Infraredx加速了首个血管内成像系统的FPGA开发
挑战
解决方案
结果
- 开发时间减少了几个月
- HDL代码效率提高
- 具备内部FPGA实现技能
MathWorks咨询服务公司帮助我们在Simulink中对信号和图像处理管道进行建模，运行仿真以验证其产生的图像质量，然后在fpga上实现设计，同时确保我们获得了下一次自己完成工作万博1manbetx的专业知识。”
约翰·贝克，红外线公司
脂质核心斑块(LCP)患者更容易患冠状动脉疾病(CAD)，这是美国等发达国家的头号杀手。为了帮助心脏病专家检测LCP, Infraredx开发了TVC成像系统™。TVC成像系统是fda批准的唯一用于LCP检测的医疗设备。它结合了近红外光谱(NIRS)和血管内超声(IVUS)在单个冠状动脉导管中提供血管组成和结构的信息。
Infraredx聘请MathWorks咨询服务公司使用MATLAB加速TVC成像系统中IVUS信号和图像处理算法的开发和FPGA实现®,仿万博1manbetx真软件®，以及HDL Coder™。“在我们与MathWorks咨询服务公司合作的第一个项目中，通过为我们的核心IVUS算法生成HDL，我们将开发时间缩短了一半，”Infraredx首席成像科学家何志华博士说。“更重要的是，顾问们教会了我们如何通过使用Simulink和HDL Coder来加快FPGA在未来项目中的实现。”万博1manbetx
挑战
Infraredx通过手写HDL代码实现了其IVUS系统的第一个版本®(原阿尔特拉®) Cyclone FPGA。虽然代码是可操作的，但手工编码并不是一个可行的长期解决方案。Infraredx团队依靠承包商对HDL进行增强和修复。这种安排减缓了开发速度，使Infraredx的科学家无法快速评估他们算法的新想法。此外，最初的实现几乎消耗了FPGA上所有的乘法器和其他资源，几乎没有为Infraredx计划的改进滤波器和其他功能留下空间。
Infraredx首席电气工程师Dave Erickson表示:“我们有能力开发图像处理和信号处理算法，但我们缺乏HDL的熟练程度，无法在FPGA上实现它们。“外部公司愿意提供帮助，但他们希望从头到尾为我们做这项工作。我们的目标是在内部发展专业知识，这样我们就可以自己完成工作。”
解决方案
Infraredx与MathWorks咨询服务公司合作，加快了下一代IVUS系统的开发和FPGA实现。MathWorks顾问提供了培训，使Infraredx工程师和科学家能够在未来版本的产品中使用Simulink和HDL编码器。万博1manbetx
Infraredx的科学家和工程师在MATLAB中开发了他们的初始算法。Infraredx科学家团队和MathWorks咨询服务公司基于这些算法创建了一个Simulink模型，使用Simulink模块实现FIR滤波器、IIR滤万博1manbetx波器以及信号和图像处理管道的其他元素。他们进行了模拟，并通过将Simulink模型的输出与MATLAB算法产生的输万博1manbetx出进行比较，验证了Simulink模型。
使用定点设计器™，他们将浮点Simulink模型转换为定点，并进行位真模拟，以评估精度调整对图像质量的影响。万博1manbetx
该团队向Infraredx管理层演示了验证模型。在这个里程碑上，管理层承诺使用HDL编码器进行FPGA实现。
为了在Cyclone FPGA上实现设计，该团队生成了VHDL®代码来自Simulink模型万博1manbetx用HDL编码器。然后，他们优化了模型，增加了多个同步时钟，以最有效地利用可用的FPGA资源。
该小组通过将其输出与MATLAB仿真结果进行比较，验证了FPGA的实现。
随后，Infraredx的科学家和工程师独立完成了IVUS系统的第三个版本，其中包括更高的图像分辨率、更深的穿透深度和增强的组织特征。该小组目前正在使用Simulink和HDL编码器来继续改进万博1manbetxTVC成像系统。
结果
开发时间减少了几个月．何博士说:“我们IVUS处理管道的第一个版本花了六个月的时间来开发。“使用Sim万博1manbetxulink和HDL Coder，第二代在三个月内完成，第三代在六周内完成。”
HDL代码效率提高．生成的HDL使用与手写HDL相同数量的乘子，同时使用的逻辑和内存分别减少9%和3%。Infraredx的首席软件工程师John Beck说:“HDL编码器使我们能够增加大量的功能，包括两倍的滤波器，并且仍然适合我们在相同的FPGA上的设计。”
具备内部FPGA实现技能．“在MathWorks咨询服务公司的帮助下，我们的算法开发人员和图像处理专家现在知道如何在FPGA上实现他们的想法，”Erickson说。“在Simulink中模拟设计变更，生成HDL，并在30分钟内在FPGA上实时测试，这是一个巨大的优势。”万博1manbetx
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