可穿戴医疗监护系统CPU的设计与实现

论文摘要

随着计算机科学技术的快速发展,可穿戴计算机已经成为下一代计算机主流发展方向。把可穿戴计算机与医疗监护技术相结合,可以弥补传统医疗与监护只能在医院中进行的缺点,使在日常生活中对人体生理信息的采集、存储,对病人进行实时监护以及病情诊断与报警成为可能。本文的的研究题目为“可穿戴医疗监护系统的CPU的设计与实现”,主要研究任务是：设计并实现一个针对于可穿戴医疗监护系统的专用嵌入式CPU。研究的内容主要包括：1、研究并学习普通CPU的结构与功能。2、研究学习可穿戴医疗监护系统的功能与应用。3、设计并实现针对于可穿戴医疗监护系统的专用CPU,设计中注意该CPU与通用CPU的共性和其专用的特性。本文基于现代EDA技术,在FPGA上设计并实现一种针对医疗监护的采用RISC思想的CISC处理器。其主要特点有：1、针对医疗监护所采集的数据特点,本文在运算器中设置了浮点运算处理器。2、分析了CISC与RISC的各自特点,决定采用状态机控制器,避免复杂微程序控制器。3、针对医疗监护的功能特点,设计了可扩充的身体健康值比较器组。每个比较器的功能是对采集的单个健康值与正常值进行比较,如有异常直接报警。不但节省了存取数据,也提高了整个医疗系统的效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 本论文主要研究的内容
• 1.4 本论文的组织结构
• 第二章 嵌入式CPU设计背景
• 2.1 可穿戴计算机
• 2.1.1 什么是可穿戴计算机
• 2.1.2 可穿戴计算机的应用
• 2.1.3 可穿戴医疗监护系统的发展与其特点
• 2.2 嵌入式微处理器
• 2.2.1 嵌入式微处理器简介
• 2.2.2 嵌入式微处理器的发展
• 2.2.3 当前流行的嵌入式微处理器简介
• 2.3 CISC和RISC处理器
• 2.3.1 复杂指令系统计算机CISC
• 2.3.2 精简指令系统计算机RISC
• 2.4 采用RISC思想的CISC机
• 2.5 小结
• 第三章 嵌入式CPU设计的相关技术
• 3.1 EDA技术
• 3.2 FPGA器件
• 3.3 Quatrus Ⅱ开发集成环境
• 3.3.1 Quatrus简介
• 3.3.2 VHDL
• 3.4 应用于FPGA的EDA开发流程
• 3.5 设计目标
• 3.6 小结
• 第四章 CPU顶层系统设计
• 4.1 16位CPU的组成结构
• 4.2 指令系统设计
• 4.2.1 指令格式
• 4.2.2 指令码及功能
• 4.3 小结
• 第五章 CPU运算模块的设计
• 5.1 浮点运算模块
• 5.1.1 浮点数格式
• 5.1.2 浮点运算加减法模块
• 5.1.2.1 运算步骤
• 5.1.2.2 电路图
• 5.1.3 浮点数乘法模块
• 5.1.4 浮点运算除法模块
• 5.2 整数运算模块
• 5.3 小结
• 第六章 CPU其它功能模块设计
• 6.1 移位运算模块
• 6.2 比较器
• 6.2.1 单比较器
• 6.2.2 比较器组
• 6.3 寄存器
• 6.3.1 单寄存器REG
• 6.3.2 寄存器组RegArray
• 6.3.3 三态寄存器TriReg
• 6.4 存储器
• 6.5 控制单元
• 6.6 时序控制器
• 6.7 小结
• 第七章 CPU的功能验证
• 7.1 验证程序
• 7.2 实验分析与结果
• 7.3 本章小结
• 总结与展望
• 总结
• 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的文章
• 致谢