3 軟件和硬件設(shè)計(jì)

　　3. 1 硬件結(jié)構(gòu)

　　圖1 中的硬件主要包括CK610 開發(fā)板.CC2591和

　　CK610 為杭州中天微系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)的CPU，主要特性有： 八級(jí)流水線； 雙發(fā)射超標(biāo)量流水線技術(shù)，提升性能近50%; 非阻塞指令發(fā)射。投機(jī)執(zhí)行和按序退休； 返回地址預(yù)測(cè)（ 4 – entry returnstack） ; 哈佛結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)/指令Cache 和SPM，大小可配置； 數(shù)據(jù)Cache Write – back /Write – through 動(dòng)態(tài)可配置； 內(nèi)部雙通用數(shù)據(jù)總線； AHB /AXI 總線接口，和可擴(kuò)展的協(xié)處理器接口。

　　CC2520 為TI 公司生產(chǎn)的一款低功耗射頻芯片，主要特性有： 發(fā)射功率可達(dá)到5dBm; 數(shù)據(jù)傳輸速率最大可達(dá)250kbps; 工作在2. 4GHz ISM 頻段；4 – 線SPI; 6 個(gè)可配置

　　CC2591 為TI 公司生產(chǎn)的一款高性能低成本前端，適用于如ZigBee 網(wǎng)絡(luò)等2. 4GHz 無線系統(tǒng)，可以改善RF 性能。

　　CC2520 與CC2591 結(jié)合使用可以使得輸出功率范圍擴(kuò)大到- 24dBm ~ 22dBm，接收靈敏度增加到- 90dBm，傳輸距離可達(dá)到幾百米甚至上千米。

　　3. 2 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)

　　為了實(shí)現(xiàn)在第3 節(jié)中定義的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，需要在Linux 之上編寫一個(gè)應(yīng)用程序，該程序需要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的規(guī)則。除此以外，還需要根據(jù)協(xié)議，選擇合適的路由，該程序稱為路由協(xié)議程序。此外，為了使IPV6 運(yùn)行在CC2520 射頻芯片上，移植了6LoWPAN協(xié)議到Linux 系統(tǒng)中，大大減小了包頭的字節(jié)，減少了能量消耗。

　　在用戶應(yīng)用程序中，當(dāng)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，Linux內(nèi)核會(huì)查找內(nèi)核路由表，找到下一跳的地址，然后將數(shù)據(jù)交給相應(yīng)的設(shè)備以發(fā)送數(shù)據(jù)。系統(tǒng)所用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是CC2520 射頻芯片，但是Linux 并沒用為CC2520 開發(fā)對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)，因此可以虛擬一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備tun，將網(wǎng)絡(luò)層傳過來的數(shù)據(jù)都交給tun，讀取tun 接口便能夠得到要發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。射頻適配層得到該數(shù)據(jù)之后，經(jīng)過適配層6LoWPAN 協(xié)議的壓縮之后，然后再通過SPI 操作CC2520 芯片發(fā)送數(shù)據(jù)。對(duì)應(yīng)從底層來的數(shù)據(jù)，其處理過程跟上述方式類似。

　　3. 3 射頻適配程序的設(shè)計(jì)

　　當(dāng)內(nèi)核有數(shù)據(jù)要發(fā)送之時(shí)，要使用正確的方法驅(qū)動(dòng)CC2520 芯片無線發(fā)送出去，負(fù)責(zé)這部分內(nèi)容的程序稱為射頻適配程序。

　　在實(shí)現(xiàn)過程中，使用CC2520 芯片作為無線網(wǎng)絡(luò)收發(fā)設(shè)備。在Linux 內(nèi)核中，并無CC2520 作為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)使用CC2520 收發(fā)數(shù)據(jù)的功能，可以建立一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備tun.字符設(shè)備tun 是內(nèi)核空間和用戶空間的數(shù)據(jù)接口，內(nèi)核將數(shù)據(jù)包發(fā)送到虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，數(shù)據(jù)包會(huì)被保存到設(shè)備的隊(duì)列中，此時(shí)用戶空間可以通過打開字符設(shè)備tun 并調(diào)用read 函數(shù)讀取其中的數(shù)據(jù)，此時(shí)數(shù)據(jù)傳遞到了用戶空間，程序可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

　　同樣，用戶空間程序可以通過write 函數(shù)將收到的數(shù)據(jù)包交給內(nèi)核。這樣就可以在上層有數(shù)據(jù)來的時(shí)候先經(jīng)過6LoWPAN 的處理壓縮，再通過驅(qū)動(dòng)CC2520發(fā)送數(shù)據(jù)，在CC2520 收到數(shù)據(jù)的時(shí)候，將數(shù)據(jù)經(jīng)過6LoWPAN 還原之后交給Linux 內(nèi)核，實(shí)現(xiàn)無線收發(fā)數(shù)據(jù)包的功能。

　　4 系統(tǒng)測(cè)試

　　整個(gè)系統(tǒng)的工作流程為： 醫(yī)療板首先采集醫(yī)療檢驗(yàn)結(jié)果，將其傳遞給CK610 開發(fā)板，開發(fā)板通過操作CC2520 進(jìn)行無線發(fā)送。而當(dāng)CC2520 接收到數(shù)據(jù)時(shí)，通過讀取CC2520 SO 管腳獲得收到的數(shù)據(jù)，通過UART 輸出給PC，PC 運(yùn)行C#編寫的圖形界面將檢驗(yàn)結(jié)果顯示出來，如圖2 所示。

　　5 結(jié)束語

　　本文主要提出了一種基于國產(chǎn)CPU 的SOC 醫(yī)療電子無線網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議以及整個(gè)平臺(tái)的軟件架構(gòu)和射頻適配程序，并實(shí)現(xiàn)了醫(yī)療電子板的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無線通信，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，系統(tǒng)運(yùn)行正常，達(dá)到預(yù)期效果。在后期工作中，將加入更多節(jié)點(diǎn)來驗(yàn)證系統(tǒng)性能.