基于Nios II的多生理参数处理系统的设计

2010-06-10 21:47:15来源: 王丽花,唐晓英,刘伟峰

  摘 要:以NiosⅡ软核处理器为核心的多生理参数系统数据处理平台的搭建,在FPGA中嵌入32位Nios II软核系统,用以控制信号的采集﹑处理﹑存储与显示等功能。NiosⅡ系统设计以NiosⅡ软核为核心,将全部的接口电路集成在同一片FPGA上,结构简单,易于修改,具有很高的性价比。

  随着医疗仪器设备向智能化、微型化、系列化、数字化和多功能方向的发展,医疗设备中逻辑控制器件也由采用中、小规模的集成芯片发展到应用现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)。使用FPGA器件可以大大缩短医疗设备的研制周期,减少开发成本,同时还可以很方便地对设计进行在线修改,因此FPGA在医疗设备中有很广泛的应用[1]。

  本文主要搭建一个多生理参数测量系统的数据处理平台,在FPGA中嵌入一个32位Nios II软核处理器,用于控制数据的传输、存储及显示。主要完成了此数据处理平台硬件系统的定制及编写相应程序,以控制数据的采集、存储及显示。

  采用Nios II处理器为核心进行设计,可以将全部的接口电路集成在同一片FPGA上,结构简单。同时,利用Nios II软核可在线配置的优点,通过软件编程改变FPGA的内部结构即可迅速、方便地实现系统性能的扩展、升级,大大缩短了系统的开发周期,提高了性价比。

  多生理参数测量系统的总体设计

  一个完整的生理参数检测系统结构可分为三部分:前端检测电路、接口部分、数据处理平台,分别完成生理信号的采集、传输和信号的处理功能,系统层次结构如图1所示。

  前端检测电路主要完成信号的采集和量化。通过连接不同的传感器,可以对不同的生理信号进行采集,包括心电信号、脉搏信号、体温等常见生理信号。采集到的生理信号经过一些放大、滤波、模数转换处理后,通过串口发送至数据处理模块进行处理,得到所需要的各种生理参数,最后进行显示或者无线传输。本文主要完成基于FPGA技术的数据处理平台的搭建。

  基于FPGA技术的数据处理平台的设计

  本设计搭建的是一个以Nios II软核处理器为核心的数据处理平台,首先控制串口接收数据,并存储在相应的存储空间,经过相关的数据处理,通过控制显示外设显示相应的波形和参数。NiosⅡ是基于哈佛结构的RISC通用嵌入式处理器软核,能与用户逻辑相结合,编程至Altera的FPGA中。处理器具有32位指令集、32位数据通道和可配置的指令以及数据缓冲[2-3]。

[1] [2] [3] [4]

关键字:NiosII  多生理参数处理  FPGA

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2010/0610/article_1179.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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