基于ARM-uClinux便携式心电监护系统通信研究

论文摘要

随着社会的发展和人们生活水平的提高,心血管疾病的发病率不断攀升,提高预防和监测该疾病的手段势在必行。尤其是在农村和中西部边远城市,由于医疗卫生基础薄弱、专业医护人员的缺乏,研发相应的低成本、高性能的便携式远程心电监护产品,显得至关重要。本文将基于ARM处理器和Linux操作系统的嵌入式系统技术应用于便携式心电监护系统的开发,主要研究工作包括:在分析心电监护系统的发展趋势和国内外现状的基础上,提出了将嵌入式系统应用于心电监护的设计思想;选择了低功耗、低成本、高性能的ARM7处理器、MSP430系列单片机为核心的系统硬件平台,选择了嵌入式Linux操作系统作为系统软件平台;在单主多从的通信模式下,采用短数据帧格式,通过ARM中断收发,以状态机的概念设计实现了仪器内部通信协议;详细分析了linux网络体系结构,以客户机/服务器模式,通过建立面向连接的TCP并发服务器,实现了多个客户端心电数据的网络传输,通过Linux多线程开发,实现了医患双方心电数据的实时交互。实验结果表明,本系统平台能够满足心电监护系统的要求,对实现仪器的国产化、微型化、网络化,有良好的社会意义和经济效益。该设计方案稍加修改后还可应用于信息家电、消费电子、工业控制等相关领域中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 历史回顾
• 1.2.2 心电监护系统研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 系统总体设计方案
• 2.1 心电生理基础
• 2.2 系统硬件平台
• 2.2.1 MSP430F1611介绍
• 2.2.2 ARM微处理器
• 2.2.3 LPC2292介绍
• 2.2.4 DM9000E
• 2.2.5 系统硬件实物图
• 2.3 系统软件平台
• 2.3.1 嵌入式操作系统系统概述
• 2.3.2 嵌入式操作系统的比较与分析
• 2.3.3 嵌入式操作系统的选择
• 2.4 本章小结
• 第三章 uClinux操作系统分析与移植
• 3.1 uClinux操作系统分析
• 3.1.1 uClinu内核源文件组织结构
• 3.1.2 uClinux的内存管理
• 3.1.3 uClinux的进程分析
• 3.1.4 uClinux的设备管理
• 3.1.5 uClinux针对实时性的解决方案
• 3.1.6 uClinux的小型化方法
• 3.1.7 uClinux可执行文件格式
• 3.2 uClinux的开发工具链
• 3.2.1 软件开发工具和调试步骤概述
• 3.2.2 uClinu开发工具链
• 3.3 Bootloader的设计与实现
• 3.3.1 BootLoader概述
• 3.3.2 常见的Linux BootLoader
• 3.4 uclinux的移植
• 3.4.1 移植项目说明
• 3.4.2 uclinux内核编译
• 3.4.3 BootLoader、内核及根文件系统烧写
• 3.5 本章小节
• 第四章 仪器内部通信
• 4.1 通信协议的设计及分析
• 4.1.1 仪器内部通信结构
• 4.1.2 仪器内部通信协议设计
• 4.1.3 状态机分析描述ⅡNP协议
• 4.2 基于ARM中断的ⅡNP协议的实现
• 4.2.1 ARM中断介绍
• 4.2.2 ⅡNP通信协议软件实现
• 4.3 可靠性分析与性能测试
• 4.3.1 可靠性分析
• 4.3.2 性能测试
• 4.3.3 实验结论
• 4.5 本章小结
• 第五章 嵌入式Linux网络通信研究
• 5.1 uClinux网络结构体系
• 5.1.1 OSI参考模型与TCP/IP参考模型
• 5.1.2 uClinux中TCP/IP网络结构
• 5.2 uClinux的socket编程
• 5.2.1 套接字接口
• 5.2.2 socket数据结构和基本函数
• 5.3 心电监护系统网络通信的实现
• 5.3.1 心电数据异地传输
• 5.3.2 心电数据实时显示
• 5.4 本章小结
• 第六章 系统调试与性能测试
• 6.1 系统软件调试
• 6.2 性能测试
• 6.2.1 异地传输的测试分析
• 6.2.2 实时显示的测试分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢