Der UMC 0.18 Design Flow am Beispiel eines PDA ... - Mpc.belwue.de

Prototyp eines digitalen EEGs auf Basis eines FPGAs
für die Neurofeedbacksignalverarbeitung
Modul EWP_control
Das Modul EWP_control stellt alle Funktionalitäten für
die Steuerung, Kontrolle und Fehlerüberwachung der
möglichen Betriebszustände des Gesamtsystems zur
Verfügung. Es regelt anhand der kontinuierlichen
Auswertung der internen Statussignale USB_PWR,
SUP_PWR und USB_TXready, die von den Modulen
Peripherie und USB bereitgestellt werden, die Freigabe
einer EEG-Registrierung mit dem Signal ADC_en
oder unterbricht eine laufende EEG-Registrierung sobald
ein aufgetretener Fehler erkannt wurde. Die Art
des aufgetretenen Fehlers entscheidet über das weitere
Vorgehen das erforderlich ist, um eine erneute
Freigabe der EEG-Registrierung zu ermöglichen. Der
Beginn einer EEG-Registrierung kann ausschließlich
über die Anwendungssoftware auf dem PC veranlasst
werden.
Der Empfang von Daten, wobei es sich ausschließlich
um Steuerbefehle handelt, erfolgt über die internen
Signale USB_RXData, USB_newRXData und
USB_readRX. Stehen neue Empfangsdaten am Modul
USB bereit, werden diese übernommen und verarbeitet.
Als Reaktion auf einen Steuerbefehl oder bei
einem speziellen Fehlerereignis, ist der Versand von
Status- und Fehlermitteilungen über die beiden Signale
USB_TXAData und USB_writeTXA möglich. Zu
Testzwecken besteht zudem die Möglichkeit, den Zustand
einer Leuchtdiode der Statusanzeige über Steuerbefehle
aus der Anwendungssoftware heraus zu
verändern. Der jeweilige Zustand der Leuchtdiode
wird dem Modul Peripherie über das Signal SIGLED
vorgegeben.
Modul Peripherie
Das Modul Peripherie dient zur Anbindung aller verbleibenden
Hardwarekomponenten. Hierzu zählen die
Statusanzeige mit den Leuchtdioden und die beiden
Statussignale für die Versorgungsspannungszustände
der USB-Schnittstelle und des Anwendungsteils. Die
externe Verbindung zu den beteiligten Hardwarekomponenten
besteht über die Schnittstellensignale
USB_PWR_unsync, SUP_PWR_unsync, LEDG und
LEDR des Hauptdesigns. Die beiden Statussignale
USB_PWR_unsync und SUP_PWR_unsync werden
auf den Systemtakt einsynchronisiert und gegebenenfalls
entprellt. Die aufbereiteten Eingangssignale werden
den anderen Modulen über die entsprechenden
internen Signale USB_PWR und SUP_PWR übergeben.
Die Steuerung der Statusanzeige wird anhand
der Statussignale USB_PWR, SUP_PWR, ADC_en,
SIGLED und USB_TXready vorgenommen.
Modul ADC_Scrambler
Das Modul ADC_Scrambler sorgt für die Aufteilung
der parallel vorliegenden Abtastwerte eines Abtastzeitpunktes
auf einzelne Datenpakete, die unmittelbar
über die USB-Schnittstelle an den PC übertragen werden
können. Die parallelen Abtastwerte beider EEG-
Kanäle werden, sobald neue gültige Werte vorliegen
und dies über das Signal ADC_write angezeigt wird,
unverzüglich über das Signal ADC_DATA vom Modul
ADC entgegengenommen. Entsprechend den Übertragungseigenschaften
des Moduls USB, werden die
parallelen Daten auf vier einzelne Datenpakete aufgeteilt
und byteweise, direkt aufeinander folgend, über
die Signale USB_TXBData und USB_writeTXB dem
Modul USB, für den Versand über den Endpunkt B
zum PC, übergeben. Die Reihenfolge der Datenpakete
ist auf die Speicherorganisation des PCs angepasst,
damit die Werte der beiden EEG-Kanäle ohne
eine weitere softwareseitige Manipulation verwendet
werden können.
Modul Heartbeat
Das Modul Heartbeat generiert mit der geforderten
Abtastfrequenz von 4 kHz einen periodischen Impuls,
der innerhalb des Gesamtsystems den eindeutigen
Abtastzeitpunkt festlegt. Über das Signal ADC_HB
wird dadurch das Modul ADC veranlasst eine Abtastung
der beiden EEG-Kanäle zu initiieren.
5. Literatur
[1] Demos, John N.: Getting Started with Neurofeedback.
New York, London: W. W. Norton &
Company, 2005
[2] Zschocke, Stephan: Klinische Elektroenzephalographie.
2. Auflage. Heidelberg: Springer Medizin
Verlag, 2002
[3] Cooper, R.; Osselton, J. W.; Shaw, J.C.:
Elektroenzephalographie. 3. Auflage. Stuttgart:
Gustav Fischer Verlag, 1984
[4] Eichmeier, Josef: Medizinische Elektronik - Eine
Einführung. 3. Auflage. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag,
1997
[5] Meyer-Waarden, Karsten: Bioelektrische Signale
und ihre Ableitverfahren. Stuttgart, New York:
Schattauer, 1985
[6] Prutchi, David; Norris, Michael: Design and Development
of Medical Electronic Instrumentation -
A Practical Perspective of the Design, Construction,
and Test of Medical Devices. New Jersey:
John Wiley & Sons, Inc., 2005
MPC-Workshop, Juli 2009
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