TI 公司的TMS320C5515 DSP醫療開發套件（Rev. B）支持完整的醫療應用開發，如心電圖（ECG）、數字聽診器和脈沖血氧計等。典型應用包括模擬前端（AFE）、信號處理算法以及用戶控制與交互。TMS320C5515是低功耗定點數字信號處理器（DSP），采用TMS320C55x™ DSP處理器核，內核工作電壓1.05V/1.3V、I/O電壓為1.8/2.5/2.75/3.3V。16.67/13.33/10/8.33-ns指令周期，時鐘速率60-,75-,100-,120-MHz，具有320kB 片內RAM。
ECG設計
TMS320C5515定點數字信號處理器是TI公司TMS320C5000™定點數字信號處理器（DSP）產品系列的成員之一，面向低功耗應用。
定點DSP基于TMS320C55x™ DSP系列CPU處理器內核。C55x™ DSP架構通過提高并行化和集中精力節省功耗而實現了高性能與低功耗。CPU支持由1條程序總線、1根32位數據讀出總線、2根16位數據讀出總線、2根16位數據寫入總線和其他外設與DMA活動專用總線組成的內部總線結構。這些總線提供了在單個周期內執行4次16位數據讀出和2次16位數據寫入操作的功能。該器件還包含4個DMA控制器，每個都具有4根通道，無需CPU干預即可在16條獨立通道的環境下實現數據傳送。在CPU活動過程中或獨立于CPU活動，每個DMA控制器每周期都可以執行1次32位數據傳送。
C55x CPU提供了2個乘累加（MAC）單元，每個單元在單個周期內都可以執行1次17位×17位乘法和1次32位加法。中央40位運算/邏輯單元（ALU）得到了另一個16位ALU的支持。ALU的使用受控于指令集，提供了優化并行活動與功耗的能力。這些資源存放在C55x CPU的地址單元（AU）和數據單元（DU）內。
圖1 TMS320C5515方框圖
圖2 醫療開發套件（MDK）硬件方框圖
C55x CPU支持可變字節寬度指令集，從而提高了代碼密度。指令單元（IU）從內部或外部存儲器獲取32位程序，并針對程序單元（PU）排列指令。程序單元對指令進行解碼，將任務指向地址單元（AU）和數據單元（DU）資源，管理受到全面保護的流水線。提前轉移功能可以避免執行條件指令時發生流水線排空的情況。
通用輸入和輸出功能以及10位SAR ADC為LCD顯示器、鍵盤和媒體界面提供了充足的狀態、中斷和比特位I/O引腳。通過2個多媒體卡/安全數字（MMC/SD）外設、4個Inter-IC Sound（I2S BusTM）模塊、1個具有4種芯片選擇的串行端口接口（SPI）、1個I2C多主-從接口和1個通用異步接收器/發射器（UART）接口實現了串行媒體支持。
器件外設集包括1個外部存儲器接口（EMIF），可以無縫訪問異步存儲器（如EEPROM、NOR、NAND和SRAM）和高速、高密度存儲器（如同步DRAM（SDRAM）和移動SDRAM（mSDRAM））。其他外設包括：高速通用串行總線（USB2.0）僅Device模式和實時時鐘（RTC）。該器件還包含3個通用定時器（其中1個可配置成看門狗定時器）和1個模擬鎖相環（APLL）時鐘發生器。
此外，該器件還包含1個緊耦合FFT硬件加速器。緊耦合FFT硬件加速器支持8點~1024點（2的乘冪）實數和復數FFT。并且，該器件還含有3個集成式LDO（DSP_LDO、ANA_LDO和USB_LDO），可以為器件的不同部分供電。DSP_LDO可以為DSP內核（CVDD）提供1.3V~1.05V的電壓。為了實現功耗最低的操作，編程器可以在外部電源為RTC（CVDDRTC和DVDDRTC）供電的時候關閉內部DSP_LDO，從而降低了DSP內核（CVDD）的功耗。ANA_LDO設計用于為DSP PLL（VDDA_PLL）、SAR和電源管理電路（VDDA_ANA）提供1.3V的電壓。USB_LDO為USB內核數字（USB_VDD1P3）和PHY電路（USB_VDDA1P3）提供了1.3V的電壓。RTC警報中斷或喚醒引腳可以重新啟動內部DSP_LDO，重新為DSP內核供電。
該器件得到了業內獲獎的eXpressDSPTM、Code Composer Studio™集成開發環境（IDE）、DSP/BIOS™、Texas Instruments算法標準和業內最大的第三方網絡的支持。Code Composer Studio IDE具有代碼生成工具，包括C編譯器和連接器、RTDXTM、XDS100TM、XDS510TM、XDS560™仿真器件驅動器與評估模塊。該器件還得到了C55x DSP庫的支持，其具有50多種基本軟件內核（FIR濾波器、IIR濾波器、FFT和各種數學功能）和芯片支持庫。
圖3 ECG板外形圖
圖4 安裝在C5515 EVM的ECG前端外形圖
TMS320C5515的主要特性
• 高性能/低功耗C55xTM定點DSP
• 16.67/13.33/10/8.33-ns指令周期時間
• 60、75、100和120MHz時鐘速率
• 320kB片上RAM
• 16/8位外部存儲器接口（EMIF）
• 2個多媒體卡/安全數字I/F
• 具有4種芯片選擇的串行端口I/F（SPI）
• 4個Inter-IC Sound（I2S Bus™）
• USB 2.0全速和高速器件
• 帶有異步接口的LCD橋
• 緊耦合FFT硬件加速器
• 10位4-輸入SAR ADC
• 具有晶體輸入的實時時鐘（RTC）
• 4個內核絕緣電源域
• 4個I/O絕緣電源域
• 3個集成式LDO
• 提供工業溫度器件
• 1.05V內核電壓、1.8/2.5/2.75/3.3V I/O電壓
• 1.3V內核電壓、1.8/2.5/2.75/3.3V I/O電壓
醫療開發套件（MDK）
大量新興醫療應用，如心電圖（ECG）、數字聽診器和脈沖血氧計，要求以極低的功耗實現較高的DSP處理性能。TMS320C5515數字信號處理器（DSP）是這類應用的較理想之選。C5515是TI公司C5000TM定點DSP平臺的成員之一。為了利用C5515開發各種醫療應用，Texas Instruments開發了基于C5515 DSP的MDK。典型醫療應用包括：
• 模擬前端，包括用于從身體采集感興趣的信號的傳感器；
• 信號處理算法，可以實現信號調節、進行測量與測量分析，進而確定健康狀況；
• 用戶控制與交互，包括信號處理結果的圖形顯示和實現遠程病患監測的連接功能。
MDK設計支持完整的醫療應用開發。它包含下列元件：
• C5515重點目標醫療應用（ECG、數字聽診器和脈沖血氧計）專用的模擬前端板（FE板），使用了TI面向醫療應用的模擬元件；
• C5515 DSP評估模塊（EVM）主板；
• 醫療應用軟件，包括實例演示。
圖5 ECG前端方框圖
圖6 DSP軟件架構圖
MDK硬件簡介
心電圖（ECG/EKG）是記錄心臟的電活動，用于檢查心臟病。可以通過有選擇地在皮膚上放置電極（電接觸點）來測量電波。
醫療開發套件ECG的主要特性
MDK ECG系統的主要特性：
• 利用10電極輸入實現12引線ECG輸出；
• 除纖顫器保護電路；
• 帶寬為0.05Hz~150 Hz的診斷質量ECG；
• 心搏率顯示；
• 持續斷線檢測；
• 在EVM LCD屏幕上實時顯示12引線ECG波形，一次可以選擇1條引線；
• EVM LCD屏幕上Y軸（振幅）的變焦選項；
• 在PC上實時顯示12引線ECG波形，一次可以選擇3條引線；
• PC應用中，X軸（時間）和Y軸（振幅）上的變焦功能；
• PC應用中，凍結屏幕選項；
• 記錄ECG數據，離線查看PC應用上錄制的ECG數據選項；
MDK ECG系統包含下列元件：
• C5515 EVM
• ECG前端板
• ECG電纜
（1）C5515 EVM
EVM帶有全套免費板上器件，適于各種應用環境。
了解C5515 EVM方面的詳情，請參照與EVM一起提供的醫療開發套件。
MDK ECG系統內采用的C5515 EVM的主要元件和接口包括：
• Texas Instrument公司推出的工作頻率為100MHz的TMS320C5515；
• C5512提供的用戶通用串行總線（USB）端口；
• 內部集成電路（I2C）/串行外設接口（SPI）電可擦除可編程只讀存儲器（EEPROM）；
• 外部存儲器接口（EMIF）、I2C、通用異步接收器/發射器（UART）、SPI接口；
• SAR；
• 外部IEEE標準1149.1-1990、IEEE標準測試存取端口和邊界掃描架構（JTAG）仿真接口；
• 嵌入式JTAG控制器；
• 彩色LCD顯示器；
• 電鍵（用戶開關）。
EVM由+5V外部電源或電池供電，設計用于和TI公司Code Composer Studio™集成開發環境（IDE）協同工作。Code Composer Studio通過外部仿真器或板上仿真器與EVM板通信。
（2）ECG前端板
ECG前端板上，電極采集的電勢穿過ECG前端板內的除纖顫器保護（DP）電路。然后，前端板從12條ECG引線中分離出了8條，為DSP子系統提供數字輸入。前端板可以通過通用前端連接器與EVM板相連。前端板利用I2C和I2S接口、通過通用前端連接器與C5515 EVM板相連，并且由其供電。
前端板上的16通道模數轉換器（ADC）（ADS1258）可以配置成500Hz采樣速率和24位數據分辨率。ADC利用SPI與C5515相連。
（3）ECG電纜
ECG電纜由4個肢電極和6個胸電極組成。該電纜通過DB15連接器與前端板相連。ECG電極從ECG仿真器/病患采集ECG信號，然后將它們發送給ECG前端板；使用了現成的ECG電纜。
