基于嵌入式计算机系统的数字化医疗仪器研究

论文摘要

医疗仪器是融合高科技内涵最多的现代化产品之一,是最能体现一个国家的科学技术水平。21世纪大量出现的微电子成果,大多数都是最先在医疗仪器领域获得应用,科学技术迅速发展使得医疗仪器进入了新的发展阶段——数字化医疗设备,而数字化医疗设备的核心技术为嵌入式计算机系统。我国是一个医疗仪器的生产大国,但是在核心技术方面一直处于国外的垄断之下。这一切都迫切需要我国有必要进行自主创新,研发出自己的核心技术。随着微电子技术的发展,超大规模集成电路技术的成熟,嵌入式计算机系统的迅速发展使得其功能越来越强大,在某些场合完全可以取代传统的工控机,并且其独特的优势在于它的体积小、功耗低、性价比高、便于携带,使得它非常适合应用到数字化医疗仪器中。本论文在嵌入式计算机系统平台的构建中做了探索性的研究工作,以数字化医疗仪器的发展和功能需求为目标,从嵌入式计算机系统的硬件设计入手,深入研究了嵌入式计算机硬件系统设计和电磁兼容性问题,成功研发出了具有良好电磁兼容性能,能够长时间（连续15天运行测试）可靠运行的嵌入式计算机主板。在软件部分,实现了嵌入式计算机系统的多种引导模式,嵌入式Linux内核的移植,内核驱动程序中bug的修正和部分新增硬件驱动程序的编写,以及嵌入式图形界面GUI系统Qtopia的移植,完成了整个嵌入式计算机系统从硬件到软件系统平台的构建。在此嵌入式计算机系统平台基础之上,研究了基于嵌入式计算机系统的无创脑水肿监护仪,在临床实验中对大量的临床数据进行统计,并且对典型病例进行了分析对比,证明了该仪器具有很好的临床效果。其次,研究了基于嵌入式计算机系统的远程多生命参数移动监护终端,并与无线GPRS模块、多生命参数模块和视频采集模块有机结合,实现了远程多生命参数移动监护和视频图片的采集与传输。本论文在基于嵌入式计算机系统的数字化医疗仪器研究中,主要完成了以下工作:（1）研究了嵌入式计算机系统的硬件系统设计,以及高频线路板设计中的信号串扰、阻抗反射、电磁辐射等方面的工程实际问题,通过三次嵌入式计算机系统主板的设计和改进,成功研发出了工作稳定、电磁兼容性能良好的嵌入式计算机主板。（2）研究了嵌入式计算机系统的启动过程,编写了bootloader启动程序,完成了uboot在AT91RM9200上的移植,并且修改了uboot中的数个bug,新增了许多uboot命令,实现了uboot对NandFlash、IIC和SPIFlash的操作,在改进与完善后的uboot上,实现了嵌入式计算机主板多种模式(IIC+NandFlash,SPI+NandFlash,

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 课题研究的内容
• 1.3 课题研究的意义
• 2 嵌入式计算机系统硬件平台设计与电磁兼容性分析
• 2.1 嵌入式计算机主板硬件设计
• 2.1.1 AT91RM9200 处理器简介
• 2.1.2 嵌入式主板的电源设计
• 2.1.3 内存SDRAM 模块
• 2.1.4 NorFlash 模块
• 2.1.5 NandFlash模块
• 2.1.6 USB模块
• 2.1.7 RS-232串行通信摸块
• 2.1.8 音频输出模块
• 2.1.9 10/100M网卡模块
• 2.1.10 LCD/VGA接口模块
• 2.1.11 实时时钟模块
• 2.1.12 SD/MMC卡接口模块
• 2.1.13 嵌入式计算机主板实物图片
• 2.2 高速集成线路电磁兼容性的研究
• 2.2.1 高速线路设计中的问题
• 2.2.2 波的传播与反射
• 2.2.3 消除阻抗反射的措施
• 2.2.4 合理的解决阻抗匹配问题
• 2.3 高频电路中的信号串扰问题
• 2.3.1 数字信号的开关状态对传输线性能的影响
• 2.4 高频线路设计中的电磁辐射
• 2.5 印制板电磁兼容性设计与解决方案
• 2.5.1 合理的元件布局
• 2.5.2 合理的布线
• 2.5.3 合理的布局退耦电容
• 2.5.4 合理的安排叠层
• 2.6 本章小结
• 3 嵌入式计算机系统软件平台的构建与研究
• 3.1 嵌入式计算机系统引导程序的研究与应用开发
• 3.1.1 AT91RM9200 引导程序分析
• 3.1.2 u-boot 的研究与应用开发
• 3.1.3 AT91RM9200 程序的执行流程
• 3.1.4 AT91RM9200 启动程序固化的研究
• 3.2 嵌入式Linux 操作系统平台构建的研究
• 3.2.1 Linux 操作系统的结构研究
• 3.2.2 Linux 内核启动代码研究
• 3.2.3 嵌入式Linux 操作系统内核的裁减、定制与移植
• 3.3 嵌入式Linux 文件系统的研究与开发
• 3.3.1 嵌入式Linux 文件系统的组成
• 3.3.2 制作RAMDisk
• 3.3.3 JFF52文件系统
• 3.3.4 创建jff52 文件系统
• 3.4 嵌入式Linux 系统驱动程序的研究与开发
• 3.5 嵌入式Linux 系统下的设备驱动程序
• 3.5.1 嵌入式Linux 驱动开发的基本函数
• 3.5.2 Linux 驱动程序的设备号
• 3.5.3 设备驱动的模块化编程
• 3.6 嵌入式Linux 系统上驱动程序的研究与实现
• 3.6.1 嵌入式Linux 主板音频驱动的研究与实现
• 3.7 嵌入式图形界面系统研究与开发
• 3.8 嵌入式图形用户界面的研究
• 3.8.1 MicroWindows
• 3.8.2 MiniGUI
• 3.8.3 Qt/Embedded
• 3.8.4 选用嵌入式QT/Embedded
• 3.9 嵌入式Qt/Embedded 概述
• 3.9.1 Qt/Embedded 的实现架构
• 3.9.2 Qt/Embedded 的图形引擎实现基础
• 3.9.3 Qt/Embedded 的事件驱动基础
• 3.9.4 Qt/Embedded 内部通信机制
• 3.10 Qt/Embedded 的移植与应用
• 3.10.1 Qt/Embedded 的移植步骤
• 3.10.2 在AT91RM9200 嵌入式平台上的Qtopia 移植和应用
• 3.10.3 Qt/Embedded 下应用程序的开发与移植
• 3.11 本章小结
• 4 基于嵌入式计算机系统的无创脑水肿监护仪的研究
• 4.1 无创脑水肿动态监护仪的研制背景
• 4.2 无创脑水肿动态监护仪的基本原理
• 4.3 无创脑水肿动态监护仪的研制
• 4.3.1 无创脑水肿动态监护仪关健技术与解决方案
• 4.4 电流透颅特性研究
• 4.5 临床实验研究
• 4.5.1 正常人的脑阻抗测试实验
• 4.5.2 左右脑扰动系数测试的临床实验
• 4.5.3 基于无创脑水肿“扰动系数”的典型临床病例分析
• 4.6 本章小结
• 5 基于嵌入式计算机系统的远程移动监护终端的研究
• 5.1 多生命参数模块的研究
• 5.2 数据通信平台的构建与研究
• 5.2.1 GPRS 模块工作原理
• 5.2.2 GPRS 模块的网络链接
• 5.3 远程移动监护终端平台的构建与实验
• 5.3.1 基于Qtopia 多生命参数监护应用软件的研发
• 5.3.2 多生命参数的远程传输
• 5.4 远程视频图片的采集与传输
• 5.4.1 JPEG 压缩文件的研究
• 5.4.2 JPEG 的压缩原理
• 5.4.3 JPEG 的文件格式
• 5.5 USB 摄像头工作原理与视频图片采集的研究
• 5.6 视频图片数据的传输实现
• 5.7 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 论文工作的创新点
• 6.3 论文工作的不足之处
• 6.4 论文工作的下一步研究目标
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读博士学位期间发表的学术论文
• 作者攻读博士学位期间参与的科研项目及获奖情况
• 独创性声明
• 学位论文版权使用授权书