【正文】 ； （ 2）外部存儲管理（ SDRAM 控制器和芯片選擇邏輯）； （ 3） 3 個通道的 UART； （ 4） 4 個通道的 DMA，支持存儲器和 I/O 口之間的傳輸，以提高傳 輸速率； （ 5） 4 個具有 PWM 功能的 16 位定時 /計數(shù)器和 1 個 16 位內(nèi)部定時器，支持外南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計 第 10 頁 共 28 頁 部時鐘源； （ 6） 8 通道的 10 位 ADC，最高速率可達到 500kB/s， 10 位分辨率； （ 7）觸摸屏接口； （ 8） IIS 總線接口； （ 9） 2 個 USB 主機接口， 1 個 USB 設(shè)備接口； （ 10） 2 個 SPI 接口； （ 11） SD 卡接口和 MMC 卡接口； （ 12） 16 位看門狗定時器； （ 13） 117 位通用 I/O 口和 24 位外部中斷源； （ 14） 8 通道 10 位 AD 控制器； （ 15）電源管理。這樣可以把指令訪問和數(shù)據(jù)訪問單獨安排 1 級流水線。 （ 5）回寫：將指令產(chǎn)生的結(jié)果回寫到寄存器，包括任何從存儲器中讀取的數(shù)據(jù)。 （ 3）執(zhí)行：把一個操作數(shù)移位，產(chǎn)生 ALU 的結(jié)果。 ARM920T 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析 ARM920T 采用 5 級流水線，具有分開的指令和數(shù)據(jù)存儲器， 5 級流水線具體如下： （ 1）取指：從存儲器中去取指令，并將其放入指令流水線。 ARM 處理器的運行模式可以通過軟件改變，也可以通過外部中斷或異常處理改變。但 ARM 處理器在開始執(zhí)行代碼時，應(yīng)該處于 ARM 狀態(tài)。 ARM指令集和 Thumb 指令集均有切換處理器狀態(tài)的指令，在程序的執(zhí)行過程中，處理器可以隨時在兩種工作狀態(tài)之間切換。此外， ARM 芯片還獲得了許多實時操作系統(tǒng) (RealTime Operating System)供應(yīng)商的支持，比較知名的有： Linux，Win CE， pSOS， VxWorks， Mucleus， EPOC， uCOS， BeOS 等。 目 前非 常流 行的 ARM 核有 ARM7TDMI,StrongARM ， ARM720T ，ARM920TDMI， ARM922T， ARM940T， ARM946T， ARM966T， ARMI0TDM1等。 由于 ARM 公司自成立以來，一直以 IP 提供者的身份向各大半導(dǎo)體制造商出售知識產(chǎn)權(quán)，而自己不介入芯片的生產(chǎn)銷售，加上其設(shè)計的芯核具有功耗低、成本低等顯著優(yōu)點，因此獲得眾多的半導(dǎo)體廠家和整機廠商的大力支持，在 32 位嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域獲得了巨大的成功，目前已經(jīng)占有 75%以上的 32 位 RISC 嵌入式產(chǎn)品市場。 1991 年 ARM 公司成立于英國劍橋，主要出售芯片設(shè)計技術(shù)的授權(quán)。 A/D 轉(zhuǎn)換電路如圖 24 所示。我們采用 的探頭，根據(jù)采樣定理，這款 A/D 轉(zhuǎn)換器能夠達到要求。 選用 AD 公司的 AD9220 實現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換。前端模擬處理加后端數(shù)字處理的方法是現(xiàn)在電路系統(tǒng)中普遍采用的方式，雖然數(shù)字化技術(shù)在當(dāng)今已占主導(dǎo)地位，但是模擬技術(shù)絕對不會被取代，因為現(xiàn)實世界本就是一個模擬的世界。具體電路如圖 23 所示。 采用三級管 MRF904 和 MM4049 實現(xiàn)高輸入阻抗的前置放大器，這兩種三級管是一組對管，性能很接近，其轉(zhuǎn)換頻率在 VVce 10? , mAIc 10? 時可達到，很適合用于對高頻信號的處理。在放大的時候應(yīng)特別小心，如果處理不好將會給后級電路造 成極大的麻煩。 經(jīng)過前置放 大器處理后的超聲回波信號中混有較多的高頻噪聲，為方便后級電路對有用信號的處理，需要對噪聲進行消除，因此引入低通濾波器。超聲波在人體內(nèi)的傳播過程中，能量被人體組織吸收，隨著探測深度的RST1(RXD)2(TXD)3XTAL24XTAL15(INT0)6(INT1)7(T0)8(T1)9GND1011(AIN0)12(AIN1)13141516171819VCC20U8AT89C205112R03KR23KC1R/C15Cext14A1B2CLR3Q13Q4*SN74LS22INVCCVCCC2100PFVCCVCCoutput南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計 第 6 頁 共 28 頁 增加超聲波能量逐漸衰減。超聲波在人體組織內(nèi)的衰減是一個很復(fù)雜的物理過程，它是由于超聲在人體組織內(nèi)傳播時，被人體組織吸收、反射、繞射、折射和散射等原因造成。因此，相同性質(zhì)的分界面處于相同深度時，反射回來的超聲能量是相等的。 圖 22 發(fā)射脈沖產(chǎn)生電路 低通濾波器的設(shè)計 超聲波在人體內(nèi)傳播的過程中，遇到不同的界面時，就會發(fā)生部分反射和部分 透射。只需外接不同阻值和電容值的電阻電容即可實現(xiàn)不同寬度的脈沖輸出。若采用的換能器工作頻率為 ，可得出發(fā)射脈沖寬度約為 150ns。 完整的 B 型超聲儀的工作原理圖可用圖 21 所示的方框圖來說明。聲阻抗大的組織和結(jié)石等物質(zhì)（質(zhì)量密度大的組織和物質(zhì)，其聲阻抗通常也大），其反射系數(shù)也大，所以 B 超圖像上的光點亮度也高。因為脈沖回波法可獲得回波信號幅度和回波反射源深 度信息，調(diào)亮后的光點亮度（通常稱為灰階）與回波幅度間存在一定的函數(shù)關(guān)系（由顯示管的調(diào)制特性決定）。 B 型顯示時，探頭中的換能器所發(fā)射和接收的超聲波按一定規(guī)則掃查過一個平面，所以顯示的 B 型黑白圖像是一幅二維的截面聲像圖。多家公司已經(jīng)成功推出了他們的筆記本式 B 超儀，極大地方便了醫(yī)生的出診。以往體積做得很大的硬件模塊而今也許只需一個芯片即可替代。 小型化是現(xiàn)今 B 超發(fā)展的一個趨勢。采用現(xiàn)代的圖像處理技術(shù)，減少斑點、噪音。主要特點有 :不斷發(fā)展探頭的 超寬頻、高信噪比、高匹配能力以及電子探頭的超高密度陣兀，以提供獲取高質(zhì)量聲束的基礎(chǔ) 。 B 超的發(fā)展，一直圍繞著如何獲得更充分更真實的信息而努力。 90 年代，由十超高密度（ 192, 256 陣元 )、超寬頻 (5MHz)探頭的發(fā)展，采用現(xiàn)代計算機技術(shù)和圖像處理技術(shù)，已能形成高質(zhì)量的聲束 (分辨率極高 )獲取超寬頻信號和細微變化的信息。 B 超技術(shù)的發(fā)展 B 超現(xiàn)今已成為超聲診斷的最基本技術(shù)，由十其具有無創(chuàng)傷、操作簡便、成本低廉的特點，廣泛用十臨床診斷。上層軟件不用考慮設(shè)備的具體內(nèi)部操作，只需要調(diào)用驅(qū)動層程序提供的接口即可。對十功能簡單，僅僅包括應(yīng)用程序的嵌入式系統(tǒng)，一般不使用操作系統(tǒng)，僅有應(yīng)用程序和設(shè)備驅(qū)動程序。嵌入式系統(tǒng)硬件核心是嵌入式微處理器，有時為了提高系統(tǒng)的信息處理能力，常常外接 DSP(或者選用內(nèi)部集成了 DSP 模塊的微處理器 )，以完成高性能信號處理。 (1)嵌入式系統(tǒng)硬件 嵌入式系統(tǒng)的硬件組成部分是以嵌入式處理器為中心，由存儲器、 I/O 設(shè)備、通信模塊以及電源等必要的輔助接口組成。嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用軟件則是整個系統(tǒng)的控制核心，控制整個系統(tǒng)的運行，提供人機交互的信息等。 嵌入式系統(tǒng)的組成 嵌入式系統(tǒng)是專用計算機應(yīng)用系統(tǒng)，它具有一般計算機組成的共性，也是由硬件和軟件組成的。當(dāng)必須執(zhí)行對時間要求很嚴(yán)格的任務(wù)時，在過程控制中也大量使用“硬實時嵌入式系統(tǒng)”。如果該任務(wù)未能在 30 毫秒內(nèi)完成則可能產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。這樣的系統(tǒng)被稱為實時嵌入式系統(tǒng)。在一些單機系統(tǒng)中，執(zhí)行某項特定任務(wù)的時間限制并不十分嚴(yán)格，早幾毫秒和晚幾毫秒沒有太大的關(guān)系，換句話說，響應(yīng)時間不是至關(guān)重要的。在制造廠和汽車廠里很多用十過程控制的嵌入式系統(tǒng)可以被劃入此類。輸入可以是來自傳感器的電信號，或者是來自人的命令，比如按下按鈕。這種分類是依據(jù)系統(tǒng)是否必須作為獨立單兀工作或必須具有網(wǎng)絡(luò)功能，是否必須執(zhí)行實時操作等標(biāo)準(zhǔn)來劃分的。國內(nèi)普遍認同的嵌入式系統(tǒng)定義為 :以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁減，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。像這樣嵌入到更大的、專用的系統(tǒng)中的計算機系統(tǒng)就是嵌入式系統(tǒng)。但是有些系統(tǒng)卻不是這樣。例如一臺 PC 就是一個計算機系統(tǒng)，整個系統(tǒng)存在的目的就是為人們提供一臺可以編程、會計算、能處理數(shù)據(jù)的機器。 嵌入式系統(tǒng)概述 嵌入式系統(tǒng)的定義 嵌入式系統(tǒng)實際上是嵌入式計算機系統(tǒng)的簡稱。例如神州飛船和長征火箭中有很多嵌入式系統(tǒng)，導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)，高檔汽車中也有多達幾十個嵌入式系統(tǒng)。 即使不可見，嵌入式系統(tǒng)也無處不在。例如， MP數(shù)碼相機與打印機就有很大的不同。 經(jīng)過幾十年的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在很大程度上改變了人們的生活、工作和娛樂方式， 而且 這些改變還在加速。如今 那么多 年過去了，現(xiàn)實的發(fā)展也驗證了這個預(yù)言的正確性。展望未來，明天的嵌入式系統(tǒng)將比今天的更 方便、 更小巧、更可靠 、更高效 而且 更智能化。盡管還沒有從事該領(lǐng)域開發(fā)的公司占到了大多數(shù)，但我國國內(nèi)的嵌入式軟件市場已經(jīng)處十整體啟動階段。s volume, functions, reliabilities, costs and so on. New technologies that used in Bmode scanner have been discussed in this thesis, and many works of forepart and backend of digital Bmode scanner have been done. To apply ARM and Linux in Bmode scanner, will make it more powerful. What we have done guarantees the future researches based on the embedded platform and has high utility value. Key words: Embedded system, Linux, ARM, Bmode ultrasound scanner 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計 目 錄 1 嵌入式的概述 ............................................................................................................. 1 嵌入式技術(shù)的現(xiàn)狀 ......................................................................................... 1 嵌入式系統(tǒng)概述 ............................................................................................. 1 嵌入式系統(tǒng)的定義 ............................................................................... 1 嵌入式系統(tǒng)分類 ................................................................................... 2 嵌入式系統(tǒng)的組成 ............................................................................... 2 B 超技術(shù)的發(fā)展 .............................................................................................. 3 2 B 型超聲儀前端模擬電路設(shè)計 ................................................................................. 4 發(fā)射電路 ......................................................................................................... 5 低通濾波器的設(shè)計 ......................................................................................... 5 前置放大器設(shè)計 ............................................................................................. 6 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 .......................................................................................... 7 3 ARM 體系結(jié)構(gòu)和 BootLoader 的實現(xiàn) ....................................................................... 8