基于ARM設計的多生理參數嵌入式監護系統

1、引言

多生理參數監護系統用來對病人的生理或生化參數進行連續、長時間、自動、實時監測，并經分析、處理后實現多類別自動報警、自動記錄，并具有對結果的綜合判斷能力，便于醫護人員及時發現病人的病情變化，隨時采取必要的護理與急救措施，從而大幅度減少危重病人的死亡率。

國外的人體生理監護儀發展趨勢是采用移動式監護技術。在歐洲，借助現在小巧、價低的嵌入式計算機和無線網絡技術，開發各種能穿在身上的監護系統的研究工作已經開展得非常之好，愛立信、諾基亞和飛利浦等公司都在進行相應的研究開發工作。在國內，目前普遍采用的人體生理監護系統中，大致可分為三種：1）基于PC機平臺的監護系統，功能強大且完善，但其體積龐大，不便于移動。2）微型和便攜式監護儀，大多采用低檔單片機實現，功能簡單，只能進行信號的采集和顯示，不便于醫務人員監視。3）采用嵌入式系統的監護系統，其體積小、可靠性高、功耗低，但大多采用工業用PC104主板，普遍成本比較高。

本文研究的多生理參數監護系統包括心電（ECG）、呼吸（REST）、無創血壓（NIBP）、血氧飽和度（SPO2）、體溫五個參數的實時監護。由這些參數的二次數據還可提取心率、心律失常、呼吸率、收縮壓、舒張壓、平均壓及脈率等參數；可以較全面地評估循環系統和呼吸系統的功能。由于ARM的嵌入式系統設備通常具有體積小、功耗低、功能集中、網絡功能強大和穩定性好等優點，因此作者所在課題組利用ARM研制了一種生理參數監護系統，以滿足多生理參數監護系統不斷發展的要求。

2、嵌入式多生理參數監護系統的構建

為搭建更加理想的嵌入式控制系統，綜合考慮了本監護系統的實際應用，采用嵌入式Linux控制系統作為主控系統，圖1是系統整體結構圖，系統在ARM9的硬件平臺上搭建了一個嵌入式Linux系統，其中Linux內核采用的是2.4.18穩定內核。

2.1定制Linux系統

依據所選擇的CPU類型即ARM9，以公開的嵌入式Linux源代碼為基礎，根據設計的嵌入式目標板情況編寫相應的Bootloader程序（啟動裝載程序）。然后根據標準Linux裁剪出適合的內核和文件系統，采用的嵌入式Linux在其內核內部實現了TCP/IP和相應的驅動，并裁剪掉了不需要的模塊，在Redhat9.0的宿主機上對Bootloader和2.4.18版本的Linux內核進行交叉編譯[5]。再對其文件系統進行精簡，將Bootloader程序、內核和文件系統固化到目標板的Flash（閃存）中，便定制好了合適的嵌入式Linux系統。

2.2嵌入式多生理參數監護系統的硬件構成

如圖2所示為嵌入式多生理參數監護系統的硬件結構圖，主控制模塊采用的是ARM體系的處理器，即是Samsung公司的 S3C2410芯片，該芯片采用ARM920T微處理器作為控制器內核。硬件各種接口以及擴展，都是可定制的[1]。本系統是專用于人體生理參數的監護，故接口設計主要考慮各種人體生理參數的傳感器。由于系統中的各生理參數監護模塊，都采用了OEM模塊，這些模塊采用單一的串口通訊，通過串口/USB口轉換模塊，就可以通過USB接口接入主控系統中。

3、核心功能的實現

系統的核心功能是要實現對各心理參數的實時監護，同時能及時計算和分析數據，并能準確快速地發現超標的數據，實現超標報警功能。其中超標報警接口和可擴展的接口還需要編寫相應的驅動程序。

3.1驅動程序的編寫與調試

超標報警接口以及可擴展的接口，都應編寫相應的驅動程序，其中超標報警接口的驅動程序的基本流程如下：

1）定義主設備號； 2）驅動初始化（或者是模塊的初始化）； 3）實現文件操作，定義file_operations結構； 4）實現中斷服務（不是必須的）；5）編譯該驅動到內核（或用insmod命令加載）；6）測試設備。

超標報警接口作為外接的一個設備，先定義以下設備號，

#difine DEVICE_NAME “alarms” /*定義alarm設備的名字*/

#difine ALARM_MAJOR 254 /*定義alarm設備的主設備號*/