1 导言
跟着医疗确诊仪器小型化、便携化的进程，高性能32位微处理器正在越来越多地运用于各类小型医疗印象设备中，可是怎么运用这些微处理器传送和处理实时图画，却是一个丞待处理的问题。从ARM 7系列开端，ARM处理器就集成了CMOS(Complementary Metal Oxide SemiConductor)图画传感器接口，这为处理上述问题供给了或许。处理器能够经过CMOS图画传感器接口习惯不同的CMOS图画传感器。经过CMOS接口，图画数据将被送入到体系的CMOS图画通道中。CMOS图画通道为CMOS图画传感器接口与体系AHB(Advanced High peRFormanceBus)总线之间的衔接通路，由CSI (CMOS Sensor Interface)和PRP(Pre-Processor)组成。该通道专门用于高速图画传输，供给了多种图画格局输入和传输办法，并能在通道内进行色彩空间改换、窗体调整等多种操作，是确诊图画以及其他图画运用传输的抱负通道。
本文评论了一种依据32位微处理器ARM9E和嵌入式Linux的便携式超声确诊仪的处理方案。体系以CMOS图画通道为确诊网像的传输通道，将收集的超声图画信息送人体系总线，在嵌入式Ijnux操作体系渠道上，完结了确诊图画的实时显现和静态图画的大容量非易失性存储，所完结的确诊体系不只功能强大、扩展简单，并且还统筹了小型化的需求。
2 体系构架
本文规划的便携式超声确诊仪体系结构如图l所示。用户经过输入设备向体系输入操控指令，完结超声图画的收集、显现、保存等相关处理。当履行扫描指令时，体系经过串口向以FPGA为中心的超声图画收集模块发送图画收集指令，操控超声探头扫描驱动电路和信号发射接纳电路同步动作。接纳的超声信号在超声图画收集模块中经扩大、模数转化后送人FPGA，完结数字扫描改换(DCS)和插值运算后，得到二维的B超图画信息。将该图画信息进行格局转化后经过ARM芯片CMOS接13送人操控体系，经图画通道传输后，完结在LCD(Liquid Crystal Display)上的实时显现，一起可拔插的大容量SD(Secure Digital Memory Card)卡可对所需的图画进行保存。保存的图画信息能够进行离线处理，比方打印、电影回放、长途阅读等。
3 体系硬件规划
3．1硬件框图
本规划选用以ARM926EJ-S为内核的Freescale i.MX21作为处理器，操控体系的硬件框俐如图2所示，体系是以ARM处理器为中心，外加兼容的硬件外设。超声收集模块完结图画的收集和传入，LCD把传人的图画信息实时的显现出来，经过SD卡把很多的图画数据保存起来以便后期处理。经过外加USB HUB。可将鼠标、键盘、打印机接入体系。本地贮存的确诊图画数据能够经过快速以太网操控处理器DM9000送入网口，经过以太网完结长途阅读。
3.2 CMOS图画通道
本操控体系CMOS图画通道框图如图3所示，超声图画数据的传入运用i．MX21芯片的CMOS图画传感器接口来完结。该接口支撑的图画数据类型包含RGB565、RGB888、YUV422、YUV444等。不同类型的图画数据在CMOS口经过CSI 8位采样后，封装成32位图画数据送人CSI RxFIFO。CSI RxFIFO中的图画数据依据类型的不同，送显和存储的硬件和软件完结办法也是不同的。
(1)若类型为RGB565，且图画窗体不需求调整(显现设备单一)。图画数据能够经过DMA通道直接传送到显现缓冲区，如图3中通道①；
(2)若类型为RGB565，且图画窗体需求调整(显现设备多样化)，图画数据则需求经过前处理器(PRPl，在PRP中调整图画巨细送入显现缓冲区，如图3中通道②；
(3)若类型为YUV422，图画数据则需求经过PRP，在PRP中调整图画巨细并转化成适宜的色彩空间后送人显现缓冲区，如图3中通道②；
(4)若类型为YUV444、RGB888，图画数据则需经过软件编程完结图画数据的色彩处理和转化后送入PRP调整窗体，最终送入显现缓冲区，如图3中通道③。
本规划为使LCD接口输出的图画兼容QVGA、VGA、SVGA、XGA等尺度的显现屏，且统筹图画传输的速率、图画显现的质量，咱们运用RGB565格局，选用罔3中通道②。因而需将超声图画收集模块所收集的图画信息结构为RGB565格局，故CMOS接口输入的罔像信息时序图如图4所示。
图中Vsync是场I司步信号，Hsync是水平同步信号，Pixelk是象素数据输入同步信号，D [7：0]为象素数据信号。Vsync和Hsync为低电平时即可开端有用图画数据的输入，Pixelk上升沿的到来则标明进行数据输入，Pixelk的一个周期将完结一个图画数据字节的输入。在传输一帧图画进程中，即Vsync的一个周期内，Hsync会呈现H次(H为行数)高电平。在Hsync的一个周期内，Pixelk将呈现W*Pixelbytes次(W为列数，Pixelbytes为每象素占用字节数)高电平。而下一个Vsync信号上升沿的到来则标明一帧分辨率为W*H的图画输入进程的完毕。
CSI RxFIFO中的图画数据送入PRP进行窗体调整后，经过AHB(Advanced High peRFormance Bus)进入内存，PRP窗体的调整经过设置PRP操控寄存器完结。
3．3图画显现及保存
FrameBuffer是Linux为显现设备供给的一个接口，它是显存笼统后的一种设备．对该设备进行读／写则可直接对显存进行操作。经过驱动程序可为FrameBuffer在文件体系中创立一个设备文件fb0，用户要完结对FrameBuffer的图画输入，只需完结对fb0图画的写入操作。当LCDC(LCD Controller)中的Pixel FIFO为空或许部分为空时，LCDC要求从依据突发传输形式的FrameBuffer中取要显现的图画数据。当LCDC的传输恳求被存储操控器中过的总线裁定器接纳并承认后，FrameBuffer中的图画数据将经过专用的DMA通道送入Pixel FIFO，然后经过字节翻转、布景远景图画组成后经过LCDC逻辑接口直接送入LCD显现屏接口。
经过MMC／SD接口可将SD卡接入操控体系，运用驱动程序将SD卡挂载在文件体系中。用户能够编写运用程序将内存中的图画数据保存在SD卡中，也可将SD卡中的图画数据读入到内存中。
4 体系软件规划
本操控体系是依据上述硬件渠道和嵌入式Linux操作体系开发规划的。首先在硬件渠道上完结嵌入式Linux操作体系内核和文件体系的移植，并完结对外设硬件的底层驱动。运用程序选用模块化规划，其间功能模块规划首要包含GUI(Graphical User Interface)和WebServer程序规划，运用模块首要包含收集模块子程序，LCD显现模块子程序，打印模块子程序，SD卡存储子程序，以太网传输子程序等。本文要点对罔像通道相关程序做出论说。
如图3，规划CSI RxFIFO中的图画数据经过专用总线通道②送人PRP，DMA通道①被内部逻辑操控器关断。因而在CSI和PRP的驱动程序中，CSI和PRP的初始化代码应作如下修正：
CSI初始化：
* (uint32_t *)GPIOB_GIUS = ~0x3FFC00; //关断DMA通道
*(uint32_t *) CSI_CSICR1 |= 0x2; //图画数据上升沿触发
*(uint32_t *) CSI_CSICR1 |= 0x80; //大端格局
*(uint32_t *) CSI_CS%&&&&&%R1 |= 0x10000000; //PRP使能
PRP初始化：
*(uint32_t *)CRM_PCCR0 |= 0x8008000; //PRP时钟使能
*(uint32_t *)EMMA_PRP_CNTL |=0x10000; //PRP复位
*(uint32_t *)EMMA_PRP_INTRCTRL = 0x00000000; //关中止
*(uint32_t *)EMMA_PRP_SPIX_FMT = 0x2CA00565; //RGB565格局数据输入
*(uint32_t *)EMMA_PRP_SFRM_SIZE = 0x028001E0; //输入图画窗体为640 x 480
*(uint32_t *)EMMA_PRP_DISIZE_CH1=0 x028001E0; //输出图画窗体为640 x 480
*(uint32_t *)EMMA_PRP_DPIX_FMT = 0x2CA00565; //RGB565格局数据输出
*(uint32_t *)EMMA_PRP_DLST_CH1 = 0x00000280; //行步为640
本规划初始装置分辨率为640 x 480的LCD．如上设置初始化后，图画数据将由CSI RxFIFO进入PRP处理。为了使上层用户在不改动设备文件的前提下，直接运用CSI设备文件描述符，选用如下代码将CSI设备文件的虚拟地址映射为PRP输出的物理地址，用户就能够直接从CSI设备文件中读取经PRP处理后的图画数据。
if ((csi_data_buf = (U32 *)__get_free_pages(GFP_KERNEL, 8))) {
prp_buf_phy_addr = virt_to_phys((void *) csi_data_buf);
printk(Buffer start: 0x%08x, PRP addr: 0x%08x , (int) csi_data_buf, (int)prp_buf_phy_addr);
} else {
printk (ERROR: cannot allocate buffer memory for driver ! );
return -1; }
经过如上驱动程序的修正，用户就能够编写运用程序完结对PRP处理后的图画数据进行送显和存储。运用程序的程序概图如图5所示：
5 测验成果
本文规划的操控体系经测验，确诊图画实时显现的帧率能够到达20‰，大于便携式B超图画10帧／s的帧率要求．且LCD调查图画画面明晰。选用RGB565格局的规范位图保存确诊图画信息，每张图片的数据巨细为：
640 * 480 * (5+6+5)／8=614400 bytes
运用1G的SD卡作为外部存储设备，能够存储1747张确诊图片。彻底满意便携式确诊设备的要求和实践确诊状况的需求。
6 定论
本规划选用ARM9E为中心的Freescale i.MX21芯片作为便携式超声确诊仪中央处理器，运用其内置的CMOS图画传感器通道，将超声图画收集模块输入的图画信息实时的显现出来，并依据需求对显现的图画进行保存。经测验，该操控体系作业安稳牢靠，满意了惯例的确诊需求，具有较高的实用价值。
本文作者立异点：本文选用的专用高速CMOS图画传输通道将超声确诊图画输入操控体系并进行处理。在软硬件都满意需求的根底上给出了具体的规划完结，说规划的体系在确诊图画的显现帧率、显现画面明晰度方面都到达了很好的作用。为同类体系规划、晋级和改善打下了杰出的根底。
本项目产业化后投入市场，年经济效益可达 1000 万元。
