嵌入式软件需求说明书

各版本建立及修订履历
目录
1引言 (1)
1.1编写目的 (1)
1.2背景 (1)
1.3定义 (2)
1.4参考资料 (3)
2任务概述 (4)
2.1目标 (4)
2.2用户的特点 (4)
2.3假定和约束 (5)
3需求规定 (5)
3.1对功能的规定 (5)
3.2对性能的规定 (8)
3.2. 1精度 (8)
3. 2. 2时间特性要求 (8)
3.2.3灵活性 (8)
3.3输人输出要求 (9)
3.4数据管理能力要求 (9)
3. 5故障处理要求 (9)
3.6其他专门要求 (10)
4运行环境规定 (10)
4.1设备 (10)
4.2支持软件 (10)
4. 3 接口 (10)
4.4控制 (21)
5产品主要指标和竞争力要求 (24)
1.引言
1.1编写目的
本说明书目的在于明确说明系统需求，界定系统实现功能范围，指导系统设计以及编码。

本说明书预期读者为：产品项目经理、项目组开发成员。

1・2背景
说明：
1）待开发的软件系统的名称:冠瑞医疗GDU系列数字化医用X射线摄影系统控制软件［简称：GDU系列控制软件］:
2）本项目任务由上海冠瑞医疗设备股份有限公司提出，指派给研发部进行开发，用户是终端用户、生产调试人员、售后维护人员。

3）本项目主要应用在嵌入式开发坏境中，以ARM微处理器为核心控制器和AVR微控制器进行开发。

4）嵌入式软件分为四个子系统:分别运动控制系统、牛头控制系统、远程控制盒控制系统、高压发生装置系统。

运动控制系统主要功能用于控制机架运动、系统保护。

牛头控制系统主要用于与使用者进行交互，使用者可以方便的控制运动系统、调整射线参数和高压发生装置的模式，观察运动数据和射线数据，方便生产人员和售后服务人员进行调试和维修。

远程控制盒控制系统主要用于系统开关机、远程控制运动系统、曝光、以及数据和命令的中转分流，可以将射线数据中转给工作站给牛头和工作站，同时也可以将牛头和工作站的控制命令通过远程控制盒中转给高压发生装置。

高压发生装置选用的是斯派曼电子技术有限公司生产的ZR75PN65型高压发生器，详细功能用途参照《ZR75PN65医用诊断X射线机高压发生器服务手册》。

1.3定义
【GDU】用于开发产品的简称。

G：代表公司名称；D：代表数字拍片机；U代表U型臂。

【嵌入式】IEEE （Institute of Electrical and Electronics Engineers.美国电气和电子工程师协会）对嵌入式系统的定义：“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置"o 原文为：Devices Used to Co nt rol> Honito r or Assis t t he Operation of Equipment, Machinery or Plants）。

嵌入式系统是一种专用的计算机系统，作
为装置或设备的一部分。

通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。

事实上，所有带有数字接II的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。

从应用对彖上加以定义，嵌入式系统是软件和硕件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。

国内普遍认同的嵌入式系统定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体枳、功耗等严格要求的专用计算机系统。

[ARM处理器1ARM处理器是Acorn有限公司面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器。

全称为Acorn RISC Machineo ARM处理器本身是32位设计，但也配备16位指令集，一般来讲比等价32位代码节省达35%却能保留32位系统的所有优势。

ARM的Jazelle技术使Java加速得到比基于软件的Java虚拟机（JVM）高得多的性能，和同等的非Java加速核相比功耗降低80%a CPU功能上增加DSP指令集提供增强的16位和32位算术运算能力，提高了性能和灵活性。

ARM 还提供两个前沿特性来辅助带深嵌入处理器的高集成SoC器件的调试, 它们是嵌入式ICE-RT逻辑和嵌入式跟踪宏核（ETMS）系列。

[AVRJAVR单片机是1997年由ATMEL公司研发岀的增强型内置Flash的RISC （Reduced Instruction Set CPU）精简指令集高速8位单片机。

AVR的单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。

1997年，由Atmel 公司挪威设计中心的A先生和V先生，利用Atmel公司的Flash新技术，共同研发出RISC 精简指令集高速8位单片机，简称AVRo
[RS232] RS-232接I I符合美国电子工业联盟（EIA）制定的串行数据通信的接I I标准，原始编号全称是EIA-RS-232 （简称232, RS232）。

它被广泛用于计算机串行接I I外设连接。

连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。

【RS485］采用差分信号负逻辑，逻辑"0”以两线间的电压差为+(2~6)V表示；逻辑"1" 以两
线间的电压差为-(2、6)V表示。

接I I信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接II电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接
【牛头】X射线摄影系统中对机架运动部分进行控制的控制端。

【远程控制盒】X射线射线系统中对机架运动部分进行远程操作、曝光、系统开关机的控制端。

【高压发生装置】该装置是产生和控制X射线辐射所有部件的组成，包含X射线管组件与其相连的高压发生器。

高压发生器在X射线发生装置中，控制和产生馈供X射线管电能的所有部件组合，由高压变压器组件和控制器组成。

1.4参考资料
1.4.1《2013-2018年中国DR设备市场分析及发展趋势研究预测报告》
1.4.2YY/T 0106-2008医用诊断X射线机通用技术条件
1.4.3YY/T 0291-2007医用X射线设备环境要求及试验方法
1.4.4YY/T 0741-2009数字化医用X射线摄影系统专用技术条件
1.4.5YY/T 1099-2007医用X射线设备包装、运输和贮存
1.4.6YY 0505-2012医用电气设备第1-2部分安全通用要求并列标准电磁兼容-要求和试
验
1.4.7GB 9706.1-2007医用电气设备第一部分：安全通用要求
1. 4. 8 GB 9706. 3-2000医用电气设备第二部分：诊断X射线发生装置的高压发生器安全专
用要求
1.4.9 GB 9706.11-1997医用电气设备第二部分：医用诊断X射线源组件和X射线管组件安
全专用要求
1. 4. 10 GB 9706. 12-1997医用电气设备第一部分：安全通用要求三.并列标准：诊断X射线
设备辐射防护通用要求
1.4.11 GB 9706.14-1997医用电气设备第2部分：X射线设备附属设备安全专用要求
1.4.12 GB 9706. 15-2008医用电气设备第一部分：安全通用要求1.并列标准：医用电气系
统安全要求
1.4.13 GB/T 10149-1988医用X射线设备术语和符号
1.4.14 GB 10151医用X射线设备高压电缆插头、插座技术条件
1. 4. 15《STH32F2xx标准外I韦I设备库》
1.4.16《STM32F2xx参考手册》
2.任务概述
2.1目标
本软件要求作为数字化医用x射线摄影系统控制软件，要求其具有控制x射线摄影机的摄影和运动工作的功能。

并包含以下技术特点：
1）软件采用系统集成的设计思路，内部主要部件使用标准RS232控制总线和标准RS485 总线相连接，同时采用标准化的软件接II，使设备本身的升级工作大大简化，提高安全性和可靠性。

2）触摸屏控制，图形化液晶屏显示。

一键运动功能，实时显示运动信息。

实时调节和显示摄影参数，模式切换。

3）曝光时，可以自动切换人小焦点。

4）实体按键控制，通过实体按键可以控制运动系统单方向运动。

5）调试功能，可以对运动系统进行位置校正以及一键位参数保存。

6）老练功能，可以对运动部分进行老练测试。

7）可以保存运动系统机型信息，将运动系统机型保存在EEPROM中。

8）根据运动方向的改变，自动调整液晶屏显示方向。

9）使用高速单片机控制时河精度及电气参数，对设备进行实时故障检测与提示，确保设备在运行中的安全可靠，方便调试和维护。

10）机型配置。

11）A EC 配置。

12）牛头部分装有全彩LED,运动系统做不同运动时全彩LED颜色发生变化。

13）远程控制盒按键装有LED,按键作用时，LED灯变亮，提示用户运动系统当前状态。

2.2用户的特点
客户：主要以医院放射科室人员为主，用于x射线摄影系统不同拍摄位置的摆位调整以及射线参数的调节。

本软件操作简单，通过简单的培训即可熟练掌握操作过程。

生产调试人员：用于设备出厂前的调试，调试过程采用流程化设计，经过简单的培训即可让操作人员熟练掌握设备出厂调试过程。

售后服务人员：用于设备简单问题的诊断，系统的部分问题可以通过显示界面进行报错, 提示操作人员，售后服务人员可根据提示的错气进行问题分析和故障排查，提高解决问题的第4页共25页
效率和速度，提升售后服务质量。

2.3假定和约束
自项目立项起，三个月内完成软件初步开发设计工作，一个月时间进行测试以及软件BUG的修订工作。

3・需求规定
3.1对功能的规定
运动控制系统：
表3-2牛头控制系统输入、处理、输出表现形式IPO表。

远程控制系统：
表3-3远程控制系统输入、处理、输出表现形式IPO表。

3.2对性能的规定
3. 2.1精度
所有的运动相关数据均为整数。

与高度、长度有关的信息单位均为亳米计算：与角度相关信息单位为度计算，出现负角度时，其数值是在200到255之间的数据值。

所有射线相关的数据传输均为字符。

KV显示数据为整数，MA、MAS显示数据精确到小数点后面1位数字，在数据解析时，最低位为小数点后面一位数据，其他位数据表示整数值数据，例如：解析到的数据是1234,实际的值则是123.4,显示值为123.4。

MS显示数据精确到小数点后面2位数字，在数据解析时，最低位为小数点后面两位数据，十位数据实为小数点后面一位数据，其他数据表示整数。

例如解析到的数据是1234,实际的值则是12.34,显示值为12. 34o
3. 2. 2时间特性要求
本软件针对不同的功能，对响应的时河要求也不同，对应摄影系统曝光时的响应时间要求最为严格，要求摄影系统曝光过程中单条数据反馈时河不得高于3ms。

对摄影系统进行参数设置和模式切换时，摄影系统响应时河控制在20ms以下。

运动系统操作的响应时间要稍微长些，动作响应时间在500ms左右。

系统中所有数据转换时间控制在10ms以内，传送时间控制在20ms以内。

不允许摄影系统有两个功能同时进行操作，必须等一个功能操作完毕后，才能操作下一个功能。

3. 2. 3灵活性
对于为了提供这些灵活性而进行的专门设计的部分应该加以标明。

操作方式采用触摸屏和实体按键相结合的方式，触摸屏主要用于显示数据和对■摄影系统的操作，实体按键主要对运动系统单方向运动进行操作。

与其他系统的接I】主要是RS232 和RS485通信方式，数据传输稳定，操作简单。

3. 3输人输出要求
输出数据：输出数据主要是运动系统控制命令和摄影系统控制命令，以及输出到工作站的运动信息。

运动系统控制命令格式主要以十六进制数的字符串为主，摄影系统命令主要以ASCII码表字符为主。

输出到工作站的运动信息主要以十六进制整数为主。

输入数据:输入数据主要是运动系统和控制系统返回的信息值以及状态值。

运动系统中, 返回的有包括系统的运动状态，工作模式的信息。

不同方向的运动数据信息，包括I；型臂的高度信息，数字范闱是0'2000, U型臂球管中心到平板间距离，数字范围是0~2000, U型臂旋转角度，数字范闱是0~255。

运动系统的报错信息。

射线部分，返回的有摄影系统当前的状态信息，射线参数信息：KV数字范|韦|是40^150； MA数字范闱是10^8000;MS数字范闱是
100"1000000;MAS字数范I韦I 5到10000,以及X射线摄影系统中高压发生装置的报错信息。

3.4数据管理能力要求
项目主要的数据是实时的状态、位置等数据信息，系统接收到这些数据是及时对数据存
储要求不高，系统只存储配置信息。

3.5故障处理要求
整个系统中，软件主要故障是通信的中断，包括运动系统与牛头的通信，远程控制盒与
牛头的通信。

硕件故障主要存在高压发生装置，当高压发生装置报错时，有对应的报错代码。

表3-4牛头故障处理
3.6其他专门要求
3. 6. 1为保证通信安全和可靠性，用户不得随意插拔通讯线。

3. 6.2用户不要进入除工作模式以外的界面，以免改变设备的配置信息，造成系统无法正常工作。

4.运行环境规定
4.1设备
本软件基于以下硬件环境和软件环境运行。

硬件环境要求：
软件运行平台：STM32F207系列、AVR系列单片机
通信芯片：MAX232、ADH2490E
存储芯片：24LC16B
显示操作：触控屏、按键
软件环境要求：无
4.2支持软件
开发语言：c语言
开发环境：MDK-ARM Professional Version:5. 15. 0
调试软件：串I】调试助手
4.3 接口
本软件系统主要和运动控制系统、高压发生装置、工作站进行通信。

远程控制盒与高压发生装置、工作站通信的接II为RS232,与牛头通信为485通信；牛头与运动控制系统通信方式为RS232通信。

牛头内部，触控屏与牛头核心控制板通信方式为RS232通信。

通信参数设置：
1）波特率：19200；
2 ）数据：8位：
3）停止位:1位;
4）校验：奇校验。

高压发生装置通讯接I I：
1）结构：RJ45接口;
2 ）接I I功能：
RXDA2： RS232接收数据端。

TXDA2： RS232发送数据端。

CONPREP.ISO:准备曝光，，0'为有效电平。

CONXRAY_ISO:开始曝光，’0'为有效电平。

PON_ISO：开机，'0'为有效电平。

PDWN_ISO:关机，'0'为有效电平。

GND.ISO:等势地
VCC.ISO;电源
牛头与运动系统通信协议：
1）牛头发给运动套系统通信协议
表4-1指令架构
表4-2工作模式指令:
备注：table[3]指令模式、table[4]具体运动指令（所有指令默认十进制）
表4-3调试模式指令:
备注：table[3]指令模式、table[4]具体运动指令（所有指令默认十进制）表4-4老化模式指令:
表4-6指令架构:
备注：所有指令默认十进制
表4-11警告命令及警告数据
式： Y
(yun) X XXXX
（具体
2）待机状态下每3s 发送一次心跳信号 3 ）波特率：19200, &1, none
4） b ebug 界面退出时，发送一次 table[2] =4, table[3]二3, table[4]=1 指令 5） 工作界面 STOP 指令为 table[2>l, table[3]=5, table[4]=0 2 ）牛头与远程控制盒通信接I I 为485通信: 形 式：字符串
具体值：01 （正）02 （负）具体数值是31 32
3） 远程控制盒与高压发生装置通信格式：
头:YX ? 容：S:
sid
B: Bucky height H: BUCK height T:
tube angle
D: detector angle X: 悬吊X 方向 Y: 悬吊Y 方向 Z:
悬吊Z 方向
E:
报错 帧 内
单条命令：〈命令＞＜数据X03HX校验和〉
连续命令：〈命令＞＜数据X20HX命令＞＜数据X03HX校验和〉
4）牛头核心控制板与液晶屏通信格式：
触控屏串丨I数据帧由5个数据块组成，如下表所述：
备注:CRC校验不包括帧头和数据长度，近针对指令和数据，采用ANSI CRC-16（X16+X15+X2+1）格式。

4.4控制
运动控制系统：
通信控制实现功能：
1）主机架U型臂垂直升降；
2）主机架U型臂旋转：
3）主机架U型臂水平方向运动;
4）主机架一键位运动：
5）主机架一键位位置数据保存:
6）主机架配置信息数据保存；
7）主机架单方向调试位置矫正功能：
8）主机架老练模式功能实现。

运动信息采集实现功能：
1）垂直方向位置信息采集、数据转换；
2）探测器组件接收面中心到X射线管焦点的距离信息采集、数据转换；
3）角度信息采集、数据转换：
限位信息采集：
1）垂直方向最高点、最低点限位信息采集，系统采集到限位信息升降停止运动;
2）水平方向两个端点限位信息采集、系统采集到限位信息时水平方向停止运动;
3）角度限位信息采集，系统采集到角度限位信息时U型臂停止旋转；
红外保护信号采集：
系统采集到红外开关信号，主机架运动被锁住，停止运动。

牛头控制系统：
表4-14牛头系统控制信号种类及来源
通信控制：
触控屏通信信号:
1）显示运动信息：主机架U型臂高度、主机架U型臂角度、探测器组件接收面中心到X射线管焦点的距离；
2）一键位控制功能：一键胸片1M位，一键胸片1M5位，一键胸片1M8位，一键床位1M；
3）显示X射线摄影系统射线参数：KV、mAs、mA、ms、Density；
4）调节X射线摄影系统射线参数：KV、mAs、mA、ms、Density；
5）设置高压发生装置模式：mAs、Time. AEC、大焦点、小焦点；
6）运动系统调试功能；
7）一键位保存；
8）进入老练模式；
9)AEC配置。

远程控制盒通信信号：
1)一键胸片位运动信息；
2) 一键胸片1M5位运动信息；
3) 一键胸片1M8位运动信息；
4)一键床位位运动信息；
5) U型臂上升运动信息；
6) U型臂下降运动信息；
7) U型臂运动锁状态信息；
8)接收高压发生装置射线信息；
9)接收高压发生装置模式及状态信息；
10)接收高压发生装置错误信息；
运动系统通信信号：接收运动系统位置、状态信息。

按键信息采集：
1)U型臂上升信号触发；
2 ) U型臂下降信号触发；
3)U型臂左旋转信号触发；
4)U型臂右旋转信号触发；
5) U型臂水平左移动信号触发；
6) U型臂水平右移动信号触发；
7)一键水平位信号触发：
8)一键垂直位信号触发。

远程控制盒控制系统：
I）运动系统位置信息：I；型臂高度信息、U型臂角度信息、探测器组件接收面中心到X 射线管焦点的距离信息：
2）运动运动状态信息：一键位运动状态信息、U型臂升降运动信息；
3）高压发生装置设置信息：参数调节、模式设置信息。

工作站控制信号：高压发生装置设置信息：参数调节、模式设置信息。

高压发生装置控制信息：
1）高压发生装置的射线参数：
2）高压发生装置状态信息；
3）高压发生装置报错信息；
按键信息采集：
1）系统开机信号触发：
2）系统关机信号触发：
3）一键胸片位信号触发；
4）一键胸片位信号触发；
5）一键胸片1M8位信号触发；
6）一键床位位信号触发；
7）运动锁进行触发：
8） U型臂上升信号触发；
9） U型臂下降信号触发。

5.产品主要指标和竞争力要求
运动控制系统：
1）主机架U型臂垂直升降范闱为：（450± 15） mm〜（1680±15） mm；
2 ）探测器组件接收面中心点到X射线管焦点的距离（SID）为：（1000±15） mm〜（1800 i15）mm；
3）主机架U型臂可绕水平轴旋转，旋转角度范围为：（-30±2）°〜（120±2） °；
4）长度显示指示与实际相差±10皿：
5）角度显示指示与实际相差±3°；
6）运动系统响应时间不得高于500ms；
7）一键位运动时间不超过20S；
牛头控制系统：
1）触控屏工作界面可以根据牛头方向的变化而变化：
2 ）触控屏可以实时显示运动数据（高度、角度、SID值）：
3）触控屏可以实时显示运动状态信息（运动锁状态、一键运动状态）：
4）触控屏可以实时显示射线参数（KV、mAs、mA、ms、Density）：
5 ）触控屏可以实时显示高压发生器状态（当前工作模式、焦点、Hu值）：
6）对触控屏操作时，系统及时响应动作，不得超过规定的响应时间。

7）某一实体按键执行时，触控屏上的触控和实体按键无法执行，防止误操作发生。

8）全彩LED指示灯颜色统一，显示颜色无特殊颜色。

远程控制盒系统：
1）可以及时响应开关机动作，并有开机指示；
2）曝光状态指示灯（准备曝光、曝光完成、错误提示）；
3）操作运动系统时，实时显示运动系统状态；
4）可以及时有效帮助高压发生器进行曝光；
5）高效实时进行数据、指令的传输和分流。