System-on-a-Programmable-Chip即可編程片上系統(tǒng)。用可編程邏輯技術(shù)把整個系統(tǒng)放到一塊硅片上，稱為SOPC。可編程片上系統(tǒng)(SOPC)是Alter-a公司提出的一種靈活、高效的SOC解決方案。它將處理器、存儲器、I/O口、LVDS、CDR等系統(tǒng)設計需要的功能模塊集成到一個可編程器件上，構(gòu)成一個可編程的片上系統(tǒng)。

　　SOPC結(jié)合了SOC和PLD、FPGA各自的優(yōu)點，一般具備以下基本特征：至少包含一個嵌入式處理器內(nèi)核；具有小容量片內(nèi)高速RAM資源；豐富的IP Core資源可供選擇；足夠的片上可編程邏輯資源；處理器調(diào)試接口和FPGA編程接口；包含部分可編程模擬電路；單芯片、低功耗、微封裝。

　　SOPC是PLD和ASIC技術(shù)融合的結(jié)果，目前0。13微米的ASIC產(chǎn)品制造價格仍然相當昂貴，相反，集成了硬核或軟核CPU、DSP、存儲器、外圍I/O及可編程邏輯的SOPC芯片在應用的靈活性和價格上有極大的優(yōu)勢。SOPC被稱為“半導體產(chǎn)業(yè)的未來”，具有很好的發(fā)展前景。

　　基于人們對于健康的不斷關(guān)注，使用家用便攜電子血壓儀來關(guān)注自身健康狀況的人也是逐年遞增。目前國內(nèi)市場上大多數(shù)的電子血壓儀是基于單片機或ARM系列芯片來設計的。對比這兩種設計，基于SOPC嵌入式系統(tǒng)的便攜電子血壓儀集成度更高也更加輕便，比基于單片機的電子血壓儀穩(wěn)定度和精度更高，而比基于ARM系列芯片的電子血壓儀設計方式更方便，設計周期更短，成本價更有優(yōu)勢。

　　1　電子血壓儀測量血壓的一般方法

　　第一只商用波動法血壓監(jiān)護儀于1973年由美國一個公司開始設計，1976年投入市場，取名為Dinamap(間接無創(chuàng)平均動脈壓測定裝置)。最早推出的Dinamap-825只能測平均血壓，后來發(fā)展為可以測收縮壓(SBP)，舒張壓(DBP)、平均壓(MAP)和脈率的845型。

　　1.1　電子血壓計常用測量血壓的振蕩法的原理

　　振蕩法原理基于動脈壓力與袖帶內(nèi)氣體振蕩波包跡間相對關(guān)系。圖1是振蕩波幅與袖帶壓的在一個心動周期的圖示關(guān)系。在圖1中可以看出，當袖帶壓(靜壓)大于收縮壓(SP)時(一般大于20-30mmHg)，動脈被壓閉，此時因近端脈搏的沖擊而呈現(xiàn)細小的振蕩波；當靜壓接近SP時，波幅增大；靜壓等于平均壓(MP)時，動脈處于去負荷狀態(tài)，波幅達到最大值，靜壓小于MP時，波幅逐漸減小；靜壓小于舒張壓(DP)后，動脈管腔在舒張期已充分擴張，管腔剛性增加，這時波幅維持在較低水平。放氣過程中記錄的振蕩波呈現(xiàn)近似拋物線的包跡。顯然，該包跡線所對應的靜壓值間接反映了動脈血壓，問題在于怎樣用準確有效和簡潔的方法找出包跡與血壓之間的關(guān)系。

　　圖1　振蕩波幅與袖帶壓的圖示關(guān)系

　　Fig.1　The illustrative relation between oscillometric amplitude and the cuff pressure

　　需要注意的是，這里的平均壓不是通常所用的估算公式：MP=(2DP+SP)/3取得的，它是動脈血壓波形在一周內(nèi)的積分除以周期所得。平均壓表示心臟在整個心動過程中給予動脈血液的灌注壓力。研究人員已經(jīng)證明，血壓振蕩信號最大值與平均壓有較好的對應性，因此常用最大波幅來確定平均血壓值。

　　1.2　電子血壓計測量血壓的檢測過程

　　(1)袖帶充氣通過操作者的操控，NiosⅡ處理器發(fā)出指令啟動泵電機使袖帶充氣至約21.33kPa(160mmHg)(第一次檢測)或高于前次檢測到的平均壓約8.67kPa(65mmHg)。當儀器檢測到病人血壓很不穩(wěn)定忽高忽低時，儀器將立即給袖帶充壓到29.33kPa(220mmHg)開始一次非常規(guī)的血壓檢測。之后泵電機關(guān)閉。動脈阻塞血管內(nèi)無血流通過，壓力探測器感知的僅僅是袖帶氣壓。

　　(2)壓力遞減是通過系統(tǒng)放氣裝置控制的，袖帶內(nèi)氣壓以0.67-1.33kPa(5-10mmHg)遞減直至動脈被部分閉塞。動脈壓的振蕩變化反映在壓力傳感器上，此過程被一帶通濾波器識取供后續(xù)測量，直至袖帶內(nèi)氣壓下降到約5.33kPa(40mmHg)時，放掉袖帶內(nèi)剩余空氣，完成一次檢測過程。

　　(3)袖帶壓力的振蕩變化，袖帶內(nèi)氣壓逐步減小直至接近動脈壓平均值時，進一步減小；當袖帶內(nèi)氣壓低于動脈壓平均值時，脈沖幅度開始減小。用圖2反映這一變化：

　　圖2　振動法血壓檢測過程

　　(4)NiosⅡ處理器通過幅度系數(shù)法的S判別法分析測量過程并將所測血壓結(jié)果顯示在顯示屏上。這種方法被證明是簡潔有效，具有較強的抗干擾性和個體適應性，容易在以處理器為核心的電子血壓儀中實現(xiàn)。

　　2　基于SOPC的系統(tǒng)硬件的設計

　　目前最為常用的嵌入式系統(tǒng)大多采用了ARM的32位知識產(chǎn)權(quán)處理器核的器件。盡管由這些器件構(gòu)成的嵌入式系統(tǒng)有很強的功能，但為了使系統(tǒng)完備通常必須為此處理器配置許多接口器件比如：SRAM、DRAM、Flash等。SOPC則可以將硬核植入FPGA中，利用FPGA中的可編程邏輯資源和IP軟核，直接利用FPGA中的邏輯宏單元來構(gòu)成該嵌入式系統(tǒng)的處理器的接口功能模塊。例如：Altera公司的Excalibur系列中就植入了ARM922T嵌入式系統(tǒng)處理器。以下是基于SOPC的系統(tǒng)硬件設計的構(gòu)架框圖。

　　圖3　基于SOPC的系統(tǒng)硬件設計的構(gòu)架框圖

　　3　系統(tǒng)工作流程簡圖

　　NiosⅡ嵌入式軟核專用SOPC軟硬件設計技術(shù)主要是指面向單片專用SOC軟硬件設計技術(shù)的計算機技術(shù)，與通用SOC軟硬件設計技術(shù)相比，其特點有：

　　(1)設計全程，包括電路系統(tǒng)描述、硬件設計、仿真測試、綜合、調(diào)試、系統(tǒng)軟件設計，直至整個系統(tǒng)的完成，都由計算機進行。

　　(2)設計技術(shù)直接面向用戶，即專用集成電路的被動使用者同時也可能是專用集成電路的主動設計者。

　　圖4　系統(tǒng)工作流程簡圖

　　3)系統(tǒng)級專用集成電路的實現(xiàn)有了更多的途徑，即除傳統(tǒng)的ASIC器件外，還能通過大規(guī)模FPGA等可編程器件來實現(xiàn)。

　　4　外形設計

　　圖5　外形設計簡圖

　　5　本設計血壓測量時誤差的主要因素

　　產(chǎn)生誤差的主要因素大致有：①個體差異性。包括每搏射血量、心率、循環(huán)外周阻力、動脈壁彈性和循環(huán)血量的不同；②袖帶順應性。包括袖帶內(nèi)空氣體積、袖帶材料的彈性和導管剛性的不同；③測量條件差異性。包括測量體位不同，所測時間不同，情緒變化等因素。還有其它的因素，需進一步分析研究和完善。

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