基于RISC-V的多路光電容積脈搏波監測系統
電子技術應用 2023年3期
岳文韜1，張政1，高博1，龔敏1，彭玲2
（1.四川大學 物理學院 微電子技術四川省重點實驗室， 四川 成都 610065； 2.四川大學 華西醫院， 四川 成都 610041）
摘要： 針對光電容積脈搏波（Photoplethysmographic，PPG），基于RISC-V內核設計了一款多通道、實時PPG監測系統。該系統使用RISC-V架構的E203 IP作為低功耗內核，通過ICB總線掛接模擬前端和藍牙控制模塊。AFE4400模擬前端控制模塊控制背靠背LED實現兩路PPG信號采集，復用該模塊分時處理來實現多路采集。藍牙控制模塊掛接到E203實現了通過藍牙外設下達系統控制指令，之后上傳PPG波至終端。該系統通過FPGA驗證了22位雙通道PPG信號物聯網終端應用。
中圖分類號：TP274+.2 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223456
中文引用格式： 岳文韜，張政，高博，等. 基于RISC-V的多路光電容積脈搏波監測系統[J]. 電子技術應用，2023，49(3)：37-41.
英文引用格式： Yue Wentao，Zhang Zheng，Gao Bo，et al. Multi-channel photoplethysmographic wave monitoring system based RISC-V[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(3)：37-41.
中文引用格式： 岳文韜，張政，高博，等. 基于RISC-V的多路光電容積脈搏波監測系統[J]. 電子技術應用，2023，49(3)：37-41.
英文引用格式： Yue Wentao，Zhang Zheng，Gao Bo，et al. Multi-channel photoplethysmographic wave monitoring system based RISC-V[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(3)：37-41.
Multi-channel photoplethysmographic wave monitoring system based RISC-V
Yue Wentao1，Zhang Zheng1，Gao Bo1，Gong Min1，Peng Ling2
(1.Provincial Key Laboratory of Microelectronics Technology， School of Physics ， Sichuan University ， Chengdu 610065， China； 2.West China Medical Center，Sichuan Medical University ， Chengdu 610041， China)
Abstract： Abstract： A multi-channel real-time system is designed for monitoring photoplethysmographic (PPG) using RISC-V kernel. The system takes E203 IP of RISC-V architecture as the low-power core, which connects analog front-end module and Bluetooth control module through ICB bus. The analog front-end control module controls back-to-back LEDs to realize two-channel PPG signal acquisition. Multi-channel acquisition can be realized by reusing the analog front-end control module. The Bluetooth control module is connected to E203 to deliver system control commands, and then upload PPG data to the terminal. Finally, The FPGA system verifies the 22-bit dual-channel PPG signal Internet of Things terminal application.
Key words : photoplethysmographic；RISC-V；SPI；HDL modeling；Bluetooth
0 引言
光電容積脈搏波描記法（PPG）是一種利用光電技術監測隨著心臟搏動輸出到體外循環中血液容積變換的方法。基于該方法的無創脈搏血氧儀已經在臨床中得到廣泛應用。除此之外，該信號蘊含多種其他人體生理信息，如血壓和呼吸等，尚待提取和應用，成為可穿戴和便攜式心血管健康監測系統研究要點之一。本文針對PPG信號研究中多參數、多通道以及實時監測的需求，設計了PPG監測系統。該系統主要由模擬前端和微處理器組成，實現了PPG信號的采集和遠程傳輸。
1 研究意義
對于PPG信號監測系統中采集和處理過程，一些設計研究中采用的是以低功耗、低成本的Cortex M0處理器集成的SoC搭建出的可穿戴設備。更多的設計采用市場上現有的MCU直接進行搭建，大多是基于Cortex M3或者M4系列的CPU，或是采用HPS和FPGA結合的方式進行采集和處理。這些系統研究工作所使用的內核并非完全開源，增加了系統開發擴展的難度，在低功耗上也有著可以提升的空間。并且，MCU作為通用控制型的微處理器，可以作為完備的信號處理研究平臺，但對于PPG信號的處理存在著模塊冗余和缺少針對性的硬件算法加速等缺陷。
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作者信息：
岳文韜1，張政1，高博1，龔敏1，彭玲2
（1.四川大學 物理學院 微電子技術四川省重點實驗室， 四川 成都 610065；
2.四川大學 華西醫院， 四川 成都 610041）
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