基于LPC2292嵌入式微處理器的監(jiān)護系統(tǒng)的研究與設計
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2.1 ARM系統(tǒng)模塊
ARM系統(tǒng)是這個系統(tǒng)的控制中心，主要完成運算、控制、管理等工作，是系統(tǒng)工作的核心模塊。該系統(tǒng)采用的ARM 7系列芯片LPC2292，他是基于一個支持實時仿真和跟蹤的16／32位CPU，并帶有256 kb嵌入的高速FLASH存儲器。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使2位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。對代碼規(guī)模有嚴格控制的應用可使用16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過30％，而性能的損失卻很小。由于LPC2292的144腳封裝、極低的功耗、多個32位定時器、8路10位ADC、2路PWM通道以及多達9個外部中斷使他們特別適用于醫(yī)療系統(tǒng)、汽車、工業(yè)控制應用以及容錯維護總線。
2.2 LCD顯示模塊
LCD顯示模塊主要完成數(shù)據(jù)顯示、輸出數(shù)據(jù)與顯示數(shù)據(jù)的同步等功能。由于LPC2292中沒有液晶控制器的功能模塊，如果所選擇的液晶屏內部也沒有液晶控制器，那么，要使CPU可以對液晶進行控制，就必須加設計一個液晶驅動控制電路。因此本系統(tǒng)中選擇自帶控制器的液晶屏HLM6323。他是5英寸偽彩液晶屏，像素是320×240點陣，每個點需要RGB三色數(shù)據(jù)，每種色需要1個字節(jié)數(shù)據(jù)表示。而設計要求需要連續(xù)觀看圖圖像，根據(jù)標準需要每秒鐘25幀圖像，那么每秒至少需要傳輸數(shù)據(jù)為25×8×320×240=15 360 000位數(shù)據(jù)，若選用串行傳輸，則需要4.6 Mb／s的串行傳輸速度，但是遺憾的是，沒有任何一種串行標準傳輸大于這個速度，因此，勢必需要選擇并行的數(shù)據(jù)傳輸。
2.3 報警模塊
當測得的生理參數(shù)，如心電、血壓、血氧飽和度、體溫超過預設的正常值，則產(chǎn)生報警，提醒患者趕緊進行治療或醫(yī)護人員需進行搶救措施。
2.4 FLASH數(shù)據(jù)存儲器以及USB接口
為了能夠確保實時數(shù)據(jù)的保存，以及提取，從而設計此模塊。本系統(tǒng)中選擇NAND08GW3D2系列的存儲器芯片。由于該芯片不同存儲密度器件引腳一致，因此系統(tǒng)可以在電路不做改動的情況下升級為高容量存儲器件。通過USB設備接口芯片ISP1161A1擴展出一個USB的設備接口。通過該USB接口，可以實現(xiàn)將監(jiān)護系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)上傳到PC機，PC機也可以通過該接口下載程序到LPC2292處理器的存儲器中。
2.5 系統(tǒng)電源
電源設計是一個系統(tǒng)設計中的關鍵部分，對于整個系統(tǒng)，一個穩(wěn)定的、具有一定功率的電源和合理的電源管理是必不可少的。本系統(tǒng)有以下幾種電源：CPU的內核數(shù)字和模擬電源電壓+1.8 V，CPU的I／O口數(shù)字和模擬電源電壓+3.3 V、總線的隔離電源、LCD的驅動電源、LCD的背光逆變電源、其他外圍設備電源電壓+5 V等電源。
3 軟件設計
本系統(tǒng)的軟件設計主要包括ARM的應用程序的開發(fā)和μC／OS-Ⅱ操作系統(tǒng)的移植2個基本部分。ARM的應用程序主要包括LCD顯示程序、FLASH存儲程序、USB通信程序、鍵盤掃描程序、A／D程序和報警程序等。μC／OS-Ⅱ操作系統(tǒng)是協(xié)調LPC2292對程序的任務管理和調度。整個系統(tǒng)的軟件流程圖如圖3所示。
圖3 整個系統(tǒng)的軟件流程圖
3.1 LCD驅動軟件的設計思想
LCD驅動軟件的功能是完成數(shù)據(jù)最終輸出顯示，其主要軟件流程有數(shù)據(jù)的收發(fā)、LCD上按鍵的讀取、LCD掃描等。數(shù)據(jù)收發(fā)是為了完成數(shù)據(jù)與CPU、LCD液晶顯示器進行數(shù)據(jù)的傳輸，CPU通過驅動芯片向LCD輸送數(shù)據(jù)，而LCD要向CPU返回響應數(shù)據(jù)等。為了增強人機界面的可讀性，在LCD上設置了幾個按鍵，當有按鍵反應時，應當向CPU發(fā)出相應的響應，并且可以通過按鍵對LCD的顯示界面設置和對其他系統(tǒng)參數(shù)進行設置。LCD的掃描是為了保證顯示不出現(xiàn)明顯間斷、不出現(xiàn)花屏現(xiàn)象，在出現(xiàn)花屏現(xiàn)象時能夠進行準確的錯誤響應。其中的按鍵設計沒有給每個按鍵使用硬件中斷，因為在本系統(tǒng)中，LCD顯示驅動的任務優(yōu)先級在應用程序中是最高的，按鍵統(tǒng)一使用一個硬件外部中斷，然后用軟件對按鍵進行軟件中斷安排，確定軟件優(yōu)先級；另一個原因由于按鍵較多，沒有足夠的硬件中斷設置為按鍵中斷，如果設置為中斷擴 展，除了要進行硬件的擴展，還要進行軟件擴展，將浪費很多資源。
本設計中，LCD的驅動需要編寫2個文件，其中一個是C語言文件，另一個是C語言頭文件。C語言文件是通信接口協(xié)議文件，需要與其他模塊進行數(shù)據(jù)的交換。而頭文件是設計一些LCD基本參數(shù)，在系統(tǒng)運行中，這些參數(shù)基本不變。
3.2 USB通信軟件的設計思想
本系統(tǒng)設計的USB通信軟件通過中斷響應來實現(xiàn)，這樣做的目的是CPU在沒有USB設備或者不需要USB設備時，可以進行其他工作，節(jié)省CPU和操作系統(tǒng)的資源。其有利于保護CPU。
3.3 FLASH讀寫操作軟件的設計思想
整個程序文件包括芯片的擦除、芯片的寫入和讀取、數(shù)據(jù)的效驗等幾個部分。擦除是為了存儲器能夠進行重復利用而不更換芯片；芯片的寫入和讀取是整個文件的中心，負責存儲器的數(shù)據(jù)的寫入，在適當時候要讀取數(shù)據(jù)；效驗是為了保證數(shù)據(jù)的正確，在錯誤時需要報警。
linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
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