基于STM32的可變長度的醫(yī)療設(shè)備通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

趙莉

摘要：采用STM32基于ucos系統(tǒng)的醫(yī)療器械通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了通信數(shù)據(jù)通過串口自上而下的傳達(dá)，實(shí)現(xiàn)通信幀從接收、校驗(yàn)、處理、結(jié)果反饋等多層次可變長通信結(jié)構(gòu)，經(jīng)驗(yàn)證數(shù)據(jù)收發(fā)與處理通信穩(wěn)定，可以廣泛運(yùn)用于設(shè)備通系統(tǒng)中。

關(guān)鍵詞：通信;STM32;可變長

中圖分類號：TP311? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）27-0013-02

Abstract： STM32 based on ucos system is used in the design of medical device communication system， which realizes the top-down communication of communication data through serial port， realizes multi-level variable-length communication structure of communication frame from receiving， checking， processing and result feedback， and proved that the communication of data receiving，processing is stable， and can be widely used in equipment communication system.

Key words： communication; STM32; variable length

科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展推動(dòng)著各種設(shè)備的快速更新與迭代，而醫(yī)療設(shè)備中各部件之間的通信至關(guān)重要，由于其特殊性對通信的穩(wěn)定性要求非常高，隨著近年來醫(yī)療器械行業(yè)的飛速發(fā)展，STM32由于其低廉的價(jià)格和強(qiáng)大的功能，在眾多醫(yī)療器械中得到了廣泛運(yùn)用。本系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)處理過程中的分層、轉(zhuǎn)換與可變長設(shè)計(jì)，讓通信系統(tǒng)更穩(wěn)定，能夠快速準(zhǔn)確定位數(shù)據(jù)的收發(fā)來源，能夠更快的排除故障，提高通信的質(zhì)量。

1 系統(tǒng)的工作原理

本系統(tǒng)中STM32作為主控芯片，基于此硬件平臺運(yùn)行ucos系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)通信命令的接收，通信的校驗(yàn)、通信數(shù)據(jù)的存儲、通信數(shù)據(jù)的處理執(zhí)行、通信數(shù)據(jù)處理結(jié)果的反饋。系統(tǒng)的硬件構(gòu)成如下圖1所示。

2 串口通信協(xié)議的設(shè)計(jì)

變長通信協(xié)議格式見表1，由此協(xié)議可以看出，通信數(shù)據(jù)的長度是不定長的，可以根據(jù)用戶的實(shí)際需要變換通信幀的長度與結(jié)構(gòu)，減少了不必要的信息，增加了數(shù)據(jù)收發(fā)靈活性，提高了通信的效率。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

此軟件系統(tǒng)總共用到了2路串口，可以支持兩種不同的上位機(jī)系統(tǒng)同時(shí)與下位機(jī)進(jìn)行通信。軟件部分包括數(shù)據(jù)的接收、數(shù)據(jù)校驗(yàn)、數(shù)據(jù)的緩存，命令的處理，命令的反饋。

數(shù)據(jù)的接收：過程包含在系統(tǒng)啟動(dòng)開始初始化串口通信的收發(fā)端口，設(shè)置波特率57600，設(shè)置數(shù)據(jù)位為8位，停止位為1位，無奇偶校驗(yàn)位，并開啟數(shù)據(jù)收發(fā)中斷。完成端口的初始化之后，等待數(shù)據(jù)自串口到來，觸發(fā)接收中斷。當(dāng)數(shù)據(jù)到來觸發(fā)接收中斷后，首先判斷數(shù)據(jù)是否是所約定的幀頭，如果不是拋棄此數(shù)據(jù)并上報(bào)錯(cuò)誤，直到接收到正確的幀頭。幀頭接收完畢以后，開始接收數(shù)據(jù)的長度信息，數(shù)據(jù)長度信息共兩個(gè)字節(jié)，因此數(shù)據(jù)長度的最大值為65535。接收完畢數(shù)據(jù)長度信息之后開始接收數(shù)據(jù)校驗(yàn)位，數(shù)據(jù)校驗(yàn)位長度為兩字節(jié)。校驗(yàn)數(shù)據(jù)接收完畢之后開始接數(shù)據(jù)位，在接收數(shù)據(jù)位的同時(shí)需要邊接收數(shù)據(jù)邊計(jì)算校驗(yàn)值，當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)等于本幀數(shù)據(jù)長度時(shí)，停止數(shù)據(jù)接收，開始對本幀數(shù)據(jù)的正確性進(jìn)行校驗(yàn)。

數(shù)據(jù)校驗(yàn)：根據(jù)數(shù)據(jù)接過程中計(jì)算出來的校驗(yàn)值與接收的校驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，如果計(jì)算出來的校驗(yàn)值等于接收到的校驗(yàn)值，則本幀數(shù)據(jù)為正確數(shù)據(jù)，說明傳輸過程中未出現(xiàn)差錯(cuò)，此時(shí)將數(shù)據(jù)存入命令緩存隊(duì)列中，并釋放數(shù)據(jù)處理信號量通知數(shù)據(jù)處理任務(wù)可以開始處理數(shù)據(jù)，如果不相等，則拋棄本幀數(shù)據(jù)，并上報(bào)數(shù)據(jù)接收錯(cuò)誤。

數(shù)據(jù)的緩存：數(shù)據(jù)緩存在數(shù)據(jù)隊(duì)列中，隊(duì)列中僅緩存校驗(yàn)正確的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)緩存成功后，程序會拋出數(shù)據(jù)處理信號量，此信號量能夠喚醒掛起的數(shù)據(jù)處理任務(wù)，從而開始命令處理。

命令處理：命令處理任務(wù)中一直等到數(shù)據(jù)處理信號量的拋出，當(dāng)接收到數(shù)據(jù)處理信號量時(shí)，數(shù)據(jù)處理任務(wù)從緩存隊(duì)列中取出一幀數(shù)據(jù)，根據(jù)通信協(xié)議對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，解析出命令字和消息所攜帶的參數(shù)等，根據(jù)這些信息執(zhí)行本條命令。

命令反饋：命令處理完畢后或者在命令執(zhí)行過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，根據(jù)命令處理的結(jié)果將本幀命令的執(zhí)行結(jié)果、幀號、發(fā)起ID號、目標(biāo)ID號等信息反饋給發(fā)起此命令的上位機(jī)。

通信流程圖如下圖2所示：

4 結(jié)束語

通信的更新與迭代是一項(xiàng)系統(tǒng)和長久的工程，本系統(tǒng)的可變長通信模式能夠解決串口通信在下位機(jī)通信中的局限性，在提高通信效率的同時(shí)能夠更好地解決傳統(tǒng)的串口通信在一幀數(shù)據(jù)接受完畢后，才能檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確性的弊端。本系統(tǒng)能夠通過幀頭檢驗(yàn)來攔截一開始就錯(cuò)誤的一幀數(shù)據(jù)，從而減少儀器通信系統(tǒng)不必要的浪費(fèi)。根據(jù)長度來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收長度的可變長功能，減少通信協(xié)議的復(fù)雜程度，從而減少軟件的維護(hù)成本。同時(shí)可變長的通信系統(tǒng)架構(gòu)能夠更好地兼容復(fù)雜多變的應(yīng)用場景，能夠讓軟件通信協(xié)議定義起來更加簡單，減少由于軟件協(xié)議兼容性差的原因造成的對于軟件開發(fā)者的束縛。數(shù)據(jù)校驗(yàn)與數(shù)據(jù)緩存結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)通信錯(cuò)誤的及時(shí)上報(bào)，對于校驗(yàn)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)將不再處理直接報(bào)錯(cuò)。系統(tǒng)中ucos系統(tǒng)開辟的命令處理任務(wù)，并結(jié)合信號量控制能夠保證任務(wù)處理的高效及時(shí)。處理完畢后對于處理結(jié)果的上報(bào)，使通信雙方聯(lián)系緊密，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制，能夠讓發(fā)送方及時(shí)了解命令處理的情況。此系統(tǒng)可以適用于串口、USB、CAN通信中，經(jīng)測試此系統(tǒng)的響應(yīng)速度快，使用靈活，傳輸錯(cuò)誤率低，可用于中小型醫(yī)療設(shè)備中。

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【通聯(lián)編輯：梁書】