软件和硬件设计 - 基于国产CPU的嵌入式医疗电子无线网络设计

　　3 软件和硬件设计

　　3. 1 硬件结构

　　图1 中的硬件主要包括CK610 开发板.CC2591和

　　CK610 为杭州中天微系统有限公司生产的CPU，主要特性有：八级流水线；双发射超标量流水线技术，提升性能近50%; 非阻塞指令发射。投机执行和按序退休；返回地址预测（ 4 – entry returnstack） ; 哈佛结构数据/指令Cache 和SPM，大小可配置；数据Cache Write – back /Write – through 动态可配置；内部双通用数据总线； AHB /AXI 总线接口，和可扩展的协处理器接口。

　　CC2520 为TI 公司生产的一款低功耗射频芯片，主要特性有：发射功率可达到5dBm; 数据传输速率最大可达250kbps; 工作在2. 4GHz ISM 频段；4 – 线SPI; 6 个可配置

　　CC2591 为TI 公司生产的一款高性能低成本前端，适用于如ZigBee 网络等2. 4GHz 无线系统，可以改善RF 性能。

　　CC2520 与CC2591 结合使用可以使得输出功率范围扩大到- 24dBm ~ 22dBm，接收灵敏度增加到- 90dBm，传输距离可达到几百米甚至上千米。

　　3. 2 网络系统架构

　　为了实现在第3 节中定义的网络协议，需要在Linux 之上编写一个应用程序，该程序需要实现网络协议中的规则。除此以外，还需要根据协议，选择合适的路由，该程序称为路由协议程序。此外，为了使IPV6 运行在CC2520 射频芯片上，移植了6LoWPAN协议到Linux 系统中，大大减小了包头的字节，减少了能量消耗。

　　在用户应用程序中，当有数据要发送时，Linux内核会查找内核路由表，找到下一跳的地址，然后将数据交给相应的设备以发送数据。系统所用的网络设备是CC2520 射频芯片，但是Linux 并没用为CC2520 开发对应的网络驱动，因此可以虚拟一个网络设备tun，将网络层传过来的数据都交给tun，读取tun 接口便能够得到要发送的网络数据。射频适配层得到该数据之后，经过适配层6LoWPAN 协议的压缩之后，然后再通过SPI 操作CC2520 芯片发送数据。对应从底层来的数据，其处理过程跟上述方式类似。

　　3. 3 射频适配程序的设计

　　当内核有数据要发送之时，要使用正确的方法驱动CC2520 芯片无线发送出去，负责这部分内容的程序称为射频适配程序。

　　在实现过程中，使用CC2520 芯片作为无线网络收发设备。在Linux 内核中，并无CC2520 作为网络设备的驱动。为了实现使用CC2520 收发数据的功能，可以建立一个虚拟网络设备tun.字符设备tun 是内核空间和用户空间的数据接口，内核将数据包发送到虚拟网络设备上，数据包会被保存到设备的队列中，此时用户空间可以通过打开字符设备tun 并调用read 函数读取其中的数据，此时数据传递到了用户空间，程序可以对这些数据进行处理。

　　同样，用户空间程序可以通过write 函数将收到的数据包交给内核。这样就可以在上层有数据来的时候先经过6LoWPAN 的处理压缩，再通过驱动CC2520发送数据，在CC2520 收到数据的时候，将数据经过6LoWPAN 还原之后交给Linux 内核，实现无线收发数据包的功能。

　　4 系统测试

　　整个系统的工作流程为：医疗板首先采集医疗检验结果，将其传递给CK610 开发板，开发板通过操作CC2520 进行无线发送。而当CC2520 接收到数据时，通过读取CC2520 SO 管脚获得收到的数据，通过UART 输出给PC，PC 运行C#编写的图形界面将检验结果显示出来，如图2 所示。