一种医疗CT数据采集系统解决方案

作者：缪永龙时间：2014-07-25来源：电子产品世界收藏

编者按：数据采集系统是CT系统的重要组成部分，由于CT扫描时间短，且扫描信息量大，因此CT数据采集系统工作在较高的频率，且需要短时间传输较大的数据量。本文介绍的医疗CT数据采集系统解决方案采用单片XILINX SPARTAN6完成CT数据采集的主要功能，利用基于IEEE802.3Z的光纤以太网传输协议进行数据的传输，经实测本采集系统数据可靠性高，误码率低，达到了CT数据采集的要求。本文将重点介绍CT数据采集系统的具体实现方式及编码技巧。

　　2.3 源同步模块的具体实现

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/256099.htm

　　本CT 数据采集系统采用SPARTAN6 FPGA进行数据源同步的发送和接收。本小节具体介绍源同步数据的接收部分，数据的发送部分的实现方式基本相同。在源同步的接收端，将IOB配置成双端模式，通过IOB接收来自发送端的时钟和数据，将接收到的LVDS双端信号经过IBUFGDS模块变为单端信号。由于SPARTAN6的IOB中自带IDELAY数据延迟模块和ISERDES数据串并转换模块，因此将单端的时钟信号输入到IDELAY模块进行时钟的延迟控制和ISERDES串并转换，然后再将该时钟通过BUFIO2输入到BUFPLL进行倍频得到接收端的快时钟和供内部使用的慢时钟。数据的对齐则是通过状态机控制其IOB中的SERDES模块和IDELAY模块，数据的接收是通过BUFPLL得到的快速时钟，数据的处理是通过BUFPLL得到的慢时钟。

　　3 标准以太网帧的实现

　　3.1 方案论证

　　传统的以太网通信通常会有10M，100M，1000M，甚至更高的速率，在CT 数据采集卡中，传统的100M以太网无法满足要求，必需采用1000M甚至更高的以太网进行数据的传输。用FPGA实现以太网最简单的方法是使用FPGA的软核或者自带的硬核，比如通常我们所说的NOISII，EDK，嵌入在FPGA里面的ARM等，甚至我们可以采用传统的FPGA + ARM的方式来达到我们所要求的设计目标。为了最大限度的降低成本，本设计采用SPARTAN6 LX45T进行数据的采集，在FPGA中实现以太网，最先考虑的是用软核去实现，软核实现不需要深入了解底层原理及具体的通信协议，相对简单。但软核有个不足，软核的速率达不到我们的要求，据有关资料显示，基于spartan6系列的软核实现以太网，主频不到100M，通信速率远远达不到1000M，因此要在spartan6中实现标准1000M以太网只能采用纯逻辑的方式进行数据桢格式的转换。

　　3.2 以太网标准及实现手段

　　传统的OSI七层体系(如图2)^[4]：应用层，表示层，会话层，运输层，网络层，数据链路层，物理层;TCP/IP的结构体系分为：应用层，运输层，网络层，数据链路层和物理层，实现完整的以太网通信必须具备完整的4层结构体系。完整的以太网协议簇庞大，用纯逻辑实现整个协议簇将消耗大量的FPGA资源，且工作量大，仿真工作复杂。考虑到CT 数据采集的特点，采用点对点的以太网通信并不需要绝对完整TCP/IP协议簇，采用自定制的方式将达到我们的设计要求且实现方便。因此，采用MAC地址固定，IP地址自获取的方式(接收arp广播并提取对方IP，将对方IP最后一位加1，设定为FPGA端的IP地址)，不另外编写ICMP等协议，将大大减少项目开发的时间。