在zai嵌qian入ru式shi係xi統tong開kai發fa和he應ying用yong過guo程cheng中zhong
，差cha異yi化hua也ye許xu是shi最zui有you趣qu的de事shi。每mei台tai設she備bei都dou有you獨du特te的de硬ying件jian和he軟ruan件jian架jia構gou及ji其qi自zi身shen的de獨du特te功gong能neng。因yin此ci，要yao設she計ji出chu可ke滿man足zu如ru此ci廣guang泛fan要yao求qiu的de軟ruan件jian開kai發fa工gong具ju和he操cao作zuo係xi統tong就jiu成cheng為wei一yi個ge艱jian巨ju挑tiao戰zhan。在嚴峻的經濟條件下，對開發商來說
，若因外包使其核心競爭力受損則絕非明智之舉。但作為開發者畢竟更願意外包那些可以從商業渠道獲得的不具差異化特征的組件 .

　　嵌qian入ru式shi設she備bei市shi場chang存cun在zai可ke廣guang泛fan涵han蓋gai的de某mou些xie共gong同tong特te性xing。醫yi療liao設she備bei和he儀yi器qi就jiu是shi其qi中zhong越yue來lai越yue重zhong要yao的de一yi個ge領ling域yu。在zai現xian代dai化hua的de醫yi療liao機ji構gou內nei
，電dian子zi技ji術shu應ying用yong的de範fan圍wei之zhi廣guang、數量之多是“觸目驚心”的。醫療設備和係統的範圍從龐大的要占用一整間房的核磁共振成像掃描儀到便攜式和手持儀器、再到如心髒起搏器等植入式設備，應有盡有。上述每種產品都是嵌入式係統。

　　當設計醫療設備係統時，軟件開發人員必須牢記如下四個主要方麵：1)安全。無論設計還要遵從哪些其它標準，安全都是其中最重要的，不可以犧牲安全為代價。2)性能。大多數嵌入式係統都有若幹性能標準
，但對許多醫療設備來說，其性能可是性命攸關的。3)經濟性。現在全球醫療康護成本都在不斷上升，控製醫療設備開發成本是實現負擔得起的醫療保健的關鍵之一。4)功能。設計任何設備的意義都在於能為用戶提供若幹具體功能和用處。本文將重點探討嵌入式軟件、特別是實時操作係統的選擇和實施是如何影響上述四個方麵的。

　　安全

　　當(dang)病(bing)人(ren)到(dao)醫(yi)院(yuan)就(jiu)診(zhen)時(shi)
，他(ta)或(huo)她(ta)所(suo)期(qi)待(dai)的(de)是(shi)病(bing)患(huan)的(de)緩(huan)解(jie)或(huo)治(zhi)愈(yu)而(er)不(bu)是(shi)受(shou)到(dao)傷(shang)害(hai)。時(shi)刻(ke)牢(lao)記(ji)病(bing)人(ren)的(de)安(an)全(quan)是(shi)醫(yi)療(liao)機(ji)構(gou)應(ying)盡(jin)的(de)職(zhi)責(ze)和(he)義(yi)務(wu)。這(zhe)就(jiu)強(qiang)製(zhi)了(le)醫(yi)療(liao)儀(yi)器(qi)和(he)係(xi)統(tong)要(yao)遵(zun)從(cong)一(yi)套(tao)明(ming)確(que)的(de)安(an)全(quan)標(biao)準(zhun)。但(dan)對(dui)嵌(qian)入(ru)式(shi)軟(ruan)件(jian)又(you)有(you)哪(na)些(xie)要(yao)求(qiu)

？

　　用法。操控醫療設備出錯的代價比操控任何其它設備出錯的代價都高。有不同製造商製造的、工作於不同方式的、許xu多duo種zhong不bu同tong醫yi療liao設she備bei在zai使shi用yong中zhong。這zhe些xie設she備bei在zai高gao壓ya力li環huan境jing下xia使shi用yong
，常chang常chang是shi由you超chao負fu荷he且qie疲pi憊bei的de醫yi護hu人ren員yuan操cao作zuo的de。很hen難nan想xiang象xiang一yi位wei整zheng天tian連lian軸zhou轉zhuan的de醫yi生sheng會hui認ren真zhen研yan讀du每mei台tai要yao使shi用yong設she備bei的de操cao作zuo手shou冊ce。

　　所以
，所有“智能”醫療設備都要有直觀的用戶界麵（UI）jiubiandezhiguanzhongyao。yuelaiyueduodeyonghujiemianshiyoudaiqiaomiaobianpaidecaidanheduomeitigongnengdegaofenbianlvtuxingxianshiqishixiande。kaifagaopinzhiyonghujiemianruanjianbingfeiyishi。yonghujiemiankaifabaobixudaikeyongdeshangyecaozuoxitong
，yibiannengyijuchengbenxiaoyidefangshiweifuzadeyiliaoshebeigoujianjuyouzhuoyitexingdeyonghujiemian。

　　可靠性。醫療儀器的硬件設計人員會選用高可靠性器部件。同樣
，構建可靠的軟件也應使用經過現場驗證、諸如已商品化且應用廣泛並滿足手頭工作要求的操作係統（OS）等組件（如，用實時操作係統而不是台式機操作係統的衍生版本）。 一台要經常關電重啟以“複位重置”的醫療設備是不可接受的。在彈出的對話框內給出一個莫名其妙的出錯報告並非一種可接受的方法
，應不在設計考慮之內。

　　驗(yan)證(zheng)。在(zai)大(da)多(duo)數(shu)國(guo)家(jia)，監(jian)管(guan)機(ji)構(gou)測(ce)試(shi)並(bing)認(ren)證(zheng)醫(yi)療(liao)設(she)備(bei)是(shi)否(fou)滿(man)足(zu)特(te)定(ding)標(biao)準(zhun)。軟(ruan)件(jian)認(ren)證(zheng)是(shi)一(yi)個(ge)複(fu)雜(za)且(qie)昂(ang)貴(gui)的(de)過(guo)程(cheng)，通(tong)常(chang)在(zai)係(xi)統(tong)級(ji)實(shi)施(shi)。因(yin)此(ci)
，購(gou)買(mai)一(yi)款(kuan)“經過核證的實時操作係統（RTOS）”是不可能的，因為RTOS隻是一個完整應用中的一個組成部分。

　　但根據所選的RTOS
，有三個因素可提升獲得認證的幾率。首先是選用一款具有良好設備認證記錄的實時操作係統；其次是RTOS的de大da小xiao。軟ruan件jian的de認ren證zheng費fei用yong與yu所suo含han的de代dai碼ma大da小xiao成cheng正zheng比bi。一yi個ge具ju有you高gao度du可ke擴kuo展zhan性xing且qie代dai碼ma少shao的de操cao作zuo係xi統tong顯xian然ran有you利li於yu降jiang低di成cheng本ben。第di三san，提ti供gong源yuan代dai碼ma的de操cao作zuo係xi統tong將jiang簡jian化hua認ren證zheng過guo程cheng中zhong的de修xiu改gai操cao作zuo，並bing支zhi持chi對dui在zai最zui終zhong設she計ji中zhong到dao底di包bao含han哪na些xie代dai碼ma具ju有you最zui終zhong控kong製zhi權quan。

　　性能

　　對許多類型的係統（如台式電腦）來說，通過簡單地提升CPU性能、加大內存容量就可提升係統性能。但對許多嵌入式係統、特別是絕大多數醫療設備來說


，這種做法卻行不通。相反

，必須要以性能和功能最恰到好處的CPU以及最少量的內存來實現既定目標。上述要求是通過高效運行構建在“快速”操作係統基礎之上的軟件實現的。

　　大多數醫療係統是“實時運行”的(de)。但(dan)這(zhe)並(bing)不(bu)一(yi)定(ding)意(yi)味(wei)著(zhe)它(ta)們(men)工(gong)作(zuo)的(de)速(su)度(du)快(kuai)
，而(er)是(shi)說(shuo)它(ta)們(men)必(bi)須(xu)要(yao)在(zai)特(te)定(ding)時(shi)間(jian)內(nei)做(zuo)出(chu)響(xiang)應(ying)，其(qi)特(te)點(dian)是(shi)可(ke)預(yu)測(ce)性(xing)或(huo)確(que)定(ding)性(xing)。對(dui)事(shi)件(jian)的(de)反(fan)應(ying)必(bi)須(xu)“準時”——不早也不晚。實現可預測性的第一步是使用確定性或真正的實時操作係統。

　　經濟性

　　醫療設備和係統市場的競爭非常激烈，最大限度地降低成本至關重要。需考慮的一些成本構成包括：

　　開發成本。醫療設備的研發過程受多種因素的影響。產品上市進度也許是最重要的因素。軟件設計
、開發和認證必須要在非常緊迫的期限內完成。重複使用經過驗證的軟件（如實時操作係統）可以加速這一進程。自己開發一款RTOS代價高昂，且需要長期的支持擔當。使用商業操作係統使滿足各種標準變得容易，且還能簡化認證過程
、減少認證費用。了解所選用的代碼業已在先前的應用中得到成功認證，對降低開發成本很關鍵。硬件/軟件集成階段往往是最費心費力費時的
，在時間段上，它一般處在最終產品發布日和最新的可用原型硬件提供日之間。

　　製造成本。在更小內存上運行的高效軟件加之選用非高端的CPU可降低器件成本、減少所需的元器件數。一個商用實時操作係統在這方麵有幫助，且如果其商業模式是靈活的，它就不會對成本產生負麵影響。

　　功能

　　提供特定的設備功能是應用軟件的根本職責。但是
，在有些情況，實現所需的功能會特別費時費力。

　　設(she)備(bei)支(zhi)持(chi)。在(zai)嵌(qian)入(ru)式(shi)軟(ruan)件(jian)開(kai)發(fa)中(zhong)
，設(she)備(bei)支(zhi)持(chi)是(shi)個(ge)大(da)挑(tiao)戰(zhan)
，其(qi)後(hou)續(xu)工(gong)作(zuo)與(yu)硬(ying)件(jian)有(you)更(geng)多(duo)牽(qian)連(lian)。此(ci)外(wai)，能(neng)使(shi)硬(ying)件(jian)部(bu)件(jian)特(te)點(dian)相(xiang)得(de)益(yi)彰(zhang)的(de)軟(ruan)件(jian)編(bian)程(cheng)技(ji)巧(qiao)也(ye)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。目(mu)前(qian)大(da)多(duo)數(shu)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)設(she)計(ji)依(yi)賴(lai)於(yu)商(shang)用(yong)標(biao)準(zhun)外(wai)圍(wei)器(qi)件(jian)。對(dui)大(da)多(duo)數(shu)商(shang)業(ye)操(cao)作(zuo)係(xi)統(tong)來(lai)說(shuo)，這(zhe)些(xie)設(she)備(bei)的(de)驅(qu)動(dong)軟(ruan)件(jian)是(shi)現(xian)成(cheng)的(de)。使(shi)用(yong)以(yi)前(qian)已(yi)被(bei)應(ying)用(yong)過(guo)多(duo)次(ci)的(de)代(dai)碼(ma)會(hui)使(shi)硬(ying)件(jian)/軟件集成工作簡單得多。

　　便攜性。越來越多的醫療設備要求便攜性。雖然便攜性始於對硬件的要求，但它對軟件產生重大影響。關鍵問題是降低功耗、以最大限度地延長電池壽命。軟件可在以下方麵對便攜性有所助益：

　　1)減jian小xiao內nei存cun容rong量liang。盡jin量liang減jian少shao軟ruan件jian的de內nei存cun占zhan用yong將jiang減jian少shao所suo需xu內nei存cun量liang，從cong而er降jiang低di功gong耗hao。一yi款kuan商shang用yong操cao作zuo係xi統tong很hen可ke能neng是shi緊jin湊cou的de且qie具ju有you高gao效xiao擴kuo展zhan能neng力li
，這zhe樣yang就jiu可ke能neng僅jin對dui 用到的代碼實施配置。下圖2演示了一款假設的具有271個服務調用的操作係統以及一個僅使用其中三個調用的應用示例。

　　2)高效利用CPU。高效軟件可以較低的時鍾頻率令人滿意地運行於CPU之上，時鍾頻率對功耗有巨大影響。高效軟件甚至可工作於較低端的CPU、且仍能實現預期性能。一種高效實時操作係統可確保在正確的時間運行正確的代碼且不會引致任何不菲的開銷。

　　3)電源管理。若所選的CPU（或硬件設計）支持主動電源管理
，那麼操作係統就可以控製這一能力。電源管理支持僅對CPU內正在工作的部分供電，或根據CPU的使用情況動態調整時鍾頻率。

　　連接性。越來越多的醫療儀器和係統正被相互連接起來。有多種連接技術可供選配

，尤其是以下兩種技術，既有效用又具挑戰性。

　　1)USB是當今連接電腦與外設的最通用協議。處理USB協議的軟件非常複雜。驅動不同類型的設備需要類驅動器。由於USB設備既可以是控製器
；也可能是外設；而這兩種“身份”又需要不同的協議棧，從而使問題進一步複雜。對醫療設備來說，既可作為主機又可作為功能外設的情況都是可能的。當從可用的USB堆棧中選用一款USB實現時，千萬記得要選用“經過認證的USB”實現方案。

　　2)無線網絡有各種形態，從諸如藍牙和ZigBee這類的點對點連接，到WiFi這zhe類lei的de對dui等deng網wang絡luo。采cai用yong無wu線xian方fang式shi進jin行xing通tong信xin的de醫yi療liao設she備bei所suo帶dai來lai的de好hao處chu遠yuan非fei僅jin僅jin是shi便bian利li性xing。對dui醫yi院yuan來lai說shuo
，去qu掉diao了le成cheng捆kun的de線xian纜lan對dui整zheng潔jie環huan境jing有you好hao處chu，還hai利li於yu規gui避bi事shi故gu，這zhe在zai全quan球qiu範fan圍wei內nei都dou是shi真zhen切qie的de關guan注zhu所suo在zai。但dan無wu線xian網wang絡luo不bu能neng以yi犧xi牲sheng安an全quan和he保bao障zhang為wei代dai價jia。為wei確que保bao安an全quan，以yi能neng防fang範fan竊qie聽ting的de方fang式shi發fa送song病bing人ren數shu據ju就jiu變bian得de至zhi關guan重zhong要yao。目mu前qian已yi有you包bao括kuo802.11i協議在內的各種加密方式。一些商業實時操作係統供應商提供完整的預集成WiFi方案。

　　與大多數嵌入式應用一樣
，醫療電子設備的開發需要從技術和商業角度考慮一係列問題。包括采用合適的技術、通過認證、將合適產品以合適價格及時推向市場等一係列工作。複用現有成熟技術不過是種常識，而從實時操作係統起步則是明智之舉。