高效的解決方案通常不是最快、性能最高、成本最低或最靈活的解決方案。盡管如此，有效的解決方案確實(shí)在關(guān)鍵護(hù)理之間實(shí)現(xiàn)了最佳平衡。正如印度第一任總理賈瓦哈拉爾·尼赫魯所說(shuō)，“最高的效率是能夠充分利用現(xiàn)有材料的產(chǎn)品。因此，一個(gè)有效的解決方案尋求在系統(tǒng)的約束內(nèi)充分利用;便攜式醫(yī)療系統(tǒng)有許多限制。

了解您正在構(gòu)建的內(nèi)容

第一個(gè)設(shè)計(jì)策略是知道你正在構(gòu)建什么。盡管這是顯而易見(jiàn)的，但這是一個(gè)經(jīng)常被忽視的步驟，但它是一切的關(guān)鍵。必須明確定義最終產(chǎn)品的要求。必須考慮并優(yōu)先考慮所有方面：功能，性能，功率，尺寸，成本，可用性，可升級(jí)性，在產(chǎn)品組合中的位置等。所有這些都需要清楚地理解并排列帕累托，然后才能明智地就如何設(shè)計(jì)實(shí)際產(chǎn)品做出任何決定。這可能看起來(lái)很簡(jiǎn)單，也可能很簡(jiǎn)單，但此步驟應(yīng)該完成并記錄在案。當(dāng)設(shè)計(jì)中需要在相互沖突的要求（例如性能與功耗）之間進(jìn)行權(quán)衡時(shí)，本文檔將成為最終判斷哪個(gè)應(yīng)該勝出。本文檔也可能是協(xié)調(diào)要求產(chǎn)品的業(yè)務(wù)所有者與構(gòu)建產(chǎn)品的工程師之間問(wèn)題的最重要工具。

選擇合適的處理器

顯然，有許多系統(tǒng)組件需要選擇：用于收集數(shù)據(jù)的傳感器，顯示器的類型和尺寸，電源管理電路，模擬前端等。為了說(shuō)明一些設(shè)計(jì)實(shí)踐，這里的重點(diǎn)是系統(tǒng)處理器的選擇。處理器的決策通常是最終產(chǎn)品功能的基礎(chǔ)，并影響項(xiàng)目的許多其他方面，如軟件開(kāi)發(fā)工作、系統(tǒng)內(nèi)存和所需的互連。用于挑選處理器的許多設(shè)計(jì)策略可以應(yīng)用于系統(tǒng)的其他方面。

對(duì)于處理器，就像使用產(chǎn)品一樣，帕累托對(duì)處理器選擇的幾個(gè)方面進(jìn)行排名非常重要。便攜式醫(yī)療設(shè)備感興趣的項(xiàng)目包括處理能力（性能）、功耗、總系統(tǒng)成本、軟件開(kāi)發(fā)工作、硬件開(kāi)發(fā)工作、尺寸、集成、可重用性、靈活性、使用壽命、可用性和開(kāi)發(fā)工具。這些都不能孤立地考慮，但有一些設(shè)計(jì)策略可以幫助每個(gè)策略。

與關(guān)注處理器以說(shuō)明產(chǎn)品其余部分的設(shè)計(jì)實(shí)踐類似，終端設(shè)備的重點(diǎn)將是便攜式醫(yī)療成像設(shè)備，例如手持式超聲設(shè)備。與大多數(shù)便攜式醫(yī)療系統(tǒng)相比，這需要更多的處理，但許多設(shè)計(jì)策略仍然具有相關(guān)性。

性能

確保處理解決方案具有足夠的性能實(shí)際上是最容易滿足的要求。CPU、GPU、FPGA 和 DSP 供應(yīng)商提供的大量可能解決方案都提供了能夠滿足產(chǎn)品處理需求的部件。供應(yīng)商兜售 GHz、全球機(jī)械設(shè)備、全球網(wǎng)絡(luò)和基準(zhǔn)測(cè)試。當(dāng)心這些數(shù)字;它們可能會(huì)給出一些設(shè)備功能的一般指示，但了解應(yīng)用程序性能的最佳方法是與供應(yīng)商的工程師討論需要實(shí)現(xiàn)的算法的細(xì)節(jié)。特別是在處理不熟悉的架構(gòu)時(shí)，與熟悉設(shè)備的工程師進(jìn)行交互是無(wú)可替代的。將算法定義為功能塊，每個(gè)塊中具有已知的數(shù)據(jù)需求。討論進(jìn)出處理器的數(shù)據(jù)以及功能塊的計(jì)算復(fù)雜性。了解在每個(gè)處理器上實(shí)現(xiàn)整個(gè)處理系統(tǒng)的樣子，并進(jìn)行比較，注意瓶頸、負(fù)擔(dān)過(guò)重和未充分利用的資源。這將更好地指示哪個(gè)處理器將工作得最好。

如果供應(yīng)商的工程師無(wú)法直接訪問(wèn)，請(qǐng)尋找有經(jīng)驗(yàn)的工程師分享知識(shí)的在線論壇。德州儀器 （TI） 有一個(gè) E2E 社區(qū)，這是包含討論論壇的在線資源的一個(gè)例子，工程師可以在其中向其他工程師提問(wèn)。諸如此類的網(wǎng)站是了解處理器功能的非常有用的工具。

一旦根據(jù)性能縮小了處理器搜索的范圍，就必須權(quán)衡所有其他因素并考慮權(quán)衡。

權(quán)力

這是相對(duì)于性能的重大權(quán)衡，可以追溯到效率的概念。許多處理解決方案可以提供性能，但難以以節(jié)能的方式做到這一點(diǎn)，或者在需要較低性能時(shí)難以降低功耗。每瓦特性能是這里的關(guān)鍵衡量標(biāo)準(zhǔn)。在查看供應(yīng)商的功率數(shù)字時(shí)，請(qǐng)確保了解引用的器件溫度，無(wú)論是外殼溫度還是結(jié)溫，以及設(shè)備的用例是什么。供應(yīng)商以不同的方式引用功率數(shù)字，在進(jìn)行比較時(shí)，了解確切的用例非常重要。還要了解不同的電源管理選項(xiàng)，以及這些選項(xiàng)如何與最終產(chǎn)品的使用模型配合使用。許多供應(yīng)商提供動(dòng)態(tài)電源開(kāi)關(guān)、多電源狀態(tài)休眠模式、復(fù)位隔離能力等技術(shù)，這些技術(shù)提供的額外節(jié)能可能對(duì)最終產(chǎn)品有價(jià)值。

成本、集成和開(kāi)發(fā)工作

在考慮成本時(shí)，不要只看設(shè)備的價(jià)格，還要評(píng)估整體系統(tǒng)成本。

一些供應(yīng)商提供的不僅僅是一個(gè)處理解決方案，而是一個(gè)高度集成的片上系統(tǒng)（SoC），它嵌入了一個(gè)或多個(gè)處理內(nèi)核。SoC可以減少系統(tǒng)中所需的組件數(shù)量，有助于降低總體成本和硬件復(fù)雜性。這些器件通常具有大型內(nèi)部存儲(chǔ)器、集成的高速外設(shè)和專用加速器，以卸載特定的處理功能。同樣，在查看 SoC 時(shí)，請(qǐng)記住您的應(yīng)用程序，并將系統(tǒng)流和算法映射到 SoC 上，以查看體系結(jié)構(gòu)中可能存在的瓶頸。注意輸入和輸出。除了找出設(shè)備上的內(nèi)容外，請(qǐng)確保知道多路復(fù)用的內(nèi)容，以便可以使用需要使用的所有內(nèi)容。

還要考慮開(kāi)發(fā)工作的范圍。一個(gè)好的設(shè)計(jì)實(shí)踐是花時(shí)間評(píng)估軟件和硬件開(kāi)發(fā)工具。這包括了解技術(shù)支持、培訓(xùn)、第三方支持和文檔。由于大量的開(kāi)發(fā)時(shí)間通?；ㄔ谡{(diào)試和驗(yàn)證上，因此調(diào)試和/或仿真工具應(yīng)該得到很多關(guān)注。高質(zhì)量的調(diào)試器環(huán)境和編譯器使設(shè)計(jì)人員能夠更深入地了解其設(shè)計(jì)，并且可以大大加快開(kāi)發(fā)速度。

考慮多種選擇

處理器空間中沒(méi)有“一刀切”。每個(gè)人都有自己的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，使他們?cè)诟鞣N情況下都是正確的選擇。一些處理器，如DSP，最擅長(zhǎng)非?？焖俸透咝У剡M(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。包含 ARM 內(nèi)核的其他處理器更適合任務(wù)管理和運(yùn)行高級(jí)操作系統(tǒng)。FPGA 非常適合大型互連和執(zhí)行并行處理。有時(shí)，結(jié)合其中幾個(gè)的異構(gòu)多核 SoC 可能是正確的解決方案。示例包括 TI 的 KeyStone SoC，它將 TMS320C66x DSP 內(nèi)核與 ARM Cortex-A15 內(nèi)核相結(jié)合，支持需要單芯片具有不同處理能力的應(yīng)用。像這樣的解決方案為醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供了多種屬性的組合：低功耗、可預(yù)測(cè)的實(shí)時(shí)信號(hào)和數(shù)據(jù)處理、高集成度、運(yùn)行高級(jí)操作系統(tǒng)的能力以及集成的開(kāi)發(fā)和調(diào)試環(huán)境。

盡管如此，即使是這些先進(jìn)的SoC也永遠(yuǎn)無(wú)法聲稱自己是一刀切的解決方案。有時(shí)，多個(gè)處理器可能是最有效的解決方案。例如，目前有便攜式超聲系統(tǒng)使用FPGA與AFE接口并進(jìn)行波束成形，使用DSP進(jìn)行圖像清理和超聲處理，并使用CPU進(jìn)行操作系統(tǒng)和用戶界面（圖1）。這聽(tīng)起來(lái)可能不是最優(yōu)的，但每個(gè)單獨(dú)的組件都執(zhí)行它最擅長(zhǎng)的特定任務(wù)，從而允許更好地利用其他處理器的選擇，從而比它們具有更多處理負(fù)載時(shí)更小的版本?？偣暮统杀究赡芨?，同時(shí)將散熱分散到三個(gè)處理器上，而不是產(chǎn)生單個(gè)熱點(diǎn)。最重要的是，如果多處理器配置“將現(xiàn)有材料發(fā)揮最大優(yōu)勢(shì)”，那么它是最有效的解決方案。

圖 1：便攜式超聲系統(tǒng)等便攜式醫(yī)療設(shè)備可以從使用多個(gè)處理器中受益，例如用于與AFE接口和波束成形的FPGA，用于圖像清理和超聲處理的DSP，以及用于操作系統(tǒng)和用戶界面的CPU。

審核編輯：郭婷