基于ARM嵌入式多参数监护仪设计与实现

　　多参数监护仪广泛应用于ICU、CCU、病房、手术室等。目前我国也有自主知识产权的产品，如迈瑞、金科威、金脑人等，但与GE、飞利浦世界先进产品比较，在监测和计算、可靠性、实时性、稳定性、信号变异的处理分析、远程传输等方面都较落后［1］。嵌入式系统把计算机直接嵌入到应用系统之中，它融合了通信技术和半导体微电子技术，是信息技术IT的最终产品［2］。因此将嵌入式系统，网络等技术应用于医用监护仪领域，能使多参数监护仪顺应现代医用监护仪市场缩小体积，提高数据处理能力，远程医疗等方面的要求。

　　本文介绍一种基于ARM的实时监护系统，它将32位RISC结构的ARM内核处理器与实时多任务嵌入式系统相结合，并通过嵌入式TCP/IP协议栈为平台添加网络传输功能，构建一个新型的多参数监护仪系统。

　　2　系统硬件设计

　　医用监护仪具有以下几个方面功能：测量功能、分析功能、报警功能、打印功能、网络通信功能等。六参数模块通过导联端、光手指、袖带获得人体的心电、无创血压、血氧、脉率、呼吸、体温六参数信号，通过串口通信方式与以ARM7为内核的嵌入式处理器相连，数据从串口送到ARM7中 央处理器，通过多任务调度，进行实时数据处理，并在LCD上实时显示各种信号的图形和数值，还可以由外部键盘控制，进行存储和网络发送，并对各种检测信号设置报警线，对超出报警范围的检测情况进行报警。硬件结构图1所示。

　　多参数监护仪硬件结构

　　图1　多参数监护仪硬件结构图

　　3　开发系统软件设计

　　3.1　软件开发总体介绍

　　利用PC机运行的Hitool forARM开发环境下调试程序：首先运行系统、Memory及I/O端口的初始化程序，随后进入主程序，采用外部中断方式，判断是否有键输入，若有则调用键盘控制子程序进行识别所按下的键，根据键盘的控制执行相应的任务;若无就调用串口读入程序，采集心电、血氧、血压等数据，并判别所采集数据的类型，存入不同地址的SDRAM中，并依次分类进行处理，处理完毕，判断是否超越各自的报警限，若是则调用报警程序和显示程序，若否则直接调用显示程序;这样，各种数据就实时地采集进来，并在LCD上显示测试数值和心电、呼吸波形。其中测试数值按每分钟存储，心电、呼吸波形按键存储，按翻页键可以调出相应的存储波形并进行显示;根据打印和网络命令进行打印和网络命令处理等。程序主要用C语言编写。

　　3.2　串口的处理

　　硬件接口采用标准RS-232C异步串行接口，选用发送 （TXD）、接收（RXD）和地线的三线方式，其它的握手信号直接悬空。要实现六参数模块与S3C44BO之间的串口通信，必须使两者采用相同的数据传输方式，它们通信的数据格式如下;波特率为9600bps， 8位数据位， 1位停止位，无奇偶校验位。

　　另外，在I/O端口初始化程序中，定义Uart_Init函数，对串行口各寄存器进行初始化，配置参数时钟和波特率等。在设计中主要进行以下串行口寄存器设置：

　　UART线性控制寄存器ULCON1=0x3;

　　UART控制寄存器UCON1=0x245;

　　UART先进先出控制寄存器UFCON1=0x1;

　　UART波特率寄存器UBRDTV，根据公式计算出。

　　在串口读入程序中，采用了中断方式，来实现双向数据传输，达到实时控制的目的。串口程序数据接收过程为：调用Uart_Getch（）函数读入N个字符，以数组的方式放置在SDRAM中，然后进行数据处理。在lib.C程序中部分源代码如下：

　　charUart_Getch（）

　　{…

　　while（！ （rUTRSTAT1& 0x1））; //Receive data ready

　　return rURXH1;

　　…}

　　3. 3　LCD显示

　　当有新数据需要显示时， LCD显示模块将新的采样数据写入LCD显示存储器中， S3C44BO芯片所支持的LCD控制器在不需要CPU介入的情况下，通过专用DMA自动地将需要显示的数据从显示存储器传送到LCD显示器中。LCD显示器不断地接收数据，就在LCD上显示监测内容。

　　3. 3. 1　LCD初始化

　　定义Lcd_MonoInit（）函数，在LCD的三个控制寄存器中，设置LCD扫描宽度等与硬件时序有关的量：如：使用160×240的黑白单色显示屏， 4-bit单扫描等。在LCD的三个缓冲初始地址寄存器中，主要配置了帧缓冲寄存器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）;

　　}