具有硬件矢量浮点运算单元的微控制器在医疗电子中

如今，越来越多的嵌入式控制应用需要信号处理，如：滤波、插值、降噪、频谱分析、解调等。医疗电子设备正是需要进行信号处理的一个应用领域。例如用于超声诊断的图像处理，在进行图像重建、边缘处理、增强以及图像识别和辨识形状时均需要进行大量的数字信号处理。用于胎心、血压和心跳等监护的控制平台，其运算模块也会对采样得到的原始数据经过一定的算法处理，再将处理和分析结果通过LCD等反馈给使用者。
8 bit/16 bit微控制器通常需要消耗很多计算资源来做这些工作。今天，内置浮点运算的强大微控制器开始出现，32 bit微控制器有足够的能力来实现其中的许多功能。

评估微控制器的性能
相比于专业的DSP处理器，微控制器用于信号处理具有如下优势：
(1)有效的循环控制；(2)丰富的外设；(3)单一的处理器结构、指令集和开发工具链；(4)统一的中断和任务切换环境，同类存储器；(5)同样的操作系统同时管理控制和信号处理任务，基于MMU；(6)由于大大地简化了开发过程，所以上市时间较短；(7)流行的微控制器容易获得，开发工具成本低。
如何评估微控制器的性能是否满足应用需求，是工程师在项目设计的早期阶段需要考虑的问题。评价和汇总来自数据手册的信息是一种有效方法，另一种方法是使用某一类型的评估板来进行特定性能测试和功耗测试的方法。这两类方法都有各自的缺点。
依赖于数据手册的比较是有风险的，而测试多种硬件通常不切实际、耗时且昂贵。本文检验了一种使用工业标准基准数据的中间解决方案，在产品设计的早期阶段，当关键器件选定以后，使用这种方法来评估性能和能耗。
目标是调查恩智浦微控制器在几种不同测试标准下的系统性能，并把收集到的数据和能耗关联起来。这就需要同时测量性能和功耗，进而能够测量在特定负载下的整体能耗。
在评估过程中，使用了三个步骤：(1)通过运行各种系统测试基准，并改变不同的系统参数，抽象出系统特征；(2)解释收集的特征数据来确立系统的行为；(3)通过系统的行为决定怎样设定控制参数，从而使系统表现达到预想的效果。

特征化
从理论上来说，性能测试是对运作系统式样的质化或量化评估。在实际应用中，系统的式样可能不够详细，不足以定义完整的质量测试，创建测试也许太昂贵，不能保证其开发。一个比较好的得到系统特征的折衷方法是，使用测试基准作为一个或一系列以软件执行的测试，提供量化的数据，这些数据可以用来比较不同系统的特性。
为得到微控制器的特性，从EEMBC的Auto-Bench组选择一套性能测试基准。这些基准帮助预测微控制器在汽车电子，工业和一般应用中的性能。运行每一个基准测试都通过多次反复循环以消除一些启动代码在每次测试开始时只运行一次的影响。使用这一工业标准基准组件的一个优势就是可以将结果数据与其他类似架构微控制器的测试数据进行比较，以评判总体系统性能。
这里所测试的微控制器是基于ARM926EJ-S内核，带硬件矢量浮点协处理器和一个32 KB的指令缓存(I-cache)。该测试衡量浮点协处理器和指令缓存的性能。在微控制器不同的工作频率时运行Auto-Bench测试基准，使用Energy-Bench测量每一基准执行中消耗的能量。Energy-Bench是另一个EEMBC工具，可以测量基准负载运行时处理器消耗的能量。从Energy-Bench收集的数据可以观察到微控制器在各种不同负载下的能量效率。选择了这些工具来评估微控制器，下一步就是确定微控制器在不同运行条件下的性能。

性能分析
为了分析微控制器的性能，需要决定在不同条件下的整体系统响应。在测试项目中，需要评估恩智浦微控制器上浮点协处理器和指令缓存的性能。
运行Auto-bench基准测试组，改变4个参数：运行频率、CPU核的电压、指令缓存的状态和浮点协处理器的状态。