基于Fusion FPGA芯片的心电仪片上系统开发

　　2.2 控制核心Core8051模块设计

　　FPGA内部可以嵌入高速的Core8051处理器内核，它是整个系统的核心，负责有序地调用其余各功能模块，同时又兼有数据处理任务，负责将ADC传来的数据转换成VGA可以显示的数据。Core8051的硬件配置非常灵活，时钟速度可以达到33 MHz，ROM的大小可以根据需要灵活地设置，该设计配置为64 KB。片内DATA RAM仅需256 B即可完成驱动VGA的功能，也可以扩展外部64 KB RAM，从而完成更强大的软件功能。系统中设置单片机的片内DATA RAM为256 B，并通过系统总线扩展了外部64 KB的SRAM，系统框图如图4所示。

　　2.3 彩色显示驱动模块

　　比较成熟的TFT_LCD显示驱动的开发大多数基于ARM[2-3]、DSP[4]的平台。然而本系统使用的处理器是Coer8051，所以没有办法移植原有的驱动模块。又因为图像数据比较大，对处理器运算能力的要求比较高，所以结合Core8051和FPGA的特点重新设计了一种算法，降低需要处理的数据量，从而在Core8051的能力范围内来完成心电图像信息的显示。

　　为了显示一幅完整的图像，按照液晶扫描的时钟顺序将事先准备好的一帧图像数据逐次地输入到数据端口，从而完成一帧图像的显示。由于要显示的图像只有心电信号是动态变化的，而其他的都是相对静止不动的，也就是每一次扫描时数据信息是不变化的，整幅的图像被分成动态的（心电图像）和静态的（背景、标度）两部分。动态的由Core8051产生，并在特定时刻输入到TFT_LCD；静态的图像信息事先存储到FPGA中的存储器中，每扫描一次都按照特定的顺序输入到LCD。通过这种方法，Core805就只需处理心电信号的信息，从而大大地减少了图像数据的处理量，并完成图像的显示。该模块的设计完成了低端处理器很难完成的实时彩色界面的驱动，即仅使用带有256 B RAM的Core8051就可以显示256色界面。

　　根据上述设想，可将液晶屏分成动态部分和静态部分，如图5所示。

　　图5中除了“心电信号动态显示区”中显示出动态的心电图像，其他部分包括“动态显示区”中的背景图像信息全部事先存储在FPGA内部的Flash存储器中。

　　动态显示区可以用两组数据来标注，设为：x0，y0，x1，y1，则这个动态显示区每个定点的坐标就可以表示为（x0，y0）(x0，y1)(x1，y0)(x1，y1)。如图5所示， 横坐标表示时间t/s，纵坐标表示心电信号的幅值大小U/v，（x0，y0）处为（0，0）坐标点。在Core8051的基础上设计编码算法，对采集到的心电信号进行编码，然后将心电信号转换成显示屏的坐标信号，然后根据坐标信号计算出心电图像的数据，并在扫描时钟的控制下逐次将数据按照顺序输入到LCD中， 这样即可实现动态的心电图像的显示。