用赛灵思医疗专用可编程方案决胜于市场

在医疗电子中，FPGA应用最为广泛的在医疗成像领域，无论是欧洲、美国、日本或者是国内的主要医疗器械厂商都在大量地使用FPGA，其应用范围主要有超声成像、3D渲染、X射线的数据采集、核磁共振成像接口等。
现场可编程门阵列 (FPGA )是一种可配置的电子线路，内含可配置逻辑元件和可配置互联元件，赛灵思的共同创始人之一 Ross Freeman 因发明FPGA而荣登2009 美国发明家名人堂。共同入选名人堂中的IC业者还有摩尔定律的发明者、贝尔电话的发明者以及爱迪生等等。在FPGA市场，赛灵思拥有着51%的市场占有率，客户和市场非常多元化，在第三届中国国际医疗电子技术大会（CMET2010）中，赛灵思亚太区市场及应用总监张宇清与大家分享了FPGA在医疗电子方面的方案。

在医疗电子中，FPGA应用最为广泛的在医疗成像领域，无论是欧洲、美国、日本或者是国内的主要医疗器械厂商都在大量地使用FPGA，其应用范围主要有超声成像、3D渲染、X射线的数据采集、核磁共振成像接口等等，除此之外，在内窥镜或者是除颤器、病人监护仪中也可以看到FPGA的踪影。在这些应用中，FPGA可以提供比DSP强大的运算能力，让成像过程中的一些算法得到高速的执行。

赛灵思FPGA在医疗成像中的应用

赛灵思FPGA在医疗诊断、监测和治疗领域

经过了25年的发展，FPGA的成本、功耗都得到了质的飞跃（功耗方面已经非常接近传统的IC，而其一颗FPGA通常可以代替几颗DSP或其他IC）。比如赛灵思推出的最新产品系列高端的Virteh-6和的低端的Spartan-6都采用了40纳米工艺，因此比上一代65纳米的成本降低了60%，功耗降低了65%，IO的带宽也超过1Tbps，其中Virteh-6拥有业界最多的接口功能（插端接口是一般FPGA的五倍，并且同时支持串性和并行的接口），而其可以选择集成了不同DSP模块数量的型号供选择。功耗方面，Spartan-6低功耗器件在45K逻辑单元的情况下功率只有85毫瓦。

赛灵思最新FPGA系列产品可满足医疗电子不同技术要求

赛灵思FPGA可提供更多的接口

另外，根据BDPI的报告，FPGA的运算速度是普通DSP的30倍，这是因为FPGA采取了不同的运算方式，可以同时执行更多的指令。不过，虽然FPGA具有上述很多优势，但因为传统的医疗设备设计的过程中绝大部分的工程师对FPGA非常陌生，因此存在一些设计门槛，比如需要工程师对硬件架构有一些了解，同时又会做软件的编译，因此并不是每一个设计工程师都可以开发。不过这一情况现在也得到了解决：美国第三方认证公司BDPI认证了业界两家提供软件的公司，通过他们的工具可以将C语言转化为FPGA可用语言，这就降低了工程师进入FPGA编程领域的门槛，现在已经得到了赛灵思和一些国内半导体大厂的运用。

在了解FPGA技术特性之后，我们来看下FPGA的一些具体应用，如国内最热门的超声应用。超声可分为探测器、前端、后端部分和图象处理等部分。下图中红色的地方就是FPGA应用比较多的领域，在以往的应用中这些部分通常都是由多颗FPGA或者是DSP等其他芯片共同来完成工作，而现在由于FPGA的运算能力和功能已经足够强大，通常采用一颗FPGA芯片即可满足系统应用要求，如单颗Spartan-6 100T就可以满足64通道的超声的应用。另一方面，便携式超声是采用128个通道，需要150多个高速LVDS IO 来接收数据，传统DSP根本无法满足，FPGA多接口的优势在这里就可以得到充分发挥。此外，便携式超声把波束形成器和解调器集成在单片FPGA中，需要数以百计的并行乘法器，以及便携式超声正向降低功耗的方向迈进，因而“便携式”并不仅仅意味着从一个空间到到另一个空间的移动，同时还意味着电池寿命的延长。这些都可以通过FPGA的应用来满足。

从上边所讲就可以看到赛灵思FPGA为超声设计带来的好处都包括：

IO 优势
Virtex-6, Spartan6 提供同质的IO , 且更易使用
Virtex-6,  为超声提供比竞争产品多4.5倍的差分IO

DSP 优势
Virtex-6 DSP模块的架构为超声应用提供高2倍的容量
预加法器减少了波束形成器和解调器所需的乘法器

功耗优势
Virtex-6, Spartan6 -1L低功耗器件在同样性能的基础上功耗比竞争对手低20％
Virtex-6, Spartan6 -1 低成本器件可提供比竞争对手高达1个速度级别的性能和低9％的功耗

在超声之外常见的还有内窥镜，在科技进步的推动下，现在内窥镜正在从1CCD到3CCD、从隔行到逐行、从标清（SD）到高清（HD）、从本机分辨率（Native resolution）到像素转移（Pixel-shifting）技术转变，全高清格式的实时图像处理、图像压缩和无线传输都成为内窥镜设计中的挑战，而可以集成更多功能的FPGA也可以满足这些需求：高性能的XtremeDSP解决方案有助于加速视频和成像系统的开发和扩大DSP处理器为基础的应用性能；高速LVDS SelectIO技术通过DVI、HDMI、SD - SDI ，以及Firewire 接口， 全高清1080p图像传输提供足够的带宽；高速SERDES RocketIO技术通过HD-SDI, 3G-SDI 提供足够的传输带宽；MicroBlaze软处理器为FPGA+DSP硬件加速系统的整合提供了灵活性。

内窥镜可视化系统中的赛灵思FPGA

FPGA常见应用还有病人监视器，现在病人监视器拥有类似于蜂窝电话的高度集成低功耗设计，需要便携的、灵活的器件能够适应不同的临床应用，需要支持各种有线和无线接口，需要有针对能力、功耗和系统的多功能性的单个或多个参数的器件，还需要具有移动性、易用性，和轻松的病人数据传输，此时赛灵思FPGA低功耗、提供灵活/同质的（Homogeneous） I/O、广泛的的连接IP、基本构建模块等即可让病人监视器厂商专注于整合和上市时间所带来的附加价值。

最后介绍一下赛灵思提供的技术支持，赛灵思除了提供FPGA芯片、开发版和参考设计外，还提供“目标设计平台”，这个平台是一个完整的初始化的设计，包括了开发、芯片、软件、一些驱动程式和文档，工程师拿到之后可以开盒即用。.