基于国产CPU的嵌入式医疗电子无线网络设计(一)

最新更新时间:2013-10-07来源: 互联网关键字:CPU  嵌入式  医疗电子  无线网络 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

摘要: 传统的医疗电子设备并不具备无线功能,不能实现随时随地的医疗监控。文中提出一个基于IPV6 的用于医疗电子无线网络的路由协议,并基于国产CK610 CPU 和TI 公司的CC2520射频芯片实现了基本无线通信,并在PC 上通过图形界面显示出医疗检验结果。

  0 引言

  医疗电子领域中,在嵌入式处理器方面,目前使用最广泛和主流的象ARM.MIPS 都是国外厂商生产的CPU,而国内的具有自主知识产权的CPU 却很少被人注意。

  此外,随着无线技术的进步和无线设备成本的降低,医疗电子无线化必将是未来发展的趋势。目前已经有一些企业和团体在医疗电子无线化的方向上作出了研究和开发,但是目前的无线医疗电子使用的网络协议基本都是基于IPV4 的,将更加先进的IPV6 网络运用到无线医疗电子是未来发展必须面临的问题。

  本文主要为医疗电子设计了一个基于IPV6 的网络协议,为实现该协议编写了路由协议程序和射频适配程序,实现了医疗电子的无线功能。

  1 系统概述

  主要系统架构如图1 所示: 单个节点由CK610开发板与医疗电子板和CC2520 射频芯片组成,控制器为普通节点与PC 相连接.Linux 用作CK610 的操作系统,CK610 通过操作FPGA IP 核模拟的SPI 来控制CC2520,CC2591 由CC2520 的管脚控制。

  

  在整个医疗电子应用的网络系统中,可以有多个节点,但是只有一个控制器。所有节点数据发送的终点是控制器,距离较远的节点可以通过其他节点转发来传输数据。

  2 网络协议设计

  为了实现图1 的系统架构,需要为系统设计一个基于IPV6 的网络协议。

  2. 1 路由算法设计

  建立和维护无线网络,必须要发送和处理三种形式的数据包,分别是路由请求包。路由广播包和路由汇报包。

  网络中的每个节点都维护一个路由表,路由表的每项都是与本节点相邻的节点。一个典型节点路由表内容如表1所示。

  

  每个节点会对路由表中的每项根据总链路代价进行排序,总链路代价最小的对应的节点会被选为默认路由,只要节点有数据要发送或者转发,都会将数据发往默认路由。

  总链路代价表示的是这条链路信道的质量,该值越小越好,它是本地链路代价和前驱节点链路代价两者之和。前驱节点链路代价是从本节点定期发送的路由广播包中获取的。如果前驱节点是控制器,那么前驱节点链路代价是0.本地链路代价指的是自身节点同前驱节点之间信道的链路代价,表示的是通信信道质量,该值越小越好。为了计算本地链路代价,必须要维护长期发送数据包总数LT.长期发送数据包成功数LS.近期发送数据包总数ST 和近期发送数据包成功数SS 这四个数据。

  ST 和SS 从零开始计数,节点每发送一次数据( 包括重传) ,近期发送数据包总数ST 就会加1,而近期发送数据包成功数SS 则是每成功发送一次数据就加1.这两个值会在RTIMER 定时器到期之时更新完长期发送数据包总数LT 和长期发送数据包成功数LS 之后清零。长期发送数据包总数LT 和长期发送数据包成功数LS 在RTIMER 定时器到期之时更新,更新的规则是将当前长期发送数据包总数LT 加上近期发送数据包总数ST 作为新的长期发送数据包总数LT,将长期发送数据包成功数LS加上近期发送数据包成功数SS 作为新的长期发送数据包成功数LS,如果此时长期发送数据包总数LT 大于0XF000,那么将长期发送数据包总数LT 和长期发送数据包成功数LS 右移一位。这样做有两个好处:

  ( 1) 避免长期发送数据包总数LT 和长期发送数据包成功数LS 无限增大到无法存储。

  ( 2) 离当前时间越远的统计值对计算链路代价的影响越小,符合自然规律。

  本地链路代价的计算公式如下:

  

  节点会在收到邻居节点的路由广播包和RTIMER定时器到期的时候更新路由表链路代价信息。

  2. 2 网络节点的加入

  当节点1 要加入网络中时首先要发送一个路由请求包,申请加入无线网络。控制器接收到这个请求之后,向节点1 发送一个路由广播包。节点1 接收到该路由广播包之后,将网络地址前缀加上自己的节点ID 组成自己的网络地址,并且将控制器加入自己的路由表。此时节点1 的默认路由是控制器。

  同时,节点1 会立即启动TTIMER 和RTIMER 两个定时器,当TTIMER 到期时,节点1 就会向控制器发送路由汇报包,控制器收到该包及时更新网络拓扑。

  而控制器的RTIMER 到期之时,也会给节点1 发送路由广播,节点1 立即更新路由表。

  网络运行的过程中,有新的节点要加入这个网络,且该节点能够直接同控制器通信,此时的情况比第一个节点加入网络的情况复杂些。节点2 启动时,首先发送一个路由请求包,控制器和节点1 接收到该包后会先后发送路由广播包,节点2 收到这些包之后修改自己的网络地址,并且将控制器和节点1 都加入自己的路由表中。当RTIMER 定时器到期时,会发送路由汇报包给控制器,经过一段时间稳定之后,路由汇报包的内容应该包括节点1 和控制器。

  之后节点1 的RTIMER 定时器到期,发送路由广播包,控制器和节点2 都能收到,节点2 更新其路由表,节点2 的RTIMER 定时器到期也会发送路由广播包,此时节点1 将节点2 加入自己的路由表。

  如果新加入的节点无法直接同控制器通信,即节点1 已经存在于网络中,节点2 无法同控制器通信。节点2 启动的时候也会发送路由请求包,这个包只有节点1 可以收到,于是节点1 给节点2 回复一个路由广播包,节点2 和控制器都可以收到。节点2 收到这个包之后,会设置好自己的网络地址,同时将节点1 加入自己的路由表中。此时节点2 的路由表只有节点1 这一项,因此节点2 的默认路由是节点1.节点2 的TTIMER 定时器到期时会向默认路由,即节点1 发送路由汇报包,节点1 收到路由汇报包之后将其转发给控制器。节点1 的RTIMER 定时器到期,发送路由广播包,节点2 更新其路由表。

  节点2 的RTIMER 定时器到期之时发送路由广播包,节点1 接收到该包之时更新路由表。

  2. 3 网络的维护与更新

  网络运行过程中,信道都是随时变化的。为了使整个网络工作正常,必须要及时更新网络参数。

  网络的维护和更新是通过每个节点的RTIMER 定时器实现的,每当该定时器到期,节点都会广播路由广播包,所有接收到该广播包的节点都会更新自己的路由表信息,这样整个网络的信道信息得到了更新。

关键字:CPU  嵌入式  医疗电子  无线网络 编辑:神话 引用地址:基于国产CPU的嵌入式医疗电子无线网络设计(一)

上一篇:基于FPGA的汽车ECU设计充分符合AUTOSAR和ISO 26262标准(三)
下一篇:基于国产CPU的嵌入式医疗电子无线网络设计(二)

推荐阅读最新更新时间:2023-10-12 20:49

嵌入式闪存使“智能”汽车接口应用得以实现
在SoC设计中,对共存元件特别是非易失存储器进行排列,可不是一件容易的事情,因为有复杂度要求,就会有潜在成本的上升。其决窍就是在确保最终IC仍能提供有成本效益的取代方案的同时对各种元件加以集成。           现代汽车中日益增加的汽车电子元件已对汽车的空间和重量提出了挑战。并且,在汽车电子集成的过程中,当重量的问题通过使线束合理化得以改进后,空间的限制仍然为主要的关注点。  因此,对于关注节省空间的工程师们来说,所采用的潜在的半导体技术集成水平就显得从未有过的重要。无论怎样,通过集成电路对元件进行替换,最新技术有助于使元件数量趋于合理,而增加IC的“智能”性也能进一步改进集成的功效。  实现这一高水平集成的关键在于混合信号半导
[嵌入式]
Maxim Integrated保护嵌入式系统的交钥匙方案亮相TRUSTECH 2017展览
在法国戛纳举办的TRUSTECH 2017展会上(当地时间2017年11月28日至30日) ,Maxim将展示能够有效保护嵌入式系统和联网设备的交钥匙方案,防止您的系统遭受侵入式攻击。有关黑客攻击的新闻屡见不鲜,设计工程师在竭力保证产品安全的同时还必须满足严格的上市时间和预算限制。此外,安全标准证书的成本也在不断上涨。Maxim的嵌入式方案在满足安全要求的前提下,不会为预算带来任何压力。   Maxim将提供以下领域的技术演示: 采用ChipDNA™技术的DS28E38 DeepCover®安全认证器,由于密钥根本没有保存在存储器或其他任何静态存储器中,能够有效防御入侵式物理攻击。这种高成效、物理上无法克隆的技术(PUF
[嵌入式]
TI高级副总裁:嵌入式与模拟产业的不同
日前, 德州仪器全球高级副总裁、模拟业务部总经理Brian Crutcher访华,EEWORLD有幸专访采访到其关于TI模拟与嵌入式的关系,以下是与Brian的详细对话。 EEWORLD:4年前,我们主编采访过您,关于TI收购luminary的解读。当时您负责的是TI EP部门,作为掌管过TI两个重要部门的您,认为EP和模拟的经营策略有何不同?EP的管理经验有什么是您未来掌管模拟部门应该值得借鉴的?目前TI大多数的解决方案,往往是模拟和EP综合解决方案,那么对于您来说,是否意味着熟悉两个部门的您更容易协调这两大产品线? Brian:据我了解无论是模拟还是嵌入式处理业务都还有很大的增长空间!这两个业务部门间有诸多的不同之
[模拟电子]
TI高级副总裁:<font color='red'>嵌入式</font>与模拟产业的不同
无线网络ZigBee技术及与Wi-Fi的区别
  基于ZigBee技术的应用   随着ZigBee规范的进一步完善,许多公司均在着手开发基于ZigBee的产品。采用ZigBee技术的无线网络应用领域有家庭自动化、家庭安全、工业与环境控制与医疗护理、检测环境、监测、监察保鲜食品的运输过程及保质情况等等。其典型应用领域如下:   数字家庭领域   可以应用于家庭的照明、温度、安全、控制等。ZigBee模块可安装在电视、灯泡、遥控器、儿童玩具、游戏机、门禁系统、空调系统和其它家电产品等,例如在灯泡中装置ZigBee模块,则人们要开灯,就不需要走到墙壁开关处,直接通过遥控便可开灯。当你打开电视机时,灯光会自动减弱;当电话铃响起时或你拿起话机准备打电话时,电视机会自动
[网络通信]
<font color='red'>无线网络</font>ZigBee技术及与Wi-Fi的区别
ARM嵌入式开发入门必要步骤
ARM嵌入式开发是嵌入式开发领略比较热门的技术,本文针对ARM嵌入式开发的入门者给出嵌入式开发的基础知识和入门必要步骤。 1. 做个最小系统板:如果你从没有做过ARM嵌入式开发,建议你一开始不要贪大求全,把所有的应用都做好,因为ARM的启动方式和dsp或单片机有所不同,往往会遇到各种问题,所以建议先布一个仅有Flash,SRAM或SDRAM、CPU、JTAG、和复位信号的小系统板,留出扩展接口。使最小系统能够正常运行,你的任务就完成了一半,好在ARM的外围接口基本都是标准接口,如果你已有这些硬件的布线经验,这对你来讲是一件很容易的事情。 2. 写启动代码,根据硬件地址先写一个能够启动的小代码,包括以下部分: 初始化端口,屏
[单片机]
基于LPC2294处理器的嵌入式PLC体系设计方案
1 嵌入式PLC的硬件结构设计 1.1 微控制器芯片的选取 CPU是 PLC 的核心,它能够识别用户按照特定的格式输入的各种指令,并按照指令的规定,根据当前的现场I/O信号的状态,发出相应的控制指令,完成预定的控制任务。本设计选用的是Philips公司生产的 LPC2294 微控制器。LPC2294是一款基于32位ARM7TDMI-S,并支持实时仿真和跟踪的CPU芯片,它带有256kB嵌入的高速Flash存储器,16kB 片内SRAM.LPC2294采用144脚封装、具有极低的功耗以及多达112个通用I/O 口,9个边沿或电平触发的外部中断引脚,最大为60MHz的工作晶振,多个32位定时器,PWM 单元,实时时钟和看门狗,转换
[电源管理]
基于LPC2294处理器的<font color='red'>嵌入式</font>PLC体系设计方案
改进型时间触发嵌入式系统编程模式
引言 目前,RTOS特别是抢先式RTOS在嵌入式系统中的应用越来越广泛,但是还有很大一部分产品使用是小型单片机。这些系统由于成本的限制,通常资源非常有限,比如ROM往往小丁32 KB,RAM小于2 KB,由于RTOS对每个任务都要开辟单独内存区域,存放任务的上下文和各任务独立的堆栈,所以在这种系统中使用RTOS非常勉强。对于这些低成本资源受限系统通常采用“前后台”(或者叫“超级循环”)结构进行编程,这实际上是一种事件触发的编程模式,当中断数目较多且系统完成的功能相对复杂时,就会使系统的程序编写变得非常复杂并使系统运行的可预测性迅速下降。 针对这个问题,Michael J.Pont提出了一种“基于时间触发的编程模式”,这种方
[单片机]
改进型时间触发<font color='red'>嵌入式</font>系统编程模式
3D打印+碘粒子植入:中大医院各方联合“围剿”肿瘤的神器
 放射性碘125粒子,虽然直径不足1mm,长不足5mm,但多颗精准分布植入到肿瘤中,聚集起来从内向外“引爆”,能有效治疗实体肿瘤。下面就随医疗电子小编一起来了解一下相关内容吧。 再联合支架技术,还能实现开通狭窄通道和“围剿”肿瘤双重效果,这一神奇“神器”虽小但威力强大。近日,东南大学附属中大医院传来消息,作为该院享誉国内外的“王牌技术”之一,中大医院介入与血管外科滕皋军、郭金和团队的专家们向省内外同行展示了碘粒子与支架及3D打印等联合应用治疗肿瘤的神奇魅力。 用于碘粒子植入的3D打印模板 案例:碘粒子布阵三次 彻底剿灭肿瘤病灶 虽然碘125粒子很微小,聚集起来力量大,你可别小瞧了它,前段时间它可消灭了一个巨大骨肉瘤呢,8
[医疗电子]
小广播
最新模拟电子文章
换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved