超寬帶技術(shù)在電子內(nèi)窺鏡中的應(yīng)用

圖3 超級(jí)幀被劃分成信標(biāo)段（BP）和數(shù)據(jù)傳送段（DTP）

為確保能無(wú)中斷地傳輸視頻流，UWB采用了分布式駐留協(xié)議(DRP)。由于UWB基于TDMA，網(wǎng)絡(luò)成員可保留一些固定的時(shí)隙(媒體訪問(wèn)時(shí)隙)以保障和另一設(shè)備的通信。保留通道占用時(shí)隙的相關(guān)信息在信標(biāo)時(shí)段傳送。如果某一時(shí)隙被標(biāo)記為“硬保留”，任何第三方都不可占用該時(shí)隙。這是保障視頻傳輸要求的確定性數(shù)據(jù)傳輸速率所必須的。實(shí)施方案

圖5所示為內(nèi)窺鏡攝像頭單元的框圖。窺鏡的框圖與之相似，除了數(shù)字視頻接口為顯示控制器所取代。UWB物理層基于Wionics Research的RTU7012雙波段PHY，符合WiMedia PHY 1.1 和PHY 1.2規(guī)范。它可以用于頻帶組1和3。

在這個(gè)例子中，UWB流媒體MAC由蘇黎世應(yīng)用科學(xué)大學(xué)設(shè)計(jì)并通過(guò)ASIC或FPGA實(shí)現(xiàn)，且針對(duì)實(shí)現(xiàn)低延時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行了優(yōu)化。為了方便將MAC集成到任何系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC），將ARM高級(jí)主機(jī)總線（AHB）用作數(shù)據(jù)傳輸總線，將ARM外設(shè)總線用作控制總線。這些接口使得MAC非常適合集成到基于ARM的系統(tǒng)級(jí)芯片。

UWB標(biāo)準(zhǔn)的許多參數(shù)都由微控制器固件來(lái)控制。這樣，在需要增添其它高層協(xié)議（如無(wú)線USB）時(shí)，無(wú)須修改任何硬件。使用固件實(shí)施方案，可以在規(guī)范發(fā)生變更的情況下降低風(fēng)險(xiǎn)和提高靈活性。

圖 4 電子內(nèi)窺鏡單元的框圖

MAC可在UWB設(shè)備間以任何方向傳輸任何數(shù)據(jù)---而不局限于視頻。在這個(gè)具體的視頻應(yīng)用中，來(lái)自攝像閑的信號(hào)通過(guò)數(shù)字視頻接口和AHB傳送到SDRAM，該SDRAM用作一個(gè)視頻中間緩沖器(見(jiàn)圖5)。MAC從該SDRAM提取視頻數(shù)據(jù)，并將其傳送到UWB網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。反過(guò)來(lái)，UWB物理層接收到的數(shù)據(jù)則被傳送到SDRAM。

在UWB網(wǎng)絡(luò)和SDRAM之間傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，MAC用作AHB主總線，無(wú)需處理器核進(jìn)行干預(yù)。這意味著，可以將數(shù)據(jù)傳輸中解放出來(lái)的處理器用于控制后續(xù)UWB超幀的MAC設(shè)置。在這種架構(gòu)下，任何AHB總線設(shè)備都可成為數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪繕?biāo)或源，無(wú)論是傳送到UWB-MAC，還是從UWB-MAC傳出。至于和UWB無(wú)線模塊的接口，UWB-MAC采用WiMedia ECMA369 MAC-PHY接口標(biāo)準(zhǔn)。

內(nèi)窺鏡的其它必備部件包括A/D轉(zhuǎn)換器和用于電池管理的脈寬調(diào)制器(PWM)。為將所有部件集成到內(nèi)窺鏡的手柄中，同時(shí)保持低功耗，標(biāo)準(zhǔn)單元ASIC是不錯(cuò)的選擇。然而，如果預(yù)知的產(chǎn)量太低，不足以分擔(dān)本示例中標(biāo)準(zhǔn)單元ASIC的開(kāi)發(fā)成本，可采用可定制的應(yīng)用處理器（CAP）。這一基于ARM的微控制器具備所有常用的外設(shè)和軟件驅(qū)動(dòng)以及用于實(shí)現(xiàn)用戶定制功能的金屬可編程邏輯區(qū)域?？稍贑AP金屬可編程區(qū)域?qū)崿F(xiàn)UWB-MAC和其它定制IP核，類(lèi)似于門(mén)陣列。該微控制器的其它標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)，如外部總線接口(EBI)，可用于控制SDRAM，不會(huì)導(dǎo)致與內(nèi)存控制器設(shè)計(jì)相關(guān)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和成本。

為便于UWB應(yīng)用開(kāi)發(fā)，有些供應(yīng)商提供一款CAP UWB*估套件。CAP器件的固定部分可以當(dāng)做一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的微控制器，和用于仿真金屬可編程模塊的高密度FPGA協(xié)同工作。這個(gè)*估套件可以快速地進(jìn)行配置，仿真目前正開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)的性能。可在FPGA中實(shí)現(xiàn)UWB-MAC以及其它專(zhuān)用邏輯。

在一塊擴(kuò)展板卡上實(shí)現(xiàn)UWB物理層。CAP UWB*測(cè)工具套件與一臺(tái)運(yùn)行業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)ARM開(kāi)發(fā)工具的PC連接，用于完成系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和調(diào)試。這樣的開(kāi)發(fā)方式允許軟、硬件開(kāi)發(fā)同時(shí)進(jìn)行，從而大幅縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間。當(dāng)系統(tǒng)經(jīng)全面調(diào)試后，將UWB MAC和專(zhuān)用邏輯重新映像到CAP的金屬可編程模塊中，提供了元器件數(shù)目較少而完整的UWB收發(fā)器。

圖5 UWB設(shè)備間的MAC數(shù)據(jù)傳送