CN203838541U - Fpga装置、嵌入式控制系统及医疗设备控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于医疗领域的FPGA装置、嵌入式控制系统及医疗设备控制系统。该FPGA装置包括数据交换总线和控制装置。该数据交换总线上设置有主控接口和从控接口，该从控接口连接有一个或多个外设功能模块。控制装置用于连接外部的主处理器的外部并行总线，并连接数据交换总线的主控接口，控制装置中集成有时序转换装置，该时序转换装置用于向主处理器发送将其外部并行总线的时序转换为上述数据交换总线的时序的转换信号。该嵌入式控制系统包括主处理器和上述的FPGA装置。该医疗设备控制系统应用该嵌入式控制系统。

Description

FPGA装置、嵌入式控制系统及医疗设备控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种FPGA装置、嵌入式控制系统及医疗设备控制系统，特别是一种用于医疗设备控制的FPGA装置、具有该FPGA装置的嵌入式控制系统及应用该嵌入式控制系统的医疗设备控制系统。

背景技术

目前，在很多工业场合，都采用主处理器结合FPGA(Field-ProgrammableGate Array，现场可编程门阵列)的嵌入式控制系统来实现工业控制，例如实现X射线、CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)、MR(MagneticResonance，磁共振)等医疗诊断设备的定位、对准等控制。

主处理器作为该嵌入式控制系统的核心部分，可用于执行较高层的处理任务，而FPGA作为辅助部分，可用于实现一些较低层的功能。

上述嵌入式控制系统中，通常在FPGA中集成数据交换总线，例如Avalon数据交换总线，该Avalon数据交换总线由Altera公司提出，可用于实现主处理器和FPGA之间的通信，同时，Altera公司还提供一些具有该总线接口的功能模块，可用于添加至该Avalon数据交换总线以扩展嵌入式控制系统的外设。FPGA中还集成有FPGA嵌入式处理器，即软核处理器，例如Altera公司的Nios II CPU，可用于响应主处理器的指令以对连接至Avalon数据交换总线的外设功能模块进行读、写、控制等操作。

这种设计方式存在如下一些缺陷，例如，每添加一个功能模块至Avalon交换总线，都需要将其映射至相应的寄存器，还需要引入一个FPGA嵌入式处理器来实现其与主处理器之间的数据交换，增加了扩展外设的工作量；并且，主处理器只能通过询问的方式从FPGA获得数据；另外，这种设计方式难以实现主处理器和FPGA之间进行大量的数据交换。

现有嵌入控制式系统的上述缺陷可导致应用其的各种工业控制系统的工作效率较低，例如控制精度低、速度慢等。

因此，需要提供一种新的嵌入控制式系统，能更简便地扩展外设，并提升医疗设备的工作效率。

实用新型内容

本实用新型的一个示例性实施例提供了一种用于医疗领域的FPGA装置，该FPGA装置集成有数据交换总线和控制装置。该数据交换总线上设置有主控接口和从控接口，该从控接口连接有一个或多个外设功能模块。控制装置用于连接外部的主处理器的外部并行总线，并连接数据交换总线的主控接口，控制装置中集成有时序转换装置，该时序转换装置用于向主处理器发送将其外部并行总线的时序转换为上述数据交换总线的时序的转换信号。

本实用新型还提供了一种嵌入式控制系统，包括主处理器和上述的FPGA装置。

本实用新型还提供了一种应用该嵌入式控制系统的医疗设备控制系统。

通过下面的详细描述、附图以及权利要求，其他特征和方面会变得清楚。

附图说明

通过结合附图对于本实用新型的示例性实施例进行描述，可以更好地理解本实用新型，在附图中：

图1为本实用新型一个实施例提供的用于医疗领域的FPGA装置的结构框图；

图2为本实用新型一个实施例提供的嵌入式控制系统的结构框图。

具体实施方式

以下将描述本实用新型的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本实用新型公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。

除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，也不限于是直接的还是间接的连接。

图1为本实用新型一个实施例提供的用于医疗领域的FPGA装置的结构框图；图2为本实用新型一个实施例提供的嵌入式控制系统的结构框图。如图1、图2所示，该FPGA装置包括数据交换总线12和控制装置14。该数据交换总线12具有主控接口121和从控接口122，连接至其主控接口121的器件可主动与该数据交换总线12进行数据交换，而连接至其从控接口122的器件被动地与该数据交换总线12进行数据交换。该数据交换总线12的从控接口122连接有一个或多个外设功能模块16。

上述数据交换总线12具体可为Altera公司提出的Avalon数据交换总线，也可为其它可以接入外设功能模块并具有主控接口和从控接口的数据交换总线。

控制装置14用于连接外部的主处理器20的外部并行总线22，并连接上述数据交换总线12的主控接口121。控制装置14中集成有时序转换装置142，用于向主处理器发送时序转换信号，该时序转换信号用于将主处理器20的外部并行总线22的时序转换为上述数据交换总线12的时序。

上述主处理器20的外部并行总线22具体可为，例如LPC(Low PinCount，低引脚数)总线。

通过在FPGA装置中集成控制装置14，使得主处理器20通过控制装置14连接至FPGA装置，控制装置14具体与数据交换总线12的主控接口121连接，外设功能模块16与数据交换总线12的从控接口122连接，并且在控制装置14中集成时序转换装置142，以将主处理器20的外部并行总线22的时序转换为数据交换总线12的时序，使得主处理器20能够直接访问各外设功能模块16，无需通过FPGA嵌入式处理器来实现数据交换，当需要扩展新的外设功能模块时，也无需对新的外设功能模块进行例如接口适配、寄存器映射等额外的定制，而是直接将具有该数据交换总线12的从控接口的外设功能模块添加至数据交换总线即可。减少了扩展外设的工作量。

可选地，控制装置14中还集成有中断请求转发装置144，连接主处理器10和数据交换总线12，用于将连接至数据交换总线12的外设功能模块16发送的中断请求信号转发至主处理器20，使得主处理器20能够响应该中断请求信号。

可选地，数据交换总线12上连接有外部存储器17，该外部存储器17可作为一种外设功能模块。由于现有技术中的外设功能模块添加至数据交换总线时，都需要将其映射至相应的寄存器，通过FPGA嵌入式处理器访问相应的寄存器来对外设进行读、写、等操作，进而与主处理器进行数据交换，而对于外部存储器来说，无法为其映射数量庞大的寄存器，因此使得主处理器和FPGA装置之间无法进行大量的数据交换。而本实用新型的实施例中，通过该控制装置14实现了主处理器20对外设功能模块的直接访问和数据交换，无需将外设功能模块映射至寄存器，因此，只要在数据交换总线12上连接外部存储器17，即可实现主处理器20和FPGA装置之间大量的数据交换。

可选地，上述数据交换总线12的主控接口121上连接有FPGA嵌入式处理器19，例如Nios II CPU，虽然本实用新型的实施例中可以无需集成FPGA嵌入式处理器即可实现FPGA装置与主处理器之间的数据交换，但是，FPGA嵌入式处理器依然可以作为主处理器的协处理器来分担执行一些任务。

进一步，数据交换总线12的从控接口122上还连接有共享存储器(图中未示出)，该共享存储器用于存储主处理器20和FPGA嵌入式处理器19进行数据交换的共享数据。

可选地，该共享存储器为一个或多个外设功能模块16中的一个。例如，该共享存储器可为上述外部存储器17或者该外部存储器17中的一部分，可将外部存储器17的全部或部分存储空间用来存储上述共享数据，主处理器20和FPGA嵌入式处理器19可通过读、写该共享数据以进行数据交换。又如，该共享存储器可为专用于FPGA嵌入式处理器19的外设功能模块(例如mailbox core)，本实施例中，通过将该专用于FPGA嵌入式处理器19的外设功能模块的全部或部分存储空间用来存储共享数据，使得主处理器20和FPGA嵌入式处理器19读、写该共享数据以进行数据交换。

如图2所示，本实用新型实施例提供的嵌入式控制系统包括主处理器20以及图1所示的实施例提供的FPGA装置，其中主处理器20连接FPGA装置的控制装置14。该嵌入式控制系统可用于各种工业场合以实现对工业设备的控制。该FPGA装置及主处理器的连接关系、工作原理已在上述实施例中进行了详细介绍，不再赘述。

本实用新型一个实施例还提供了一种医疗设备控制系统，包括图2所示的实施例提供的嵌入式控制系统，将该嵌入式控制系统应用在医疗设备控制系统中，可实现对医疗设备的控制，该医疗设备可包括，CT(ComputedTomography，计算机断层扫描)、X射线医疗诊断设备、MR(MagneticResonance，磁共振)等。

例如，该嵌入式控制系统中的一个或多个外设功能模块16可包括诊断床防撞模块、编码器读取模块、升降床寿命检测模块以及诊断床运动控制模块中的一个或多个。通过主处理器20对其进行访问或控制，实现医疗设备的控制，例如，通过控制诊断床防撞模块，可使X射线设备中的诊断床在发生碰撞时停止升降运动以避免发生危险；通过访问编码器读取模块，可确定医疗设备运动部件当前的运动位置；通过访问升降床寿命检测模块的数据，可测试升降床的使用寿命；通过控制诊断床运动控制模块，可控制例如CT、X射线医疗诊断设备的诊断床的运动方向、速度等。

本实用新型实施例中的FPGA装置、具有该FPGA装置的嵌入式控制系统通过在FPGA装置中集成控制装置14，使得主处理器通过控制装置14连接至FPGA装置，控制装置14具体与数据交换总线12的主控接口连接，外设功能模块16与数据交换总线12的从控接口连接，并且在控制装置14中集成时序转换装置142，以将主处理器的外设总线的时序转换为数据交换总线的时序，使得主处理器能够直接访问各外设功能模块16，无需通过FPGA嵌入式处理器来实现数据交换，当需要扩展新的外设功能模块时，也无需对新的外设功能模块额外进行例如接口适配、寄存器映射等额外的定制，而是直接将其添加至数据交换总线即可，减少了扩展外设的工作量。

另外，还可实现主处理器与FPGA装置之间大量的数据交换。

通过在控制装置14中集成中断请求转发装置144，还可使主处理器能够响应外设功能模块的中断请求信号。

本实用新型实施例提供的医疗设备控制系统应用该嵌入式控制系统，能够提升医疗设备的工作效率，例如，提升控制精度和速度等。

上面已经描述了一些示例性实施例。然而，应该理解的是，可以做出各种修改。例如，如果所描述的技术以不同的顺序执行和／或如果所描述的系统、架构、设备或电路中的组件以不同方式被组合和／或被另外的组件或其等同物替代或补充，则可以实现合适的结果。相应地，其他实施方式也落入权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1. 一种用于医疗领域的FPGA装置，其特征在于，其包括有：

数据交换总线，该数据交换总线上设置有主控接口和从控接口，该从控接口连接有一个或多个外设功能模块；

控制装置，用于连接外部的主处理器的外部并行总线，并连接所述数据交换总线的主控接口，所述控制装置中集成有时序转换装置，该时序转换装置用于向所述主处理器发送将所述主处理器的外部并行总线的时序转换为所述数据交换总线的时序的转换信号。

2. 根据权利要求1所述的用于医疗领域的FPGA装置，其特征在于，所述控制装置中还集成有中断请求转发装置。

3. 根据权利要求1或2所述的用于医疗领域的FPGA装置，其特征在于，所述数据交换总线的从控接口上连接有外部存储器。

4. 根据权利要求1或2所述的用于医疗领域的FPGA装置，其特征在于，所述数据交换总线的主控接口上还连接有FPGA嵌入式处理器。

5. 根据权利要求4所述的用于医疗领域的FPGA装置，其特征在于，所述数据交换总线的从控接口上还连接有共享存储器，所述共享存储器用于存储所述主处理器和所述FPGA嵌入式处理器进行数据交换的共享数据。

6. 根据权利要求5所述的用于医疗领域的FPGA装置，其特征在于，所述共享存储器为所述一个或多个外设功能模块中的一个。

7. 根据权利要求1或2所述的用于医疗领域的FPGA装置，其特征在于，所述数据交换总线为Avalon数据交换总线。

8. 一种嵌入式控制系统，其特征在于，包括主处理器和权利要求1-7任一项所述的用于医疗领域的FPGA装置。

9. 根据权利要求6所述的嵌入式控制系统，其特征在于，所述一个或多个外设功能模块包括诊断床防撞模块、编码器读取模块、升降床寿命检测模块和诊断床运动控制模块中的一个或多个。

10. 一种应用权利要求8或9所述的嵌入式控制系统的医疗设备控制系统。