嵌入式操作系统医疗

1、嵌入式系统原理设计与应用,医疗监护设备的嵌入式技术应用,一、什么是嵌入式,嵌入式的定义：根据IEEE（电气和电子工程师协会）的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”（devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。,目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 嵌入式系统特点： 功能适用、够用； 可靠性高，无病毒，存储介质无

2、机械硬盘，抗干扰能力强； 体积和尺寸小； 环境适应性强； 操作使用人性化、仪表化； 有多种类型的软、硬件支持平台； 无须经常更新换代； 可充分发挥设计者的才能，创造出更好的产品。 基于如此嵌入式系统广泛应用于诸多领域中。,二、嵌入式技术应用,三、嵌入式系统在医疗仪器上的应用,嵌入式的应用，远不止于手机，数码相机等消费类电子市场。在医疗电子上的应用是方兴未艾！,1.应用背景,随着科学技术的发展, 越来越多的医疗仪器都需要进行高速的数据采集、分析与处理。心电图、脑电图等生理参数检测设备, 各类型的监护仪器, 超声波、X 射线成像、核磁共振等设备, 以及各式各样的物理治疗仪都开始在各大医院广泛使用。

3、,全球人口老龄化、人们生活水平提高和偏远地区对医疗服务需求增加等因素正促使传统医疗方式的变革，移动性和便携性逐步成为影响医疗电子产业的关键。另一方面，半导体技术的发展推动医疗创新的步伐以前所未有的速度向前迈进，在快速处理计算、高精度模数转换和无线网络技术进步的带动下，医疗电子产品走向便携式和小型化成为现实。,医疗保健行业取得很多进步都与嵌入式系统有关, 医院里很多方面用到嵌入式系统, 包括各种检验设备, 如X 线机的控制部件、EEG 和ECG、CT、超声波检测、核磁共振等设备, 以及其他用于诊断检查的设备, 如结肠镜和内窥镜等。现在基于计算机的EEG 和ECG 设备也投入使用, 它们属于另一类

4、型的嵌入式系统。此类系统使用了计算机的附加卡采集ECG 信号并进行处理; 计算机监视器用于显示, 计算机的外存储设备用来存储ECG 记录。这些计算机附加卡包括处理信号的处理器和相关电路, 这些卡插在计算机主板的基于EISA 或PCI 体系插槽中。除此以外, 嵌入式医疗设备和保健设备也在不断地发展, 如家用心电监设备, 随着医用传感器技术的发展, 用于家庭远程诊断的嵌入式设备将不断地被开发出来。,2.嵌入式系统在医疗仪器上的应用,3.应用实例-多参数监护仪,系统一般由多台监护仪( PM) 和一台中央护士工作站(CNS) 组成, 监护仪采用全功能嵌入式工业主板为核心操作平台。通过多种检测模块采集人

5、体基本参数( 心电、呼吸、血压、血氧体温等, 可根据临床需要选择监护项目) , 经放大、滤波、传输、CPU 进行信号处理, 然后将检测结果显示、存储、打印, 并连入中央监护系统网。多个参数的监测、记录等均由主控部分控制。,该主板不到手掌大小, 其板上集成了超低功耗的NSGX300MHz CPU 处理芯片、SDRAM、CRT/LCD 控制、10/100 Mbps网络接口、Compact Flash、IDE、FDD、两串一并、2 个USB、1个115 Kbps IrDA 红外接口、1255 s 可编程看门狗定时器、PS2 键盘和鼠标, 支持目前国内医疗行业最通用的PC/104 接口, 通过该接口扩

6、展的用户板完成包括血压、血氧、体温、呼吸等一系列传感探测器的信号采集, 进行实时处理, 最后结果可经由多种形式输出。 该平台具有C&T M69000 LCD/CRT 视频加速器, 支持高精度LCD 和VGA 2 种模式同步显示, 在板视频最大分辨率可达1024768, 彻底解决了其他同类产品在DOS 环境下图形显示速度太慢的缺陷。支持通用的热敏打印接口, 并可通过标准485 接口与CNS 相互通讯。 在平台操作系统选择方面, 给予客户更多的自由度, 打 破了传统多参数仪只能在DOS 操作系统下开发的局限, 提供 了更加灵活广泛的应用模式。,4.主机与嵌入式医疗设备USB通讯的实现,USB通讯有

7、着传输速度快、可靠性高、易于连接、可热插拔等许多优点。另一方面随着嵌入式计算机的飞速发展及其在医疗设备的广泛应用实现PC与嵌入式医疗设备的USB通讯也日显重要。下面介绍了一种基于USB总线接口芯片CH375来实现PC与嵌入式医疗设USB通讯的方法，并给出了相应的源程序。,1 CH375芯片简介,CH375是一个USB总线的通用设备接口芯片 支持USBHOST主机方式和USBDEVICESLAVE设备方式。在本地端，具有8位数据总线(DOD7)、地址输入(A0)、读(RD#)、写WR#)、片选控制线(CS柳以及中断输出(INT#)，可以方便地挂接到单片机DSPMCUMPU等控制器的系统总线上。当

8、AO为低电平时选择数据端13单片机通过8位并13对CH375进行读写数据：为高电平时选择命令端13，可以向其写人命令。在本地端单片机对CH375的操作是采用命令加数据的IO操作方式任何操作都是先发命令给CH375然后执行数据输入输出 CH375接收到上位机发送的数据或者发送完给上位机的数据后以中断方式通知单片机CH375芯片内置了标准的USB通讯协议这就免去了开发人员因编写通讯协议而耗费的大量时间方便了通讯的实现。尤其是其动态链接库提供的文件级接的读写。更是方便了数据,系统的工作过程是嵌入式医疗设备即下位机（PC104)于DOS状态下采集医疗信号送显示器显示然后通过USB接13送上位机fPC主

9、机)处理，上位机工作在Windows环境下,2.系统硬件结构,31 处理接收数据的中断服务程序 void interrupt USB(_CPPARGS) unsigned char len，i； 获取中断状态并取消中断请求 CH375WriteCmd(0 x22)； d0=CH375ReadData0；，读回状态 if(d0=：0 x02)lJ(d0=：0 x01)批量端点2接收到PC机发送 的数据 ，读取数据 inportb(Ox21)； outportb(Ox20，0 x20)；|发EOI食令。 清除中断 ,32 写数据子程序 void CH375WriteData(unsigned ch

10、ar dat) /*写数据口 */ outportb(PortBaseAddr+0，dat)； DelayuS(1)； 33 读数据子程序 unsigned char CH375ReadData(void) unsigned char d： DelayuS(1)； /*串读数据口* d=inportb(PortBaseAddr+0)； return(d)； ,34 主程序 int main(int argc，char argyl1) f0 ；)等待 ，软件进入主循环，处理突发事件 while(kbhit0)ch=getch0； if(ch=27)break； if(ch=59)，向PC机发送数

11、据 if(ch=60)5中断特征数据l readbufUSB0；，读USB接口缓冲区数据 ,4 上位机中的程序设计,因为CH375的动态链接库DLL提供了许多API接口函数，所以应用程序只需通过几条简单的文件操作API函数，就可以实现与下位机的通信。又因CH375的动态链接库DLL提供了伪中断服务(实际的中断服务仍然是在驱动程序库完成的只是在完成后向DLL发个通知再由DLL再调用伪中断服务子程序)基于此系统采用伪中断服务来实现数据的上传这不仅缩短了系统的开发周期而且很好地满足了下位机的实时性要求。,随着嵌入式计算机在医疗设备中的广泛应用以及USB通讯 技术的高速发展本文通过USB总线接口芯片C

12、H375、PC主机以伪中断方式发起上传数据流，以下传API发起下传数据流的通讯方式并利用一系列的API接口函数，成功实现了上位机(PC)与下位机(PC104)之间的USB通讯。经测试系统能准确地收发数据，通讯稳定可靠,5结论,从医疗仪器行业来看，除了新的传感检测技术不断运用推广之外，对所采集信息的分析、存储和显示也提出了更高的目标。这就要求现代的医疗仪器具备更强大的计算和存储能力，更稳定可靠的性能。另外，医疗仪器作为一个特殊的行业，又要求设备能够达到更高级别的环保要求。如何进一步的智能化、专业化、小型化，同时做到低功耗、零污染，将会是一个无止境的追求过程。,6.嵌入式软件应用于医疗的热潮已悄然来临,医疗电子市场是一个稳定的市场，它不像消费类电子产品那样容易形成泡沫并快速破灭，虽然该产业的投资回报期较长，但它可能为参与者提供比其它商业领域更稳定和更持久的回报。,可以预计在未来的几年中，嵌入式软件产品在医疗电子领域将有飞速的发