基于A(yíng)RM7新型嵌入式心電監護儀的研制
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3.2.2、系統程序存儲器Flash ROM和SDRM擴展
S3C44B0X自身不具有ROM，因此必須外接ROM器件來(lái)存儲掉電后仍需要保存的程序代碼和數據。我們采用了SST公司推出的容量為1MB×16的CMOS多用途Flash ROM,它具有可靠性好、功耗低、讀取速度快等優(yōu)點(diǎn)。系統復位后，首先從0X00000000地址處開(kāi)始執行，系統啟動(dòng)代碼應該以此地址開(kāi)始存放，所以Flash映射在處理器的Bank0區域內。
采用Linksmart公司的一種容量為8MB的SDRM L43L16064作為系統程序的運行空間、數據區和堆棧區，供系統快速讀寫(xiě)。它的存儲方式為4Bank×1MB×16，采用多Bank和管道結構，具有自動(dòng)刷新、低功耗和掉電模式。其存儲空間映射在S3C44B0X的Bank6上，地址范圍為：0XC000000H-0XCFFFFFFH。
3.2.3、液晶顯示LCD和鍵盤(pán)模塊
為了使用戶(hù)能夠對采集到的心電信號有一個(gè)直觀(guān)的印象和進(jìn)行常識性的觀(guān)察，我們采用了EPSON公司的EG1147型FSTN單色液晶顯示模，對時(shí)間、波形、心電參數和系統菜單進(jìn)行顯示，同時(shí)配合按鍵進(jìn)行儀器控制和設定。它的顯示器點(diǎn)陣為240×320，采用EL背光源，自帶驅動(dòng)器，通過(guò)對S3C44B0X內置LCD控制器編程，將定位在存儲器的顯示緩沖器內的圖像數據傳送給外部LCD的驅動(dòng)器中，PC口和PD口作為L(cháng)CD驅動(dòng)接口，設置PC口工作在第三功能狀態(tài)，PD口工作在第二功能狀態(tài)。
3.2.4、以太網(wǎng)模塊設計
S3C44B0X沒(méi)有集成網(wǎng)絡(luò )接口控制器NIC（Network Interface Controller），因此我們?yōu)橄到y擴展了一個(gè)REALTECK公司的RTL8019AS控制器，它與NE2000兼容，軟件移植好，接口電路簡(jiǎn)單。RTL8019AS工作原理：驅動(dòng)程序把要發(fā)送的數據按照指定格式寫(xiě)入芯片并啟動(dòng)發(fā)送命令即可。反之，芯片從物理通道上收到信號會(huì )直接根據以太網(wǎng)協(xié)議把他們轉化成相應格式的數據，并發(fā)出中斷，請求CPU讀取數據。
四、系統軟件設計
軟件設計主要包括嵌入式操作系統uClinux在S3C44B0X上的移植，心電數據的采集和存儲，基于S3C44B0X的嵌入式GUI的實(shí)現，網(wǎng)絡(luò )設備驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)等。
4.1、嵌入式uClinux操作系統在S3C44B0X上的移植
uClinux是專(zhuān)門(mén)針對無(wú)MMU(Memory Management Unit 內存管理單元)的處理器而設計的一種免費開(kāi)放源代碼的操作系統。支持多任務(wù)，采取模塊化設計。系統移植可分為bootloader和內核的移植兩大部分。
Bootloader從本質(zhì)上講它不屬于系統內核，在CPU上電啟動(dòng)后即開(kāi)始運行，創(chuàng )立初始化環(huán)境和引導內核。這部分代碼用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，主要完成硬件初始化，對系統的存儲映射（memory map）進(jìn)行初始化設置等操作，同時(shí)改變PC值，使得CPU開(kāi)始從SDRM執行操作系統的內核。
內核移植時(shí)首先RedHat Linux環(huán)境下下載源代碼文件包建立交叉編譯環(huán)境，接著(zhù)進(jìn)入uClinux-dist文件夾進(jìn)行內核配置，系統配置主要由三部分組成：Makefile、配置文件（config.in）和配置工具（在/script目錄下）。運行make menuconfig命令，會(huì )現頂層菜單，選擇硬件系統、內核版本和C庫的選擇，我們在這里vendors選Samsung的S3C44B0X，內核版本為L(cháng)inux-2.4-x,C庫選uClibc。接著(zhù)要修改源代碼，對應于各個(gè)硬件的子目錄中，例如在uClinux-dist/linux-2.4-x/drivers/修改或增加驅動(dòng)程序；保存設置退出后運行再執行make dep和make lib_only命令,生成C庫；運行make user_only生成應用程序；接著(zhù)運行make romfs和make image,生成rom文件系統，拷貝內核文件到uClinux-dist/images中；最后運行make,生成可供嵌入式系統運行的內核文件，這時(shí)可以在uClinux-dist/images中出現三個(gè)文件:含“rom”是壓縮內核，含“ram”是直接運行的內核，romfs.img是uClinux的文件系統?！皉am”和“rom”文件可以通過(guò)超級終端從PC串口下載到嵌入式系統的內存中直接運行，這時(shí)超級終端上也將顯示uClinux的啟動(dòng)信息。
4.2、基于S3C44B0X的嵌入式GUI的實(shí)現
屏幕驅動(dòng)的程序設計主要是PSD（Pointer to Screen Device）的結構指針，指針所指向的結構中記錄了有關(guān)的一切屬性，根據顯示屬性判斷選擇那個(gè)子函數來(lái)提供有關(guān)的顯示函數。圖形引擎調用PSD完成矩形，圓形等作圖函數，這些函數調用底層的屏幕驅動(dòng)基本作圖函數來(lái)完成圖形顯示。
4.3、RTL8019AS驅動(dòng)程序在uClinux下的實(shí)現
在uClinux中，網(wǎng)絡(luò )接口被看作是一個(gè)發(fā)送和接收數據包的實(shí)體，用一個(gè)net_device的數據結構表示，在數據結構中定義對網(wǎng)絡(luò )接口的各種操作。程序我們是在uClinux網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)文件的基礎上修改而成，主要修改在/drivers/net下的兩個(gè)文件：ne.c和8390.c，包括芯片的初始化、收包、網(wǎng)絡(luò )注冊等大部分工作。內核在初始化時(shí)會(huì )自動(dòng)調用函數ne_probe()，讀取RTL8019AS標識寄存器，檢測設備是否存在以決定是否啟動(dòng)驅動(dòng)程序，配置和初始化硬件，然后初始化net_device結構中的變量，再調用Rtl8019as_init()對RTL8019AS做寄存器的相關(guān)設置，最后根據starp的值來(lái)啟動(dòng)和關(guān)閉RTL8019AS。
五、結束語(yǔ)
針對心電信號ECG極其微弱和極易受到外界干擾的特點(diǎn)，本文的創(chuàng )新點(diǎn)為采用具有低漂移、共模抑制比的儀表放大器AD620對信號進(jìn)行初級放大，并設計右腿驅動(dòng)電路以增強信號的抗干擾能力； LCD的引入給人直觀(guān)的印象和常識性的判斷；采集到的數據可通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)傳輸到遠程數據中心，供專(zhuān)家分析和診斷；嵌入式uClinux的引入保證了系統穩定、可靠的運行；小型化的設計，更有利于患者的攜帶。隨著(zhù)心血管疾病的發(fā)病率不斷地逐年上升，這種便攜式心電監護儀具有很高的應用價(jià)值和良好的市場(chǎng)前景。
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