MIPS架构的医院智能导诊系统设计

摘要：通过研究基于MIPS架构的SMP8654芯片的硬件架构，并且利用芯片内部的图形加速引擎GFX的方式实现了具有高清视频显示和图片文字处理功能的播放器。系统以嵌入式Linux和MiniGUI为平台设计了智能导诊系统，提高了医院的导诊就医的服务效率。智能导诊系统能够播放医院相关的健康宣传资料、专家排班信息。
关键词：MIPS；Linux；MiniGUI；智能导诊系统

MIPS微处理器是指无内部互锁流水级的处理器，它是由斯坦福大学的Hennessy教授领导的研究小组研制出来的。MIPS微处理器采用RISC(Recluced InstructionSet Computer)的设计原则，只支持有限的机器指令以及简单的算术指令，通过提供大量的内部寄存器减少内存访问次数。MIPS有32个通用寄存器，每个寄存器拥有32位的地址空间。系统通过研究基于MIPS架构的SMP8654芯片，设计和实现了高清播放器的视频播放以及图片字体显示功能。SMP8654解决方案是Sigma公司依据MIPS设计公司指导的全新设计方案，是Sigma公司专为满足高清视频播放应用需求而设计的全新芯片。和基于ARM架构的低端芯片相比，SMP8654的视频处理能力更加优越。

1 基于SMP8654芯片的高清播放器
1．1 SMP8654硬件介绍
SMP8654芯片的内部，有一个MIPS 24kf系列的主CPU芯片，工作频率为500 MHz。在主CPU芯片的内部，具有1个32 KB的指令Cache和1个32 KB的数据Cache、2个可编程计时器以及3个独立的中断控制器和2路UART(Universal Asynchronous Receiver／Transmitter)。主CPU内部采用双总线结构，G-bus是主总线，CPU通过此总线访问外部功能单元的各状态寄存器，而对主CPU芯片内部的中断控制器、计时器等的访问是通过将L-bus映射到G-Bus上的方式进行的。主CPU内部有一个高效的乘除运算单元(Multiply／Divide Unit)及浮点数运算单元(FPU)，还有一个增强的JTAG调试模块，用于调试应用程序及内核代码。
SMP8654芯片内部有一个IPU(Interrupt ProcesslngUnit)。这个MIPS 24kf系列的32位处理器专门处理那些需要低延时的应用需求。它主要处理从视频处理子系统(Video Processing Subsystem)所产生的中断。它的时钟频率为333 MHz，而且还有16 KB的指令Cache和16KB数据Cache。
SMP8654芯片包含两个DDR-DRAM控制器，每一个控制都支持高达512 MB的DDR2内存，这些外部存储器可以为音频、视频以及数据提供缓冲区，并且能存放硬件模块的临时数据。
1．2 SMP8654的视频及音频处理
1．2．1 视频解码子系统
SMP8654的视频解码子系统(Video Decoder Subsystem)可以解码HDSMPTE、H．264、HD WMV9、AVS、MPEG1、MPEG2等视频格式的视频文件。SMP8654的视频解码系统执行特定解码算法，它是一种基于处理器和电路逻辑方式的混合架构。能同时解码的视频文件数目是由视频的格式以及所要呈现的分辨率决定的。SMP8654可以支持包括IPTV、AVCHD、MSTV的视频解码要求。视频处理引擎是一个16位的RISC处理器，视频解压算法的密集计算部分是由此部分处理的。
1．2．2 视频处理子系统
视频处理子系统(Video Processing Subsystem)从内存中检索图形和视频图像，将这些图像混合并且缩放至某个显示器所要求的分辨率并且将其呈现出来。视频处理子系统可以控制颜色、分辨率以及色彩饱和度，并且能处理视频数据转换，选择视频的输出模式(模拟信号的输出模式包括RGB、YPbPr)。视频处理子系统还有一个2D图形加速功能模块。智能导诊系统利用此GFX引擎实现了文字和图片的高清显示功能。
1．2．3 音频处理子系统
SMP8654芯片的集成音频处理子系统(Audio)Processing Subsystem)是一个为用户专门设计的32位数字信号处理器，音频的解码和操作是由这个专用的DSP处理的。这个DSP工作在333 MHz的时钟频率下，指令和数据是分开存储的，DSP通过系统总线取得指令，通过数据总线获取需要解码的音频数据。和基于ARM架构的处理器一样，它有一个32位的指令系统，同时与之对应了一个16位的指令集，通过Load／Store从内存装载数据到DSP的相关寄存器中进行处理。
1．2．4 高清播放机硬件架构
高清播放机硬件架构如图1所示。高清播放器实现的功能主要包括视频处理以及图片文字显示。硬件架构中的重要部分包括视频解码子系统、视频处理子系统、音频处理子系统。这里的HDD表示可选的硬盘，通过内部的SATA接口控制。提供对USB2．0协议支持以及802．11n协议的支持，也就是说播放器可以从网络中读取各种视频资源，从硬盘或者是USB等移动盘中获得数据。视频处理子系统中的GFX代表的是图形加速引擎，通过Sigma公司提供的SDK可以很容易地操作这些硬件，实现硬件加速功能。在智能导诊系统的软件部分，介绍了如何利用硬件特性加速文字和图片的绘制过程。在智能导诊系统中，医院HIS系统中的病人挂号信息通过TCP／IP传递到此硬件播放器，然后再由硬件播放器处理，将病人信息排队到相关队列中，这样病人就可以在专门的等候区休息等候了。