【正文】 ............................................................... 13 設(shè)備驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu) ............................................................................................... 14 設(shè)備驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ..................................................................... 14 設(shè)備驅(qū)動(dòng)的基本函數(shù) ........................................................................ 15 鍵盤驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn) ................................................................................ 17 5 嵌入式數(shù)字 B 超圖像處理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) .................................................................. 19 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的方法 ........................................................................................... 19 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的原理 ........................................................................................... 19 前處理及幀存控制 ............................................................................ 20 DMA 傳輸 ............................................................................................. 20 后處理及其顯示 ................................................................................ 20 6 嵌入式 Linux 的 B 超圖像打印的實(shí)現(xiàn) ................................................................. 21 嵌入式 Linux 的小型 B 超儀的打印方案 ................................................... 21 7 總結(jié)與心得 .............................................................................................................. 23 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 24 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 1 頁 共 28 頁 1 嵌入式的 概述 嵌入式技術(shù)的現(xiàn)狀 后 PC 時(shí)代，嵌入式系統(tǒng)將擁有最大的市場(chǎng)。目前在世界范圍內(nèi)嵌入式系統(tǒng)帶來的工業(yè)年產(chǎn)值已經(jīng)超過了 1 萬億美兀。盡管還沒有從事該領(lǐng)域開發(fā)的公司占到了大多數(shù)，但我國國內(nèi)的嵌入式軟件市場(chǎng)已經(jīng)處十整體啟動(dòng)階段。國內(nèi)嵌入式軟件市場(chǎng)未來的發(fā)展重點(diǎn)在十對(duì)應(yīng)用范圍的拓展， 而且 手持設(shè)備、信息家電和工業(yè)控制則是近期市場(chǎng)的二大熱點(diǎn)。展望未來，明天的嵌入式系統(tǒng)將比今天的更 方便、 更小巧、更可靠 、更高效 而且 更智能化。美國著名的未來學(xué)家尼葛洛龐帝在1999 年訪華時(shí)曾預(yù)言， 4 至 5 年后嵌入式系統(tǒng)將是繼 PC 和 Inter 之后最偉大的發(fā)明。如今 那么多 年過去了，現(xiàn)實(shí)的發(fā)展也驗(yàn)證了這個(gè)預(yù)言的正確性?，F(xiàn)在，嵌入式系統(tǒng)正處十高速發(fā)展階段，未來幾年，這種發(fā)展和競(jìng)爭(zhēng)將愈演愈烈。 經(jīng)過幾十年的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在很大程度上改變了人們的生活、工作和娛樂方式， 而且 這些改變還在加速。嵌入式系統(tǒng)具有無數(shù)的種類，每類都具有自己獨(dú)特的個(gè)性。例如， MP數(shù)碼相機(jī)與打印機(jī)就有很大的不同。汽車中更是具有多個(gè)嵌入式系統(tǒng)，使汽 車更輕快、更安全和更容易駕駛。 即使不可見，嵌入式系統(tǒng)也無處不在。嵌入式系統(tǒng)在很多產(chǎn)業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用并逐步改變著這些產(chǎn)業(yè)，包括工業(yè)自動(dòng)化、國防、運(yùn)輸和航天領(lǐng)域。例如神州飛船和長(zhǎng)征火箭中有很多嵌入式系統(tǒng)，導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)，高檔汽車中也有多達(dá)幾十個(gè)嵌入式系統(tǒng)。在口常生活中，幾乎所有的帶有一點(diǎn)“智能”的家電 (如全自動(dòng)洗衣機(jī)、電腦電飯煲等 )都是嵌入式系統(tǒng)。 嵌入式系統(tǒng)概述 嵌入式系統(tǒng)的定義 嵌入式系統(tǒng)實(shí)際上是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。通常計(jì)算機(jī)連同一些常規(guī)的外設(shè)是作為獨(dú)立的系統(tǒng) }而 存在 的，并非為某一方面的專門應(yīng)用 }而 存在。例如一臺(tái) PC 就是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)存在的目的就是為人們提供一臺(tái)可以編程、會(huì)計(jì)算、能處理數(shù)據(jù)的機(jī)器。它可以作為科學(xué)計(jì)算工具，也可以作為企業(yè)管理的工具，一般把這樣的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)成為通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。但是有些系統(tǒng)卻不是這樣。例如醫(yī)用 CT 也是一個(gè)系統(tǒng)，這里面也有計(jì)算機(jī)，但是這種計(jì)算機(jī)是作為某個(gè)專南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 2 頁 共 28 頁 用系統(tǒng)中的一個(gè)部件 }而 存在的。像這樣嵌入到更大的、專用的系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就是嵌入式系統(tǒng)。 IEEE(國際電氣和電子工程師協(xié)會(huì) )對(duì)嵌入式系統(tǒng)的定義為 :嵌入式系統(tǒng)是“用十控制、監(jiān)視或者輔助 操作機(jī)器和設(shè)備的裝置”。國內(nèi)普遍認(rèn)同的嵌入式系統(tǒng)定義為 :以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁減，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 嵌入式系統(tǒng)分類 嵌入式系統(tǒng)可以大致分為如下類型。這種分類是依據(jù)系統(tǒng)是否必須作為獨(dú)立單兀工作或必須具有網(wǎng)絡(luò)功能，是否必須執(zhí)行實(shí)時(shí)操作等標(biāo)準(zhǔn)來劃分的。 (1)單機(jī)嵌入式系統(tǒng) 單機(jī)嵌入式系統(tǒng)以單機(jī)方式工作，獲取輸入并產(chǎn)生輸出。輸入可以是來自傳感器的電信號(hào)，或者是來自人的命令，比如按下按鈕。輸出可以是驅(qū)動(dòng)另一個(gè)系統(tǒng) 的電信號(hào)，或者是為用戶顯示信息的 LED 或者 LCD 顯示。在制造廠和汽車廠里很多用十過程控制的嵌入式系統(tǒng)可以被劃入此類。在過程控制系統(tǒng)中，輸入來自傳感器，傳感器將溫度等物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電信號(hào)成為能夠控制閥門等設(shè)備的輸出。在一些單機(jī)系統(tǒng)中，執(zhí)行某項(xiàng)特定任務(wù)的時(shí)間限制并不十分嚴(yán)格，早幾毫秒和晚幾毫秒沒有太大的關(guān)系，換句話說，響應(yīng)時(shí)間不是至關(guān)重要的。 (2)實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng) 有些嵌入式系統(tǒng)被要求在指定的時(shí)間內(nèi)完成特定的任務(wù)。這樣的系統(tǒng)被稱為實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)。例如，例如當(dāng)潮度超過特定閩值的時(shí)候，必須在 30 毫秒內(nèi)打開閥 門的系統(tǒng)。如果該任務(wù)未能在 30 毫秒內(nèi)完成則可能產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。這種必須嚴(yán)格符合實(shí)時(shí)約束條件的系統(tǒng)被稱作“硬實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)”。當(dāng)必須執(zhí)行對(duì)時(shí)間要求很嚴(yán)格的任務(wù)時(shí)，在過程控制中也大量使用“硬實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)”。還有很多系統(tǒng)有實(shí)時(shí)要求，但是對(duì)實(shí)時(shí)的要求不強(qiáng)，例如語音通信系統(tǒng)，語音包的延遲只會(huì)造成短暫的靜默，不會(huì)有什么嚴(yán)重的后果，類似的這種系統(tǒng)被成為“軟實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)”。 嵌入式系統(tǒng)的組成 嵌入式系統(tǒng)是專用計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，它具有一般計(jì)算機(jī)組成的共性，也是由硬件和軟件組成的。嵌入式系統(tǒng)的硬件是嵌入式系統(tǒng)軟件環(huán) 境運(yùn)行的基礎(chǔ)，它提供嵌入式系統(tǒng)軟件運(yùn)行的物理平臺(tái)和通信接口 。嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用軟件則是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，提供人機(jī)交互的信息等。雖然嵌入式系統(tǒng)一般沒有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)分，但是一般都把嵌入式系南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 3 頁 共 28 頁 統(tǒng)的軟件分為嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用軟件兩大部分。 (1)嵌入式系統(tǒng)硬件 嵌入式系統(tǒng)的硬件組成部分是以嵌入式處理器為中心，由存儲(chǔ)器、 I/O 設(shè)備、通信模塊以及電源等必要的輔助接口組成。嵌入式系統(tǒng)是量身定做的專用計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，它不同十 PC 機(jī)的組成，在實(shí)際應(yīng)用中的嵌入式系統(tǒng)硬 件配置非常精簡(jiǎn)，除了微控制器和基本的外圍電路以外，其余的電路都可根據(jù)需要和成本進(jìn)行裁減、定制。嵌入式系統(tǒng)硬件核心是嵌入式微處理器，有時(shí)為了提高系統(tǒng)的信息處理能力，常常外接 DSP(或者選用內(nèi)部集成了 DSP 模塊的微處理器 )，以完成高性能信號(hào)處理。 (2)嵌入式系統(tǒng)軟件 對(duì)十使用操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)來說，嵌入式系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)一般包含 4 個(gè)層面 ： 設(shè)備驅(qū)動(dòng)層、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序接口 API 層、實(shí)際應(yīng)用程序?qū)?。?duì)十功能簡(jiǎn)單，僅僅包括應(yīng)用程序的嵌入式系統(tǒng)，一般不使用操作系統(tǒng)，僅有應(yīng)用程序和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。驅(qū)動(dòng)程 序是嵌入式系統(tǒng)中不可或缺的重要部分，使用任何外部設(shè)備都需要有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序的支持，它為上層軟件提供了設(shè)備的操作接口。上層軟件不用考慮設(shè)備的具體內(nèi)部操作，只需要調(diào)用驅(qū)動(dòng)層程序提供的接口即可。驅(qū)動(dòng)程序不僅要實(shí)現(xiàn)設(shè)備的基本功能函數(shù)，如初始化、中斷響應(yīng)、發(fā)送、接收等，使設(shè)備的基本功能能夠?qū)崿F(xiàn)，而且因?yàn)樵O(shè)備在使用過程中還會(huì)出現(xiàn)各種各樣的差錯(cuò)，所以好的驅(qū)動(dòng)程序還有完備的錯(cuò)誤處理函數(shù)。 B 超技術(shù)的發(fā)展 B 超現(xiàn)今已成為超聲診斷的最基本技術(shù)，由十其具有無創(chuàng)傷、操作簡(jiǎn)便、成本低廉的特點(diǎn)，廣泛用十臨床診斷。 30 年 來經(jīng)歷了模擬、模擬 /數(shù)字混合和全數(shù)字技術(shù)二個(gè)階段。 90 年代，由十超高密度（ 192, 256 陣元 )、超寬頻 (5MHz)探頭的發(fā)展，采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖像處理技術(shù)，已能形成高質(zhì)量的聲束 (分辨率極高 )獲取超寬頻信號(hào)和細(xì)微變化的信息。高質(zhì)量的圖像 (信息豐富而且真實(shí) )不僅提供了高的空間分辨率和對(duì)比分辨率，而且提高了十分重要的組織鑒別力，有力地增強(qiáng)了超聲臨床診斷效果。 B 超的發(fā)展，一直圍繞著如何獲得更充分更真實(shí)的信息而努力。不斷地提高儀器的空間分辨力，對(duì)比分辨力，近年特別注意解決組織的鑒別力。主要特點(diǎn)有 :不斷發(fā)展探頭的 超寬頻、高信噪比、高匹配能力以及電子探頭的超高密度陣兀，以提供獲取高質(zhì)量聲束的基礎(chǔ) 。采用全數(shù)字聲束形成技術(shù)和超寬頻技術(shù)，以得到豐富 而且 真實(shí)的信息，取得高質(zhì)量的圖像，為解決對(duì)組織的鑒別力提供了可能的條件 。采用現(xiàn)代的圖像處理技術(shù)，減少斑點(diǎn)、噪音。提高信噪比，可以獲取更微弱的組織信號(hào)，增強(qiáng)對(duì)組織的鑒別力，有利十逐步解南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 4 頁 共 28 頁 接受隔離 與放大 檢波 信號(hào)處理 與視放 換能器 顯示器 發(fā)射電路 時(shí)序電路 決 B 超特異性不強(qiáng)的缺點(diǎn)。 小型化是現(xiàn)今 B 超發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。微電子技術(shù)的進(jìn)步和集成化的提高，使得芯片的功能更強(qiáng)、體積更小、功耗更低。以往體積做得很大的硬件模塊而今也許只需一個(gè)芯片即可替代。同時(shí)， 嵌入式技術(shù)的成熟也為 B 超的進(jìn)步做出了巨大貢獻(xiàn)。多家公司已經(jīng)成功推出了他們的筆記本式 B 超儀，極大地方便了醫(yī)生的出診。 2 B 型超聲儀前端模擬電路設(shè)計(jì) B 型超聲診斷儀采用 B 型 (Brightness)調(diào)制方式來顯示回波信號(hào)的強(qiáng)弱。 B 型顯示時(shí)，探頭中的換能器所發(fā)射和接收的超聲波按一定規(guī)則掃查過一個(gè)平面，所以顯示的 B 型黑白圖像是一幅二維的截面聲像圖。因此，也常把這類儀器稱為超聲斷層顯像儀，國外則常稱它為 B 型超聲掃查儀 (Ultrasound Bmode Scanner)。因?yàn)槊}沖回波法可獲得回波信號(hào)幅度和回波反射源深 度信息，調(diào)亮后的光點(diǎn)亮度（通常稱為灰階）與回波幅度間存在一定的函數(shù)關(guān)系（由顯示管的調(diào)制特性決定）。在 B 超儀的接收放大通道中使用對(duì)數(shù)放大器，因此調(diào)亮所用的回波幅度信號(hào)已經(jīng)過對(duì)數(shù)壓縮處理，于是顯示出來的二維黑白圖像具有很大的動(dòng)態(tài)范圍，其灰階代表著反射（或散射）系數(shù)的變化。聲阻抗大的組織和結(jié)石等物質(zhì)（質(zhì)量密度大的組織和物質(zhì)，其聲阻抗通常也大），其反射系數(shù)也大，所以 B 超圖像上的光點(diǎn)亮度也高。 B 超圖像所能顯示的組織界面及組織內(nèi)部不均勻的反射系數(shù)的變化范圍很大，加之二維截面聲圖像的解剖學(xué)特性，使得 B 型圖像具有極大的診斷 價(jià)值。 完整的 B 型超聲儀的工作原理圖可用圖 21 所示的方框圖來說明。 圖 21 超聲儀原理框圖 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 5 頁 共 28 頁 發(fā)射電路 由單片機(jī)發(fā)出的觸發(fā)脈沖使發(fā)射電路產(chǎn)生一個(gè)窄脈沖，其脈沖寬帶通常是換能器工作頻率之倒數(shù)的一半左右，即： ? ?00 21 f??? （ 22） 式（ 22）中： 0? 為發(fā)射脈沖的寬 度， 0f 為換能器的工作頻率。若采用的換能器工作頻率為 ，可得出發(fā)射脈沖寬度約為 150ns。采用 SN74LS221 器件得到 150ns 寬度的發(fā)射脈沖， SN74LS221 是一款性能非常優(yōu)良的單穩(wěn)態(tài)多頻振