基于rtlinux 的腦電波信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、基于RTlinux的腦電波信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)佃銳輝王欽若（廣州大學(xué)城廣東工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院廣州510006）摘要：近年來，利用腦電圖技術(shù)研究、開發(fā)人腦功能的活動(dòng)在國內(nèi)外蓬勃興起，但傳統(tǒng)的腦電波記錄儀無法滿足需求。針對(duì)這種情況，本文介紹一個(gè)基于RTlinux腦電波信號(hào)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)可以同時(shí)采集16個(gè)通道的腦電信號(hào)，采集的數(shù)據(jù)通過USB口傳給計(jì)算機(jī)。關(guān)鍵詞:RTlinux，腦電波，嵌入式中圖分類號(hào)：TP316.2文件標(biāo)識(shí)碼：AThebrainwaveSignalAcquisitionSystemDesignbasedonRTlinuxAbstract:Inrecentyears,El

2、ectroencephalograph(EEG)technologybecomesincreasingWidelyused,butTraditionalbrainwaveloggerunabletomeetdemand.Inthispaper,wewillintroduceabrainwavesignalacquisitionsystemBasedonRTlinux.Thissystemconsistsofa16-channelEEGacquisitionmodule,andtransmitdigitaldatatoPCoverUSBports.Keywords:RTlinux,EE

3、G,Embeddedsystem1．引言腦電波是最常用的腦病變的檢測(cè)方法，傳統(tǒng)的方法采用紙筆記錄腦電波的變化，而形成腦電波圖，但當(dāng)記錄筆發(fā)生故障的時(shí)候，記錄則中斷，而且很不方便。近年來，利用腦電圖技術(shù)研究、開發(fā)人腦功能的活動(dòng)在國內(nèi)外蓬勃興起，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，尤其嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，逐漸出現(xiàn)以計(jì)算機(jī)為中心的腦電波記錄分析系統(tǒng)。這些系統(tǒng)比起傳統(tǒng)的記錄方法更先進(jìn)，故障率也更低，使用方便。一般系統(tǒng)由兩子系統(tǒng)組成，一部分是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的信號(hào)分析子系統(tǒng)，另外一部分就是腦電波信號(hào)采集子系統(tǒng)。如圖1所示，本文主要介紹32位的ARM9s3c2410處理器與RTlinux操作系統(tǒng)，通過USB接口傳送

4、到計(jì)算機(jī)的腦電波信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)。圖1腦電波儀器系統(tǒng)2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1A/D轉(zhuǎn)換硬件由于該系統(tǒng)要求在量程內(nèi)高精度，也要求各個(gè)通道能同步采集，我們采用了ADI公司為EDG采集而設(shè)計(jì)的A/D轉(zhuǎn)換芯片AD7716。每片AD7716有四個(gè)獨(dú)立的采樣保持通道，能保證4個(gè)通道同時(shí)采集，腦電波信號(hào)采集系統(tǒng)要求16通道的同步采集，因而，我們采用4片AD7716芯片級(jí)聯(lián)，其級(jí)聯(lián)與s3c2410的連接原理圖如圖2所示。圖2AD7716連接原理圖AD7716具有兩種接口模式：一種是主機(jī)模式，AD7716在系統(tǒng)做主機(jī)，系統(tǒng)使引腳MODE為高電平，使用從機(jī)模式。在這個(gè)模式里，主處理器能夠控制來自信號(hào)處理模塊

5、的傳送數(shù)據(jù)。把1個(gè)幀同步脈沖和串行時(shí)鐘發(fā)送給AD7716，它就能啟動(dòng)傳遞。如果器件檢測(cè)到CASIN上的1個(gè)高電平或下一個(gè)SCLK的上升沿，它就開始發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)所有數(shù)據(jù)位被記錄后，CASOUT引腳變高，并維持一個(gè)CLKIN周期，而DRDY也變高，DREDY引腳作為外部中斷源。A1-A3引腳作為AD7716的地址用于區(qū)分采集的通道。3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件包含了嵌入式操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序，考慮到信號(hào)采集的實(shí)時(shí)性要求，我們采用了linux的變種RTlinux，RTlinux是硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，能滿足信號(hào)采集的實(shí)時(shí)性要求。3.1RTlinux的結(jié)構(gòu)分析RTLinux是對(duì)Linux進(jìn)行實(shí)時(shí)化改造的產(chǎn)

6、物RTLinux在Linux內(nèi)核和硬件中斷之間增加一個(gè)精巧的可搶先的實(shí)時(shí)內(nèi)核,并把標(biāo)準(zhǔn)的Linux核心作為實(shí)時(shí)核心的一個(gè)進(jìn)程,同用戶的實(shí)時(shí)進(jìn)程一起調(diào)度。這樣做的好處是對(duì)Linux的改動(dòng)量最小,充分利用了Linux平臺(tái)豐富的軟件資[1]源。其原理結(jié)構(gòu)如圖3所示圖3RTlinux原理結(jié)構(gòu)圖RTLinux的這種結(jié)構(gòu),一方面可以保證它的穩(wěn)定性,另一方面由于它將實(shí)時(shí)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)設(shè)為高于標(biāo)準(zhǔn)的Linux任務(wù),從而保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。并且RTLinux的實(shí)時(shí)特性與硬件密切相關(guān),只要硬件速度得到提升,它的實(shí)時(shí)特性將相應(yīng)提升。這就能保證充分發(fā)揮微機(jī)平臺(tái)硬件速度上的優(yōu)勢(shì)及硬件升級(jí)的便利性。到目前為止,R

7、TLinux已成功應(yīng)用于航天飛機(jī)的空間數(shù)據(jù)[2-5]采集、科學(xué)儀器測(cè)控和復(fù)雜圖像處理等領(lǐng)域。作為一個(gè)實(shí)時(shí)Linux操作系統(tǒng),RTLinux實(shí)現(xiàn)了一個(gè)小的實(shí)時(shí)內(nèi)核,完成底層任務(wù)創(chuàng)建、中斷服務(wù)例程(ISR)的裝入,并為底層任務(wù)、ISR和Linux進(jìn)程之間進(jìn)行通信排隊(duì)的工作。原來的Linux內(nèi)核作為一個(gè)可搶先的任務(wù)運(yùn)行于這個(gè)實(shí)時(shí)內(nèi)核之上,優(yōu)先級(jí)最低,隨時(shí)可以被高優(yōu)先級(jí)任務(wù)搶占。用戶可自行編寫調(diào)度程序,以模塊的形式加載到內(nèi)核運(yùn)行的空間,作為實(shí)時(shí)任務(wù)[6]的調(diào)度策略