嵌入式操作系統(tǒng)醫(yī)療

1、嵌入式系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)與應(yīng)用,醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備的嵌入式技術(shù)應(yīng)用,一、什么是嵌入式,嵌入式的定義：根據(jù)IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）的定義，嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機(jī)器和設(shè)備運(yùn)行的裝置”（devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。,目前國(guó)內(nèi)一個(gè)普遍被認(rèn)同的定義是：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)： 功能適用、夠用； 可靠性高，無(wú)病毒，存儲(chǔ)介質(zhì)無(wú)

2、機(jī)械硬盤(pán)，抗干擾能力強(qiáng)； 體積和尺寸??； 環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)； 操作使用人性化、儀表化； 有多種類(lèi)型的軟、硬件支持平臺(tái)； 無(wú)須經(jīng)常更新?lián)Q代； 可充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者的才能，創(chuàng)造出更好的產(chǎn)品。 基于如此嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域中。,二、嵌入式技術(shù)應(yīng)用,三、嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)療儀器上的應(yīng)用,嵌入式的應(yīng)用，遠(yuǎn)不止于手機(jī)，數(shù)碼相機(jī)等消費(fèi)類(lèi)電子市場(chǎng)。在醫(yī)療電子上的應(yīng)用是方興未艾！,1.應(yīng)用背景,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 越來(lái)越多的醫(yī)療儀器都需要進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)采集、分析與處理。心電圖、腦電圖等生理參數(shù)檢測(cè)設(shè)備, 各類(lèi)型的監(jiān)護(hù)儀器, 超聲波、X 射線成像、核磁共振等設(shè)備, 以及各式各樣的物理治療儀都開(kāi)始在各大醫(yī)院廣泛使用。

3、,全球人口老齡化、人們生活水平提高和偏遠(yuǎn)地區(qū)對(duì)醫(yī)療服務(wù)需求增加等因素正促使傳統(tǒng)醫(yī)療方式的變革，移動(dòng)性和便攜性逐步成為影響醫(yī)療電子產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵。另一方面，半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)醫(yī)療創(chuàng)新的步伐以前所未有的速度向前邁進(jìn)，在快速處理計(jì)算、高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)步的帶動(dòng)下，醫(yī)療電子產(chǎn)品走向便攜式和小型化成為現(xiàn)實(shí)。,醫(yī)療保健行業(yè)取得很多進(jìn)步都與嵌入式系統(tǒng)有關(guān), 醫(yī)院里很多方面用到嵌入式系統(tǒng), 包括各種檢驗(yàn)設(shè)備, 如X 線機(jī)的控制部件、EEG 和ECG、CT、超聲波檢測(cè)、核磁共振等設(shè)備, 以及其他用于診斷檢查的設(shè)備, 如結(jié)腸鏡和內(nèi)窺鏡等。現(xiàn)在基于計(jì)算機(jī)的EEG 和ECG 設(shè)備也投入使用, 它們屬于另一類(lèi)

4、型的嵌入式系統(tǒng)。此類(lèi)系統(tǒng)使用了計(jì)算機(jī)的附加卡采集ECG 信號(hào)并進(jìn)行處理; 計(jì)算機(jī)監(jiān)視器用于顯示, 計(jì)算機(jī)的外存儲(chǔ)設(shè)備用來(lái)存儲(chǔ)ECG 記錄。這些計(jì)算機(jī)附加卡包括處理信號(hào)的處理器和相關(guān)電路, 這些卡插在計(jì)算機(jī)主板的基于EISA 或PCI 體系插槽中。除此以外, 嵌入式醫(yī)療設(shè)備和保健設(shè)備也在不斷地發(fā)展, 如家用心電監(jiān)設(shè)備, 隨著醫(yī)用傳感器技術(shù)的發(fā)展, 用于家庭遠(yuǎn)程診斷的嵌入式設(shè)備將不斷地被開(kāi)發(fā)出來(lái)。,2.嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)療儀器上的應(yīng)用,3.應(yīng)用實(shí)例-多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀,系統(tǒng)一般由多臺(tái)監(jiān)護(hù)儀( PM) 和一臺(tái)中央護(hù)士工作站(CNS) 組成, 監(jiān)護(hù)儀采用全功能嵌入式工業(yè)主板為核心操作平臺(tái)。通過(guò)多種檢測(cè)模塊采集人

5、體基本參數(shù)( 心電、呼吸、血壓、血氧體溫等, 可根據(jù)臨床需要選擇監(jiān)護(hù)項(xiàng)目) , 經(jīng)放大、濾波、傳輸、CPU 進(jìn)行信號(hào)處理, 然后將檢測(cè)結(jié)果顯示、存儲(chǔ)、打印, 并連入中央監(jiān)護(hù)系統(tǒng)網(wǎng)。多個(gè)參數(shù)的監(jiān)測(cè)、記錄等均由主控部分控制。,該主板不到手掌大小, 其板上集成了超低功耗的NSGX300MHz CPU 處理芯片、SDRAM、CRT/LCD 控制、10/100 Mbps網(wǎng)絡(luò)接口、Compact Flash、IDE、FDD、兩串一并、2 個(gè)USB、1個(gè)115 Kbps IrDA 紅外接口、1255 s 可編程看門(mén)狗定時(shí)器、PS2 鍵盤(pán)和鼠標(biāo), 支持目前國(guó)內(nèi)醫(yī)療行業(yè)最通用的PC/104 接口, 通過(guò)該接口擴(kuò)

6、展的用戶板完成包括血壓、血氧、體溫、呼吸等一系列傳感探測(cè)器的信號(hào)采集, 進(jìn)行實(shí)時(shí)處理, 最后結(jié)果可經(jīng)由多種形式輸出。 該平臺(tái)具有C&T M69000 LCD/CRT 視頻加速器, 支持高精度LCD 和VGA 2 種模式同步顯示, 在板視頻最大分辨率可達(dá)1024768, 徹底解決了其他同類(lèi)產(chǎn)品在DOS 環(huán)境下圖形顯示速度太慢的缺陷。支持通用的熱敏打印接口, 并可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)485 接口與CNS 相互通訊。 在平臺(tái)操作系統(tǒng)選擇方面, 給予客戶更多的自由度, 打 破了傳統(tǒng)多參數(shù)儀只能在DOS 操作系統(tǒng)下開(kāi)發(fā)的局限, 提供 了更加靈活廣泛的應(yīng)用模式。,4.主機(jī)與嵌入式醫(yī)療設(shè)備USB通訊的實(shí)現(xiàn),USB通訊有

7、著傳輸速度快、可靠性高、易于連接、可熱插拔等許多優(yōu)點(diǎn)。另一方面隨著嵌入式計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展及其在醫(yī)療設(shè)備的廣泛應(yīng)用實(shí)現(xiàn)PC與嵌入式醫(yī)療設(shè)備的USB通訊也日顯重要。下面介紹了一種基于USB總線接口芯片CH375來(lái)實(shí)現(xiàn)PC與嵌入式醫(yī)療設(shè)USB通訊的方法，并給出了相應(yīng)的源程序。,1 CH375芯片簡(jiǎn)介,CH375是一個(gè)USB總線的通用設(shè)備接口芯片 支持USBHOST主機(jī)方式和USBDEVICESLAVE設(shè)備方式。在本地端，具有8位數(shù)據(jù)總線(DOD7)、地址輸入(A0)、讀(RD#)、寫(xiě)WR#)、片選控制線(CS柳以及中斷輸出(INT#)，可以方便地掛接到單片機(jī)DSPMCUMPU等控制器的系統(tǒng)總線上。當(dāng)

8、AO為低電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)端13單片機(jī)通過(guò)8位并13對(duì)CH375進(jìn)行讀寫(xiě)數(shù)據(jù)：為高電平時(shí)選擇命令端13，可以向其寫(xiě)人命令。在本地端單片機(jī)對(duì)CH375的操作是采用命令加數(shù)據(jù)的IO操作方式任何操作都是先發(fā)命令給CH375然后執(zhí)行數(shù)據(jù)輸入輸出 CH375接收到上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)或者發(fā)送完給上位機(jī)的數(shù)據(jù)后以中斷方式通知單片機(jī)CH375芯片內(nèi)置了標(biāo)準(zhǔn)的USB通訊協(xié)議這就免去了開(kāi)發(fā)人員因編寫(xiě)通訊協(xié)議而耗費(fèi)的大量時(shí)間方便了通訊的實(shí)現(xiàn)。尤其是其動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)提供的文件級(jí)接的讀寫(xiě)。更是方便了數(shù)據(jù),系統(tǒng)的工作過(guò)程是嵌入式醫(yī)療設(shè)備即下位機(jī)（PC104)于DOS狀態(tài)下采集醫(yī)療信號(hào)送顯示器顯示然后通過(guò)USB接13送上位機(jī)fPC主

9、機(jī))處理，上位機(jī)工作在Windows環(huán)境下,2.系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu),31 處理接收數(shù)據(jù)的中斷服務(wù)程序 void interrupt USB(_CPPARGS) unsigned char len，i； 獲取中斷狀態(tài)并取消中斷請(qǐng)求 CH375WriteCmd(0 x22)； d0=CH375ReadData0；，讀回狀態(tài) if(d0=：0 x02)lJ(d0=：0 x01)批量端點(diǎn)2接收到PC機(jī)發(fā)送 的數(shù)據(jù) ，讀取數(shù)據(jù) inportb(Ox21)； outportb(Ox20，0 x20)；|發(fā)EOI食令。 清除中斷 ,32 寫(xiě)數(shù)據(jù)子程序 void CH375WriteData(unsigned ch

10、ar dat) /*寫(xiě)數(shù)據(jù)口 */ outportb(PortBaseAddr+0，dat)； DelayuS(1)； 33 讀數(shù)據(jù)子程序 unsigned char CH375ReadData(void) unsigned char d： DelayuS(1)； /*串讀數(shù)據(jù)口* d=inportb(PortBaseAddr+0)； return(d)； ,34 主程序 int main(int argc，char argyl1) f0 ；)等待 ，軟件進(jìn)入主循環(huán)，處理突發(fā)事件 while(kbhit0)ch=getch0； if(ch=27)break； if(ch=59)，向PC機(jī)發(fā)送數(shù)

11、據(jù) if(ch=60)5中斷特征數(shù)據(jù)l readbufUSB0；，讀USB接口緩沖區(qū)數(shù)據(jù) ,4 上位機(jī)中的程序設(shè)計(jì),因?yàn)镃H375的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLL提供了許多API接口函數(shù)，所以應(yīng)用程序只需通過(guò)幾條簡(jiǎn)單的文件操作API函數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)的通信。又因CH375的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLL提供了偽中斷服務(wù)(實(shí)際的中斷服務(wù)仍然是在驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)完成的只是在完成后向DLL發(fā)個(gè)通知再由DLL再調(diào)用偽中斷服務(wù)子程序)基于此系統(tǒng)采用偽中斷服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳這不僅縮短了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期而且很好地滿足了下位機(jī)的實(shí)時(shí)性要求。,隨著嵌入式計(jì)算機(jī)在醫(yī)療設(shè)備中的廣泛應(yīng)用以及USB通訊 技術(shù)的高速發(fā)展本文通過(guò)USB總線接口芯片C

12、H375、PC主機(jī)以偽中斷方式發(fā)起上傳數(shù)據(jù)流，以下傳API發(fā)起下傳數(shù)據(jù)流的通訊方式并利用一系列的API接口函數(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)(PC)與下位機(jī)(PC104)之間的USB通訊。經(jīng)測(cè)試系統(tǒng)能準(zhǔn)確地收發(fā)數(shù)據(jù)，通訊穩(wěn)定可靠,5結(jié)論,從醫(yī)療儀器行業(yè)來(lái)看，除了新的傳感檢測(cè)技術(shù)不斷運(yùn)用推廣之外，對(duì)所采集信息的分析、存儲(chǔ)和顯示也提出了更高的目標(biāo)。這就要求現(xiàn)代的醫(yī)療儀器具備更強(qiáng)大的計(jì)算和存儲(chǔ)能力，更穩(wěn)定可靠的性能。另外，醫(yī)療儀器作為一個(gè)特殊的行業(yè)，又要求設(shè)備能夠達(dá)到更高級(jí)別的環(huán)保要求。如何進(jìn)一步的智能化、專業(yè)化、小型化，同時(shí)做到低功耗、零污染，將會(huì)是一個(gè)無(wú)止境的追求過(guò)程。,6.嵌入式軟件應(yīng)用于醫(yī)療的熱潮已悄然來(lái)臨,醫(yī)療電子市場(chǎng)是一個(gè)穩(wěn)定的市場(chǎng)，它不像消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品那樣容易形成泡沫并快速破滅，雖然該產(chǎn)業(yè)的投資回報(bào)期較長(zhǎng)，但它可能為參與者提供比其它商業(yè)領(lǐng)域更穩(wěn)定和更持久的回報(bào)。,可以預(yù)計(jì)在未來(lái)的幾年中，嵌入式軟件產(chǎn)品在醫(yī)療電子領(lǐng)域?qū)⒂酗w速的發(fā)