در این پایان نامه هسته مرکزی در یک کنترلر عمومی برای میکروسیستم های قابل کاشت در بدن طراحی و پیاده سازی شده است. کنترلر عمومی قابلیت پشتیبانی از کاربردهای مختلف در میکروسیستم های مجتمع مانند ثبت سیگنال های بیولوژیکی و تحریک بخشی از بافت بدن را دارا می باشد. این کنترلر توانایی پاسخگویی به طیف وسیعی از نیازهای موجود در کاربردهای ثبت و تحریک با تعداد پایین و بالایی از کانال ها را دارد. هسته مرکزی وظیفه ی دیکد کردن و اجرای دستورالعمل ها، تشخیص خطای پیش آمده، مدیریت عملکرد کنترلر و تبادل داده با بخش های مختلف را بر عهده دارد. این تبادل داده ممکن است با دنیای خارج، هسته عملیاتی و یا واحدهای جانبی (.p.d) باشد. همچنین هسته مرکزی تولید سیگنال های کنترلی مورد نیاز .p.d را نیز بر عهده دارد. این بخش با معماری cisc طراحی شده و قابلیت اجرای 26 دستورالعمل را دارد. در طراحی هسته مرکزی ملاحظات طراحی مورد نیاز برای میکروسیستم های قابل کاشت در بدن مانند تبادل داده به صورت سری با دنیای خارج، پشتیبانی از پروتکل های سری و موازی برای ارتباط با .p.d، اندازه کوچک، توان مصرفی پایین و کارایی بالا در نظر گرفته شده است. فرکانس کلاک اصلی این هسته 2mhz و نرخ تبادل داده با دنیای خارج برابر 2mbps می باشد. هسته مرکزی با زبان توصیف سخت افزار vhdl و به صورت ساختاری طراحی شده است. از نرم افزار ise متعلق به شرکت xilinx برای سنتز، شبیه سازی و پیاده سازی آن استفاده شده است. جانمایی فیزیکی هسته مرکزی توسط نرم افزار alliance cad system با تکنولوژی 0.13µm بدست آمد و مساحت اشغالی آن 160µm×100µm می باشد. برای بررسی صحت عملکرد طرح پیشنهادی بر روی xc2s200 از خانواده xilinx spartan ii fpga پیاده سازی شده، با موفقیت مورد آزمایش قرار گرفت.

آنچه در این پروژه انجام شد بخش هسته عملیاتی از یک کنترلر عمومی است که برای برآورده ساختن نیازهای عمومی ریز سیستم های قابل کاشت در بدن طراحی و پیاده سازی شده است. طراحی بخش عملیاتی در قالب دو هسته جداگانه به نام های، هسته عملیاتی داخلی و کمک پردازنده سیگنال بیولوژیکی خارجی صورت گرفت. هسته عملیاتی داخلی مسئول تولید پالس تحریک در سیستم های نیاز به تحریک خودکار بدون ارتباط دائمی با دنیای بیرون، نظیر سیستم های تحریک کلیه و سیستم های تحریک عمیق مغز (مانند بیماری پارکینسون) و تشخیص پتانسیل عمل در کاربردهای ثبت است. در بخش تحریک، این هسته می تواند برای 8 کانال پالس هایی با رزولوشن زمانی µs16 تولید کند. حداکثر طول پالس ها µs256 و فرکانس آنها بین khz 9/3 – hz 62 است. در بخش ثبت، هسته عملیاتی می تواند پتانسیل عمل را بر اساس آستانه مثبت، منفی و یا هر دو، به روش آستانه گذاری سخت برای 62 کانال با سطوح قابل تنظیم و نرخ نمونه برداری ksample/s 16 تشخیص دهد. کمک پردازنده سیگنال بیولوژیکی به منظور برآوردن نیازهای پردازشی در سیستم های قابل کاشت در بدن طراحی شده است. این هسته از سیگنال ورودی ویژگی هایی نظیر ضرایب موجک، بیشینه، کمینه، برخورد با سطوح و شیب تغییرات را استخراج می کند. این کمک پردازنده می تواند تا 32 کانال را با انواع مختلفی از موجک های مادر و حداکثر 3 سطح تجزیه پوشش دهد. ضرایب فیلتر موجک می توانند حداکثر تا 6 بیت کوانتیده شوند. حد اکثر کلاک مورد نیاز برای این واحد در کاملترین حالت موجک بر اساس نرخ نمونه برداری ksample/sec20 و 32 کانال برابر با mhz48/4 است. هسته های مطرح شده توسط زبان توصیف سخت افزار vhdl طراحی شد. از نرم افزار ise xilinx برای طراحی و شبیه سازی این دو بخش استفاده شد. توان مصرفی نیز در نرم افزار design compiler synopsys محاسبه گردید. توان مصرفی هسته عملیاتی در تکنولوژی standard n-well cmos µm 18/0 و پالس کلاک mhz2 در تحریک خودکار µw 290 و در حالت تشخیص اسپایک µw 250 است. توان مصرفی کمک پردازنده سیگنال بیولوژیکی معادل با µw 427 برای 32 کانال با موجک مادر daubechies3 و 2 سطح تجزیه در فرکانس کلاک mhz 84/3 است. از نرم افزار cadance soc encounter برای رسم جانمایی فیزیکی دو هسته بهره برده شد. فضای اشغالی هسته عملیاتی داخلی معادل با ?m 170 × ?m 170 و فضای اشغالی کمک پردازنده سیگنال بیولوژیکی برابر با ?m 615 × ?m 570 در تکنولوژی standard n-well cmos µm 18/0 است. پس از شبیه سازی برای بررسی صحت عملکرد طرح پیشنهادی، طرح بر روی قطعه xcs200 که از خانواده fpga های spartan ii متعلق به شرکت xilinx است، با موفقیت پیاده سازی و تست شد.