智能康复护理床音频播放技术的研究

智能康复护理床音频播放技术的研究 智能康复护理床音频播放技术的研究 智能康复护理床是机器人技术，护理床计算机控制技术，数字图像处理技术，虚拟现实技术和医疗康复技术的结合，用于实现残疾人，老年人康复医疗，辅助行动和生活居所等功能。音频技术应用于康复护理床，使其具有更高的智能化，适合于满足老年人、残障人基本生活辅助上的更进一步要求，实现躺在床上可以与家人、护理人通信、娱乐的要求，广泛应用于心理康复治疗。音频技术系统分为硬件和软件设计，硬件部分设计基于115总线的音频系统体系结构;软件部分设计采用嵌入式L~操作系统，它是一种完全开放且免费的的操作系统，能支持多种硬件体系结构，内核运行高效、稳定，而且源代码开放，有着完善的开发工具，为开发人员提供了优良的开发环境。 本文利用s~ung公司的s3c2410lll型微处理器和PhiliPs公司的uDA1380型立体声音频Cede卜Deeeder构造了嵌入式音频播放系统。给出相关硬件电路的设计并介绍该音频系统基于Linux内核版本的驱动程序实现。下面给出具体设计方法。 1构建智能康复护理床音频技术硬件系统从系统硬件平台的搭建入手，采用ARMgIPcore为核心的s3C2410，外围以FLASH和SDRAM为存储单元的音频微处理器模块;采用115总线传输、nC总线控制的音频控制芯片UDA1380作为音频的播放模块。图l为音频技术硬件系统。 1.1徽处理器模块 音频微处理器模块包括CPU加电源电路、复位电路、时钟电路、存储电路、JTAG接口电路等。其中CPU采用韩国三星公司的53C2410，是ARMg内核ARM91DMI，具有支持Thumb指定集，含有Embedded一ICE模块，支持片上调试。存储电路又可以分为片内存储和片外存储。片内一般以RAM或SRAM为卞，片外通常以Flash和SDRAM为卞。本系统外部存储设各由一片SM又!6位数据宽度的Flash(intel28F128J3C)，两片I6M火16位数据宽度的SDRAM(HY57V281620BT) 构成。 1.2音频处理模块 本系统采用的音频控制芯片uDA1380[2]。微处理器模块s3c2410提供了117路复用Io口线，通过对其GPIO模式的设置使其使用115与HC总线与音频控制芯片UDA1380进行通信。115总线用于传输音频数据，HC总线用于控制及初始化音频控制芯片UDA138O。放音时发送数据到UDA1380的DATAI管脚，录音时从UDA1380的DATAO管脚接收数据，其数据传输方式为DMA方式。其UDA1380硬件电路如图2所示。 2构建智能康复护理床音频技术软件系统 2.1开发环境的建立 本文采用构建嵌入式Llnux的开发环境，l~系统是开放源代码，广泛应用在嵌入式系统中。本文使用1~操作系统中mlnicom交叉编译调试的方式。交叉编译调试环境建立在宿主机(即一台PC机)上对应的护理床硬件系统叫做目标板。开发时在宿主机上建立交叉编译环境GNUcc(GNUCCompiler，简称gcc)，交叉编译环境建立后，根据系统的硬件配置，修改linux 的内核源代码，裁减定制l~操作系统，通过make编译生成满足需要的1~内核映像文件zlinage，然后通过JTAG工具完成目标板移植启动代码bootioader，在硬件板写好bootioader后，同时 ，并用TFTP下载到微处理器的RAM中，最后烧写到目标板的FLASH在宿主机上配置好NFS和TFTP 上运行起来，最后加有jffsZ文件系统支持掉电保护。 2?ZLinux音频驱动实现 目前Linux下常用的声卡驱动程序主要有2种类型:osS(OPensoundsystem，开发式声音系统)或ALsA(AdvancedL~s~dArchitecture，L~高级声音体系)。本文采用055,它有2个基本的音频设备:混音器(Mixer)和数字信号处理器(DsP)。Mixer最简单的功能就是用来控制输入/输出音量的大小，DSP也可称作编解码器，用来实现录音和播放声音的功能。整个音频驱动的实现分为初始化、打开设备、DSP驱动、Mixer驱动。 2.2.1初始化打开设备设备初始化主要完成设置GPFO模式，通过nC对UDA1380各个寄存器进行初始化使UDA1380正确工作、设置数据输入和输出的DMA通道，并发出DMA请求等。 2.2.2DSP驱动实现DSp驱动包括的主要方法有open、release、read、write、poll、ioetl。其中三L要在write和，，ead方法中实现对声音的播放和录音。其中实现了S3C4roDSP驱动程序的写过程如下:statiessize--tsmdk2410esaudio-wnte(structfile*file，eonstchar*buffer，size--teount，10几t*PPos)为了提高系统的吞吐量，系统使用DMA技术直接将需要或录制的声音存放在内核的DMA缓存区中，由于s3C2410的DMA控制器没有内置的DMA存储区域。因而驱动程序必须在内存内为音频设备分配DMA缓存区。本文采用多个缓存的机制，将缓冲区分为多个数据段。数据段的个数和大小分别在数据流结构中指定。这样把大的数据段分为几个小段处理。每处理一小段数据就可以通过DMA发送出去。 2.2.3M议er驱动实现M议er驱动实现由于只是来控制输入喻出音量的大小，所以驱动设备相对简单，除了叩en和release方法，采用接管几个055标准的ioctl，实现对输入/输出音量的控制。 3智能康复护理床音频应用 本文介绍了在智能康复护理床中嵌入音频技术。讲述了基于S~ung公司s3C24ro型微处理器和UDA1380型Code卜Decode:硬件连接及嵌入式Linux下音频驱动，实现音频的播放和录音的采集，音频技术应用于康复护理床，实现了监护人和病人无缝结合、使残障人、老年人躺在床上享受护理人的安排、并通过各种模式实现了没子女陪伴造成孤独的心理康复治疗。