CN103654843A - 超声诊断设备、及超声诊断设备的通信接口配置方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种超声诊断设备、及超声诊断设备的通信接口配置方法及系统，其中，所述超声诊断设备包括上位机及超声探测装置，所述超声探测装置包括探头、控制传输模块、以及连接于所述探头与控制传输模块之间的接收发射电路，所述控制传输模块包括用于提供高速接口的FPGA单元。本发明通过可重配置FPGA单元作为高速接口，节约了超声诊断产品的成本，且产品的功耗与体积也相应减小。

Description

超声诊断设备、及超声诊断设备的通信接口配置方法及系统

技术领域

本发明涉及超声医疗领域，尤其涉及一种超声诊断设备、及超声诊断设备的通信接口配置方法及系统。

背景技术

医学超声成像集成了超声物理学、现代电子学、信息学和生物医学等多学科的原理和技术手段，是医学中发展最迅速应用最广泛的技术之一。超声诊断（Ultrasonic Diagnosis）是一种将超声检测技术应用于人体的诊断方法，其通过测量生理或组织结构的数据和形态以发现疾病。目前，超声诊断设备一般至少包括上位机和超声探测装置，该超声探测装置一般通过高速传输接口（如PCIE接口）与上位机进行连接以实现两者的交互通信，上位机通过其标准接口向所述的超声探测装置传送控制信号并进行数据交换。

然而，超声诊断设备中各种工作参数往往需要切换，那么在参数改变时，超声诊断设备的接收电路部分采集的数据数率必然会相应地改变。现有技术中，为了适应各种数据的不同传输速率要求，超声诊断设备中高速接口的硬件电路部分设计了支持多种不同速率的高速接口，如此不仅增加了产品的额外成本，且产品的功耗及体积也相应变大。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种通信接口可配置的超声诊断设备。

相应地，本发明的目的还在于提供一种超声诊断设备的通信接口配置方法。

相应于上述方法，本发明的目的还在于提供一种超声诊断设备的通信接口配置系统。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：一种超声诊断设备，该设备包括上位机及超声探测装置，所述超声探测装置包括探头、控制传输模块、以及连接于所述探头与控制传输模块之间的接收发射电路，所述控制传输模块包括用于提供高速接口的FPGA单元。

作为本发明进一步的改进，所述控制传输模块包括CPU单元、DSP单元、存储单元、CPLD单元以及FPGA单元。

相应地，本发明提供了一种超声诊断设备的通信接口配置方法，其包括如下步骤：

S1、在超声诊断设备的工作参数信息发生改变时，获取相应的配置控制信息；

S2、接收所述配置控制信息，并根据所述配置控制信息确定FPGA单元是否需要重配置，若需要重配置，进入步骤S3；若不需要重配置，不作任何动作；

S3、根据工作参数信息的更改类型确定相应的配置方式；

S4、根据所述配置方式下载相应的配置数据，并根据所述配置数据更新FPGA内部逻辑。

作为本发明进一步的改进，所述配置方式包括部分重配置和全局重配置。

作为本发明进一步的改进，所述步骤S3具体为：若工作参数信息的更改类型属于探头切换，则配置方式确定为全局重配置；若工作参数信息的更改类型属于模式切换，则配置方式确定为部分重配置。

作为本发明进一步的改进，所述步骤S4之前，若配置方式为部分重配置，则其配置数据的生成方法包括：

至少定义具备不同功能的第一子模块和第二子模块，并创建一包含所述第一、第二子模块的顶层模块；

创建与所述第一子模块功能不同的、端口一致的第三子模块；

将第二子模块和顶层模块定义为静态部分，将第一子模块与第三子模块定义为可部分重配部分，为静态部分和可部分重配部分各划分一个特定区域，并将各特定区域映射到物理地址。

相应地，本发明还提供了一种超声诊断设备的通信接口配置系统，其包括如下单元：

配置控制信息获取单元、用于在超声诊断设备的工作参数信息发生改变时，获取相应的配置控制信息；

配置控制信息处理单元、用于接收所述配置控制信息，并根据所述配置控制信息确定FPGA单元是否需要重配置，若需要重配置，进入配置方式确定单元；若不需要重配置，不作任何动作；

配置方式确定单元、用于根据工作参数信息的更改类型确定相应的配置方式；

配置数据更新单元、用于根据所述配置方式下载相应的配置数据，并根据所述配置数据更新FPGA内部逻辑。

作为本发明进一步的改进，所述配置方式包括部分重配置和全局重配置。

作为本发明进一步的改进，所述配置方式确定单元具体用于：若工作参数信息的更改类型属于探头切换，则配置方式确定为全局重配置；若工作参数信息的更改类型属于模式切换，则配置方式确定为部分重配置。

作为本发明进一步的改进，所述配置信息获取单元之前，在本系统中，还包括一部分重构数据构建单元，其用于：

至少定义具备不同功能的第一子模块和第二子模块，并创建一包含所述第一、第二子模块的顶层模块；

创建与所述第一子模块功能不同的、端口一致的第三子模块；

将第二子模块和顶层模块定义为静态部分，将第一子模块与第三子模块定义为可部分重配部分，为静态部分和可部分重配部分各划分一个特定区域，并将各特定区域映射到物理地址。

与现有技术相比，本发明通过可重配置的高速接口，节约了产品的成本，且产品的功耗与体积也相应减小。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中超声诊断设备的基本组成框图；

图2是本发明具体实施方式中超声诊断设备中FPGA在线重构的框图；

图3是本发明具体实施方式中超声诊断设备的通信接口配置方法的基本流程图；

图4是本发明优选实施方式中超声诊断设备的通信接口配置方法的具体步骤流程图；

图5是本发明具体实施方式中FPGA单元的部分重构框图；

图6是本发明具体实施方式中超声诊断设备的通信接口配置系统的单元示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

结合图1和图2所示，其为本发明超声诊断设备的一具体实施方式。在本实施方式中，该设备包括上位机及超声探测装置，其中，上位机用于控制所述超声探测装置并显示图像；超声探测装置主要包括超声探头、发射电路、接收电路、发射接收转换器、控制传输模块。

其中，超声探头具有多个基元，探头中存储有多个基元的几何参数和声学参数，几何参数包括每个基元的几何位置，声学参数包括每个基元的脉冲响应和频率响应、中心频率、带宽；发射与接收电路连接于所述探头与控制传输模块之间，发射电路通过探头发射超声信号，具体地，发射电路用于从探头中调用多个基元的几何参数和声学参数后，计算每个基元的发射延时值和变迹系数，然后对发射信号进行波束合成，并将合成好的发射波束施加到探头上；而接收电路通过探头接收回波信号合成波束，具体地，其用于从探头中调用多个基元的几何参数和声学参数后，计算每个基元的接收延时值和变迹系数，然后对探头接收的回波信号进行接收并波束合成，在此之后，接收电路将数据传送给控制传输模块，控制传输模块将接收的数据通过高速接口电路转换成高速格式的数据传给上位机来显示图像，同时，控制传输模块也接收来自上位机的控制信息，将控制信息分别传给发送电路和接收电路来改变两个电路中的参数，从而改变发送的超声信号以及相应的接收处理形式。于本发明中，上位机与超声探测装置之间通过可配置的FPGA单元（Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）实现相互通信，其根据上位机传来的配置控制信息，决定是否对FPGA单元进行重新配置以产生新的接口电路，从而适应多种数率的数据传输。

图2为本发明FPGA在线重构的一优选实施例。其中，控制传输模块包括CPU单元、DSP单元、存储单元（FLASH）、可编程逻辑单元（CPLD单元）以及FPGA单元。其中，存储单元（FLASH）用于存储FPGA单元的不同配置数据，其为每一个配置文件的数据分配一段连续的FLASH地址；CPU单元可以根据需要通过DSP单元调用相应的数据来配置FPGA单元；DSP单元主要用于传输CPU单元发送的控制信息，单从配置FPGA来讲，可以省去这部分；CPLD作为CPU控制和检测配置FPGA的接口电路。

于本发明中，超声诊断设备通常包括多种工作模式，其探头也可根据需要进行切换。于是，在上位机中事先存储有超声诊断设备的各种模式、探头信息及各种模式或探头切换动作相对应的FPGA重配置信息。当超声设备启动后，并正常工作时，通过操作上位机可改变超声诊断设备的工作模式或切换探头，上位机会将FPGA的配置控制信息传给DSP单元，DSP单元通过此配置控制信息来决定是否对FPGA进行重新配置，若需要重配置，则将Re_Write信号置高；若不需要重配置，则将Re_Write信号置低。一般情况下，如果探头切换，由于所需时间长，可以对FPGA进行全局配置；如果切换模式，由于时间短，可以对FPGA进行部分重构。当然，在本发明其他实施方式中，并不局限于上述两种情况。

参图3所示，本发明具体实施方式中，所述超声诊断设备的通信接口配置方法，其包括如下步骤：

S1、在超声诊断设备的工作参数信息发生改变时，获取相应的配置控制信息；其中，工作参数信息包括探头参数、模式参数等，优选地，所述步骤S1之前，该方法还包括：将超声诊断设备的各种模式、探头信息及各种模式或探头切换动作相对应的重配置信息存储于上位机中。

S2、接收所述配置控制信息，并根据所述配置控制信息确定FPGA单元是否需要重配置，若需要重配置，进入步骤S3；若不需要重配置，不作任何动作；优选地，将所述配置控制信息发送给DSP单元，配置控制信息确定了当前FPGA单元是否需要重新配置。在此情况中，若设备上的探头由A探头切换为B探头，而因为此两种类型的探头可兼容同样的FPGA单元配置，所以在某种情况下，并不是工作参数改变时，就必须进行一次FPGA单元重配置动作。

S3、若FPGA单元需要重配置，根据工作参数信息的更改类型确定相应的配置方式；其中，本发明中FPGA单元的配置方式可分为部分重配置和全局重配置。全局重配置即对FPGA单元进行全局的功能重配置，其配置过程需要较长的时间，而部分重配置即对FPGA单元中的部分功能模块进行替换，其配置过程需要较短的时间。

在本发明优选地实施例中，该步骤S3具体为：若工作参数信息的更改类型属于探头切换，则配置方式确定为全局重配置；若工作参数信息的更改类型属于模式切换，则配置方式确定为部分重配置。当然，值得一提的是，本发明的配置方式的确立不限于此种情况。

S4、根据所述配置方式下载相应的配置数据，并根据所述配置数据更新FPGA内部逻辑，并产生新的适合当前工作参数的接口电路。

参图4所示，具体地，在本实施例中，整个FPGA在线重构的过程如下：上位机启动后，根据当前工作参数获取相应的配置控制信息，并将此配置控制信息通过CPU发送至DSP单元，DSP单元判断当前FPGA单元电路是否需要重配置，若是，则确定相应的配置方式，在此之后，读取配置数据和控制信息，接下来，判断Re_Write信号是否置高，若否，重新读取配置数据和控制信息；若是，则CPLD接收配置数据；接下来，判断CPLD是否接收完所有配置数据，若是，FPGA开始下载配置数据；当FPGA下载完成所有配置数据后，则可实现FPGA内部逻辑的更新，完成整个FPGA重配置过程。

参图5所示，在本实施方式中，上述步骤S4之前，若配置方式为部分重配置，则其配置数据的生成方法包括如下步骤：

至少定义具备各自功能的第一子模块B1和第二子模块A，并创建一包含所述第一、第二子模块的顶层模块TOP；

创建与所述第一子模块B1功能不同的、端口一致的第三子模块B2；

将第二子模块A和顶层模块TOP定义为静态部分，将第一子模块B1与第三子模块B2定义为可部分重配部分，为静态部分和可部分重配部分各划分一个特定区域，并对所述特定区域进行约束，映射到物理地址。在本实施方式中，可通过LogicLock来给定各区域的固定大小。在此之后，将上述各部分的下载文件存储与FLASH中。通过上面的步骤安排，FPGA在工作时，就能够根据需要，重新下载可重构部分(B2被B1取代)的功能，同时，不改变的静态部分仍然工作，从而实现整个逻辑的新功能，完成新的接口电路。

在本发明其他实施例中，上述顶层模块TOP还可包括并列于第一、第二子模块的第四、第五，甚至更多的子模块，而每一个上述子模块都可以对应配置一个功能不同的、端口一致的替换子模块，从而，在需要FPGA部分重构时，对其中一个或者多个子模块进行相应功能的替换，但是，一般情况下，本发明中，只针对其中一个子模块进行相应的功能替换来达到FPGA部分重构的功能。

接下来，请参图6所示，本发明具体实施方式中，应用上述方法的一种超声诊断设备的通信接口配置系统，其包括如下单元：

配置控制信息获取单元101、用于获取与当前超声诊断设备的工作参数信息相对应的配置控制信息；其中，工作参数信息包括探头参数、模式参数等，优选地，所述配置信息获取单元101之前，该系统还用于：将超声诊断设备的各种模式、探头信息及与所述模式、探头信息相对应的重配置信息存储于上位机中。

配置控制信息处理单元102、用于接收所述配置控制信息，并根据所述配置控制信息确定FPGA单元是否需要重配置；优选地，将所述配置控制信息发送给DSP单元，配置控制信息确定了当前FPGA单元是否需要重新配置。

配置方式确定单元103、用于在FPGA单元需要重配置时，根据参数信息的更改方式确定相应的配置方式；其中，本发明中FPGA单元的配置方式可分为部分重配置和全局重配置。优选地，所述配置方式确定单元103具体用于：若工作参数信息的更改类型属于探头切换，则配置方式确定为全局重配置；若工作参数信息的更改类型属于模式切换，则配置方式确定为部分重配置。

配置数据更新单元104、用于根据所述配置方式下载相应的配置数据，并根据所述配置数据更新FPGA内部逻辑，并产生新的适合当前工作参数的接口电路。

在本实施方式中，在本系统中，还包括一部分重构数据构建单元，其用于：

至少定义具备不同功能的第一子模块和第二子模块，并创建一包含所述第一、第二子模块的顶层模块；

创建与所述第一子模块功能不同的、端口一致的第三子模块；

将第二子模块和顶层模块定义为静态部分，将第一子模块与第三子模块定义为可部分重配部分，为静态部分和可部分重配部分各划分一个特定区域，并将各特定区域映射到物理地址。在本实施方式中，可通过LogicLock来给定各区域的固定大小。在此之后，将上述各部分的下载文件存储与FLASH中。通过上面的步骤安排，FPGA在工作时，就能够根据需要，重新下载可重构部分的功能，同时，不改变的静态部分仍然工作，从而实现整个逻辑的新功能，完成新的接口电路。

在本发明其他实施例中，同样地，上述顶层模块TOP还可包括并列于第一、第二子模块的第四、第五，甚至更多的子模块，而每一个上述子模块都可以对应配置一个功能不同的、端口一致的替换子模块，从而，在需要FPGA部分重构时，对其中一个或者多个子模块进行相应功能的替换，但是，一般情况下，本发明中，只针对其中一个子模块进行相应的功能替换来达到FPGA部分重构的功能。

综上所述，本说明书所记载的超声诊断设备、超声诊断设备的通信接口配置系统及相应方法，其通过运用可重配置FPGA单元作为高速接口，来适应不同工作参数的数据数率传输要求，其不仅节约了产品的成本，且产品的功耗与体积也相应减小。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超声诊断设备，其特征在于，该设备包括上位机及超声探测装置，所述超声探测装置包括探头、控制传输模块、以及连接于所述探头与控制传输模块之间的接收发射电路，所述控制传输模块包括用于提供高速接口的FPGA单元。

2.根据权利要求1所述的超声诊断设备，其特征在于，所述控制传输模块包括CPU单元、DSP单元、存储单元、CPLD单元以及FPGA单元。

3.一种超声诊断设备的通信接口配置方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1、在超声诊断设备的工作参数信息发生改变时，获取相应的配置控制信息；

S2、接收所述配置控制信息，并根据所述配置控制信息确定FPGA单元是否需要重配置，若需要重配置，进入步骤S3；若不需要重配置，不作任何动作；

S3、根据工作参数信息的更改类型确定相应的配置方式；

S4、根据所述配置方式下载相应的配置数据，并根据所述配置数据更新FPGA内部逻辑。

4.根据权利要求3所述的通信接口配置方法，其特征在于，所述配置方式包括部分重配置和全局重配置。

5.根据权利要求4所述的通信接口配置方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：

若工作参数信息的更改类型属于探头切换，则配置方式确定为全局重配置；若工作参数信息的更改类型属于模式切换，则配置方式确定为部分重配置。

6.根据权利要求3所述的通信接口配置方法，其特征在于，所述步骤S4之前，若配置方式为部分重配置，则其配置数据的生成方法包括：

至少定义具备不同功能的第一子模块和第二子模块，并创建一包含所述第一、第二子模块的顶层模块；

创建与所述第一子模块功能不同的、端口一致的第三子模块；

将第二子模块和顶层模块定义为静态部分，将第一子模块与第三子模块定义为可部分重配部分，为静态部分和可部分重配部分各划分一个特定区域，并将各特定区域映射到物理地址。

7.一种超声诊断设备的通信接口配置系统，其特征在于，该系统包括如下单元：

配置控制信息获取单元、用于在超声诊断设备的工作参数信息发生改变时，获取相应的配置控制信息；

配置控制信息处理单元、用于接收所述配置控制信息，并根据所述配置控制信息确定FPGA单元是否需要重配置，若需要重配置，进入配置方式确定单元；若不需要重配置，不作任何动作；

配置方式确定单元、用于根据工作参数信息的更改类型确定相应的配置方式；

配置数据更新单元、用于根据所述配置方式下载相应的配置数据，并根据所述配置数据更新FPGA内部逻辑。

8.根据权利要求7所述的通信接口配置系统，其特征在于，所述配置方式包括部分重配置和全局重配置。

9.根据权利要求8所述的通信接口配置系统，其特征在于，所述配置方式确定单元具体用于：

若工作参数信息的更改类型属于探头切换，则配置方式确定为全局重配置；若工作参数信息的更改类型属于模式切换，则配置方式确定为部分重配置。

10.根据权利要求7所述的通信接口配置系统，其特征在于，在本系统中，还包括一部分重构数据构建单元，其用于：

至少定义具备不同功能的第一子模块和第二子模块，并创建一包含所述第一、第二子模块的顶层模块；

创建与所述第一子模块功能不同的、端口一致的第三子模块；

将第二子模块和顶层模块定义为静态部分，将第一子模块与第三子模块定义为可部分重配部分，为静态部分和可部分重配部分各划分一个特定区域，并将各特定区域映射到物理地址。

Images