以直接把实时显示数据关闭，让上传物理通道专门传输采集数据，此时，只需通过优先级寄存器，控制两个FIFO对传输通道的占有权，确保实时采集图像传输缓存对传输物理通道的独占即可。

实时图像显示数据和实时采集传输数据采用不同的标识进行传输，通过DMA读通道上传到CPU的数据端口后，CPU根据标识进行判断，把实时图像显示数据直接进行后处理后放入超声成像系统的显存显示，而实时采集数据放入超声成像系统的采集存储区。

在超声成像系统中，某些环节数据量相当大，而且时间上是持续的，要对超声系统的某些问题，特别是动态图像的问题进行正确的分析，必须采集大量的数据，如果只是把实时采集数据存储到如图2所示存储设备中，存满以后再传输到其他可以以非易失方式保存的缓存中，这样一次能保存和传输的数据量依赖于最开始保存数据的设备(一般是DDR、SRAM等)，由于这些设备其容量都有限。而本发明利用了超声成像系统本身的物理传输通道(如DMA读通道)实时传输采集数据，传输数据的速率大大提高，几乎达到了数据量最大的模块的数据输出速率，即数据传输率大于数据采集率；并且，当超声成像系统处于实施采集数据优先传输的模式时，在一边采集数据同时一边高速传输实时采集数据，将会使一次能够连续采集的数据量几乎不受限制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种超声成像系统的实时采集数据传输方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

2.根据权利要求1所述超声成像系统的实时采集数据传输方法，其特征在于，还包括：

设置一个采集开始寄存器，当需要采集实时数据时，由超声成像系统的CPU将该采集开始寄存器置位，实时数据开始存入第一FIFO存储器。

3.根据权利要求1所述超声成像系统的实时采集数据传输方法，其特征在于，在第一FIFO存储器与第二FIFO存储器之间连接设置一个优先级寄存器，通过该优先级寄存器设定第一FIFO存储器或第二FIFO存储器具有更高的优先级。

4.根据权利要求3所述超声成像系统的实时采集数据传输方法，其特征在于，通过优先级寄存器设置第一FIFO存储器比第二FIFO存储器具有更高的优先级，使实时采集数据优先使用DMA读通道进行传输。

5.根据权利要求3所述超声成像系统的实时采集数据传输方法，其特征在于，通过优先级寄存器设置第二FIFO存储器比第一FIFO存储器具有更高的优先级，在第二FIFO存储器中到达一定数据量时，优先将第二FIFO存储器中的数据通过DMA读通道传输到CPU数据端口。

6.根据权利要求5所述超声成像系统的实时采集数据传输方法，其特征在于，在第二FIFO存储器中的数据没有达到触发传输的数据量时，若第一FIFO存储器中的数据达到触发传输的数据量，则将第一FIFO存储器中的实时采集数据通过DMA读通道传输到CPU数据端口。

7.根据权利要求1所述超声成像系统的实时采集数据传输方法，其特征在于，第二FIFO存储器的深度设定为第一FIFO存储器深度的两倍或两倍以上。

8.根据权利要求1所述超声成像系统的实时采集数据传输方法，其特征在于，还包括步骤：

实时图像显示数据和实时采集传输数据采用不同的标识进行传输，通过DMA读通道上传到CPU的数据端口后，CPU根据标识进行判断并分别处理。

9.根据权利要求1所述超声成像系统的实时采集数据传输方法，其特征在于，所述CPU根据标识进行判断并分别处理的步骤包括：CPU将实时图像显示数据直接进行后处理后放入超声成像系统的显存显示，而将实时采集数据放入超声成像系统的采集存储区。

10.一种超声成像系统，其至少包括CPU、连接CPU数据端口的DMA读通道、连接DMA读通道的第二多路复用器，其特征在于，实时采集数据使用如权利要求1-9任何一项所述方法传输至CPU数据端口。