W3100A在家用监护仪网络接口中的应用

　　1 概述

　　随着计算机网络和通信技术的发展，家用监护仪具有联网功能将是一大趋势。借助远程监护这一新型医疗模式能较好地解决患者在家中以较低的费用获得在医院同样的服务。依靠 Internet 和网络技术，医生能够有效地获得、分析来自仪器的各种数据，及时进行医疗指导或诊治，这对于患者获得高水平的医疗服务、及在紧急情况时的急救支援，具有重要意义。我们曾经设计的家用监护仪的联网方案是数据以无线方式从仪器传到 PC，再以 PC 为网络终端传输数据[1、2]。然而利用 8 位 MCU 通过 ISP(Internet 服务供应商)，在不需要使用 PC 或高档单片机的情况下接入Internet，这样的应用系统正逐步取代传统的以 PC 为中心的应用，成为未来 Internet 发展中的主力军[3]。本文讨论的网络化接口正是针对这一问题而提出的。

　　在分析了网络化接口中 TCP/IP 协议栈实现方式的基础上，本文介绍了一种基于 TCP/IP 协议栈芯片W3100A 的以 8 位 MCU 为核心的家用监护仪网络化接口的实现方案，解决了它接入 Internet 的问题。家用监护仪的工作原理和设计在此不再赘述，可参阅文献1和文献2。

　　2 网络化接口的实现

　　2.1 MCU 中实现 TCP/IP 协议栈的方案

　　(1)基于软件来实现 TCP/IP 协议栈，通过将TCP/IP 协议栈移植到系统中，然后调用相关的 API函数实现网络通信。或者不采用移植的方法，参照标准的 TCP/IP 协议精简相应的协议层，编写相关的 API函数完成简易的 TCP/IP 通信。但是这种方法需要有操作系统、高性能 MCU 及大容量存储器的支持。

　　(2)直接采用TCP/IP 协议栈芯片，如 W3100A。这种方案的主要优点在于应用系统设计不必考虑任何网络协议，只需要解释并执行网络芯片传送过来的指令和数据就可以实现与 Internet 网络连接，且不需要操作系统的支持。

　　家用监护仪主要完成 ECG(心电)、NIBP(无创血压)、SpO2(血氧饱和度)、呼吸率和体温5 个生理参数的采集、计算和分析，以及显示、报警等功能，其中仪器中的 8 位 MCU 负担较重且资源有限。因此本文决定采用直接使用 TCP/IP 协议栈芯片来实现网络化接口的方案。

　　2.2 W3100A 芯片简介

　　W3100A 是韩国 Wiznet 公司生产的一种 TCP/IP协议栈芯片，其中包含的协议层有 TCP(传输控制协议)、IP(网际协议)、UDP(用户数据报协议)、ICMP(因持网控制报文协议)和协议的 DLC(数据链路控制)，以及MAC 协议。该芯片提供两个接口给上层应用层：MCU 接口和 IIC 接口，一个 MII(mediaindependent interface)接口给底层物理层。芯片支持全双工 4M～5Mbit/s 的数据通信;内部带有双口RAM的数据缓冲器;采用0.35 m 的 CMOS工艺，64 引脚LQFP 封装。芯片的内部结构如图 1 所示。