基于STM32的可變長度的醫療設備通信系統的設計與應用

趙莉

摘要：采用STM32基于ucos系統的醫療器械通信系統的設計，實現了通信數據通過串口自上而下的傳達，實現通信幀從接收、校驗、處理、結果反饋等多層次可變長通信結構，經驗證數據收發與處理通信穩定，可以廣泛運用于設備通系統中。

關鍵詞：通信;STM32;可變長

中圖分類號：TP311? ? 文獻標識碼：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

科學技術的飛速發展推動著各種設備的快速更新與迭代，而醫療設備中各部件之間的通信至關重要，由于其特殊性對通信的穩定性要求非常高，隨著近年來醫療器械行業的飛速發展，STM32由于其低廉的價格和強大的功能，在眾多醫療器械中得到了廣泛運用。本系統通過數據處理過程中的分層、轉換與可變長設計，讓通信系統更穩定，能夠快速準確定位數據的收發來源，能夠更快的排除故障，提高通信的質量。

1 系統的工作原理

本系統中STM32作為主控芯片，基于此硬件平臺運行ucos系統，實現通信命令的接收，通信的校驗、通信數據的存儲、通信數據的處理執行、通信數據處理結果的反饋。系統的硬件構成如下圖1所示。

2 串口通信協議的設計

變長通信協議格式見表1，由此協議可以看出，通信數據的長度是不定長的，可以根據用戶的實際需要變換通信幀的長度與結構，減少了不必要的信息，增加了數據收發靈活性，提高了通信的效率。

3 系統軟件設計

此軟件系統總共用到了2路串口，可以支持兩種不同的上位機系統同時與下位機進行通信。軟件部分包括數據的接收、數據校驗、數據的緩存，命令的處理，命令的反饋。

數據的接收：過程包含在系統啟動開始初始化串口通信的收發端口，設置波特率57600，設置數據位為8位，停止位為1位，無奇偶校驗位，并開啟數據收發中斷。完成端口的初始化之后，等待數據自串口到來，觸發接收中斷。當數據到來觸發接收中斷后，首先判斷數據是否是所約定的幀頭，如果不是拋棄此數據并上報錯誤，直到接收到正確的幀頭。幀頭接收完畢以后，開始接收數據的長度信息，數據長度信息共兩個字節，因此數據長度的最大值為65535。接收完畢數據長度信息之后開始接收數據校驗位，數據校驗位長度為兩字節。校驗數據接收完畢之后開始接數據位，在接收數據位的同時需要邊接收數據邊計算校驗值，當接收到的數據等于本幀數據長度時，停止數據接收，開始對本幀數據的正確性進行校驗。

數據校驗：根據數據接過程中計算出來的校驗值與接收的校驗數據進行對比，如果計算出來的校驗值等于接收到的校驗值，則本幀數據為正確數據，說明傳輸過程中未出現差錯，此時將數據存入命令緩存隊列中，并釋放數據處理信號量通知數據處理任務可以開始處理數據，如果不相等，則拋棄本幀數據，并上報數據接收錯誤。

數據的緩存：數據緩存在數據隊列中，隊列中僅緩存校驗正確的數據，數據緩存成功后，程序會拋出數據處理信號量，此信號量能夠喚醒掛起的數據處理任務，從而開始命令處理。

命令處理：命令處理任務中一直等到數據處理信號量的拋出，當接收到數據處理信號量時，數據處理任務從緩存隊列中取出一幀數據，根據通信協議對數據進行解析，解析出命令字和消息所攜帶的參數等，根據這些信息執行本條命令。

命令反饋：命令處理完畢后或者在命令執行過程中出現錯誤，根據命令處理的結果將本幀命令的執行結果、幀號、發起ID號、目標ID號等信息反饋給發起此命令的上位機。

通信流程圖如下圖2所示：

4 結束語

通信的更新與迭代是一項系統和長久的工程，本系統的可變長通信模式能夠解決串口通信在下位機通信中的局限性，在提高通信效率的同時能夠更好地解決傳統的串口通信在一幀數據接受完畢后，才能檢驗數據的正確性的弊端。本系統能夠通過幀頭檢驗來攔截一開始就錯誤的一幀數據，從而減少儀器通信系統不必要的浪費。根據長度來實現數據接收長度的可變長功能，減少通信協議的復雜程度，從而減少軟件的維護成本。同時可變長的通信系統架構能夠更好地兼容復雜多變的應用場景，能夠讓軟件通信協議定義起來更加簡單，減少由于軟件協議兼容性差的原因造成的對于軟件開發者的束縛。數據校驗與數據緩存結合，能夠實現通信錯誤的及時上報，對于校驗錯誤的數據將不再處理直接報錯。系統中ucos系統開辟的命令處理任務，并結合信號量控制能夠保證任務處理的高效及時。處理完畢后對于處理結果的上報，使通信雙方聯系緊密，實現了閉環控制，能夠讓發送方及時了解命令處理的情況。此系統可以適用于串口、USB、CAN通信中，經測試此系統的響應速度快，使用靈活，傳輸錯誤率低，可用于中小型醫療設備中。

參考文獻：

[1] 張海超.基于STM32的多串口通信系統設計[J].研究與開發，2019（2）：99-101.

[2] 趙靜雅. 基于STM32的智能家居檢測控制系統設計[J].電腦知識與技術，2019（12）;170-171.

[3] 張宇. 基于STM32的家用點陣屏的設計基于STM32的家用點陣屏的設計[J].電腦知識與技術，2019（16）：296.

[4] 劉火良.STM32庫開發實戰指南[M].北京：機械工業出版社，2017（2）.

[5] 廖有為.STM32單片機多串口通信仿真測試技術探討[J].移動信息，2016（3）：77.

【通聯編輯：梁書】