1 引言 多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀廣泛應(yīng)用于ICU、CCU、病房、手術(shù)室等。目前我國也有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，如邁瑞、金科威、金腦人等，但與GE、飛利浦世界先進(jìn)產(chǎn)品比較,在監(jiān)測和計(jì)算、可靠性、實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、信號變異的處理分析、遠(yuǎn)程傳輸?shù)确矫娑驾^落后。嵌入式系統(tǒng)把計(jì)算機(jī)直接嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)之中，它融合了通信技術(shù)和半導(dǎo)體微電子技術(shù)，是信息技術(shù)IT的最終產(chǎn)品。因此將嵌入式系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀領(lǐng)域,能使多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀順應(yīng)現(xiàn)代醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀市場縮小體積，提高數(shù)據(jù)處理能力，遠(yuǎn)程醫(yī)療等方面的要求。 本文介紹一種基于ARM的實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，它將32位RISC結(jié)構(gòu)的ARM內(nèi)核處理器與實(shí)時(shí)多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)相結(jié)合，并通過嵌入式TCP/IP協(xié)議棧為平臺添加網(wǎng)絡(luò)傳輸功能，構(gòu)建一個(gè)新型的多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀系統(tǒng)。 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀具有以下幾個(gè)方面功能:測量功能、分析功能、報(bào)警功能、打印功能、網(wǎng)絡(luò)通信功能等。六參數(shù)模塊通過導(dǎo)聯(lián)端、光手指、袖帶獲得人體的心電、無創(chuàng)血壓、血氧、脈率、呼吸、體溫六參數(shù)信號,通過串口通信方式與以ARM7為內(nèi)核的嵌入式處理器相連，數(shù)據(jù)從串口送到ARM7中央處理器，通過多任務(wù)調(diào)度，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，并在LCD上實(shí)時(shí)顯示各種信號的圖形和數(shù)值,還可以由外部鍵盤控制,進(jìn)行存儲和網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，并對各種檢測信號設(shè)置報(bào)警線，對超出報(bào)警范圍的檢測情況進(jìn)行報(bào)警。硬件結(jié)構(gòu)圖1所示。 3 開發(fā)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 3.1 軟件開發(fā)總體介紹 利用PC機(jī)運(yùn)行的Hitool forARM開發(fā)環(huán)境下調(diào)試程序:首先運(yùn)行系統(tǒng)、Memory及I/O端口的初始化程序,隨后進(jìn)入主程序,采用外部中斷方式,判斷是否有鍵輸入,若有則調(diào)用鍵盤控制子程序進(jìn)行識別所按下的鍵,根據(jù)鍵盤的控制執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù);若無就調(diào)用串口讀入程序,采集心電、血氧、血壓等數(shù)據(jù),并判別所采集數(shù)據(jù)的類型,存入不同地址的SDRAM中,并依次分類進(jìn)行處理,處理完畢,判斷是否超越各自的報(bào)警限,若是則調(diào)用報(bào)警程序和顯示程序,若否則直接調(diào)用顯示程序;這樣,各種數(shù)據(jù)就實(shí)時(shí)地采集進(jìn)來,并在LCD上顯示測試數(shù)值和心電、呼吸波形。其中測試數(shù)值按每分鐘存儲,心電、呼吸波形按鍵存儲,按翻頁鍵可以調(diào)出相應(yīng)的存儲波形并進(jìn)行顯示;根據(jù)打印和網(wǎng)絡(luò)命令進(jìn)行打印和網(wǎng)絡(luò)命令處理等。程序主要用C語言編寫。 3.2　串口的處理 硬件接口采用標(biāo)準(zhǔn)RS-232C異步串行接口,選用發(fā)送 （TXD）、接收（RXD）和地線的三線方式,其它的握手信號直接懸空。要實(shí)現(xiàn)六參數(shù)模塊與S3C44BO之間的串口通信,必須使兩者采用相同的數(shù)據(jù)傳輸方式,它們通信的數(shù)據(jù)格式如下;波特率為9600bps, 8位數(shù)據(jù)位, 1位停止位,無奇偶校驗(yàn)位。 另外,在I/O端口初始化程序中,定義Uart_Init函數(shù),對串行口各寄存器進(jìn)行初始化,配置參數(shù)時(shí)鐘和波特率等。在設(shè)計(jì)中主要進(jìn)行以下串行口寄存器設(shè)置: UART線性控制寄存器ULCON1=0x3; UART控制寄存器UCON1=0x245; UART先進(jìn)先出控制寄存器UFCON1=0x1; UART波特率寄存器UBRDTV,根據(jù)公式計(jì)算出。 在串口讀入程序中,采用了中斷方式,來實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸,達(dá)到實(shí)時(shí)控制的目的。串口程序數(shù)據(jù)接收過程為:調(diào)用Uart_Getch（）函數(shù)讀入N個(gè)字符,以數(shù)組的方式放置在SDRAM中,然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。在lib.C程序中部分源代碼如下： charUart_Getch（） ｛… while（! （rUTRSTAT1& 0x1））; //Receive data ready return rURXH1; …｝ 3. 3 LCD顯示 當(dāng)有新數(shù)據(jù)需要顯示時(shí), LCD顯示模塊將新的采樣數(shù)據(jù)寫入LCD顯示存儲器中, S3C44BO芯片所支持的LCD控制器在不需要CPU介入的情況下,通過專用DMA自動地將需要顯示的數(shù)據(jù)從顯示存儲器傳送到LCD顯示器中。LCD顯示器不斷地接收數(shù)據(jù),就在LCD上顯示監(jiān)測內(nèi)容。 3. 3. 1 LCD初始化 定義Lcd_MonoInit（）函數(shù),在LCD的三個(gè)控制寄存器中,設(shè)置LCD掃描寬度等與硬件時(shí)序有關(guān)的量:如:使用160×240的黑白單色顯示屏, 4-bit單掃描等。在LCD的三個(gè)緩沖初始地址寄存器中,主要配置了幀緩沖寄存器BUFFER的起始地址等。 以上各寄存器基本的配置的源程序如下: void Lcd_MonoInit（void） //初始化LCD屏幕 ｛ //160×240 1bit/1pixelLCD #defineMVAL_USED 0 rLCDCON1=（0） （1<<5） （MVAL_USED<<7） （0x3<< 8） （0x3<<10） （CLKVAL_MONO<<12）; //disable, 4B_SNGL_SCAN,WDLY=8clk,WLH=8clk rLCDCON2=（LINEVAL） （HOZVAL<<10） （10<<21）; //LINEBLANK=10（without any calculation） rLCDSADDR1= （0x0<<27） （（（U32） frameBuffer1>>22）<< 21 ） M5D（（U32）frameBuffer1>>1）; //monochrome,LCDBANK,LCDBASEU rLCDSADDR2=M5D（ （（（U32）frameBuffer1+（SCR_XSIZE＊LCD_ YSIZE/8））>>1）） （MVAL<<21） （1<<29） ; rLCDSADDR3=（LCD_XSIZE/16） （（SCR_XSIZE-LCD_XSIZE） / 16）<<9）; ｝ 3. 3. 2 打開LCD 1）在內(nèi)核中開辟內(nèi)存空間用于顯示內(nèi)存 可在顯示模塊中加入:#define frameBuffer1 0xC400000 2）定義幀緩沖器長度,并對其賦初值設(shè)置一個(gè)行列與LCD 高寬相對應(yīng)的數(shù)組pbuffer, pbuffer用于存放發(fā)送至顯示屏的每幀像點(diǎn)數(shù)據(jù),像點(diǎn)數(shù)據(jù)的多少取決于顯示屏的大小; pbuffer="BitsPerPixe"＊l Lines＊ /8=160＊ 240/8=4800（字節(jié)）。 由于pbuffer被定義為U32,即32位（八個(gè)四位）指針,每一個(gè)元素對應(yīng)LCD顯示屏上的一個(gè)像素點(diǎn),顯示方式采用4-bit單掃描,所以應(yīng)當(dāng)循環(huán)4800（字節(jié)） /4=1200次,實(shí)際上對應(yīng)的單元數(shù)為整個(gè)160×240的屏幕范圍。 for（ i="0", i<1200; i++） #（pBuffer[ i]）=0x0; 3）數(shù)據(jù)處理 LCD的數(shù)據(jù)處理主要對要顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理（4bit到32bit的轉(zhuǎn)換）。 temp_data=（Buf[ i＊ 4+3]<<24）+（Buf[ i＊ 4+2]<< 16）+（Buf[＊i 4+1]<<8）+（Buf[＊i 4]）; 3. 3. 3 清屏 清屏對顯存的每個(gè)單元置零,使屏幕顯示清除。以下為清屏的部分源程序: Void clrscreen（void） ｛ int ;i unsigned int＊ pbuffer; pbuffer=（U32＊ ）frameBuffer1; for（ i="0"; i<1200; i++） ｛ pbuffer[ i]=0; ｝ ｝ 3. 3. 4 編制LCD顯示函數(shù)并向LCD設(shè)備寫入數(shù)據(jù) 定義displayLcd（）函數(shù)為LCD顯示函數(shù),用于往顯存中寫數(shù)據(jù),經(jīng)過pbuffer送至LCD顯示器,并讓它循環(huán)顯示在LCD顯示屏上。要在LCD上顯示ASCII字符,首先把每個(gè)字符轉(zhuǎn)成一個(gè)16＊ 16bit的數(shù)組,組成字庫（本次實(shí)現(xiàn)中使用）,然后,選擇要顯示的字符,從字庫中提取字符,經(jīng)函數(shù)調(diào)用后,將要顯示的字符送至LCD顯示器,這樣,就在LCD上顯示出ASCII字符。 部分源程序如下: void displayLCD（void） //LCD顯示函數(shù) ｛ unsigned int＊ pbuffer, temp_data; int ;i pbuffer=（U32＊ ）frameBuffer1; for（ i="0"; i<1200; i++） ｛ temp_data=（Buf[ i＊ 4+3]<<24）+（Buf[ i＊ 4+2]<< 16）+（Buf[＊i 4+1]<<8）+（Buf[＊i 4]; //進(jìn)行4bit到32bit的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理 pbuffer[ i]=～temp_data; Delay（10）; ｝ ｝ 在添加所用的頭文件的同時(shí),增加對LCD_Init（）函數(shù)、dis-playLCD（）等函數(shù)的調(diào)用。 4 網(wǎng)絡(luò)命令處理 在硬件設(shè)計(jì)上采用以太網(wǎng)口,軟件上通過實(shí)現(xiàn)瘦TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議,針對嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)對傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議棧進(jìn)行裁減[4],讓嵌入式多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀支持輕量級TCP/IP協(xié)議棧而　直接連入Internet。在設(shè)計(jì)將無實(shí)時(shí)要求和費(fèi)時(shí)的TCP/IP協(xié)議簇的處理放在主程序順序循環(huán)中。網(wǎng)絡(luò)程序結(jié)構(gòu)采取順序執(zhí)行和硬件中斷相配合的方式,這種硬件中斷是外部時(shí)鐘中斷,中斷級別要比非向量模式的FIQ中斷級別低,在系統(tǒng)空閑時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交互;對網(wǎng)絡(luò)接口控制芯片采用查詢方式,即在其他中斷任務(wù)的執(zhí)行間隙處理瘦TCP/IP協(xié)議簇,以犧牲響應(yīng)速度來換取系統(tǒng)可靠性。 考慮到嵌入式醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀在窄寬帶不可靠環(huán)境下實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測的要求,決定在網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的傳輸層中,選用UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）。 5 結(jié)束語 介紹一種基于ARM的嵌入式多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),并應(yīng)用于實(shí)際測量,為嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)用監(jiān)護(hù)中的應(yīng)用提供了一個(gè)很有意義的新思路和切實(shí)可行的方案。由于該網(wǎng)絡(luò)監(jiān)護(hù)儀主要面向醫(yī)院、社區(qū)和家庭,具有成本低、功耗小、數(shù)據(jù)存儲量大、數(shù)據(jù)處理速度快、便于遠(yuǎn)程醫(yī)療、能同時(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)多任務(wù)的操作等各項(xiàng)優(yōu)勢,是現(xiàn)代醫(yī)療監(jiān)護(hù)進(jìn)一步智能化、專業(yè)化、小型化、低功耗的發(fā)展新方向,困此具有很廣闊的市場前景。