高效的解決方案通常不是最快、性能最高、成本最低或最靈活的解決方案。盡管如此，有效的解決方案確實在關鍵護理之間實現了最佳平衡。正如印度第一任總理賈瓦哈拉爾·尼赫魯所說，“最高的效率是能夠充分利用現有材料的產品。因此，一個有效的解決方案尋求在系統的約束內充分利用;便攜式醫療系統有許多限制。

了解您正在構建的內容

第一個設計策略是知道你正在構建什么。盡管這是顯而易見的，但這是一個經常被忽視的步驟，但它是一切的關鍵。必須明確定義最終產品的要求。必須考慮并優先考慮所有方面：功能，性能，功率，尺寸，成本，可用性，可升級性，在產品組合中的位置等。所有這些都需要清楚地理解并排列帕累托，然后才能明智地就如何設計實際產品做出任何決定。這可能看起來很簡單，也可能很簡單，但此步驟應該完成并記錄在案。當設計中需要在相互沖突的要求（例如性能與功耗）之間進行權衡時，本文檔將成為最終判斷哪個應該勝出。本文檔也可能是協調要求產品的業務所有者與構建產品的工程師之間問題的最重要工具。

選擇合適的處理器

顯然，有許多系統組件需要選擇：用于收集數據的傳感器，顯示器的類型和尺寸，電源管理電路，模擬前端等。為了說明一些設計實踐，這里的重點是系統處理器的選擇。處理器的決策通常是最終產品功能的基礎，并影響項目的許多其他方面，如軟件開發工作、系統內存和所需的互連。用于挑選處理器的許多設計策略可以應用于系統的其他方面。

對于處理器，就像使用產品一樣，帕累托對處理器選擇的幾個方面進行排名非常重要。便攜式醫療設備感興趣的項目包括處理能力（性能）、功耗、總系統成本、軟件開發工作、硬件開發工作、尺寸、集成、可重用性、靈活性、使用壽命、可用性和開發工具。這些都不能孤立地考慮，但有一些設計策略可以幫助每個策略。

與關注處理器以說明產品其余部分的設計實踐類似，終端設備的重點將是便攜式醫療成像設備，例如手持式超聲設備。與大多數便攜式醫療系統相比，這需要更多的處理，但許多設計策略仍然具有相關性。

性能

確保處理解決方案具有足夠的性能實際上是最容易滿足的要求。CPU、GPU、FPGA 和 DSP 供應商提供的大量可能解決方案都提供了能夠滿足產品處理需求的部件。供應商兜售 GHz、全球機械設備、全球網絡和基準測試。當心這些數字;它們可能會給出一些設備功能的一般指示，但了解應用程序性能的最佳方法是與供應商的工程師討論需要實現的算法的細節。特別是在處理不熟悉的架構時，與熟悉設備的工程師進行交互是無可替代的。將算法定義為功能塊，每個塊中具有已知的數據需求。討論進出處理器的數據以及功能塊的計算復雜性。了解在每個處理器上實現整個處理系統的樣子，并進行比較，注意瓶頸、負擔過重和未充分利用的資源。這將更好地指示哪個處理器將工作得最好。

如果供應商的工程師無法直接訪問，請尋找有經驗的工程師分享知識的在線論壇。德州儀器 （TI） 有一個 E2E 社區，這是包含討論論壇的在線資源的一個例子，工程師可以在其中向其他工程師提問。諸如此類的網站是了解處理器功能的非常有用的工具。

一旦根據性能縮小了處理器搜索的范圍，就必須權衡所有其他因素并考慮權衡。

權力

這是相對于性能的重大權衡，可以追溯到效率的概念。許多處理解決方案可以提供性能，但難以以節能的方式做到這一點，或者在需要較低性能時難以降低功耗。每瓦特性能是這里的關鍵衡量標準。在查看供應商的功率數字時，請確保了解引用的器件溫度，無論是外殼溫度還是結溫，以及設備的用例是什么。供應商以不同的方式引用功率數字，在進行比較時，了解確切的用例非常重要。還要了解不同的電源管理選項，以及這些選項如何與最終產品的使用模型配合使用。許多供應商提供動態電源開關、多電源狀態休眠模式、復位隔離能力等技術，這些技術提供的額外節能可能對最終產品有價值。

成本、集成和開發工作

在考慮成本時，不要只看設備的價格，還要評估整體系統成本。

一些供應商提供的不僅僅是一個處理解決方案，而是一個高度集成的片上系統（SoC），它嵌入了一個或多個處理內核。SoC可以減少系統中所需的組件數量，有助于降低總體成本和硬件復雜性。這些器件通常具有大型內部存儲器、集成的高速外設和專用加速器，以卸載特定的處理功能。同樣，在查看 SoC 時，請記住您的應用程序，并將系統流和算法映射到 SoC 上，以查看體系結構中可能存在的瓶頸。注意輸入和輸出。除了找出設備上的內容外，請確保知道多路復用的內容，以便可以使用需要使用的所有內容。

還要考慮開發工作的范圍。一個好的設計實踐是花時間評估軟件和硬件開發工具。這包括了解技術支持、培訓、第三方支持和文檔。由于大量的開發時間通常花在調試和驗證上，因此調試和/或仿真工具應該得到很多關注。高質量的調試器環境和編譯器使設計人員能夠更深入地了解其設計，并且可以大大加快開發速度。

考慮多種選擇

處理器空間中沒有“一刀切”。每個人都有自己的優勢和劣勢，使他們在各種情況下都是正確的選擇。一些處理器，如DSP，最擅長非常快速和高效地進行數學運算。包含 ARM 內核的其他處理器更適合任務管理和運行高級操作系統。FPGA 非常適合大型互連和執行并行處理。有時，結合其中幾個的異構多核 SoC 可能是正確的解決方案。示例包括 TI 的 KeyStone SoC，它將 TMS320C66x DSP 內核與 ARM Cortex-A15 內核相結合，支持需要單芯片具有不同處理能力的應用。像這樣的解決方案為醫學成像系統設計人員提供了多種屬性的組合：低功耗、可預測的實時信號和數據處理、高集成度、運行高級操作系統的能力以及集成的開發和調試環境。

盡管如此，即使是這些先進的SoC也永遠無法聲稱自己是一刀切的解決方案。有時，多個處理器可能是最有效的解決方案。例如，目前有便攜式超聲系統使用FPGA與AFE接口并進行波束成形，使用DSP進行圖像清理和超聲處理，并使用CPU進行操作系統和用戶界面（圖1）。這聽起來可能不是最優的，但每個單獨的組件都執行它最擅長的特定任務，從而允許更好地利用其他處理器的選擇，從而比它們具有更多處理負載時更小的版本。總功耗和成本可能更低，同時將散熱分散到三個處理器上，而不是產生單個熱點。最重要的是，如果多處理器配置“將現有材料發揮最大優勢”，那么它是最有效的解決方案。

圖 1：便攜式超聲系統等便攜式醫療設備可以從使用多個處理器中受益，例如用于與AFE接口和波束成形的FPGA，用于圖像清理和超聲處理的DSP，以及用于操作系統和用戶界面的CPU。

審核編輯：郭婷