基于ARM的全数字B型超声诊断仪的设计与研究

摘要

超声理论与技术的快速发展，使超声设备不断更新，超声检查已成为预测和评价疾病及其治疗结果不可缺少的重要方法。超声诊断技术不仅具有安全、方便、无损、廉价等优点，其优越性还在于它选用诊断参数的多样性及其在工程上实现的灵活性。 全数字B超诊断仪基于嵌入式ARM9+FPGA硬件平台、LINUX嵌入式操作系统，是一种新型的、操作方便的、技术含量高的机型。它具有现有黑白B超的基本功能，能够对超声回波数据进行灵活的处理，从而使操作更加方便，图象质量进一步提高，并为远程医疗、图像存储、拷贝等打下基础，是一种很有发展前景、未来市场的主打产品。全数字B型超声诊断仪的基本技术特点是用数字硬件电路来实现数据量极其庞大的超声信息的实时处理，它的实现主要倚重于FPGA技术。现在FPGA已经成为多种数字信号处理（DSP）应用的强有力解决方案。硬件和软件设计者可以利用可编程逻辑开发各种DSP应用解决方案。可编程解决方案可以更好地适应快速变化的标准、协议和性能需求。 本论文首先阐述了医疗仪器发展现状和嵌入式计算机体系结构及发展状况，提出了课题研究内容和目标。然后从B超诊断原理及全数字B超诊断仪设计入手深入分析了B型超声诊断仪的系统的硬件体系机构。对系统的总体框架和ARM模块设计做了描述后，接着分析了超声信号进行数字化处理的各个子模块、可编程逻辑器件的结构特点、编程原理、设计流程以及ARM处理模块和FPGA模块的主要通讯接口。接着，本论文介绍了基于ARM9硬件平台的LINUX嵌入式操作系统的移植和设备驱动的开发，详细描述了B型超声诊断仪的软件环境的架构及其设备驱动的详细设计。最后对整个系统的功能和特点进行了总结和展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1超声仪器发展概况

1.1.1超声仪器发展现状

1.1.2超声影像技术现状

1.2

1.2.1超声的传播

1.2.2超声在人体组织中的传播和诊断原理

1.2.3超声诊断仪的构成简介

1.3嵌入式计算机的发展

1.3.1嵌入式系统特点

1.3.2嵌入式系统体系结构

1.4设计方案讨论

1.4.1设计原则

1.4.2方案选择

1.5课题研究内容和任务

1.5.1课题研究内容

1.5.2课题任务

1.5.3论文的章节安排

1.6小结

第二章嵌入式B超仪总体设计

2.1硬件总体设计

2.1.1系统结构框图

2.1.2 B超仪工作原理

2.1.3控制流程

2.2ARM模块设计

2.2.1方案的选择

2.2.2 ARM微处理器模式定义

2.2.3 ARM9寄存器定义

2.2.4S3C2410结构介绍

2.3 FPGA模块设计

2.3.1 FPGA的结构特征

2.3.2 FPGA模块的设计流程

2.3.3 FPGA模块控制流程

2.4 ARM和FPGA通信模块设计

2.4.1ARM和FPGA通信

2.4.2字符形成和测量

2.5小结

第三章嵌入式B超仪软件构建

3.1嵌入式软件开发平台

3.1.1常见的嵌入式软件开发平台

3.1.2嵌入式Linux开发环境

3.3 Bootloader构建

3.3.1 BootLoader的概念

3.3.2启动程序的实现

3.4 Linux内核的构建

3.4.1 Linux内核结构

3.4.2 Linux内核源代码简析

3.4.3 Linux内核的启动过程

3.4.4 Linux初始化代码移植

3.4.5内核源代码的修改

3.4.6内核裁剪与编译

3.5文件系统构建

3.5.1文件系统概述

3.5.2文件系统的实现

3.6小结

第四章嵌入式B超仪设备驱动设计

4.1 Linux设备驱动程序概述

4.2 Linux设备驱动程序开发

4.3 B超仪设备驱动设计

4.3.1 U-BOOT下Nand Flash驱动

4.3.2 LED驱动

4.3.3按键驱动

4.4小结

第五章总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文