I nte rna t io na l J o urna l o f   Rec o nfig ura ble a nd   E m be dd e d Sy s t e m s   ( I J R E S)   Vo l.  14 ,   No .   2 J u ly   20 25 ,   p p .   412 ~ 4 2 7   I SS N:  2089 - 4864 DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j r es . v 1 4 . i 2 . p p 4 1 2 - 427          412       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij r es.ia esco r e. co m   A custo m   reduce d instru ction se c o m put er - ba sed  a rchitec t ure  for r ea l - ti m elect ro ca rdio g ra m   f ea ture   ex traction       Vina y a k   Vi kra m   Sh i nd e Sh ee t a l U m es h B ha nd a ri Dee p t i Sneha l K hu rg e Sa t y a s hil   Da s ha ra t Na g a ra le Uj wa l R a m es h Shi ro de   D e p a r t me n t   o f   El e c t r o n i c s a n d   T e l e c o mm u n i c a t i o n   En g i n e e r i n g ,   P i m p r i   C h i n c h w a d   C o l l e g e   o f   En g i n e e r i n g ,   P u n e ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   A p r   7 ,   2 0 2 4   R ev i s ed   A p r   1 4 ,   2 0 2 5   A cc ep ted   J u n   1 0 ,   2 0 2 5       T h e   g ro w in g   d e m a n d   f o e n e rg y - e ff icie n a n d   re a l - ti m e   b io m e d i c a sig n a p ro c e ss in g   in   w e a ra b le  d e v ice h a n e c e ss it a ted   th e   d e v e lo p m e n o a p p li c a ti o n - sp e c if ic  a n d   re c o n f ig u ra b le  e m b e d d e d   h a rd w a re   a rc h it e c tu re s.   T h is  p a p e p re se n ts   th e   re g ister  t ra n sf e le v e (RTL d e sig n   a n d   s im u latio n   o f   a   c u sto m   re d u c e d   in stru c ti o n   se c o m p u t er - V   (RIS C - V b a se d   h a rd w a re   a rc h it e c tu re   tailo re d   f o re a l - ti m e   e lec tro c a rd io g ra m   (EC G )   f e a tu re   e x trac ti o n ,   f o c u sin g   o n   R - p e a k   d e tec ti o n   a n d   h e a rt  ra te  (HR)  c a lcu latio n .   T h e   p ro p o se d   sy ste m   c o m b in e ECG - sp e c i f ic  f u n c ti o n a l   b lo c k i n c lu d in g   a   sp e c ialize d   ECG   a rit h m e ti c   lo g ic  u n it   a n d   a   f in it e   sta te   m a c h in e - b a se d   ECG  c o n tro u n it   w it h   a   c o m p a c 1 6 - b it   RIS C - V   c o n tro c o re .   Ha rd w a r e - o p ti m ize d   a lg o rit h m a r e   u se d   to   c a rr y   o u p re - p ro c e ss i n g   a c ti v it ies   su c h   h ig h - p a ss   a n d   l o w - p a ss   f il terin g   a we ll   a fe a tu re   e x tr a c ti o n   p ro c e ss e in c lu d in g   m o v in g   a v e ra g e   f il teri n g ,   d e riv a ti v e   c a lcu latio n ,   a n d   t h re sh o l d - b a se d   p e a k   i d e n ti f ica ti o n .   De sig n e d   t o   re d u c e   m e m o r y   f o o tp rin t   a n d   c o n tro l   c o m p lex it y ,   a   c u sto m   in stru c ti o n   se a rc h it e c t u re   su p p o rts   m o d u lar   re c o n f ig u ra b il it y .   F u n c ti o n a l   v a li d a ti o n   is  c a rried   o u t   b y   X il in x   V iv a d o   sim u latin g   RTL   c o m p o n e n ts  d e s c rib e d   i n   v e ry   h ig h   sp e e d   in teg ra ted   c ircu it   ( V HSIC )   h a rd w a re   d e sc rip ti o n   la n g u a g e   (V HD L ) .   T h e   p re se n t   w o rk   sh o w s   su c c e ss f u si m u latio n   o f   im p o rtan a rc h it e c tu ra c o m p o n e n ts,  c o m p lete   s y ste m - le v e in teg ra ti o n   a n d   c u sto m   ECG   d a ta  v a li d a ti o n .   T h is  w o rk   p ro v id e s th e   b a sis f o a n   a p p li c a ti o n - sp e c if ic,  re c o n f ig u ra b le,  p o w e e ff i c ien h a rd w a re   so lu ti o n   f o e m b e d d e d   h e a lt h - m o n it o ri n g   d e v ice s .   K ey w o r d s :   A r it h m etic  lo g ic  u n it   C u s to m   ar c h itect u r e   E lectr o ca r d io g r am   co n tr o l u n i t   I n s tr u c tio n   s et  ar c h itect u r e   R ed u ce d   in s tr u ct io n   s et  co m p u ter -   R eg i s ter   tr an s f er   le v el   R - p ea k   d etec tio n   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Vin a y ak   V ik r a m   S h in d e   Dep ar t m en t o f   E lectr o n ics a n d   T elec o m m u n icatio n   E n g in ee r in g   P im p r i C h ic n h w ad   C o lleg o f   E n g i n ee r i n g   Ak u r d i,  P u n e,   I n d ia   E m ail: s h i n d ev i n a y ak 1 9 2 @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   W ea r ab le  h ea lth - m o n i to r in g   s y s te m s   h a v b ec o m i n cr ea s in g l y   i m p o r tan i n   m o d er n   h ea lt h ca r e,   en ab lin g   r ea l - ti m tr ac k in g   o f   v ita s i g n s   a n d   ea r l y   d e tectio n   o f   m ed ical  co n d it io n s .   Am o n g   t h ese,   elec tr o ca r d io g r am   ( E C G)   m o n ito r in g   is   ess e n tia f o r   b o th   id en tify i n g   an d   tr ea tin g   ca r d io v asc u lar   co n d itio n s .   W ea r ab le  tech n o lo g y ,   h o w ev e r ,   r e q u ir es  co m p ac t,  r eliab le,   s m al an d   en er g y - e f f icie n s o lu tio n s   to   g u ar an te e   co n tin u o u s   u s w it h o u r e g u l ar   ch ar g i n g .   T ec h n o lo g ies  t h at  o p er ate  o n   E C r ea d in g s   in   r ea l - ti m w h i le   co n s u m i n g   litt le  p o w er   an d   a ch iev in g   h ig h   ac cu r ac y   ar in   h i g h   d e m a n d .   W ith   an   e m p h asis   o n   w ea r ab le  h ea lt h - m o n ito r in g   ap p licatio n s   th is   p ap er   aim s   to   d esig n   p o w er - e f f icien cu s to m   h ar d w ar ar ch itectu r th a t   is   o p ti m ized   f o r   ex tr ac tin g   E C ch ar ac ter is t ics.  T h ar ch i tec tu r e,   d esi g n ed   at   th e   r eg i s ter   tr an s f er   le v el  ( R T L )   u s i n g   v er y   h i g h   s p ee d   in teg r at ed   cir cu it  ( VH SIC )   h ar d w ar d escr ip tio n   lan g u ag e   ( VHD L ) ,   in cl u d es a   r ed u ce d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       A   cu s to r ed u ce d   in s tr u ctio n   s et  co mp u ter - V   b a s ed   a r ch itec tu r fo r   r ea l - time  …  ( V in a ya k   V ikra S h in d e )   413   in s tr u ctio n   s et  co m p u ter - ( R I SC - V)   b ased   co n tr o co r e   an d   d ed icate d   h ar d w ar b lo ck s   f o r   id en tif icatio n   o f   k e y   E C f ea tu r es  s u c h   as  R - p ea k s   a n d   h ea r t - r ate.   T h n ee d   f o r   ef f ec tiv w ea r ab le  h ea lth   m o n ito r in g   s y s t e m s   an d   th i n cr ea s i n g   i n ci d en ce   o f   ca r d io v ascu lar   d is ea s es  ( C V Ds)  ar p r o p ellin g   t h ar ea   o f   r ea l - ti m E C f ea t u r ex tr ac tio n   f o r w a r d .   On e   i m p o r tan ar ea   o f   r esear c h   is   m a k i n g   ap p licatio n - s p ec i f ic  in te g r ated   cir cu it s   ( A SI C s )   t h at  ar d esi g n ed   to   h an d le  E C s i g n als  w it h   litt l p o w er .   On m et h o d   is   to   u s u ltra - lo w   p o w er   ASI C s   with   p ea k   d etec tio n   ca p ab ilit ies to   d iag n o s C VD s   ea r l y   o n   [ 1 ] .   T h ese  k in d s   o f   d esig n s   ar v er y   g o o d   at  f i n d in g   P ,   R ,   a n d   T   p ea k s   in   th E C s i g n a l,  w h ic h   is   i m p o r ta n f o r   d iag n o s i n g   C VD ,   w h ile  u s in g   as  lit tle  p o w er   as  p o s s ib le  b y   u s i n g   m et h o d s   lik s el f - ad j u s tab le  d is ch ar g r ates  an d   s u b - th r es h o ld   r eg io n   o p er atio n .   Sim i lar l y ,   ef f o r ts   h a v b ee n   ai m ed   to w ar d s   A SI C - b a s ed   E C p r o ce s s o r s   th at  ca n   p r ed ict  ca r d iac  ar r h y t h m ia  [ 2 ] .   T h ese  d esig n s   f o cu s   o n   tak i n g   o u i m p o r tan E C f ea tu r es  a n d   u s i n g   c lass if ier s ,   li k Naiv B a y es,  to   p r ed ict  v e n tr icu lar   ar r h y th m ia   u p   to   s ev er a h o u r s   in   ad v a n ce .   T h is   s h o w s   t h at  p r o ac tiv h ea lth ca r m ea s u r es  ar p o s s ib le.   T h u s o f   ar tif icial  n e u r al  n e t w o r k s   ( A N Ns)  in   E C p r o ce s s o r   A SI C s   to   f i n d   ar r h y t h m ias   is   al s o   n o te w o r th y   [ 3 ] .   T h is   s h o w s   t h at  A NN  ar ch i tectu r e s   an d   o p tim ized   R - p ea k   d etec ti o n   ca n   p r o v id h ig h   class i f ica tio n   ac cu r ac y   w it h   lo w   p o w er   co n s u m p tio n ,   m ak in g   t h e m   id ea f o r   lo w - co s E C m o n ito r in g .   Fu r th er m o r e,   th d ev elo p m e n o f   w ea r ab le  h ea lt h   s y s te m s   n ee d s   i m p r o v ed   h ar d w ar s o lu t io n s .   A   s t u d y   o f   lo w - p o w er   E C s ig n al  p r o ce s s o r   d esig n s   s h o w s   i m p o r tan t d esi g n   f ac to r s   a n d   ad v an ta g es o f   ASI C   d esig n s   b ased   o n   9 0   n m   t ec h n o lo g y   [ 4 ] .   Oth er s   h a v f o c u s ed   o n   g et tin g   h ea r r ate  ( HR )   in f o r m atio n   f r o m   E C s ig n al s ,   u s in g   f u zz y     lo g ic - b ased   al g o r it h m s   to   g et  v er y   lo w   p o w er   u s [ 5 ] .   T h is   s ig n if ican t l y   r ed u ce s   it s   p o w er   r eq u ir e m en ts   w h il e   p r o v id in g   s u f f icie n u tili t y .   Ot h er   m et h o d s   o f   d etec tin g   ca r d io v asc u lar   d is ea s e s   i n clu d d e v elo p in g   u ltra - lo p o w er   A SI C s   th at  u tili ze   f o r w ar d   s ea r ch - b ased   d iag n o s tic   alg o r ith m s   to   ev alu ate  E C s ig n al s   in   r ea ti m e   w h ile  co n s u m i n g   as  litt le  p o w er   as  p o s s ib le  [ 6 ] .   T h ef f icie n c y   o f   t h alg o r ith m s   is   s till   i m p o r ta n t.  R ea l - ti m e   QR d etec tio n   tec h n iq u e s   u s e   d ig ital  ass e s s m e n ts   o f   s lo p e,   a m p lit u d e,   an d   w id t h   to   r ed u ce   in ter f er e n ce   an d   i m p r o v QR S c o m p lex   id e n ti f icatio n   s e n s it iv i t y   [ 7 ] .   R I SC   p r o ce s s o r s ,   p ar ticu lar l y   R I SC - V,   ar r ec eiv i n g   lo o f   in ter es in   e m b ed d ed   s y s te m s   d u to   th eir   f le x ib ilit y   a n d   o p en   ar ch itect u r e.   T h is   i s   i n   ad d itio n   to   ad v a n ce m e n ts   in   A SI C s .   T h er h as   b ee n   d is cu s s io n   r eg ar d in g   h o w   R I SC - m icr o p r o ce s s o r s   ca n   b u s ed   i n   ed u ca tio n ,   w it h   p ar ticu lar   f o c u s   o n   p ip elin ar ch itect u r es  t h at  ca n   b u s ed   in   b o th   ed u ca tio n   an d   f ield   p r o g r a m m ab le  g ate  ar r ay s   ( FP G A s )   a n d   ASI C s   [ 8 ] .   So m m et h o d s   u s e   th w av ele tr an s f o r m   to   im p r o v th en er g y   ef f icie n c y   o f   E C r ec o r d in g   an d   R - p ea k   d etec tio n   [ 9 ] .   I h as  h ig h   C R   o f   1 0 . 3   an d   p er ce n tag r o o t - m ea n - s q u ar d if f er en ce   o f   0 . 6 4 w h e n   it  is   r ec o r d in g .   I also   h as   9 9 . 7 2 s en s iti v it y   f o r   R - p ea k   r ec o g n itio n   an d   a   9 9 . 4 9 p o s itiv p r ed ictio n   r ate   w h e n   th d ata  is   s h r u n k   b y   1 3 . 6 8   ti m es.  A   g r ea ter   a m o u n o f   w o r k   i s   b ein g   ca r r ied   o u o n   m e th o d s   f o r   d esig n in g   R I S C - p r o ce s s o r s ,   w h ich   w ill   m a k i s i m p ler   to   m a k d is tin c t y p e s   o f   p r o ce s s o r s   [ 1 0 ] .   Mic r o ar ch itectu r d esi g n   an d   s tu d y   o f   R I S C - in s tr u c tio n   s et  ar ch itec tu r e   ( I S A ) - co m p at ib le  p r o ce s s o r s   ar also   lo o k ed   in to ,   esp ec ially   h o w   in s tr u ctio n   s et s   af f ec th p er f o r m an ce   o f   t h p ip elin [ 1 1 ] .   Ver ilo g   ca n   also   b u s ed   to   b u ild   s in g le  c y cl R I SC - p r o ce s s o r   [ 1 2 ] .   So m d esig n s   u s 3 2 - b it  p r o ce s s o r s   to   m ak d ev ice s   th at  ar ec o n o m ical  [ 1 3 ] .   A   3 2 - b it  R I SC - b ased   s y s te m ,   s p an n i n g   R T L   to   g r ap h ic  d atab ase  s y s te m   I I   ( GDSI I ) ,   is   f u r t h er   d esig n ed   an d   i m p le m en ted   u s i n g   th is   m e th o d   f o r   m ed ical  ap p licatio n s   [ 1 4 ] .   A   co m p lete  s t u d y   o f   E C s i g n al  r ev ea l s ,   to g et h er   w i th   m et h o d o lo g ies  f o r   i m p r o v ed   ac cu r ac y   [ 1 5 ] ,   h o w   cr u cial  au to m ated   m et h o d s   an d   R - p ea k   r ec o g n itio n   ar e.   FP GA s   also   allo w   f o r   th co n s tr u ctio n   o f   s ig n al   p r o ce s s in g   cir cu its   [ 1 6 ] .   T h is   s y s te m   h as  FP G A ,   an   E C o u tp u ca n   h elp   o n d eter m i n th HR   [ 1 7 ] .   C h ip s   th at  ar h i g h l y   i n te g r ated   an d   u s litt le  p o w er   h a v b ee n   m ad f o r   h a n d lin g   E C s ig n als  in   w ea r ab le  tech ,   m o s tl y   h ea lth ca r d ev ice s   [ 1 8 ] [ 1 9 ] .   On s tu d y   i n   w h ich   a n   R - p ea k   id e n ti f icatio n   alg o r it h m   w as  cr ea ted   an d   m o d eled   u s i n g   V HD L   in   Xili n x   I SE  1 4 . 6   s h o w s   s ig n i f ica n m e th o d u s i n g   E C s i g n al  an al y s is   to   FP GAs.  Usi n g   t h MI T - B I A r r h y t h m ia  E C d atab ase,   th s y s te m   w a s   co n f ir m ed   to   co n s is ten tl y   ex tr ac f ea t u r es  f o r   b ea t - to - b ea in ter v al  id en ti f ic atio n   [ 2 0 ] .   A   lo w - co m p le x it y   f ea tu r ex tr ac tio n   ap p r o ac h   d esig n ed   f o r   p o w er   an d   r eso u r ce   ef f icie n c y   w a s   p r esen ted   in   d if f er e n s tu d y .   T o   av o id   f lo atin g - p o in o p er atio n s ,   th ar ch itect u r u s ed   b asic  co m p u tatio n al  co m p o n e n ts   in c lu d i n g   co m p ar ato r s ,   s h i f ter s ,   an d   ad d er s ,   w h ic h   g r ea tl y   lo w er ed   p o w er   co n s u m p tio n   w it h   j u s 7 3 8   p J   at  1   MH an d   1 9 8   V.   Sy n t h esized   w it h   1 8 0   n m   co m p le m e n tar y   m etal  o x id s e m ico n d u cto r   ( C MO S)  tech n o lo g y ,   t h Vir te x - 7   FP GA   w a s   u s ed   to   co n s tr u ct   th d esi g n ,   w h ich   r ev ea led   en er g y   r ed u ctio n s   o f   u p   to   1 2 8   tim es o v er   tr ad itio n al  tech n iq u es [ 2 1 ] .   FP GA - b ased   s y s te m s   h a v a ls o   b ee n   in v es tig ated   f o r   r ea l - ti m a n d   p ar allel  p r o ce s s in g   o f   E C s ig n al s .   A   s u g g ested   s y s te m   w a s   test ed   as  s y s te m - on - c h i p   ( So C )   d esig n   a n d   r etr iev ed   E C ch ar ac ter is tics .   Usi n g   th MI T - B I A r r h y th m ia  d atab ase,   th n e w   tec h n iq u w as  v er i f ied   ag ai n s M A T L A B   r o u tin e s ,   s h o w i n g   a n   o v er all  d etec tio n   to ler an ce   o f   0 . 0 1   s ec o n d s   an d   s tr ess i n g   t h v iab ili t y   o f   p ar allel  p r o ce s s in g   f o r   p r ec is r ea l - ti m a n al y s i s   [ 2 2 ] .   L o w - co m p le x it y   a n d   p o w er - ef f icie n t   alg o r it h m s   ar ab s o lu tel y   n ec ess ar y   g iv e n   t h g r o w i n g   n ee d   f o r   w ea r ab le  E C m o n ito r in g .   On s tu d y   s u g g e s ted   an   ASI C     i m p le m en ta tio n - o p ti m ized   R - p ea k   d etec tio n   tech n iq u e.   Fo r   n o is r ed u ctio n   it  u s ed   d i g ital  an d   en v elo p f ilter s t h en   th e   Hilb er tr a n s f o r m   d etec ted   R - p ea k   ze r o - cr o s s i n g s .   W h e n   e v alu a ted   o n   t h MI T - B I A r r h y t h m ia  d atab ase  [ 2 3 ] ,   th m et h o d   attain ed   h ig h   d e tectio n   ac cu r ac y   o f   9 9 . 8 1 an d   s en s i tiv it y   o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t ,   Vo l.  14 ,   No .   2 J u l y   20 25 412 - 4 2 7   414   9 9 . 8 7 %.  A   lo w - p o w er   E C s ig n a p r o ce s s i n g   m et h o d   w as   lik e w i s cr ea ted   w it h   R I S C - C P to   lo w er   p ac em a k er   p o w er   u s e.   B u ilt  o n   9 0   n m   tech n o lo g y   n o d e,   th s u g g ested   R I S C - d esig n   u s ed   j u s 4 . 0 5 3 2 2 3   m icr o w atts ,   f ar   less   t h a n   co n v en tio n al  p ac e m ak er s   w h ic h   u s u all y   u s b et w ee n   6 0   an d   1 0 0   m icr o w atts   [ 2 4 ] .     Sev er al  al g o r ith m s   h a v b ee n   cr ea ted   to   id en tify   R - p ea k s   u n d er   r ea l - ti m r e s tr ictio n s   a n d   co m p u ti n g   ef f icien c y   f o r   lo w - co s an d   p o r tab le  E C m o n ito r in g   s y s t e m s .   O n s tu d y   cr ea ted   an   e f f icien s y s te m   f o r   e m b ed d ed   p r o ce s s in g   e v al u at ed   u s i n g   E C G   w av e f o r m   d atasets .   De m o n s tr ati n g   th e   f ea s ib ilit y   o f   lo w - co s t   s o lu tio n s   f o r   u b iq u ito u s   h ea l t h ca r [ 2 5 ] ,   th alg o r it h m   w a s   ef f ec ti v el y   u s ed   i n   s m ar t p h o n e - b a s ed   E C G   ac q u is itio n   s y s te m .   A p ar f r o m   R - p ea k   id e n ti f icatio n ,   p r ed ictiv an a l y t ics  an d   E C s i g n a class i f icatio n   h a v e   b ec o m m o r p o p u lar .   Usi n g   Naïv B ay e s   class i f ier ,   co m p letel y   i n te g r ated   E C s ig n al  p r o ce s s o r   ( E SP )   w a s   cr ea ted   f o r   v en tr icu lar   ar r h y t h m ia  p r ed ictio n .   Usi n g   MI T   P h y s io Net  an d   th Am er ica n   Hea r Ass o ciatio n   d atab ases ,   th E SP   v alid ated   P - QR S - T   ch ar ac ter is tics .   Occ u p y i n g   o n l y   0 . 1 1 2   m m 2   an d   u tili zin g   2 . 7 8   µ W   at   1 0   k Hz,   th ar ch itect u r cr e ated   u s i n g   6 5   n m   C MO p r o ce s s   r ev ea led   th p r ac ticalit y   o f   ASI C - b ased   p r ed ictiv E C an al y s is   [ 2 6 ] .     Am o n g   u p co m i n g   in n o v atio n s   in   E C s i g n al  p r o ce s s i n g   ar u ltra - lo w - p o w er   f ea t u r ex tr ac tio n   tech n iq u es  e m p lo y i n g   w a v e let  tr an s f o r m - b ased   ap p r o ac h   f o r   r ea l - ti m QR co m p lex   id en ti f icatio n .   W h en   ass es s ed   o n   b e n ch m ar k   E C G   d atasets   [ 2 7 ] ,   th i s   tec h n iq u e ,   w h ic h   w a s   i m p le m en ted   in   4 0   n m   C MO S   tech n o lo g y ,   m ai n tai n ed   a n   a cc u r ac y   o f   9 9 . 4 an d   u s ed   as  litt le   as  1 . 2   µW .   Usi n g   c o n v o l u tio n al   n e u r al   n et w o r k s   ( C NNs),   an o t h er   r esear ch   p r esen ted   d ee p   lear n in g - b ased   E C clas s if icatio n   m o d el  th at  co u ld   d is tin g u is h   b et w ee n   n o r m al  a n d   p ath o lo g ical  ca r d iac  r h y th m s .   E x a m i n ed   o n   b ig   d atase t,  th m o d el  s h o w ed   9 8 . 7 6 class if icatio n   ac cu r ac y ,   h en ce   p r o v i n g   t h p r o m i s o f   A I - d r iv e n   E C d iag n o s ti cs   [ 2 8 ] .   A   m u lt i m o d a l   tech n iq u co m b i n i n g   E C with   p h o to p leth y s m o g r ap h y   ( P P G)   f o r   im p r o v ed   HR   v ar ia b ilit y   a n al y s is   w a s   s tu d ied   i n   a n o th er   s tu d y .   W ith   an   F1 - s co r o f   9 5 . 3 [ 2 9 ] ,   th i s   co m b i n atio n   o f   b io   s i g n als  en ab led   b etter   ac cu r ac y   i n   ar r h y t h m ia  id en ti f ic atio n ,   esp ec iall y   i n   atr ial  f ib r illatio n   s it u atio n s .   A last ,   s ci en tis ts   h a v lo o k ed   at  m eth o d s   o f   e n er g y   h ar v e s ti n g   to   r u n   p o r tab le  E C eq u ip m en t.  P av in g   th d o o r   f o r   s elf - s u s tai n i n g   h ea lt h   m o n ito r i n g   s y s te m s ,   s t u d y   s h o w ed   a n   E C G   s e n s o r   d r iv en   b y   a   b io e n er g y   h ar v e s ti n g   cir cu it  e m p lo y i n g   th er m o elec tr ic  g en er ato r s   g u ar an teei n g   co n tin u o u s   o p er atio n   w it h o u t e x ter n al  b atter ies [ 3 0 ] .     I n   co n cl u s io n ,   t h r esear c h   t h at  h a s   alr ea d y   b ee n   d o n s h o w s   t h at  t h er ar m a n y   d if f er en w a y s   to   ex tr ac f ea t u r es  f r o m   a n   E C G .   T h ese  in cl u d c u s to m   ASI C   d esig n s   an d   f le x ib le  R I SC - V   i m p le m e n tatio n s .   T h is   p ap er   b u ild s   o n   th e s f in d in g s   to   p r esen c u s to m   R I SC - V - b ased   ar ch i tectu r m ad f o r   ex tr ac ti n g   f ea t u r es  f r o m   r ea l - ti m E C Gs.   T h g o al  is   to   u s t h b est  p a r ts   o f   b o th   cu s to m   h a r d w ar a n d   an   o p en - s o u r ce ,   f le x ib le  p r o ce s s o r   co r e.       2.   M E T H O D   T h d esig n   f lo w   o f   cu s to m   R I SC - b ased   ar ch itectu r in v o l v es  s y s te m at ic  ap p r o ac h ,   c o n s i s ti n g   o f   r eq u ir e m en an al y s i s ,   ar ch itectu r d esig n ,   alg o r ith m   d e v elo p m e n t,  R T L   d esig n   an d   s i m u l atio n   an d   f u n ctio n a l   v alid atio n :     a.   R eq u ir e m en t s   an a l y s is :     A p p licatio n p r o ce s s in g   E C s ig n al s   in   r ea l - ti m f o r   u s in   w ea r ab le  d ev ices.     P o w er   co n s u m p tio n m a n y   s m all  w ea r ab le  d ev ices   r el y   o n   co in   ce ll  b atter ie s   w h ic h   g e n er all y   p r o v id a   ca p ac it y   o f   ap p r o x im a tel y   2 0 0   m Ah   an d   lith i u m - io n   b atter ies  w it h   s i m ilar   ca p ac it y ,   s o   p o w er   b u d g et  o f   50   m W   to   1 0 0   m W   is   s u f f i cien f o r   ex te n d ed   b atter y   life .   T h is   r an g is   co n s is te n w it h   th p o w e r   co n s u m p tio n   o f   ex is t in g   w ea r ab le  d ev ices  an d   ca n   b ac h iev ed   t h r o u g h   co m b i n atio n   o f   lo w - p o w er   d esig n   tech n iq u e s ,   cir cu it o p ti m is a tio n s ,   al g o r ith m   o p ti m is at io n s   an d   ca r ef u l se lectio n   o f   co m p o n en t s .     R ea l - ti m p er f o r m an ce t h a r ch itect u r is   d esig n ed   to   p r o ce s s   E C s i g n a ls   as  s h o w n   in   Fig u r 1   in     r ea l - ti m f o r   R - p ea k   d etec ti o n   an d   HR   ca lc u latio n   f r o m   d ig itized   E C s i g n als.  Fo r   th f u n ctio n a l   s i m u lat io n s ,   d i g itized   E C G   d ata  w a s   g e n er ated   u s i n g   p y th o n   to   e m u late  th e   o u tp u t   o f   a n   a n alo g   to   d i g ital   co n v er ter   ( A D C )   at  s am p li n g   r ate  o f   2 0 0   Hz - 500   Hz.   T h is   r an g is   s elec ted   f o r   th A D C   as  p er   th e   N y q u i s t - S h an n o n   s a m p li n g   th eo r em   a n d   th f r eq u en c y   co n ten o f   t h E C s ig n al s .   C li n icall y   r elev a n t   E C f ea tu r es  ar f o u n d   b etw ee n   0 . 0 5   Hz  to   4 0   Hz  r an g e.   W h ile  lo w er   s a m p li n g   r ate  w o u ld   b e   s u f f icie n t,  h o w e v er   200   Hz - 5 0 0   Hz  p r o v id es a   s af et y   m ar g i n   an d   r ed u ce s   an ti - al iasi n g   i m p e r f ec tio n s .     Featu r e x tr ac tio n t h s y s te m   is   d es ig n ed   to   id en ti f y   an d   ex tr ac k e y   f ea t u r es  f r o m   p r e - p r o ce s s ed   E C G   s ig n al.   T h f o cu s   is   o n   R - p ea k   d etec tio n   an d   h ea r - r ate  ca lc u latio n   d u to   t h eir   f u n d a m en t al  i m p o r tan ce   a s   in d icato r s   o f   ca r d iac  f u n ctio n   an d   th eir   u s ab ilit y   in   v ar io u s   h ea lth   m o n ito r i n g   s ce n ar io s .   Fig u r e   1   r ep r esen ts   an   E C wav ef o r m   th at  r ep r esen t s   th el ec tr ical  ac tiv it y   o f   t h h ea r an d   in clu d e s   m ai n   co m p o n en t s   s u c h   as  P - w a v e ,   QR co m p le x ,   T - w a v e ,   an d   P R /QT   in ter v als.  T h w av d e m o n s tr ate s   atr ial  d ep o lar izatio n   w h ile  QR co m p le x   d e m o n s tr ate s   v en tr ic u lar   d ep o lar izatio n   n ec es s ar y   f o r   h ea r t   co n tr ac tio n .   T h T   w av s h o w s   v e n tr icu lar   r ep o lar izatio n   an d   th ST   s eg m en r ep r esen ts   h ea r ts   r ec o v er y   p h ase.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       A   cu s to r ed u ce d   in s tr u ctio n   s et  co mp u ter - V   b a s ed   a r ch itec tu r fo r   r ea l - time  …  ( V in a ya k   V ikra S h in d e )   415       Fig u r 1 .   E C s i g n al  w a v e f o r m       b.   A r c h itect u r d esig n :     I n p u m o d u le:   f o r   f u n ct io n al  s i m u latio n   p u r p o s e,   t h i n p u m o d u le  i n cl u d es a   b eh a v io r al  m o d el   o f   a   1 2 - b it   s u cc e s s i v ap p r o x i m at io n   r eg i s ter   ( S A R )   A D C .   I n   a   h ar d w a r i m p le m e n tat io n ,   S AR   ADC  ar ch i tectu r e   w o u ld   b s elec ted   d u its   p o w er   e f f ic ien c y ,   g o o d   s p ee d   an d   r ed u ce d   ar ea   m a k i n g   it  well - s u itab le  f o r   w ea r ab le  ap p licatio n s .   I n   t h is   p ap er ,   b eh av io r al  m o d el  is   u s ed   to   g en er ate  t h o u tp u o f   w h at  1 2 - b i t   A D C   h av e.   1 2 - b it  r eso lu t io n   p r o v id es  s u f f ic ien p r ec i s io n   f o r   E C s ig n al  a n al y s i s ,   ca p tu r in g   t h e   d y n a m ic  r an g o f   th s i g n al  w it h o u ex ce s s iv o v er h ea d .   T h o u tp u o f   th m o d el  h as  s a m p lin g   r ate  o f   200   Hz  to   5 0 0   Hz  g u id ed   b y   t h N y q u is t - Sh a n n o n   s a m p li n g   th eo r e m .     E C co n tr o u n it  ( E C U) th i s   u n it  is   i m p le m e n ted   as  f in ite  s tate  m ac h i n ( FS M)   to   c o n tr o th E C G   p r o ce s s in g   s ta g es.  T h FS is   r esp o n s ib le  f o r   h ig h - p ass   f ilte r in g ,   lo w - p ass   f il ter in g ,   R - p ea k   d etec tio n   a n d   h ea r t - r ate  ca lcu la tio n .   T h F S d esig n   h as  s tate s   co r r esp o n d in g   to   ea ch   s i g n al   p r o ce s s in g   o p er atio n .   E ac h   s tate  is   r esp o n s ib le  f o r   s p ec if ic  h ar d w ar o p er atio n   o r   alg o r ith m .   T h E C i n ter ac ts   w i th   m e m o r y   u n it   to   p ass   th r eq u ir ed   in p u s i g n als  to   th E C ar it h m e tic  lo g i u n it  (E C G_ AL U)   a n d   also   s to r th o u tp u t s   o f   ea ch   s tate.     C o n tr o u n it  ( C U) th CU   is   i m p le m en ted   as  R I SC - b ased   co n tr o co r e.   A   R I SC - b ased   in s tr u c tio n   s et  ar ch itect u r is   u tili ze d   f o r   f lex ib le  co n tr o l o v er   s y s te m   o p er atio n .     Sto r ag e:  th c u s to m   ar c h itec tu r f ea t u r es  m e m o r y   d esi g n   in ten d ed   f o r   o n - c h ip   i m p le m en tatio n .   T h e   f u n ctio n   o f   th e   m e m o r y   u n it   o r   m e m o r y   is   s to r d ata  an d   in s tr u ctio n s   t h at  t h CU   n ee d s   to   ac ce s s   an d   p r o ce s s .   T h m e m o r y   ar ch itec tu r is   Vo n - Neu m a n n   b ased   w h er p r o g r am   i n s tr u ctio n s   an d   d ata  a r e   s to r ed   in   s i n g le  m e m o r y .   T h m e m o r y   is   i n ter n all y   b i f u r ca ted   in to   r an d o m   ac ce s s   m e m o r y   ( R A M )   an d   r ea d   o n l y   m e m o r y   ( R OM )   as p er   th u s a g e.   T h s ize  o f   th m e m o r y   is   4   KB   w i th   2   KB   o f   ea ch   R A M   an d   R OM .     Ou tp u m o d u le:  t h ar ch itect u r f ea tu r es   g e n er al - pu r p o s in p u t/o u tp u ( GP I O)   m o d u l e.   I ts   r o le  is   to   co m m u n icate   w i th   e x ter n al  d ev ices  s u c h   as   L C D   d is p la y s .   I n   h ar d w ar i m p le m en tatio n   t h GP I O   in ter f ac w o u ld   b u tili s ed   f o r   tr an s m itti n g   h ea r t - r ate  an d   o th er   h elp f u d ata  f o r   r ea l - ti m e   m o n ito r i n g .   I n   th R T L   d esig n ,   it  s i m p l y   m a p s   1 6 - b it  in p u d ir ec tl y   to   1 6 - b it  o u tp u t,  p r o v id in g   b asic  in ter f ac f o r   d ata  o u tp u t d u r in g   s i m u latio n .   c.   A l g o r ith m   d ev e lo p m en t :   P r e - p r o ce s s in g f ir s s ta g o f   p r o ce s s in g   o n   th d i g iti s ed   E C s a m p le s .   T h is   s ta g in cl u d es  n o is e   r ed u ctio n   an d   b aseli n co r r ec tio n .   T h is   s tag co m p r i s es o f   t h f o llo w in g :     Hig h - p a s s   f ilter i n g f ir s t - o r d er   in f in ite  i m p u l s r esp o n s ( I I R )   h i g h - p as s   f ilter   i s   i m p le m en ted   to   r e m o v e   b aselin w a n d er ,   s lo w   d r if t   in   E C s i g n a l.  T h is   co n f i g u r atio n   atten u ate s   lo w - f r eq u e n c y   co m p o n e n t s   ( lik b aseli n w a n d er )   an d   p as s es  h i g h   f r eq u e n c y   co m p o n e n t s .   T h m at h e m atica eq u atio n   is   d is c u s s ed   i n   th s ec tio n   5.     L o w - p a s s   f ilter i n g f ir s t o r d er   I I R   lo w - p as s   f ilter   is   i m p le m en ted   to   eli m i n ate  h ig h - f r eq u e n c y   n o is e.   T h is   co n f i g u r atio n   atte n u a tes  h ig h   f r eq u en c y   co m p o n e n t s   ( lik n o is e)   an d   p ass es  lo w - f r eq u e n c y   co m p o n e n ts .   T h m at h e m atica l e q u a tio n   i s   d is cu s s ed   in   t h s ec tio n   5.   Featu r e x tr ac tio n t h is   s ta g e   is   r esp o n s ib le  f o r   co r f ea t u r ex tr ac tio n   p r o ce s s   s u c h   as  R - p ea k   d etec tio n   an d   h ea r t - r ate  ca lcu l atio n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t ,   Vo l.  14 ,   No .   2 J u l y   20 25 412 - 4 2 7   416     R - p ea k   d etec tio n r o b u s t   R - p ea k   d etec tio n   al g o r it h m   is   i m p le m e n ted   co m b in i n g   m o v i n g   av er a g f ilter ,   w it h   d er iv at iv ca lc u latio n   an d   th r esh o ld in g .     Mo v in g   av er a g f ilter i n g t h i s   s m o o th e n s   t h s ig n al  b y   a v e r ag in g   it  w i th in   m o v i n g   w i n d o w   in   o r d er   to   r ed u ce   th n o is f o r   d er iv ati v e   ca lcu latio n .     Der iv ati v ca lcu la tio n t h s lo p o f   th s ig n al  i s   ca lcu lated   u s i n g   th eq u at io n   s p ec i f ied   in   s ec tio n   5 .   T h is   is   u s ed   to   d etec t th s h ar p   ch a n g e s   in   t h s i g n al.     T h r es h o ld in g d etec ts   R - p ea k s   f r o m   th s i g n al,   a n d   co m p ar es  th e m   w it h   t h p r e - d ef in ed   o r   r ef er en ce   v alu e s   an d   d ec lar es t h e m   a s   R - p ea k s .     HR   ca lcu la tio n h ea r t - r ate  is   ca lcu lated   f o r m   t h d etec ted   R - p ea k s   b y   m ea s u r in g   t h in t er - b ea in ter v a l s   ( I I B ) .   T h HR   ca n   b ca lcu lat ed   w it h   eq u atio n   f r o m   s ec tio n   5.   d.   R T L   d esig n   an d   s i m u latio n   T h p r o p o s ed   ar ch itectu r e,   s h o w n   in   F ig u r 2 ,   is   d esig n ed   at  th R T L   u s i n g   VHD L ,   wid el y   u s ed   h ar d w ar d escr ip tio n   la n g u a g e.   T h d esig n   m et h o d o lo g y   i n v o lv e s   to p   m o d u le  as  w ell  as  in d i v id u al  b lo ck   d esig n   ap p r o ac h es.  Xilin x   Vi v ad o   to o is   u s ed   f o r   s im u lati o n .   Si m u latio n   h elp s   in   v er i f y in g   t h f u n c tio n alit y   o f   th d esi g n .   Ver i f icatio n   s tr ateg y   w a s   d esig n ed   to   test   an d   ch ec k   t h in d i v id u a m o d u les  alo n g   w it h   t h e   w h o le  s y s te m .   T h test b e n c h es  w er d esi g n ed   to   in cl u d g e n er atin g   s ti m u lu s   a n d   t esti n g   f o r   d if f er e n s ce n ar io s .           Fig u r 2 .   C u s to m   R I SC - b as ed   ar ch itectu r f o r   E C p r o ce s s i n g       Fig u r 2   r ep r esen ts   cu s to m   ar ch itect u r f o r   E C s ig n al  p r o ce s s in g   w it h   all  th m aj o r   c o m p o n en t s   s u c h   as  C U,   ar it h m et ic   lo g i u n i ( A L U ) ,   m e m o r y   u n i t,  p r o g r am   co u n ter   ( P C ) ,   E C U ,   an d   GP I O.   T h Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       A   cu s to r ed u ce d   in s tr u ctio n   s et  co mp u ter - V   b a s ed   a r ch itec tu r fo r   r ea l - time  …  ( V in a ya k   V ikra S h in d e )   417   o p er atio n s   o f   th ar ch itect u r e   ar co n tr o lled   b y   t h C U.   T h C f etch e s   th i n s tr u ctio n   f r o m   th m e m o r y   u s i n g   P C   an d   s to r es  it  i n   t h e   in s tr u ctio n   r e g is ter   ( I R ) .   T h in s tr u ctio n   i s   d ec o d ed   an d   co n tr o s ig n als  ar e   g en er ated   d ir ec tin g   th f lo w   o f   d ata  b etw ee n   th v ar io u s   co m p o n e n t s .   T h C s en d s   th E C o p er atio n   s ig n al  to   th e   E C to   p r o ce ed   w ith   E C G   s p ec i f ic  o p er atio n s .   T h E C f etc h es   s a m p les  f r o m   t h m o d elled   A D C   an d   f ee d s   it  to   th E C G _ AL f o r   p r o ce s s in g .   T h f i n al  r esu lt  is   s to r ed   in   th m e m o r y   a n d   th d ata  is   o u tp u u s i n g   t h GP I O.   T h co lo u r in g   s c h e m u s ed   f o r   s ig n al s   in   t h ar ch itect u r is   p in k   f o r   th co n tr o l   s ig n al s ,   y ello w   f o r   d ata  an d   b l u f o r   ad d r ess   s i g n al s .       3.   I M P L E M E NT AT I O N   T h cu s to m   ar ch itectu r e   co n ta in s   t h f o llo w i n g   co m p o n e n ts :     3 . 1 .     Reg is t er s   ( R0 - R3 )   R eg i s ter s   p la y   k e y   r o le  in   t h is   ar ch itect u r as  th e y   ar u s e d   as  te m p o r ar y   s to r ag f o r   o p er an d s   an d   in ter m ed iate  r esu lts .   I n   th is   ar ch itect u r f o u r   g e n er al  p u r p o s r eg is ter s   ar u s ed R 0 ,   R 1 ,   R 2 ,   an d   R 3 .   W h er R 3   is   r etu r n   ad d r ess   r eg is ter   ( R A R ) .   a.   R etu r n   ad d r ess   r eg is ter :     I t te m p o r ar il y   s to r es th r et u r n   ad d r ess   d u r in g   j u m p   o r   s u b r o u tin ca ll.     W h en   C AL L   i n s tr u ctio n   is   e x ec u ted   t h cu r r en m e m o r y   a d d r ess   o f   th P C   is   s to r ed   in   t h R A R .     W h en   R E T   in s tr u ctio n   i s   ex ec u ted   th P C   r ec o v er s   t h ad d r ess   s to r ed   in   th R A R   a n d   r esu m es o p er atio n   f r o m   t h at  ad d r ess .   b.   Fu n ctio n :     Used   as a   s o u r ce   an d   d esti n ati o n   f o r   AL o p er atio n s .     Used   to   s to r d ata  tem p o r ar il y   d u r in g   m e m o r y   tr an s f er s .     3 . 2 .     M e m o ry   T h m e m o r y   u n it  is   a n   i m p o r tan p ar o f   th ar c h itect u r e,   p r o v id in g   s to r ag s p ac f o r   b o th   p r o g r a m   in s tr u ctio n s   an d   d ata  r eq u ir ed   f o r   E C s ig n al  p r o ce s s i n g .   Si n g le  m e m o r y   co n ce p is   u s ed   in   th d esi g n   d u t o   its   s i m p licit y   a n d   r ed u ce d   h ar d w ar co m p lex i t y .   I is   i n te r n all y   d iv id ed   in to   t w o   t y p e s :   d ata  m e m o r y   a n d   p r o g r am   m e m o r y .   T h p u r p o s o f   th m e m o r y   u n it is   to   s to r th f o llo w i n g :   P r o g r am   in s tr u c tio n s th in s tr u ctio n s   th at  co n tr o th o p er atio n   o f   R I SC - co r an d   E C U   ar s to r ed   in   m e m o r y .   T h ese  in s tr u ct io n s   d ef in th s eq u e n ce   o f   o p er atio n s   o f   R I SC - b ased   I SA   an d   E C o p er atio n   in s tr u ctio n .     E C d ata  s a m p les:   i n co m in g   E C s a m p les  f r o m   t h A D C   ar s to r ed   in   th m e m o r y   f o r   p r o ce s s in g .   T h i s   in cl u d es b o th   th r a w   d i g itize d   E C s a m p le s   an d   in ter m ed i ate  E C p r o ce s s es r es u lts   s u c h   as  f ilter i n g   a n d   f ea t u r ex tr ac tio n .     Fil ter   co ef f icie n ts t h co ef f ici en ts   u s ed   b y   d ig ital f ilter s   ( h i g h - p a s s   an d   lo w - p a s s )   ar s to r ed   in   m e m o r y .     Var iab les  an d   te m p o r ar y   s to r ag e:  t h m e m o r y   u n it  al s o   p r o v id es  s to r a g s p ac f o r   v ar i ab les,  te m p o r ar r esu lt s ,   i m m ed iates a n d   s tac k   s p ac f o r   f u n ctio n   ca lls .   Data   m e m o r y   ( R AM ) it  is   o f   2   KB   in   s ize.   I is   u s ed   to   s to r in ter m ed iate  r esu l ts ,   A DC   s a m p les  an d   p r o v id s tack   s p ac f o r   tem p o r ar y   s to r ag s u c h   as  b u f f er s   an d   s tack   as  d ep icted   in   th T ab le   1 .   Ta b le   1   r ep r esen ts   th s tr u ctu r o f   t h d ata  m e m o r y .   I s h o w s   t h ad d r ess   lo ca tio n s   in   m e m o r y   alo n g   w it h   th eir   s ize  i n   d ec i m al  f o r   v ar io u s   ap p licati o n s   s u ch   a s   g e n er al - p u r p o s e,   f ir s t - in - f ir s t - o u ( FIFO)   b u f f e r   an d   o th er   b u f f er s   an d   s tack .       T ab le  1 .   Data   m e m o r y   s tr u ctu r e   A d d r e ss ran g e   P u r p o se   0 x 0 8 0 0 0 x 0 EF F   ( 2 0 4 8   t o   3 8 3 9 )   G e n e r a l   p u r p o se   d a t a   st o r a g e   ( i n t e r me d i a t e   c a l c u l a t i o n s) .   0 x 0 F 0 0 0 x 0 F 0 F   ( 3 8 4 0   t o   3 8 5 5 )   F I F O   b u f f e r   f o r   A D C   samp l e s.   0 x 0 F 1 0   0 x 0 F 5 F   ( 3 8 5 6   t o   3 9 3 5 )   B u f f e r s a n d   st a c k .       P r o g r am   m e m o r y   ( R OM ) I is   o f   2   K B   in   s ize   r e p r esen ted   i n   T ab le   2 .   I t   is   u s ed   to   s to r i n s tr u ctio n s   f o r   s a m p li n g ,   f ilter i n g ,   R - p ea k   d etec tio n   a n d   HR   ca lcu lati o n s .   Fi x ed   co n s tan t s   o r   v al u es  ar also   s to r ed .     T ab le   2   r ep r esen ts   th e   s tr u ctu r o f   t h p r o g r a m   m e m o r y .   I t s h o w s   t h ad d r ess   lo ca tio n s   i n   m e m o r y   alo n g   w i t h   th eir   s ize   in   d ec i m al   f o r   s to r in g   in s tr u c tio n s   an d   co n s ta n ts .   Me m o r y   m ap p in g m e m o r y   m ap p in g   is   u s ed   to   ac ce s s   m e m o r y   p atter n s   a n d   r ed u ce   ac ce s s   ti m e.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t ,   Vo l.  14 ,   No .   2 J u l y   20 25 412 - 4 2 7   418   T ab le  2 .   P r o g r am   m e m o r y   s tr u ctu r e   A d d r e ss  r a n g e   P u r p o se   0 x 0 0 0 0 0 x 0 7 F F   ( 0   t o   2 0 4 7 )   S t o r e s i n st r u c t i o n s a n d   c o n st a n t s       3 . 3 .     P r o g ra m   co un t er   T h P C   is   f u n d a m e n tal  r eg i s ter   in   th p r o p o s ed   a r ch itectu r f o r   p r o ce s s in g   E C s i g n al s .   I ts   m ai n   j o b   is   to   m ain tain   th e   ad d r ess   o f   t h n e x t   in s tr u c tio n   t h at   n e ed s   to   b f etc h ed   a n d   ex ec u te d .   I ac ts   p o in ter ,   g u id i n g   t h CU   th r o u g h   th e   p r o g r a m   co d s to r ed   in   m e m o r y .   W ith o u p r o g r a m   co u n ter   CU   w ill  h av n o   id ea   w h er to   lo o k   f o r   th n ex i n s tr u ctio n   a n d   th p r o g r a m   ex ec u tio n   w o u ld   f ail.   P C   p er f o r m s   f o llo w i n g   tas k s   i n   th d esi g n :     3 . 3 . 1 .   I ns t ruct io n seq uencing   T h p r o g r am   co u n ter   m a k es  s u r t h at  t h i n s tr u ctio n s   ar r u n   o n af ter   th o t h er   an d   i n   t h r ig h t   o r d er .   A n y ti m an   in s tr u ct io n   is   r ea d   f r o m   t h m e m o r y   ad d r ess   th at  th P C   p o in ts   to ,   th P C   is   in cr em e n ted   b y   o n to   p o in t to   th n e x t i n s t r u ctio n   i n   th s er ies.     3 . 3 . 2 .   Sequ ent ia l e x ec utio n   T h P C   is   i n cr ea s ed   a f ter   ea c h   i n s tr u ctio n   r ea d   in   s i m p lest   ca s e.   B ec au s o f   t h i s   t h i n s tr u ctio n s   ar ex ec u ted   i n   th o r d er   th e y   ap p ea r   in   th m e m o r y ,   a n d   th i s   is   ca lled   as seq u en tial p r o ce s s i n g .     3 . 3 . 3 .   B ra nchin g   a nd   j u m p in g   T h P C   ca n   r u n   p r o g r a m   i n s tr u ctio n s   t h at  ar n o i n   t h o r d er   b y   u s in g   b r an c h i n g   a n d   j u m p i n g   in s tr u ctio n s :     B r an ch   in s tr u c tio n s t h ese  i n s t r u c tio n s   c h a n g th f lo w   o f   e x ec u tio n   d ep en d i n g   o n   t h o u tc o m o f   tes t o r   co m p ar is o n .   W h en   th co n d iti o n   is   m e t,  n e w   ad d r ess   is   p u in to   th P C .   T h is   m ak e s   th p r o g r a m   g o   to   d if f er e n t p ar t o f   th co d e.     J u m p   in s tr u ct io n s in   j u m p   i n s tr u ctio n s   th P C   i s   lo ad ed   w it h   n e w   ad d r ess   th at  c h a n g es  t h f lo w   o f   ex ec u t io n   w it h o u t a n y   co n d iti o n s .     3 . 3 . 4 .   Su bro utine  ca lls   a nd   r et urns   T h P C   is   v er y   i m p o r tan t f o r   s u b r o u tin ca l ls   an d   r et u r n s :     Su b r o u ti n ca ll w h e n   f u n cti o n   o r   s u b r o u tin is   ca lled ,   th r etu r n   ad d r ess   is   g en er all y   p u s h ed   to   th to p   o f   th s tac k   a n d   th ad d r ess   o f   th f ir s t in s tr u c tio n   i n   th s u b r o u tin is   lo ad ed   in to   t h P C .     Su b r o u ti n r etu r n w h en   t h s u b r o u tin is   d o n e,   th r etu r n   a d d r ess   is   p o p p ed   f r o m   th s ta ck   an d   is   lo ad ed   in to   th P C .   T h is   s tar t s   th p r o g r a m   e x ec u tio n   f r o m   t h ad d r ess   w h en   t h s u b r o u ti n w as c alled .     3 . 4 .     I ns t ruct io re g is t er     T h I R   is   a n   i m p o r tan t   co m p o n en w it h in   t h s y s te m   d e s i g n .   I ac t s   as   te m p o r ar y   s to r a g ar ea   f o r   th in s tr u c tio n   t h at  is   cu r r e n tl y   b ei n g   ca r r ied   o u t.  I t’ s   lik b u f f er   th at  h o ld s   t h in s tr u c tio n   w h i le  th C U   d ec o d es  it  an d   g en er ates  th r eq u ir ed   co n tr o s ig n al s   to   p e r f o r m   th o p er atio n .   T h d at s to r ed   in   th I R   g u id e s   th d e s ig n   o n   th p ar tic u lar   o r d er   o f   in s tr u ctio n s   to   p er f o r m .   T h in s tr u ctio n   r eg i s ter   is   i m p le m e n ted   as   s et  o f   f lip f lo p s ,   th w id t h   o f   I R   is   s a m as  o f   t h in s tr u c ti o n   w o r d   in   t h I S A   th at  i s   1 6 - b its ,   an d   th o u tp u t   o f   th I R   i s   co n n ec ted   to   th C th at  g e n er ates t h ap p r o p r ia te  co n tr o l sig n als.     3 . 5 .     Arit h m et ic  a nd   lo g ic  un it     T h A L p er f o r m s   all  t h m ath e m atica an d   lo g ical  o p er atio n s   s p ec i f ied   in   t h in s tr u cti o n s .   I ca n   d o   s i m p le  m ath   tas k s   li k ad d in g ,   s u b tr ac ti n g ,   m u ltip l y i n g ,   an d   d iv id in g .   L o g ic  f u n ctio n s   li k AND,   OR ,   XOR,  an d   NOT   alo n g   w ith   b it w i s s h if t   f u n c tio n s ,   s u c h   as  lo g ical  s h i f lef ( SLL )   an d   lo g ical  s h i f r ig h t   ( SR L )   ar s u p p o r ted .     3 . 6 .     E lect ro c a rdio g ra m   co nt ro l unit    T h E C is   d ed icate d   co n tr o b lo ck   in   th c u s to m   ar ch itect u r e,   d esig n ed   s p ec if icall y   f o r   co o r d in atin g   a n d   m a n a g in g   t h s eq u en ce   o f   o p er atio n s   o n   r e al - ti m E C s i g n a ls .   I ac ts   as   tr af f ic  co n tr o ller   f o r   E C p r o ce s s i n g ,   e n s u r i n g   th at  t h d ata  f lo w s   i n   co r r ec tl y   b et w ee n   t h r eq u ir ed   m o d u le s   an d   t h n ec e s s ar y   o p er atio n s   ar p e r f o r m ed   in   t h s eq u e n tial  o r d er .   W h ile  th m ai n   C h an d le s   o v er all  s y s te m   m a n a g e m en t,   th E C f o cu s es o n l y   o n   E C G - s p ec i f ic  tas k s   a s   r ep r esen ted   i n   Fi g u r 3   m ai n   f u n ctio n alitie s   o f   E C ar e:       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       A   cu s to r ed u ce d   in s tr u ctio n   s et  co mp u ter - V   b a s ed   a r ch itec tu r fo r   r ea l - time  …  ( V in a ya k   V ikra S h in d e )   419   S t o r e   S a m p l e s   F e t c h   A D C   S a m p l e s M a n a g e   S t a t e   T r a n s i t i o n s S e n d   C o n t r o l   S i g n a l s   t o   EC G _ A LU S e n d   I n p u t s   t o   EC G _ A LU W a i t   f o r   A L U R e c e i v e   C o m p u t e d   R e su l t P r o v i d e   D o n e   S i g n a l R e a d   S a m p l e s S t o r e   R e su l t   A d v a n c e   P r o c e ss i n g   S t a g e M a n a g e   B u f f e r   r e a d s / w r i t e s S t a r t     Fig u r 3 .   Flo w c h ar t d ep ictin g   th E C p r o ce s s i n g   m et h o d o lo g y       3 . 6 . 1 .   Sta t m a na g e m ent   An   FS i s   u s ed   to   b u ild   th e   E C U.   T h FS s p ec if ies  s et  o f   s tates  t h at  ar r elate d   to   d if f er en t   s tep s   in   E C p r o ce s s in g   f lo w ,   s u ch   as  g ett in g   ADC  d ata,   h ig h - p as s   f ilter i n g ,   lo w - p ass   f ilter i n g ,   R - p ea k   d etec tio n ,   an d   h ea r t - r ate  ca l cu latio n .   T h F SM  ch a n g es   s tates  w h e n   ce r tain   co n d it i o n s   ar m et,   lik e   co m p let io n   o f   d ata  g at h er in g   f r o m   A D C ,   o r   R - p ea k   is   d ete cted .   I n   ea ch   s tate  it  s en d s   r ig h co n tr o s i g n al s   to   th as s o ciate d   m o d u les to   t u r n   th e m   o n .     3 . 6 . 2 .   Co ntr o o f   da t a   co llect io n   T h E C is   r esp o n s ib le  f o r   g ettin g   E C d ata  s a m p le s   f r o m   t h A DC .   I g en er ate s   co n t r o s ig n a ls   th at  s to r th E C s a m p les i n   th FIFO  lo ca tio n s   o f   t h m e m o r y .     3 . 6 . 3 .   H a nd le  f ilte ring   T h E C h an d les t h f ilter i n g   s tag e s   b y :     R ea d in g   f i lter   co ef f icien ts   f r o m   m e m o r y .     B y   g i v in g   r ig h t c o n tr o l sig n al s   to   E C AL to   ca r r y   o u h i g h - p a s s   an d   lo w - p a s s   f ilter i n g   o p er atio n s .     C o n tr o lli n g   t h f lo w   o f   d ata  b et w ee n   m e m o r y   a n d   E C G_ AL d u r in g   th f ilter i n g   p r o ce s s .       3 . 6 . 4 .   Co ntr o f e a t ure  ex t ra c t io n   T h E C h an d les  f ea t u r ex tr ac tio n   p r o ce s s es b y :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t ,   Vo l.  14 ,   No .   2 J u l y   20 25 412 - 4 2 7   420     Sen d i n g   co n tr o l si g n als to   E C G_ AL to   p er f o r m   r eq u ir ed   ca lcu latio n s   to   d etec t R - p ea k .     B r in g i n g   u p   th t h r es h o ld in g   l o g ic  to   d etec t R - p ea k s .     Utilizi n g   t h id en t if ied   R - p ea k s   to   ca lcu late  I B I .     3 . 6 . 5 .   H ea rt - ra t c a lcula t io n   T h E C ex ec u te s   th h ea r t - r ate  ca lcu latio n   s ta g b y :     Usi n g   t h eq u atio n   d ef i n ed   in   s ec tio n   5   to   ca lcu late  h ea r - r ate .     S to r in g   t h h ea r t - r ate  i n   m e m o r y .     3 . 6 . 6 .   H a nd lin g   E CG _ A L U   T h E C tells   t h E C G_ AL w h at  ar it h m e tic  an d   lo g ic  o p er atio n s   ar to   b p er f o r m ed   at  e ac h   s ta g e   o f   E C s i g n a p r o ce s s i n g .   T h is   i n clu d e s   telli n g   t h E C G_ AL w h at  k i n d   o f   o p er atio n   to   d o ,   w h at   o p er an d s   to   u s e,   an d   w h er t h r es u lts   s h o u ld   b s to r ed .   Fig u r 3   d e m o n s tr ate s   t h wo r k in g   o f   an   E C U   w it h   t h h elp   o f   f lo w ch ar t.  First   th E C i s   in itial ized   b y   t h s tar s i g n al  f r o m   C U.   T h E C b eg in s   o p er atio n   b y   f etch in g   t h s a m p les  f r o m   A D C   an d   s to r in g   th e m   i n   t h r esp ec tiv FIFO  lo ca tio n s .   Af ter   s to r in g   t h E C i n itialize s   E C G_ AL a n d   r ea d s   th e   s to r ed   s am p le s .   T h E C s en d s   r eq u ir ed   co n tr o s ig n al s   an d   th r ea d   s a m p les  as  in p u to   th E C G_ AL U   ac co r d in g   to   s tate  m a n ag e m e n t.  I w aits   f o r   th E C G_ AL to   co m p u te  t h r es u lt  a n d   s to r es  th co m p u ted   in ter m ed iate  r esu lt  an d   p r o ce ed s   to   th n ex s tag w it h   b u f f e r   m a n ag e m e n t.  Fi n all y ,   t h s y s te m   s e n d s   Do n e   s ig n al,   r ep r esen ti n g   co m p letio n   o f   t h E C p r o ce s s i n g   c y cle .       3 . 7 .     E lect ro c a rdio g ra m   a rit h m et ic  lo g ic  un it   T h is   is   k ey   co m p o n e n o f   th p r o p o s ed   s y s te m   d esi g n .   T h E C G_ AL is   s p ec ialize d   f o r   E C G   task s ,   s u c h   as  ex ec u tin g   h i g h - p ass   o r   lo w - p a s s   f il ter in g ,   R - p ea k   d etec tio n ,   an d   HR   ca lcu latio n .   I p er f o r m s   th ese  o p er atio n s   ac co r d in g   to   th co n tr o s ig n als  an d   in p u ts   p r o v id ed   b y   th E C f o r   ea ch   s tate.   I h elp s   in   r ed u cin g   t h lo ad   o n   AL U   as  it  h a n d les  t h E C s p ec if ic   o p er atio n s .   T h is   h elp s   i n   r ed u c in g   co m p le x it y   a n d   in cr ea s i n g   e f f icie n c y   a n d   also   r ed u cin g   p o w er   co n s u m p tio n .     3 . 8 .     Co ntr o unit   T h m a in   p ar o f   t h e   c u s to m   ar ch itect u r is   t h C U.   I t s   f u n ctio n   is   to   d ec o d in s tr u ctio n s   r ea d   f r o m   R OM ,   f i g u r o u w h ic h   o p er at io n s   n ee d   to   b p er f o r m ed   an d   s en d   co n tr o s ig n al s   to   all  th co n n ec ted   b lo ck s   in   th ar c h itect u r to   m a k s u r th e y   all  w o r k   to g et h er .       T h C u s e s   th P C   to   g et  i n s tr u ctio n s   f r o m   t h R OM .       Dec o d es th ese  i n s tr u ctio n s   as  p er   th I SA .       Gen er ates t h co n tr o l si g n a ls   f o r   th o p er atio n   o f   o th er   p ar ts ,   s u c h   as  m e m o r y ,   AL U,   a n d   th GP I O.       T h C m ai n tai n s   t h s eq u e n ce   o f   p r o g r am   i m p le m e n tat i o n   an d   p er f o r m s   b r an c h i n g   o r   s u b r o u tin ca ll   in s tr u ctio n s .       4.   SYST E M   ARCH I T E CT U R E   T h s y s te m   ar ch itec tu r co m p r is es o f   t h f o llo w i n g :     4 . 1 .     I ns t ruct io s et   a rc hite ct ure   T h d esig n ed   cu s to m   R I S C - V   b ased   ar ch itectu r u s e s   cu s to m   R I S C - I S A ,   as  s h o w n   i n   T ab le  3 ,   m o d i f ied   to   th s p ec if ic  r eq u i r e m en t s   o f   t h s y s te m .   T h R I SC - w as  c h o s en   d u to   its   o p en   s o u r ce   n at u r e,   m o d u lar it y   an d   p o ten t ial  f o r   c u s to m is at io n   allo w i n g   f o r   a n   e f f icien in s tr u c tio n   s et  f o r   t h ap p licatio n .   Me r its   o f   th I S A   ar e:      B ase  I S A t h b ase  I S is   R I SC - V,   p r o v id in g   s o u r ce   o f   e s s e n tial  i n s tr u ctio n s   f o r   ar ith m etic  o p er atio n s ,   lo g ical  o p er atio n s ,   m e m o r y   ac ce s s   an d   co n tr o l f lo w .       I n s tr u c tio n   f o r m at t h i n s tr u c tio n   f o r m at  u s e s   1 6 - b it  i n s tr u c tio n s ,   co n s is tin g   o f   4 - b it s   o p co d an d   1 2 - b its   o p er an d .   T h is   s h o r in s tr u c tio n   f o r m at  c u ts   d o w n   o n   co d s ize  an d   m e m o r y   ac ce s s   lo ad ,   w h ic h   r ed u ce s   p o w er   co n s u m p tio n .   T h u s o f   1 6 - b it f o r m at  p r o v id es  g o o d   am o u n t o f   f le x ib ili t y .       C u s to m   i n s tr u ctio n s o n i m p o r tan f ea t u r o f   t h I S A   is   t h at  it  h as  c u s to m   E C G_ OP   in s tr u ctio n   t h at   ai m s   to   s tar s p ec if ic  E C p r o ce s s i n g   ta s k s   w it h i n   th E C an d   E C G_ AL U.       Op co d en co d in g : th ac tio n   t o   b p e r f o r m ed   is   d eter m i n ed   b y   t h o p co d f ield .   T ab le  3   r ep r esen ts   t h in s tr u ctio n   s et  w it h   b asic  i n s tr u cti o n s   s u ch   a s   ar ith m etic,   lo g ic al,   m e m o r y   ac ce s s ,   co n tr o l f lo w ,   an d   s h i f in s tr u ctio n s .   I t a ls o   in cl u d es c u s to m   in s tr u c tio n   li k E C G_ O P .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       A   cu s to r ed u ce d   in s tr u ctio n   s et  co mp u ter - V   b a s ed   a r ch itec tu r fo r   r ea l - time  …  ( V in a ya k   V ikra S h in d e )   421   T ab le  3 .   I n s tr u ctio n   s et  ar c h ite ctu r e   O p c o d e   ( 4   b i t s )   M n e mo n i c   D e scri p t i o n   O p e r a n d   fi e l d   ( 1 2   b i t s)   0 0 0 0   NOP   N o   o p e r a t i o n   ( u se f u l   f o r   d e l a y s,  a l i g n me n t )   -   0 0 0 1   A D D   R 1   ←  R 1   +   R 2   R 1 ( 2   b i t s) ,   R 2 ( 2   b i t s) ,   U n u se d   ( 8   b i t s)   0 0 1 0   S U B   R 1   ←  R 1   -   R2   R 1 ( 2   b i t s) ,   R 2 ( 2   b i t s) ,   U n u se d   ( 8   b i t s)   0 0 1 1   M U L   R 1   ←  R 1   *   R 2   R 1 ( 2   b i t s) ,   R 2 ( 2   b i t s) ,   U n u se d   ( 8   b i t s)   0 1 0 0   D I V   R 1   ←  R 1   /   R 2   R 1 ( 2   b i t s) ,   R 2 ( 2   b i t s) ,   U n u se d   ( 8   b i t s)   0 1 0 1   M O V   R 1   ←  R 2   R 1 ( 2   b i t s) ,   R 2 ( 2   b i t s) ,   U n u se d   ( 8   b i t s)   0 1 1 0   L O A D   R 1   ←  M e mo r y [ a d d r ]   R 1 ( 2   b i t s) ,   A d d r e ss (1 0   b i t s)   0 1 1 1   S T O R E   M e mo r y [ a d d r ]     R 1   R 1 ( 2   b i t s) ,   A d d r e ss (1 0   b i t s)   1 0 0 0   A N D   R 1   ←  R 1   A N D   R 2   R 1 ( 2   b i t s) ,   R 2 ( 2   b i t s) ,   U n u se d   ( 8   b i t s)   1 0 0 1   OR   R 1   ←  R 1   O R   R 2   R 1 ( 2   b i t s) ,   R 2 ( 2   b i t s) ,   U n u se d   ( 8   b i t s)   1 0 1 0   XOR   R 1   ←  R 1   X O R   R 2   R 1 ( 2   b i t s) ,   R 2 ( 2   b i t s) ,   U n u se d   ( 8   b i t s)   1 0 1 1   S H I F T   R 1   ←  R 1   S h i f t   L e f t / R i g h t   b y   i mm e d i a t e   v a l u e   R 1 ( 2   b i t s) ,   D i r e c t i o n   ( 1   b i t ) ,   S h i f t   A mo u n t   ( 5   b i t s) ,   U n u se d   ( 4   b i t s)   1 1 0 0   JM P   P C   ←  a d d r   A d d r e ss (1 2   b i t s)   1 1 0 1   C A L L   P u sh   ( P C ) ,   P C     a d d r   A d d r e ss (1 2   b i t s)   1 1 1 0   R ET U R N   P C   ←  P o p   ( P C   f r o m st a c k )   -       4 . 2 .     Reg is t er   a dd re s s ing   T h I SA   s u p p o r r eg is ter   b ased   ad d r ess in g   m et h o d   f o r   ac ce s s in g   o p er an d s .   T h ar ch itectu r s u p p o r ts   f o u r   r eg is ter s ,   o u o f   w h ic h   th r ee   ar g en er al - p u r p o s ( R 0 - R 2 )   an d   a   r etu r n   ad d r ess   r eg is te r   ( R 3 ) .   A s   th er ar e   f o u r   r eg i s ter s   o n l y   t w o   b its   ar n ee d ed   to   ad d r ess   th e m   as  s h o w n   in   T ab le  4 .   T ab le   4   s h o w s   r eg is ter   ad d r ess in g   w i th   b i n ar y   ad d r es s   allo ca ted   to   ea ch   r eg is ter .       T ab le  4 .   R eg is ter   ad d r ess in g   s tr u ctu r e   R e g i st e r   B i n a r y   a d d r e ss   P u r p o se   R0   00   G e n e r a l   p u r p o se   r e g i st e r   R1   01   G e n e r a l   p u r p o se   r e g i st e r   R2   10   G e n e r a l   p u r p o se   r e g i st e r   R3   11   R e t u r n   a d d d r e ss re g i st e r   f o r   su b r o u t i n e   o r   f u n c t i o n a l   c a l l s       4 . 3 .     B us   a rc hite ct ure   T h cu s to m   ar ch itect u r u s e s   1 6 - b it  b u s   ar ch itectu r f o r   d ata  b u s   an d   co n tr o b u s   an d   1 2 - b its   f o r   ad d r ess   b u s   to   co m m u n icate   b et w ee n   v ar io u s   co m p o n e n t s .   T h b u s   ar c h itect u r co m p r is es  o f   th f o llo w in g :     Data   b u s t h 16 - b it  d ata  b u s   allo w s   f o r   th tr an s f er   o f   d ata  b et w ee n   th I R ,   m e m o r y   u n it,   E C U,   r eg is ter s ,   an d   GP I O.     A d d r ess   b u s th 16 - b it  ad d r ess   b u s   i s   u s ed   to   d ef i n m e m o r y   ad d r ess   f o r   t h m e m o r y   a cc ess   o p er atio n s   o r   task s .     C o n tr o b u s th co n tr o b u s   ca r r ies  co n tr o s ig n als  f r o m   t h m ai n   CU   th at  co o r d in ates  an d   m an a g es  th e   o p er atio n   o f   d if f er en co m p o n en t s .   T h ese  s ig n al s   in cl u d e:  i)   r ea d / w r ite  s ig n al s   f o r   m e m o r y   ac ce s s   ii)  clo ck   en ab le  s i g n al s   f o r   en a b lin g   o r   d is ab li n g   th e   b lo ck ,   a n d   iii)  r eset  s ig n al s   f o r   r esettin g   t h s y s te m   o r   b lo ck .       5.   M AT H E M AT I CAL ANA L YSI S   T h d esig n   u s es  f o llo w i n g   eq u atio n s   to   p er f o r m   E C s p ec if i o p er atio n s :   a.   P r e - p r o ce s s in g   i n   t h ar ith m et ic  lo g ic  u n it       Hig h   p ass   f ilter r e m o v es b ase lin w a n d er   u s i n g   d i f f er en ce   e q u atio n .     [ ]   =   [ ]     [ 1 ]   +    [ 1 ]   ( 1 )     w h er e,   x [ n ]   is   cu r r en i n p u s a m p le x [ n - 1]   is   p r ev io u s   in p u s a m p le y [ n ]   is   f i lter ed   o u tp u t y [ n - 1]   i s   p r ev io u s   f ilter ed   o u tp u t ; a n d   α   is   f ilter   co ef f ic ien t ( α 0 . 9 ) .     L o w   p ass   f ilter : r ed u ce s   h i g h   f r eq u en c y   n o is e.     [ ]   =   ( 1   ) [ ]   +    [ 1 ]   ( 2 )     w h er e β   is   f ilter   co ef f icie n t ( β 0 . 9 5 ) .   b.   R - p ea k   d etec tio n     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.