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，一個(gè)有效的解決方案確實(shí)在關(guān)鍵關(guān)注點(diǎn)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)，“最高的效率是能夠最大限度地利用現(xiàn)有材料。” 因此，一個(gè)有效的解決方案力求在系統(tǒng)的約束范圍內(nèi)發(fā)揮最大作用；便攜式醫(yī)療系統(tǒng)有很多限制。

知道你在建造什么

第一個(gè)設(shè)計(jì)策略是了解您正在構(gòu)建什么。顯而易見(jiàn)，這是一個(gè)經(jīng)常被忽視的步驟，但卻是一切的關(guān)鍵。最終產(chǎn)品的要求必須明確定義。必須考慮所有方面并優(yōu)先考慮：功能、性能、功率、尺寸、成本、可用性、可升級(jí)性、產(chǎn)品組合中的位置等。所有這些都需要清楚地理解和帕累托排名在做出任何關(guān)于如何設(shè)計(jì)實(shí)際產(chǎn)品的明智決定之前。這可能看起來(lái)很簡(jiǎn)單，也可能很簡(jiǎn)單，但是應(yīng)該完成并記錄此步驟。當(dāng)需要在相互沖突的要求（例如性能與功耗）之間進(jìn)行設(shè)計(jì)權(quán)衡時(shí)，本文檔將成為最終的評(píng)判者。該文檔也可能是協(xié)調(diào)要求產(chǎn)品的企業(yè)主和構(gòu)建它的工程師之間的問(wèn)題的最重要工具。

選擇合適的處理器

顯然，需要選擇許多系統(tǒng)組件：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)將放在系統(tǒng)處理器的選擇。處理器的決定通常是最終產(chǎn)品功能的基礎(chǔ)，并影響項(xiàng)目的許多其他方面，如軟件開發(fā)工作、系統(tǒng)內(nèi)存和所需的互連。許多用于挑選處理器的設(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，就像產(chǎn)品一樣，Pareto 對(duì)影響處理器選擇的幾個(gè)方面進(jìn)行排名很重要。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、系統(tǒng)總成本、軟件開發(fā)工作量、硬件開發(fā)工作量、尺寸、集成度、可重用性、靈活性、壽命、可用性和開發(fā)工具。這些都不能孤立地考慮，但是有一些設(shè)計(jì)策略可以幫助解決每一個(gè)問(wèn)題。

與專注于處理器以說(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。這需要比大多數(shù)便攜式醫(yī)療系統(tǒng)更多的處理，但許多設(shè)計(jì)策略仍然相關(guān)。

表現(xiàn)

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)商提供了大量可能的解決方案，它們的部件都能夠滿足產(chǎn)品的處理需求。供應(yīng)商吹捧 GHz、GMAC、GFLOP 和基準(zhǔn)測(cè)試。當(dāng)心這些數(shù)字；它們可能會(huì)給出設(shè)備功能的一些一般指示，但了解應(yīng)用程序性能的最佳方式是與供應(yīng)商的工程師討論需要實(shí)現(xiàn)的算法的細(xì)節(jié)。尤其是在處理不熟悉的架構(gòu)時(shí)，與熟悉設(shè)備的工程師互動(dòng)是無(wú)可替代的。將算法定義為具有已知數(shù)據(jù)要求的功能塊進(jìn)出每個(gè)塊。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)的情況并進(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)處理器工作得最好。

如果無(wú)法直接訪問(wèn)供應(yīng)商的工程師，請(qǐng)尋找經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師分享知識(shí)的在線論壇。Texas Instruments 有一個(gè)E2E 社區(qū)，這是一個(gè)在線資源示例，其中包含工程師向其他工程師提問(wèn)的論壇。諸如此類的站點(diǎn)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范圍，就必須權(quán)衡所有其他因素并考慮權(quán)衡。

力量

這是相對(duì)于性能的重大權(quán)衡，并且可以追溯到效率的概念。許多處理解決方案可以提供性能，但很難以節(jié)能的方式實(shí)現(xiàn)，或者在需要較低性能時(shí)難以降低功率。每瓦性能是這里的一個(gè)關(guān)鍵衡量標(biāo)準(zhǔn)。查看供應(yīng)商的電源數(shù)據(jù)時(shí)，請(qǐng)務(wù)必了解引用的設(shè)備溫度、外殼溫度或結(jié)溫以及設(shè)備的用例。供應(yīng)商引用的功率數(shù)字不同，在進(jìn)行比較時(shí)了解確切的用例很重要。還要了解不同的電源管理選項(xiàng)以及它們?nèi)绾闻c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)電源切換、多種電源狀態(tài)休眠模式等技術(shù)，

成本、集成和開發(fā)工作

在看成本時(shí)，不要只看設(shè)備的價(jià)格，而是要評(píng)估整個(gè)系統(tǒng)的成本。

一些供應(yīng)商提供的不僅僅是一種處理解決方案，而是一種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)所需的組件數(shù)量，有助于降低總體成本和硬件復(fù)雜性。這些設(shè)備通常具有大型內(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)牢記您的應(yīng)用程序，并將系統(tǒng)流程和算法映射到 SoC 上，以查看架構(gòu)中可能存在瓶頸的位置。注意輸入和輸出。除了找出設(shè)備上的內(nèi)容外，還要確保知道多路復(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。由于調(diào)試和驗(yàn)證通常花費(fèi)大量開發(fā)時(shí)間，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)人員能夠更清楚地了解他們的設(shè)計(jì)，并且可以顯著加快開發(fā)速度。

考慮多種選擇

處理器領(lǐng)域沒(méi)有“一刀切”。每個(gè)人都有自己的長(zhǎng)處和短處，這使他們?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)快速且高效地進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。其他包含 ARM 內(nèi)核的處理器更適合任務(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)合了其中幾個(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，支持使用單芯片實(shí)現(xiàn)不同處理能力的應(yīng)用。此類解決方案為醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供了多種屬性：低功耗、

盡管如此，即使是這些先進(jìn)的 SoC 也永遠(yuǎn)不能聲稱是一種萬(wàn)能的解決方案。有時(shí)多處理器可能是最有效的解決方案。例如，當(dāng)今的便攜式超聲系統(tǒng)使用 FPGA 連接到 AFE 和進(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 用于操作系統(tǒng)和用戶界面（圖 1）。這聽(tīng)起來(lái)可能不是最理想的，但每個(gè)單獨(dú)的組件都會(huì)執(zhí)行它最擅長(zhǎng)的特定任務(wù)，從而可以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)的版本更小。總功耗和成本可能會(huì)更低，同時(shí)將散熱分散到三個(gè)處理器而不是創(chuàng)建單個(gè)熱點(diǎn)。最重要的是，

圖 1：便攜式超聲系統(tǒng)等便攜式醫(yī)療設(shè)備可以受益于使用多個(gè)處理器，例如用于連接 AFE 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