摘 要: 以基于Windows CE的平板電腦為硬件開發平臺，采用VS2005集成開發環境開發了基于Windows CE操作系統的USB驅動和基于Windows CE系統的生理參數監護圖形界面軟件，并利用平板電腦常見的USB接口作為數據傳輸接口與生理參數采集模塊進行數據通信，以對人體的主要生理參數進行實時監控。經試驗顯示，該監護系統基本達到了預期的要求。
關鍵詞: 平板電腦； Windows CE； 生理參數； 家庭醫療監護系統
隨著生活水平的日益提高，人們越來越關注自己和家人的健康情況。家庭醫療保健的興起，使簡單便攜、功能強大的醫療設備進入了越來越多的家庭。而嵌入式智能終端(如平板電腦)的飛速發展已經將人們帶入了一個后PC時代，將體積小、可靠性高、功耗低、應用靈活、功能強大的平板電腦等智能終端運用于家庭醫療監護設備已經成為一個矚目的焦點[1]。
本系統利用平板電腦作為監護系統的主控系統，采用Windows CE操作系統。Windows CE作為一個開放的、可裁剪的、32 bit的實時嵌入式窗口操作系統，其多線程、多任務、多優先級專門針對資源有限的硬件平臺而設計，具有可靠性好、實時性高、內核體積小等特點，被廣泛應用于各個領域[2]。
1 基于平板電腦的醫療監護的系統結構
圖1所示是基于平板電腦的家庭醫療監護系統的結構框圖。將平板電腦作為主控系統利用USB接口的數據傳輸方式與生理參數采集模塊進行數據通信，USB主控制器將采集的人體的心電、血氧、呼吸、體溫、血壓等主要生理參數通過內核中USB的驅動模塊與操作系統交互，操作系統將其再傳遞給上層的監護系統的圖形界面處理應用模塊，外界可通過平板電腦的帶觸摸功能的顯示屏實現與監護系統的人機交互，以達到實時監護效果。
2 監護系統的軟件系統
基于平板電腦的家庭醫療監護系統的軟件系統分為兩個部分:一部分是基于該平板操作系統Windows CE下的USB驅動模塊，另一部分是基于該系統的圖形界面處理部分的應用。圖形界面處理應用程序通過操作系統間接調用USB驅動模塊與系統硬件平臺交互,進而與外部生理參數采集模塊進行數據傳輸交換，以實現實時醫療監護的功能。
2.1 基于Windows CE下的USB驅動的設計
Windows CE的USB驅動可以詳細地分為三層：上層的USB設備驅動程序，被稱為USB Client Driver，對應具有USB接口的外圍設備；中間層的USBD，即USB總線驅動；下層的主機控制器驅動[3]，即HCD。如圖2所示。
HCD提供了抽象的主機控制器,為USBD提供了訪問底層功能的服務；USBD位于HCD的上層，利用HCD提供的服務為USB Client Driver提供較高層次抽象的功能；USB設備驅動程序則使用USBD接口函數與外圍設備進行數據通信。大部分USB外圍設備由于功能性更適合流接口驅動的結構，所以一般都采用加載式流接口驅動程序模型來開發USB設備驅動程序[4]。
下面簡要介紹開發該系統的USB驅動用到的幾個重要函數[5]：
（1）USBDeviceAttach：設備加載時由系統調用，該函數用于初始化設備、取得USB設備信息和配置USB設備，并且申請必需的資源。
（2）USBInstallDrive：Windows CE系統在第一次加載USB設備驅動程序時首先被調用，創建需要的注冊鍵，將USB驅動程序所需的注冊表信息(如設備名稱)寫入到HKEY_LOCAL_MACHINE\Drivers\USB\ClientDrivers目錄下。
（3）USBUninstallDriver：在用戶刪除USB設備驅動程序時調用，主要負責刪除注冊鍵并釋放其在USBDeviceAttach申請的相關資源。
（4）USB_Init：當驅動被Windows CE加載時將調用該函數。
（5）USB_Deinit：當驅動被Windows CE卸載時將調用該函數。
（6）USB_Read：應用程序調用ReadFile（）函數時將調用此接口，本驅動在此接口中調用IssueInterruptTransfer以實現USB的中斷讀傳輸模式。
（7）USB_Write：應用程序調用WriteFile（）函數時將調用此接口，本驅動同樣在此接口中調用IssueInterruptTransfer以實現USB的中斷寫傳輸模式。
（8）USB_IOControl：應用程序調用DeviceIOControl（）函數時將調用此函數，本USB驅動中將此接口調用IssueBulkTransfer以實現批量傳輸模式。
2.2 基于Windows CE系統的生理參數監護軟件的設計
本系統采用VS2005集成開發環境，利用微軟提供的基礎類庫MFC，以面向對象的程序設計和多線程的思想方法來完成生理參數監護上層應用軟件的開發[6]。主要軟件流程圖如圖3所示。
2.2.1 打開USB設備
當點擊界面連接設備按鈕時將調用hDriver=CreateFile(_T("USBn:"),GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,0,NULL,OPEN_EXISTING,FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,NULL);打開USB設備，并獲取該設備驅動句柄，此后便可利用該句柄對此設備進行操作，當不用該句柄時(即釋放資源時)則調用CloseHandle( )關閉該句柄。然后調用WriteFile( )函數對設備進行上電操作，之后設備處于運行狀態。
2.2.2 實現對外圍設備的讀寫功能和分析繪圖功能
在完成打開設備操作并運行正常后，就可以對設備進行數據傳輸操作，操作主要包括對外圍設備的讀、寫、分析和繪圖。利用Windows CE操作系統的多任務、多線程機制，將這些操作分配到不同的線程中[7]，創建線程函數為： CWinThread*AfxBeginThread(AFX_THREADPROC pfnThreadProc,LPVOID pParam,int nPriority,UINT nStackSize, DWORD dwCreateFlags, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttrs)。其中,pfnThreadProc是要創建線程的函數的指針，pParam是要傳遞給生成線程的參數，nPriority將設置生成線程的優先級,一般設置為普通優先級 THERAD_PRIORITY_NORMAL, nStackSize設置新線程堆棧大小，dwCreateFlags表示創建的線程創建時的狀態，最后一個參數安全屬性設置為NULL。在創建三個線程函數中將當前類的this指針傳遞給新線程，這樣新線程可以獲取當前類的部分成員變量，創建的進程都設置處于掛起狀態，等到執行時才將其切換運行狀態。
讀接口數據線程將得到的數據暫存至緩沖buffer，該結構類型為typedef struct _frame_data_
{
UINT16 EcgW_I;
UINT16 EcgW_II;
UINT16 HeartRate;
…
} FRAME_DATA,*pFRAME_DATA;該結構體對應的外圍采集設備的一幀數據，分析和繪圖線程根據生理參數 采集設備的數據協議確認沒有丟包的前提下，調用WriteFile（）函數保存數據，并調用微軟提供的MFC類庫中的CDC、CPaintDC、CClientDC、CWindowDC、CPen、CBrush等類
設置圖形畫筆、畫刷屬性，利用這些屬性并繪制圖形。
3 實驗結果
在實驗室條件下進行測試,驗證基于平板電腦的監護系統的可靠性、實時性、穩定性。如圖4所示，運行監護界面軟件，同時檢測各個參數，均無出現丟包等數據傳輸問題，能實時地反應被監護者的血壓、呼吸、血氧等人體主要參數及波形。實驗表明該家庭醫療監護系統工作穩定，并能實現對人體六大參數的監護功能。
參考文獻
[1] 何宗建.Windows CE嵌入式系統[M].北京：北京航空航 天大學出版社,2006.
[2] 汪兵. Windows CE嵌入式高級編程及實例詳解[M]. 北京：中國水利水電出版社, 2008.
[3] 張東泉,譚南林,蘇樹強.Windows CE實用開發技術[M]. 北京：電子工業出版社,2009.
[4] Microsoft. Microsoft Windows CE.net help[S]. 2000.
[5] Windows CE device driver kit[M].Microsoft Press,1999.
[6] Liu Ning,Yang Zhenyu,Li Rong,et al. An optimization me thod for real-time natural phenomena simulation on Windows CE platform[C]. 31st Annual IEEE International Computer Software and Application Conference,2007,2:57-62.
[7] Jiang Min. A design of embedded terminal unit based on ARM and Windows CE [C]. Electronic Measurement and Instruments,2007.ICEMI International Conference,2007:336-340.