基于Zynq的医用CT扫描控制系统的设计与实现

发布时间：2024-04-19 00:06

　　CT作为一种医疗辅助设备广泛应用于临床医学领域。随着CT机硬件设备的逐渐成熟,电子技术的快速发展,其性能不断提升,外部扩展应用变得越来越多,CT机需要兼容更多的硬件设备。本文针对如何解决CT机扩展硬件间的协同控制问题进行研究。通过对CT机扫描控制系统可靠性、扩展性等要求的分析研究,提出了控制系统总体设计方案。基于Zynq-7000控制芯片搭建硬件平台,以嵌入式Linux系统作为操作系统,采用ROS系统提供的发布-订阅模式作为通信架构,设计一套完整的CT机扫描控制系统。在Vivado集成开发环境下,对扫描控制系统的硬件部分进行设计,包括Zynq平台内部子系统设计,外部设备接口电路设计,以及硬件控制模块IP核的设计。CT扫描控制系统软件部分设计,包括搭建交叉编译环境,分析Zynq平台启动流程,结合Zynq平台对嵌入式Linux系统进行移植,完成底层字符设备驱动程序的设计,阐述医用CT控制程序各模块结构和执行流程。考虑到系统扩展性的要求,控制系统将ROS系统作为通信中间件,采用订阅主题的异步通信方式,以套接字的形式实现了上位机与硬件平台之间消息传递。论文最后,对扫描控制系统的硬件设计、软件设...

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 与本课题有关的国内外研究现状
    1.3 论文主要研究工作
第2章 医用CT机工作原理及控制
    2.1 CT机结构
    2.2 CT机工作原理
    2.3 CT机扫描控制系统
    2.4 本章小结
第3章 扫描控制系统总体设计
    3.1 系统需求分析
        3.1.1 功能需求
        3.1.2 性能要求
    3.2 控制系统总体结构
    3.3 系统硬件平台介绍
    3.4 嵌入式操作系统的选择
    3.5 Zynq平台的集成开发环境
    3.6 本章小结
第4章 扫描控制系统硬件设计
    4.1 Zynq-7000 芯片PS部分子系统设计
    4.2 Zynq-7000 芯片PL部分子系统设计
        4.2.1 高压发生器控制模块设计
        4.2.2 探测器控制模块设计
        4.2.3 上准直器控制模块
    4.3 外部接口电路设计
    4.4 内部接口设计
        4.4.1 AXI总线介绍
        4.4.2 AXI-lite设计
        4.4.3 AXI总线互联接口
    4.5 硬件系统搭建
    4.6 本章小结
第5章 扫描控制系统软件设计
    5.1 软件结构总体设计
    5.2 Zynq启动过程分析
    5.3 搭建交叉编译环境
    5.4 定制嵌入式Linux操作系统
        5.4.1 启动引导程序移植
        5.4.2 Linux系统内核移植
        5.4.3 设备树文件设计
        5.4.4 Linux根文件系统的制作
    5.5 硬件驱动模块设计
        5.5.1 驱动程序概述
        5.5.2 驱动程序开发
    5.6 ROS通信系统设计
        5.6.1 ROS系统概念及其平台
        5.6.2 ROS节点通讯设计
        5.6.3 TCP/IP通信协议设计
    5.7 医用CT控制程序设计
        5.7.1 控制系统工作流程
        5.7.2 初始化模块
        5.7.3 命令执行模块
        5.7.4 扫描控制模块
    5.8 本章小结
第6章 扫描控制系统测试与验证
    6.1 硬件测试
    6.2 软件测试
        6.2.1 Linux系统内核测试
        6.2.2 ROS通信功能测试
    6.3 系统测试
        6.3.1 软件与硬件通道测试
        6.3.2 控制系统运行测试
        6.3.3 系统性能测试
    6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢



本文编号：3957929