基于S3C2440的智能模拟人的控制

摘要：以S3C2440为平台，实现了S3C2440单板机对智能模拟人的控制箱，按压和通气功能的控制，以及S3C2440与上位机通信功能，通过对内核的裁剪和驱动及控制程序的编写，不仅可以实现各种控制箱的操作，而且也可以对模拟人的按压和通气模拟操作功能进行控制，产生与之对应的各种模拟反应。最后，提出了用设置加权系数的办法解决按压和通气控制条反应速率过缓问题。
关键词：S3C2440；ARM9；VC；控制箱；按压；通气

0 引言
医学模拟教学是利用各种模拟手段，再现临床医学的工作场景，为学习者提供一个无风险的学习临床知识和技能的条件与环境。医学模拟教学以其对病人无创、方便、操作可重复、低成本等优势已经成为现代医学教学的主导方式之一。我国在临床医学模拟教学设备还处于比较低层次上，高端的教学设备多数还以进口为主，自主研发并实际应用很少。智能模拟人系统正是在这种情况下填补了现在国内市场的空白，满足我国临床医学高层次实践教学需求。
智能综合模拟人系统采用目前国际医学模拟教学中比较流行的触觉感知技术，可以逼真地模拟各种医疗过程，并对各个过程进行实时监控。本文主要介绍医学教学和临床教学中常用的除颤，CPR和Ventilation的操作实现方法，它们在医学教学和临床教学中起到了桥梁作用，使受训者的理论和临床实践很好地结合起来，极大地提高了受训者的应变能力和现场处理能力。

1 S3C2440介绍
由于所需完成的功能众多，对体积、功耗和性能诸多方面要求较高，如果用传统的MCU处理，显然不能满足需要，所以这里采用S3C2440作为平台搭建系统，三星公司推出的16／32位RISC微处理器S3C2440，采用ARM920T的内核，0．13 μm的CMOS标准宏单元和存储器单元，采用了新的总线架构——AMBA。为手持设备和一般类型应用提供了低价格，低功耗，高性能小型微处理器的解决方案，满足了系统搭建的要求。
1．1 S3C2440的功能
S3C2440的杰出特点是其核心处理器(CPU)，是一个由Advanced RISC Machines有限公司设计的16／32位ARM920T、的RISC处理器。ARM-920T实现了MMU，AMBA BUS和Harvard高速缓冲体系结构。这一结构具有独立的16 KB指令Cache和16 KB数据Cache。每个都是由具有8字长的行组成。通过提供一套完整的通用系统外设，S3C2440减少了整体系统成本和无需配置额外的组件。
综合对芯片的功能描述，总共有以下17种功能：
(1)1．2 V内核供电，1．8 V／2．5 V／3．3 V存储器供电，3．3 V外部I／O供电，具备16 KB的I-Cache和16KB DCache／MMU微处理器。
(2)外部存储控制器(SDRAM控制和片选逻辑)。
(3)LCD控制器(最大支持4K色STN和256色TFT)提供1通道LCD专用DMA。
(4)4通道DMA并有外部请求引脚。
(5)3通道UART。
(6)2通道SPI。
(7)1通道I2S-BUS音频编解码器接口。
(8)1通道I2C-BUS接口(多主支持)。
(9)AC97解码器接口。
(10)兼容SD主接口协议1．O版和MMC卡协议2．1l兼容版。
(11)2端口USB主机／1端口USB设备(1．1版)。
(12)8通道10比特ADC和触摸屏接口。
(13)具有日历功能RTC。
(14)相机接口(最大4 096×4 096像素的投入支持)。
(15)130个通用I／O口和24通道外部中断源。
(16)具有普通、慢速、空闲和掉电模式。
(17)具有PLL片上时钟发生器。
1．2 S3C2440的主要特性
S3C2440相对于MCU有许多不同的特性，主要应用于智能模拟人系统功能的特性包括以下几方面：
(1)体系结构：加强的ARM体系结构MMU用于支持Linux。
(2)系统管理器：支持高速总线模式和异步总线模式，寻址空间每BANK 128 MB(总共1 GB)，支持掉电时SDRAM自刷新模式。
(3)RTC(实时时钟)：32．768 kHz工作，具有报警中断和节拍中断。
(4)通用I／O端口：24个外部中断端口，130个多功能输入／输出口。
(5)UART：3通道UART，可以基于DMA模式或中断模式工作。
(6)A／D转换和触摸屏接口：8通道多路复用ADC，最大500 KSPS。
(7)工作电压：输入／输出3．3 V，同时有5 V供电电压接口。

2 智能模拟人功能实现
2．1 控制箱功能的实现
模型人信息采集模块是整个系统正常工作的保证，信息采集的精度、可靠度决定了整个系统的性价比。模型人的信息采集分为数字量信息采集和模拟量信息采集两部分。
数字量信息采集主要是采集模型人身上的开关量，主要包括对模拟人体生命体征监护仪信息、气管插管术信息、模拟静脉给药信息、模拟胎儿监护仪信息采集、模拟血压仪的信息和模拟脉搏氧饱和度信息采集。主控制器实时扫描感应器终端，拾取感应器信息，经处理后通过通信系统传给上位机。系统采取了系统扩展I／O口和主控制器I／O并行与位置传感器终端相连采取位置感应器信息。
具体体现在智能模拟人的控制箱功能包括：APEX，AED，ECG，BP，TEP，SIP的控制，总共需要14个I／O口进行配置相应的操作，通过GP-IO驱动定义S3C2440的外设引脚功能，当对I／O口进行上电操作时，通过UART向上位机发送14位相对应的数据，从而使相应的功能实现，具体表现是上位机的控制箱界面的相应功能按钮将会显示绿色，否则，表示未启动功能(此时状态为红色)，具体表现是上位机的控制箱界面信号灯不显示，如图1所示。