一種平板探測器通訊控制系統

《一種平板探測器通訊控制系統》是華潤萬東醫療裝備股份有限公司於2013年12月23日申請的專利，該專利的公布號為CN103676747A，授權公布日為2014年3月26日，發明人是肖江艷、唐智偉、顏子夜、齊越寒。

《一種平板探測器通訊控制系統》實施例公開了一種平板探測器通訊控制系統，具體包括FPGA系統和時序控制模組，所述FPGA系統用於完成與所述PC機的信息通訊和數據傳輸，並控制所述時序控制模組的具體動作執行，所述FPGA系統具體包括：千兆乙太網模組，MicroBlaze模組，數據控制接口模組和SDRAM控制模組。該平板探測器不僅能提高整體系統的穩定性、節省布局面積，提高代碼的可靠性和可維護性，而且可在更短的時間內完成圖像的採集和傳輸，縮短了圖像等待時間。

2020年7月14日，《一種平板探測器通訊控制系統》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。

（概述圖為《一種平板探測器通訊控制系統》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種平板探測器通訊控制系統
• 申請人：華潤萬東醫療裝備股份有限公司
• 申請日：2013年12月23日
• 申請號：2013107174635
• 公布號：CN103676747A
• 發明人：肖江艷、唐智偉、顏子夜、齊越寒
• 公布日：2014年3月26日
• 地址：北京市朝陽區酒仙橋東路9號A3
• Int. Cl.：G05B19/042(2006.01)I
• 代理機構：北京凱特來智慧財產權代理有限公司
• 代理人：鄭立明、陳亮
• 類別：發明專利

專利背景

2013年前，在X射線探測技術領域，平板探測器的主要電路設計普遍採用FPGA（Field Programmable Gate Array，現場可程式門陣列）結合MCU（Micro Control Unit，微控制單元）的機制來實現對整個平板探測器的控制，其中FPGA普遍用於接收上層MCU的指令來完成平板探測器的各種實質性動作，包括TFT屏的時序驅動脈衝的產生、發生器曝光的控制、TFT屏的刷新、圖像數據的採集以及各種暫存器的配置等功能；而MCU例如ARM、Power PC等來實現通訊傳輸的控制，完成對PC機各種命令的解析、執行控制以及通訊機制的建立等，完成對下層FPGA的動作控制以及狀態查詢，同時完成圖像數據的傳輸。

2013年之前的技術方案雖然可以保證平板探測器的採集性能，但增加了開發成本，並增加了布局難度，延長了開發時間。

發明內容

專利目的

《一種平板探測器通訊控制系統》的目的是提供一種平板探測器通訊控制系統,不僅能提高整體系統的穩定性、節省布局面積，提高代碼的可靠性和可維護性，而且可在更短的時間內完成圖像的採集和傳輸，縮短了圖像等待時間。

技術方案

一種平板探測器通訊控制系統，所述通訊控制系統包括FPGA系統和時序控制模組，其中：

所述FPGA系統用於完成與所述PC機的信息通訊和數據傳輸，並控制所述時序控制模組的具體動作執行，所述FPGA系統具體包括：千兆乙太網模組，用於PC機控制命令的接收與傳送，並進行圖像數據傳輸；MicroBlaze模組，用於解析所述千兆乙太網模組接收的PC機控制命令，協調控制各個模組的先後動作；數據控制接口模組，用於接收所述MicroBlaze模組的指令，控制所述時序控制模組的動作，並查詢其動作狀態，以及接收來自所述時序控制模組的圖像數據；SDRAM控制模組，用於快取來自所述數據控制接口模組的圖像數據，並將快取的圖像數據通過所述千兆乙太網模組傳送給所述PC機。

改善效果

由上述《一種平板探測器通訊控制系統》提供的技術方案可以看出，該平板探測器不僅能提高整體系統的穩定性、節省布局面積，提高代碼的可靠性和可維護性，而且可在更短的時間內完成圖像的採集和傳輸，縮短了圖像等待時間。

附圖說明

圖1為《一種平板探測器通訊控制系統》實施例所提供的平板探測器通訊控制系統的結構示意圖；

圖2所示為《一種平板探測器通訊控制系統》實施例所述MicroBlaze模組的結構示意圖。

技術領域

《一種平板探測器通訊控制系統》涉及X射線探測技術領域，尤其涉及一種平板探測器通訊控制系統。

權利要求

1.一種平板探測器通訊控制系統，其特徵在於，所述通訊控制系統包括FPGA系統和時序控制模組，其中：所述FPGA系統用於完成與所述PC機的信息通訊和數據傳輸，並控制所述時序控制模組的具體動作執行，所述FPGA系統具體包括：千兆乙太網模組，用於PC機控制命令的接收與傳送，並進行圖像數據傳輸；MicroBlaze模組，用於解析所述千兆乙太網模組接收的PC機控制命令，協調控制各個模組的先後動作；數據控制接口模組，用於接收所述MicroBlaze模組的指令，控制所述時序控制模組的動作，並查詢其動作狀態，以及接收來自所述時序控制模組的圖像數據；SDRAM控制模組，用於快取來自所述數據控制接口模組的圖像數據，並將快取的圖像數據通過所述千兆乙太網模組傳送給所述PC機。

2.根據權利要求1所述平板探測器通訊控制系統，其特徵在於，在所述MicroBlaze模組解析PC機控制命令時，通過所述數據控制接口模組對所述時序控制模組發起一系列的觸發動作。

3.根據權利要求1所述平板探測器通訊控制系統，其特徵在於，所述MicroBlaze模組在協調控制各個模組的先後動作時，具體包括：當所述MicroBlaze模組通過所述數據控制接口模組對所述時序控制模組實施數據讀取動作時，所述MicroBlaze模組同時關閉所述千兆乙太網模組中的命令通道，並開啟所述千兆乙太網模組中的數據通道；所述MicroBlaze模組進一步激活所述SDRAM控制模組的性能，將來自於所述時序控制模組的圖像數據通過所述數據控制接口模組在所述SDRAM控制模組中快取，並通過所述千兆乙太網模組中的數據通道將快取的圖像數據傳送給所述PC機，以完成圖像數據的採集。

4.根據權利要求1-3其中之一所述平板探測器通訊控制系統，其特徵在於，所述MicroBlaze模組進一步包括：

判斷PC的命令參數屬性模組，用於通過GPIO來接收所述PC機發來的命令參數，並通過預先約定的標誌位來區分命令參數屬性，以完成命令參數的分類；命令參數的解析模組，用於預先對所述命令參數各個bit位賦予不同的功能碼，在接收到所述命令參數後，提取各個bit位功能碼，並解析為實際意義；外圍模組的開啟關閉控制模組，用於利用GPIO控制各個外圍模組在不同採集階段的狀態，且每個GPIO控制不同模組的不同狀態；動作觸發及動作狀態查詢模組，用於預先設定地址暫存器，其中不同地址對應不同的操作，且在同一地址中，預先設定不同的動作內容；並利用預先設定的狀態暫存器來監測動作的執行情況並時時記錄更新；通訊命令參數的執行與回響模組，用於根據預先定義的通訊命令參數的不同意義來執行不同的操作，並接收相應意義的命令回響確認參數。

實施方式

《一種平板探測器通訊控制系統》實施例所述方法基於FPGA系統，藉助MicroBlaze（Xilinx的微處理器軟核）嵌入式軟核，並結合千兆乙太網，實現了平板探測器的採集控制及通訊控制。下面將結合附圖對該發明實施例作進一步地詳細描述，如圖1所示為該發明實施例所提供的平板探測器通訊控制系統的結構示意圖，所述通訊控制系統主要包括FPGA系統1和時序控制模組3，其中FPGA系統1是整個平板探測器的核心部分，用於完成與PC機2的信息通訊和數據傳輸，並控制時序控制模組3的具體動作執行，所述FPGA系統1具體包括：

千兆乙太網模組11，用於PC機2控制命令的接收與傳送，並進行圖像數據傳輸；MicroBlaze模組12，用於解析所述千兆乙太網模組11接收的PC機2控制命令，協調控制各個模組的先後動作；數據控制接口模組13，用於接收所述MicroBlaze模組12的指令，控制所述時序控制模組3的動作，並查詢其動作狀態，以及接收來自所述時序控制模組3的圖像數據；SDRAM控制模組14，用於快取來自所述數據控制接口模組13的圖像數據，並將快取的圖像數據通過所述千兆乙太網模組11傳送給所述PC機2。

具體實現過程中，上述PC機2將配置命令參數以及通訊命令參數通過千兆乙太網模組11傳送給MicroBlaze模組12，MicroBlaze模組12對PC機2發過來的PC機控制命令進行解析，提取具體參數如：曝光時間、曝光方式、數據讀取模式、刷新模式等，從而實現對時序控制模組3的具體動作的觸發；同時MicroBlaze模組12按照通訊命令參數執行具體的操作，操作執行完畢後再通過千兆乙太網模組11告知PC機2，從而實現與PC機2的互動通訊。

另外，在所述MicroBlaze模組12解析PC機2控制命令時，通過所述數據控制接口模組13對所述時序控制模組3發起一系列的觸發動作，諸如時序控制模組3中暫存器的配置、平板探測器電荷的刷新以及圖像數據的讀取等，並對其進行狀態的查詢，判斷觸發動作是否完成。

上述MicroBlaze模組12在協調控制各個模組的先後動作時，具體過程為：

當MicroBlaze模組12通過數據控制接口模組13對時序控制模組3實施數據讀取動作時，MicroBlaze模組12同時關閉千兆乙太網模組11中的命令通道，開啟千兆乙太網模組11中的數據通道；MicroBlaze模組12進一步激活SDRAM控制模組14的性能，將來自於時序控制模組3的圖像數據通過數據控制接口模組13在SDRAM控制模組14中快取，並通過千兆乙太網模組11中的數據通道將快取的圖像數據傳送給PC機2，以完成圖像數據的採集。

上述千兆乙太網模組11、數據控制接口模組13和SDRAM控制模組14均採用FPGA的硬體logic來實現，而MicroBlaze模組12採用嵌入式軟核，利用EDK（Embedded Development Kit，嵌入式開發套件）環境選擇所使用的IP cores來較為完善的嵌入式硬體處理系統，同時利用SDK環境編寫軟體程式來實現各個功能，軟體和硬體的結合完成了MicroBlaze模組12的整體功能，下面對MicroBlaze模組12中包含的各個模組進行具體說明，如圖2所示為該發明實施例所述MicroBlaze模組的結構示意圖，圖2中MicroBlaze模組12進一步包括：

判斷PC的命令參數屬性模組121，用於通過GPIO來接收所述PC機發來的命令參數，並通過預先約定的標誌位來區分命令參數屬性，完成命令參數的分類；這裡，PC機與FPGA的命令參數分為配置命令參數和通訊命令參數，配置命令參數包含各種配置信息用於配置下層不同的狀態及特性，通訊命令參數代表PC機下發的不同指令；

命令參數的解析模組122，用於預先對命令參數各個bit位賦予不同的功能碼，在接收到命令參數後，提取各個bit位功能碼，並解析為實際意義；例如曝光時間、曝光方式、數據讀取模式、刷新模式等，從而保證PC機配置的有效執行，上述命令參數中包含各種配置信息用於配置下層不同的狀態及特性；

外圍模組的開啟關閉控制模組123，用於利用GPIO控制各個外圍模組在不同採集階段的狀態，且每個GPIO控制不同模組的不同狀態；例如在PC機與FPGA進行通訊命令時，SDRAM模組要處於關閉狀態；在FPGA與PC機進行圖像數據傳輸時，SDRAM模組處於開啟狀態，同時千兆乙太網模組中命令傳輸通道處於關閉狀態等等，從而保證各個模組有條不紊的執行操作，確保採集過程的有序進行；

動作觸發及動作狀態查詢模組124，用於預先設定地址暫存器，其中不同地址對應不同的操作，且在同一地址中，預先設定不同的動作內容；並利用預先設定的狀態暫存器來監測動作的執行情況並時時記錄更新；該模組主要是針對下層時序控制模組，保證諸如時序控制模組中暫存器的配置、平板探測器電荷的刷新以及圖像數據的讀取等動作的準確觸發，同時能夠時時了解該動作的執行情況，確保了下一動作觸發的及時性；

通訊命令參數的執行與回響模組125，用於根據預先定義的通訊命令參數的不同意義來執行不同的操作，並接收相應意義的命令回響確認參數；該通訊命令參數的執行與回響模組提升了問題定位機制，能夠定位問題出現在哪部分操作的執行過程中，縮小查錯範圍，有助於高效解決採集中出現的問題，該模組是通過讀寫GPIO來實現，確保了PC機與FPGA之間的高效通訊。

榮譽表彰

2020年7月14日，《一種平板探測器通訊控制系統》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。