Infraredx加速FPGA开发，首款血管内成像系统
挑战
解决方案
结果
- 开发时间缩短了几个月
- HDL代码效率提高
- 具备内部FPGA实现技能
“MathWorks咨询服务帮助我们在Simulink中对信号和图像处理管道进行建模，运行模拟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次自己完成工作的专业知识。”
红外线dx公司的约翰·贝克
有脂质核心斑块(LCP)的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唯一批准的LCP检测医疗设备。它在单个冠状动脉导管中结合近红外光谱(NIRS)和血管内超声(IVUS)，以提供有关血管组成和结构的信息。
Infraredx与MathWorks咨询服务合作，利用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®,仿真软件®，和HDL Coder™。Infraredx首席成像科学家何志华博士表示:“在我们与MathWorks Consulting Services合作的第一个项目中，我们通过为核心IVUS算法生成HDL，将开发时间缩短了一半。更重要的是，顾问们教会了我们如何通过使用Simulink和HDL Coder来加速FPGA在未来项目中的实现。”
挑战
Infraredx通过为Intel编写HDL代码实现了其IVUS系统的第一个版本®(原阿尔特拉®)旋风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团队依靠一个承包商来实现对HDL的增强和修复。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任何空间。
Infraredx的首席电气工程师Dave Erickson表示:“我们有能力开发图像处理和信号处理算法，但我们缺乏在FPGA上实现它们的HDL熟练程度。”“外部公司愿意提供帮助，但他们想从头到尾为我们完成工作。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 Consulting Services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产品的未来版本中使用Simulink和HDL Coder。
Infraredx的科学家和工程师在MATLAB中开发了他们最初的算法。Infraredx科学家团队和MathWorks Consulting Services基于这些算法创建了一个Simulink模型，使用Simulink块实现FIR滤波器、IIR滤波器以及信号和图像处理管道的其他元素。他们进行了仿真，并通过将Simulink模型的输出与MATLAB算法产生的输出进行比较来验证该模型。
使用定点设计器™，他们将浮点Simulink模型转换为定点，并执行位真模拟，以评估精度调整对图像质量的影响。
该团队向Infraredx管理层演示了验证过的模型。在这个里程碑上，管理层承诺使用HDL Coder进行FPGA实现。
为了在Cyclone FPGA上实现设计，团队生成了VHDL®代码来自Simulink模型与HDL Coder。然后，他们优化了模型，添加了多个同步时钟，以最有效地利用可用的FPGA资源。
通过将FPGA的输出与MATLAB仿真结果进行对比，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，该版本包括更高的图像分辨率、更高的深度穿透能力和增强的组织特征。该小组目前正在使用Simulink和HDL Coder继续改进TVC成像系统。
结果
开发时间缩短了几个月．“我们的IVUS处理管道的第一个版本花了六个月的时间来开发，”何博士说。“使用Simulink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相同数量的乘法器，同时使用少9%的逻辑和3%的内存。Infraredx的首席软件工程师John Beck说:“HDL Coder使我们能够在相同的FPGA上增加大量的功能，包括两倍的滤波器，并且仍然适合我们的设计。”
具备内部FPGA实现技能．“在MathWorks咨询服务的帮助下，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中模拟设计更改，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。”
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