隨著慢性病發(fā)病率的不斷增長，控制醫(yī)療保健成本與人口老化需求的不斷提升，互聯(lián)醫(yī)療技術的重要性也越來越高。Continua 集合管理器(AM)將成為互聯(lián)醫(yī)療系統(tǒng)中的重要器件，可幫助個人醫(yī)療設備將數(shù)據(jù)錄入到遠程電子健康記錄 (EHR) 中，使家人和醫(yī)生能夠復查。AM 可以是手機和個人計算機，也可以是專用設備的形式。

本文將介紹適用于 AM 的三種不同系統(tǒng)解決方案，包括高性能數(shù)字可視界面(DVI)AM(包括硬件加速的高清(HD)音頻/視頻(AV)編解碼器和3D加速型用戶界面UI)、降低成本的 DVI AM(包括基于軟件的標清(SD)AV 編解碼器)以及低功耗AM(支持軟件音頻編解碼器)。

Continua 的互操作性

Continua Health Alliance 是一個由醫(yī)療設備原始設備制造商(OEM)、服務供應商以及硅芯片廠商組成的團體，各個廠商協(xié)調工作，共同為個人醫(yī)療設備與集合管理器 (AM) 制定互用性指南。盡管該指南的 1.0 版將藍牙 (Bluetooth) 與通用串行總線 (USB) 確定為標準接口，然而今后的新版指南還將包括藍牙低能耗 (BLE) 技術與 ZigBee，分別作為低功耗個人局域網 (PAN) 和局域網 (LAN) 接口。OEM 廠商目前使用包括以太網、Wi-Fi 以及蜂窩接口(如適用于AM WAN 的 GSM 等)的組合。成為 Continua 認證的 AM，器件必須集成至少一個 PAN 或低功耗 LAN 接口以及一個 WAN 或因特網協(xié)議接口。由于許多廠商都希望同盡可能多的設備實現(xiàn)互操作性，因此通常會集成多個低功耗 LAN/PAN 和 WAN 接口。

Continua AM 可采用不同形態(tài)因數(shù)。在某些情況下，其可能為 PC 或手機，有時又可能是連接到已有顯示屏或集成顯示屏的媒體設備。就低功耗型設備而言，AM 也可能是一種低功耗的可佩戴型設備。由于許多廠商都會選擇實施以媒體為中心的設備和低功耗的可佩戴型設備，因此本白皮書將介紹以媒體為中心的 AM 和低功耗 AM 預集成設計方案。

圖 1 醫(yī)療產業(yè)環(huán)境中的 AM(數(shù)據(jù)來源：Continua 概覽演示)

DVI 集合管理器的媒體處理器

德州儀器 (TI) 推出的 DVI AM 媒體處理器是一款采用 ARM Cortex-A8 架構的處理器，可提供音頻、攝像機以及視頻媒體接口。支持高清視頻流需求的設備廠商可采用整合了高清視頻加速器的 TI OMAP3530 媒體處理器。不需要高清 (720p) 視頻流的設備廠商可使用更低成本的 AM3517，通過 DVI 接口支持高清 (720p/1080i)UI，但不提供高清視頻加速器。這兩種媒體處理器都配套提供最新的 Linux 發(fā)行版(可支持 Ubuntu/Android UI)，并實現(xiàn)了代碼兼容。設備廠商如果需要支持全高清 1080p 標準的視頻性能，可使用 OMAP4430 處理器，這是一款 ARM Cortex-A9 雙核處理器。

高清視頻流

OMAP3530 高性能低功耗移動應用處理器高度集成 ARM Cortex-A8 處理器、TI C64x+ DSP 硬件加速視頻處理器以及相關外設。

OMAP35x 評估板不但包含開源 Linux 和驅動器，而且還包含 Code Sourcery 工具和數(shù)字視頻軟件開發(fā)套件 (DVSDK)。DVSDK 中包含簡單易用的生產就緒型音視頻編解碼器，可充分滿足基于 TI 達芬奇技術的硬件加速視頻處理器的需求。這些編解碼器與 Linux 和網絡外設實現(xiàn)了預集成，可支持實時 720p 視頻流。TI 免費提供 SD 編解碼器， TI 第三方網絡則提供高清編解碼器。

OMAP4430 處理器將 ARM Cortex-A9 雙內核與硬件加速視頻處理器進行完美集成，可支持全高清 1080p 視頻流(或 720p 雙向視頻電話會議)以及其它豐富的多媒體特性。

低功耗集合管理器處理器

TI 基于 Stellaris ARM Cortex-M3 的微處理器可實現(xiàn)更低功耗/成本的設計方案(系統(tǒng)框圖如圖2所示)。除同時支持以太網 MAC/PHY 和 移動USB等多個接口之外，LM3S9B96 開發(fā)套件還新增了幾個可提高整體用戶體驗的特性，支持集成型 3.5 英寸彩色 QVGA LCD 和電阻觸摸界面、姆指控輪電位計(用于菜單導航)、用戶 LED 與按鈕、MicroSD 卡槽以及 1 MB 串行閃存存儲器等。LM3S9B96 開發(fā)套件配套提供擴展板，能夠與 TI CC2530 ZigBee SoC、CC2540 藍牙低能耗 SoC 以及 CC2570 ANT 網絡處理器 (NWP) 協(xié)同工作。該套件提供的軟件工具套件選擇包括：

* ARM 的 RealView 微處理器開發(fā)套件評估版;

* IAR針對ARM的嵌入式工作臺;

* Code Red Technologies 的 Red Suite;

* CodeSourcery Sourcery G++ GNU 工具。

圖 2 低功耗 AM 方框圖

集合管理器的連接性

TI的 AM 參考設計包括 2 個Continua WAN 接口(以太網和 Wi-Fi)、1 個低功耗 LAN 接口 (ZigBee)以及 4 個 PAN 接口(USB、藍牙、藍牙低能耗和 ANT)。

Wi-Fi

TI的WiLink 6.0 (WL127x) 解決方案(圖3)是高度集成的 65 納米技術，在真正意義上的單芯片上集成了 WLAN、藍牙以及 FM 內核。WiLink 6.0 解決方案支持包括 802.11 a/b/g/n 和各種不同藍牙技術在內的最新標準，該解決方案適用于智能電話以及其它電池供電設備等移動設備，可滿足低功耗、高穩(wěn)健性連接需求。

WiLink 6.0 配套提供現(xiàn)成的外部開關模式電源 (SMPS) 與前端模塊。該前端模塊包括 PA、平衡轉換器以及三向射頻開關。WiLink 6.0 解決方案是一款可使用特殊技術解決無線電共存問題的三路無線電設計。WLAN 和藍牙集成時要特別注意，因為這兩種技術使用的是相同的頻帶。一系列專利算法可解決該問題，可采用統(tǒng)一天線滿足 WLAN 和藍牙對 2.4-GHz 頻帶的共享需求。整體解決方案尺寸對移動設備而言有時非常重要，由于 WiLink 6.0 解決方案核心器件外形較小，從而可實現(xiàn)不足 80 毫米的總體尺寸。

圖 3 WiLink 6.0 解決方案方框圖

WiLink 6.0 解決方案配套提供綜合軟件套包，可滿足器件核心功能的開發(fā)與集成需求，名為 MCP(移動連接套件)包括運行產品所需的所有相關軟件內容。套件中提供的 WLAN 驅動器具有各種功能，支持(STA、AP、P2P)和相關連接管理功能、安全性(客戶端接口)、服務質量，以及掃描與漫游支持等，并提供了針對最終用戶應用的外接機制等。

TI 通過 LS Research 在經過全面認證的模塊中提供了 WL127x。TiWi 模塊是一款高性能 2.4-GHz IEEE 802.11 a/b/g/n 和 Bluetooth 2.1+EDR 無線電產品，采用預認證的低成本封裝。該模塊可提供通過 SDIO/WSPI 界面與主機處理器共同支持 WLAN 應用所需的 PHY/MAC 層。此外，模塊還可通過 HCI 傳輸層提供藍牙平臺，WLAN 與藍牙都使用相同的天線端口。

藍牙技術

WL1271 上的藍牙接口支持 Bluetooth 1.2 (1 Mbps) 和 Bluetooth 2.0 + EDR (2-3 Mbps)。采用開源 Blue-Z 協(xié)議棧是 OMAP3530 處理器和 AM3517 Linux 基礎端口的一部分。圖4顯示了標準的藍牙協(xié)議棧。

Continua PAN 接口需要稱作 HDP(健康器件配置文件)的新配置文件，目前可通過開源方式集成，該配置文件在新增的 MCAP 抽象層上建立。由于藍牙剛開始設計時并未考慮到采用低成本的鈕扣電池，因此藍牙 SIG 將推出一種新的衍生藍牙標準，即藍牙低能耗技術 (BLE)。

圖 4 標準藍牙協(xié)議棧

藍牙低能耗技術

與藍牙不同的是，藍牙低能耗技術是一種無連接協(xié)議，可顯著縮短無線電打開所需的時間，充分滿足極低成本的低功耗無線連接應用的要求。藍牙低能耗技術將為廣泛的新市場提供藍牙技術，包括醫(yī)療、體育健身、安全、移動及 PC 附件以及家庭娛樂等。

藍牙低能耗技術將集成于現(xiàn)有的藍牙芯片組，也就是提供雙模支持，此外也可在單模式下僅以低能耗解決方案提供。在許多(不是全部)使用案例中，雙模式器件用于手機、PC、汽車或其他對功耗要求不是很嚴格的設備，這些設備往往已經采用了藍牙技術，或者需要添加藍牙支持。

這些設備將支持現(xiàn)有的藍牙產業(yè)環(huán)境(例如，手機支持免提耳機功能)，而且通過雙模式支持，還可實現(xiàn)單模式低能耗傳感器與設備的連接。

單模式芯片將用于能耗要求非常嚴格的設備(例如，需要工作一年左右的紐扣電池設備)，從而支持低功耗 RF 領域的不同市場與應用。

作為藍牙低功耗技術領域的積極參與者和領導者，TI在 2010 年規(guī)范最終批準后不久就推出了單模式和雙模式芯片。TI的BLE 單模式解決方案 CC2540 經過優(yōu)化，可支持藍牙低能耗技術。CC2540 可提供高達 5dBm 的輸出功率和 - 93dBm 的接收靈敏度，具有高度靈活的存儲器選項，并配套提供包括電源 5 通道 DMA、21 個 GPIO、2 個 USART、全速 USB 2.0、板載 AES 加密/解密引擎以及定時器等各種外設支持。CC2540 采用 40 引腳 6 x 6 QFN 封裝，并支持閃存可編程性。

作為總體解決方案供應商，TI 不僅提供硬件，而且還提供全面符合標準的軟件協(xié)議棧，以滿足單模式藍牙低能耗技術的需求，包括主從產品以及所有必要配置文件功能。該協(xié)議棧不但針對所有應用實現(xiàn)最佳性能進行了功率優(yōu)化，還包含工具、應用代碼示例、配置文件支持、驅動器、開發(fā)板、文檔以及便捷開發(fā)單模式藍牙低能耗解決方案所需的全部要素。

ZigBee 接口

ZigBee 醫(yī)療保健產品將用于多種不同環(huán)境，包括家庭、私人診所、娛樂中心、退休社區(qū)以及幼兒園等。Continua Alliance 之所以選擇 ZigBee，是因為該技術可滿足電池供電低功耗設備的需求。低功耗傳感和監(jiān)控應用是 802.15.4 無線電最有優(yōu)勢的領域，其功耗更低，可為醫(yī)療設備延長電池使用壽命。

ZigBee 醫(yī)療保健 (ZHC) 技術工作組為早期技術采用者發(fā)布了 ZHC 應用配置文件。這一規(guī)范提供了不同廠商之間的互操作性。這種高穩(wěn)健特性不但可使其能夠與其他無線電協(xié)議共存，而且還可提供安全的低數(shù)據(jù)包故障率傳輸功能。CC2530 ZigBee 片上系統(tǒng)方框圖如圖5 所示。

圖 5 CC2530 ZigBee 片上系統(tǒng)方框圖

USB

AM 媒體及低功耗處理器都集成了能支持多達 3 個客戶端的 USB，如圖 6 所示的 PHDC 配置文件是 Continua 協(xié)議棧的重要組成部分。所需的 IEEE-11073 層可與 S3 或 Lamprey Networks 等合作伙伴產品共同實施。

圖6 醫(yī)療設備配置文件

ANT

與藍牙低能耗技術類似，ANT 也是一種無連接協(xié)議。ANT 上市已有一段時間，目前市場上有不少產品，主要用于體育健身。ANT 由私營企業(yè)中的小型團隊開發(fā)，目標比較明確。ANT 協(xié)議棧比較小型化，具有可擴展性、高靈活性、明確的目標，經過市場實踐驗證，目前有數(shù)百萬產品采用 ANT。

ANT+ 對 ANT 進行了擴展，可通過成員公司定義的公共配置文件支持互操作性，在利益相關方達成協(xié)議后 6 個月內就可實現(xiàn)互操作。作為一款專利協(xié)議，ANT 主要針對特定的解決方案，因此可降低功耗與復雜性。盡管 ANT 目前尚未通過 Continua 認證，但 TI 也提供 ANT 解決方案，不但支持市場上現(xiàn)有醫(yī)療設備的互操作性，同時還可支持未來引腳兼容的藍牙低能耗設備。

電源管理

TPS65950 模擬配套芯片設計旨在同 OMAP35x 協(xié)同工作，該器件高度集成了降壓轉換器、低壓降穩(wěn)壓器 (LDO)、充電器模塊、具有數(shù)字濾波器的完整音頻模塊、輸入放大器以及輸出 D 類放大器。TPS65950 IC 可提供幾種額外功能，包括高速 USB 物理層 (PHY) 收發(fā)器。功能包括：

* 系統(tǒng)時鐘管理器

通過晶體或外部正弦波生成 32 kHz 時鐘，可為整個系統(tǒng)提供數(shù)字方波形;

收集系統(tǒng)所有的高頻時鐘請求，將命令轉發(fā)至系統(tǒng)時鐘源;

對時鐘源的高頻時鐘進行緩沖，向整個應用系統(tǒng)提供數(shù)字方波形。

* 上電與電源復位管理

按鈕去抖動啟動狀態(tài)機制(主配置);

控制 OMAP3530 處理器的復位釋放;

OMAP3530 處理器或用戶發(fā)出指令時控制熱復位步驟;

可控制輔助子系統(tǒng)的上電序列。

* 電源管理;

集成數(shù)個電源(DC/DC、SMPS 或 LDO 類型)，可滿足系統(tǒng)的電流與電壓要求;

處理器電源配套產品，可為 OMAP3530 處理器提供所有必需的電源與電源管理功能(動態(tài)電壓縮放、SmartReflex技術)。SmartReflex 技術通過專用高速跨集成電路 (I2C) 鏈接進行控制;

控制更多功率資源的激活(外部 LDO)。

* 系統(tǒng)管理

TPS65950 的工作模式和狀態(tài)通過高速 I2C 配置接口的寄存器存取完全控制。此外，TPS65950 還可實施：

幾個函數(shù)中斷，能路由到一兩個目標;

內外部信號監(jiān)控，軟件或硬件可發(fā)出模數(shù)轉換請求;

數(shù)字權利管理的安全軟件訪問協(xié)議。

模擬

TFP410 是一款符合 DVI 1.0 標準的數(shù)字發(fā)送器(DVI AM 方框圖如圖7所示)，支持 VGA 到 UXGA 的 24 位真彩像素格式顯示分辨率。這種通用接口的優(yōu)勢包括：可選總線寬度、可調信號大小以及差動和單端時鐘等。電壓在 1.1V ～ 1.8V 之間調節(jié)的數(shù)字接口可提供低 EMI 與高速總線，與 12 位或 24 位接口實現(xiàn)無縫連接。如果系統(tǒng)中使用 LCD 顯示屏，則應考慮 LCD 電源、LED 背光以及觸摸屏控制器等問題。TSC2046 是一款具有 2.5V 片上參照電壓的四線觸摸屏控制器，可用作輔助輸入、電池監(jiān)控以及溫度測量模式。TPS61042 是一款提供常量電流輸出的高頻率升壓轉換器，為 LCD 背光驅動白光 LED。

圖 7 DVI AM 方框圖