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监护仪Linux系统的实时性研究

作　者: 高倩
导　师: 常本康；沈凌巍
学　校: 南京理工大学
专　业: 光学工程
关键词: Linux 实时性 嵌入式 监护仪 医疗设备
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


监护仪是将患者的各种生理信息提取出来,进行分析判断,帮助医护人员对患者病情进行检测和防护的医疗设备。监护仪进行监测时,要根据不同的采样频率对生理参数分别进行采集,同步在屏幕上显示波形,对超出报警限制的数值做出预警。Linux作为一类常用的通用操作系统,有不可替代的优点,但是当用于嵌入式系统时,还需要对它的实时性进行改造。本文以通用电气医疗公司监护仪项目开发为研究内容,论述了提高嵌入式Linux系统实时性的方法。首先在Linux内部打补丁,改变了他的中断方式,从不可抢占式内核修改为可抢占内核,精简了Linux内核,提高了效率；然后在外部设计了一个专门处理实时数据的模块,称之为UMBC。UMBC可以降低实时数据对Linux的访问频率,从而有效地减少了Linux的负荷。它是连接各个生理参数之间的数据采集模块,根据不同参数的采样频率,利用485总线分别通信,然后将采集到的数据进行判断后,通过USB,按照优先级顺序决定与Linux的通信频率。在硬件方面选择AT91SAM9G10芯片,并对电源、定时器、USART和USB通信进行设计；在软件方面主要进行四个部分的程序编写：实时模块软件编程kemimain,编辑运行在UMBC上的主程序,用于进行内核的初始化,和相关函数的调用；与Linux通讯软件编程Umbcmgr,用于控制USB通信；数据采集模块软件编程Mbhost,用于控制485总线通信；除颤信号软件编程Defibmaker,当从模块各个参数收集来的数据时,首先判断是否属于室颤信号,如果属于室颤信号,可以不用遵守10毫秒通讯的原则,优先发送该信号。因为室颤是导致心源性猝死的严重心律失常,甚至导致5-10分钟内死亡。一旦发生应该尽快处理。实验结果证实,通过对Linux内核的减裁和外部实时模块的增加,Linux不再因为采集数据而频繁产生的中断导致超负荷运作,监护仪可以正常工作,有效地提高了Linux的实时性。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-18
  1.1 监护仪Linux系统实时性研究的医疗背景  7-13
    1.1.1 监护仪的生理参数  7-10
    1.1.2 监护仪的发展趋势  10-13
  1.2 监护仪Linux系统实时性研究的技术背景  13-16
    1.2.1 嵌入式操作系统与实时操作系统  13-15
    1.2.2 嵌入式Linux实时性分析及解决方法  15-16
  1.3 本文研究的意义  16-17
  1.4 本文所做的工作  17-18
2 监护仪Linux内核的设计  18-24
  2.1 监护仪Linux系统内核的概述  18-19
    2.1.1 内核的定义  18
    2.1.2 Linux内核版本获得与安装  18-19
  2.2 监护仪Linux系统内核的减裁与编译  19-24
    2.2.1 内核编译前的预处理  19-20
    2.2.2 CPU的类型与芯片选择  20-21
    2.2.3 可抢占内核与时钟粒度的选择  21-22
    2.2.4 USB的驱动设置  22-23
    2.2.5 Linux系统内核的编译  23-24
3 监护仪Linux系统实时模块的硬件研制  24-35
  3.1 监护仪Linux系统实时模块的设计原理  24-27
  3.2 芯片选择  27-30
  3.3 电源电路设计  30
  3.4 定时器电路设计  30-31
  3.5 USB端口电路设计  31-32
  3.6 485总线端口电路设计  32-35
4 监护仪Linux系统实时模块的软件研制  35-46
  4.1 UMBC总体软件结构  35-36
  4.2 实时模块主软件多线程编程  36-38
  4.3 与Linux通信软件编程  38
  4.4 数据采集模块软件编程  38-45
  4.5 除颤信号软件编程  45-46
5 监护仪Linux系统实时性调试结果及测试报告  46-59
  5.1 监护仪Linux系统实时性调试结果  46-49
    5.1.1 测试信息  46
    5.1.2 测试环境  46
    5.1.3 测试项目  46-49
    5.1.4 调试结果总结与分析  49
  5.2 监护仪Linux系统实时性测试介绍  49-50
    5.2.1 测试目的  49
    5.2.2 测试概要  49
    5.2.3 缩写  49-50
  5.3 监护仪Linux系统的实时性设计验证计划  50-51
    5.3.1 日程安排  50
    5.3.2 验证测试活动  50
    5.3.3 方法和工具  50-51
  5.4 监护仪Linux系统实时性测试报告  51-59
    5.4.1 测试信息  51
    5.4.2 测试环境  51-52
    5.4.3 测试项目  52-57
    5.4.4 测试结果总结与分析  57-59
6 结束语  59-61
  6.1 本文所做的工作  59
  6.2 本文创新点  59-60
  6.3 有待进一步解决的问题  60-61
致谢  61-62
参考文献  62-66
附录  66-84

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 监视、报警、故障诊断系统
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