基于英特尔®凌动TM处理器的嵌入式计算机模块(COM)符合医疗电子设备的要求

• 关键词：嵌入式计算机模块(COM),移动医疗设备,凌动处理器
• 作者：Christine Van De Graaf，控创公司
• 摘要：嵌入式计算机模块（COM）解决方案是固有的模块化解决方案，这有助于设计人员加快上市速度、降低开发成本、最大限度地减少设计风险、简化未来的升级路径、实现可扩充性并延长应用寿命。所有这些优势都有助于增加潜在的市场份额。对于采用信用卡大小嵌入式计算机模块(COM)的移动医疗设备来说,存在着许多可能性。在某些情况下,它们甚至可以帮助临床医生挽救生命。

　　医疗原始设备制造商（OEM）在其产品生命周期内面临着从性能、可靠性要求及通过认证，到确保技术和产品满足不断演进的需求等众多挑战。处理器的持续演进和全新高速串行差分接口的出现促使医疗嵌入式计算机模块(COM)推出新功能。与此同时，医疗原始设备制造商（OEM）还可以持续专注于核心业务，并遵守产品发布期限。
 　

　　医疗设备设计人员拥有多种嵌入式计算选件，如商业化现成（COTS主板）、使用寿命较长的工业主板和大容量专用定制解决方案。具有CPU模块和专用基板的嵌入式计算机模块（COM）、半定制解决方案可提供一些独特的优势，这些解决方案在紧凑的外形中提供了高水平的处理性能和I/O宽带。更为重要的是，嵌入式计算机模块（COM）解决方案是固有的模块化解决方案，这有助于设计人员加快上市速度、降低开发成本、最大限度地减少设计风险、简化未来的升级路径、实现可扩充性并延长应用寿命。所有这些优势都有助于增加潜在的市场份额。
　

　　提供新的应用以改进医学成像和诊断是医疗设备设计人员面临的最大挑战之一。与此同时，处理器技术的最新进展正不断将更多的性能和更高的能效集成到超小封装中。在最新的小外形工业标准嵌入式计算机模块（COM）中，就可以找到这样一个性能/能效范例。这些解决方案均基于最新的45纳米英特尔® 处理器技术。
　

　　医疗设备设计挑战
　　

　　医疗电子设备旨在改善各种医疗专科的患者护理服务质量并降低成本，最终目的是挽救生命。开发医学成像应用的在最新的小外形工业标准嵌入式计算机模块（COM）面临着严峻的设计挑战，包括功耗、可扩充性、处理能力和应用支持等。随着市场上对移动护理点设备需求的增长，这些嵌入式计算机模块（COM）还将面临尺寸和重量问题以及更多的功耗限制。对于医疗专业人员而言，采用这种便携式诊断工具对患者进行彻底检查并迅速诊断其病情，高分辨率图像是必不可少的。这就暗含了一种期望，即希望设备在处理、视频和数据转换以及通信方面具有卓越的能力，且所有这一切都集成在一个小型封装中。
　

　　与消费类市场不同的是某些医疗设备必须符合10至15年的使用寿命要求。随着医疗行业、计算标准和技术的不断发展，既定设备的要求可能会在其生命周期内发生多次变更。因此，设备必须能够进行扩充和升级，以便在无需完全重新设计设备的前提下更新应用。考虑到FDA(美国食品和药物管理局)和其它管制机构进行测试和批准所需的时间，嵌入式医疗应用的上市时间成为了一个让情况变得更加复杂的问题。对于任何设备来说，测试都需要巨大的财政开支。而医疗 OEM 面临的严格要求则意味着必须密切监控设计和开发预算，以实现持续发展。

　　嵌入式计算机模块(COM)的优势
　　　

　　硬件设计、固件和驱动程序开发以及接口测试只是嵌入式设计的几个方面。产品升级可能包括修改上述部分或所有的这些方面。设计定制的整套主板及其外壳（enclosure）需要更长的开发时间,还会导致不标准的设备尺寸和接口。由于每次修改时，为每个接口开发特定的驱动程序都会发生相应的成本，因此基于FPGA完全定制的小型设计也同样没有吸引力。所需进行的测试也是一个问题。针对每个新的处理器和总线去设计、调试和支持单板计算机显然是行不通的。毕竟，定制设计的程序一般就需要24周。
　

　　嵌入式计算机模块（COM）方法可将整个计算机主机装置置于一个小外形模块中。该模块可安装在包含专用I/O和电源电路的载板上。所有标准的PC功能，如显卡、以太网和总线等，可通过商业化模块添加。然后，开发定制基板，以连接专用的外设，如存储设备、扩展插槽和嵌入式计算机模块（COM）连接器。鉴于这种模块性，医疗OEM可在扩展产品组合或修改现有设计（尤其是必须在5至10年的生命周期内时时保持更新的设计）时通过嵌入式计算机模块（COM）降低成本和缩短开发时间。

　　无需对基板进行单一修改就能实现性能升级。不用重新设计整个主板；安装同一系列的新模块即可。随后，该设计即可进入审批流程。通过此过程，原来需要多位工程师进行几个月的项目，现在由一位工程师用一周的时间就能完成。由于在所有更新过程中，I/O都无需修改，因此大大降低了EN 60601-1部件1、2和4测试的失败风险，估计可节省40%的重新测试成本。这种设计进度和成本优化对保持市场竞争力至关重要。
　

　　先进的嵌入式计算机模块(COM) 解决方案
　

　　直到最近，便携式超声波设备依然会为了移动性而牺牲图像质量，因此发挥不了多大作用。相关处理器的功耗也很高，这就削弱了无风扇设计的优势并缩短了电池使用时间。此外，目前尚没有完全符合所有设备要求的标准化嵌入式计算平台。而融入到超小嵌入式计算机模块（COM）外形中的先进制程技术可缓解这些问题，并提供一个标准化、超便携、高性能的嵌入式计算平台。该平台可提供千兆位以太网、 PCI Express x1通道等接口和两个SATA II 端口。

　　例如，COM-Express兼容模块的nanoETXexpress家族，其占地面积仅是原始COM-Express-standard“基本”外形模块的39%（见图）。nanoETXexpress-SP COM基于英特尔® 凌动™处理器。与英特尔®系统控制器中枢US15W结合使用，英特尔®凌动™处理器Z5xx系列可实现比超低压英特尔®赛扬® M处理器更小的占地面积和更低的热设计功耗。1.1和1.6 GHz之间的主频可在不到5 W的热设计功耗内提供高性能，从而支持无风扇设计。通过32位浮点运算、硬件视频解码、双独立显示器、超线程技术和24位彩色支持，可提供卓越的图像质量。低功耗前端总线的数据传输率最高可达533 MHz。此外，在SSE3的13条额外指令改进多媒体指令支持的同时，C6低功耗状态可减少功耗。USB和无线连接也有多种选择。
　

　　随着此模块的发布，以前因尺寸、性能问题或功限制耗而受到阻碍的应用，现在都可以使用标准嵌入式计算机模块（ＣＯＭ）实施方法进行开发．遵守PICMG,COM Ex-press标准可确保兼容性和可扩展性。一个这种新型嵌入式计算机模块(COM)可能的应用领域就是便携式超声波设备。此类设备可通过无线方式将图象传输到标准的电脑，以进行远程诊断。例如，EMT可在首次接触病人时使用此设备，以便医生能够在亲自看到病人前就开始诊疗流程。此应用在改善患者护理服务质量的同时,还提供了极大的便利性并节省了时间。对于采用信用卡大小嵌入式计算机模块(COM)的移动医疗设备来说,存在着许多可能性。在某些情况下,它们甚至可以帮助临床医生挽救生命。     
　

　　Christine Van De Graaf 是北加州硅谷的控创美国分公司嵌入式模块部门的产品市场推广经理。她在嵌入式计算技术行业有着七年多的工作经验。Van De Graaf 拥有加利福尼亚州 Hayward 州立大学颁发的市场营销管理 MBA 学位。联系信息：christine.vandegraaf@us.kontron.com