CN105126246B - 具有多个存储器访问模式的可植入医疗设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及具有多个存储器访问模式的可植入医疗设备。一种可植入医疗设备，具有控制单元，其可操作地耦合到中央处理，配置为以下模式控制控制中央处理对存储器的访问：(1)第一模式，其允许中央处理单元继续正常操作并且具有对存储器的访问的完全控制，(2)第二模式，其允许中央处理单元继续正常操作，包括对存储器的访问，但当中央处理单元没有访问存储器时抢占控制访问存储器，(3)第三模式，其允许中央处理单元访问存储器，但控制中央处理单元的操作，以及(4)第四模式，其抢占对存储器的访问的控制，并且阻止中央处理单元访问存储器。

Description

具有多个存储器访问模式的可植入医疗设备

技术领域

本发明一般涉及可植入医疗设备和系统，并且更具体地涉及控制存储器访问的可植入医疗设备。

背景技术

大部分可植入医疗设备是复杂的电子设备，其通常包括用于控制操作的微处理器。微处理器通常与至少一个存储器或存储单元相耦合以存储和读取与可植入医疗设备的运行相关的数据和信息。在新型或改进的可植入医疗设备的开发期间，或在制造或后期制造中，常常需要能够在可植入医疗设备正在运行时并且在设备的不同操作中检测存储操作(memory operation)。然而，当可植入医疗设备在运行时，用于访问运行中的可植入医疗设备的存储器的竞争性请求必然限制观察和测试存储操作的能力。尽管通常存储器本身可自我测试，但是难以当存储器在可植入医疗设备的运行期间正被使用之时查看和理解存储器的操作。由于存储器开发或生产漏洞(bug)或存储器中的错误(error)可能只在可植入医疗设备实际运行时发生，快速并简单地检测和校正这些故障或误差可能是困难的。可植入医疗设备的正常操作可能妨碍充分测试和调试存储器的能力。

发明内容

开发了多个直接存储器访问模式以用于访问在可植入医疗设备中可用的整个存储空间。这些存储器访问模式通常用于开发或制造测试或故障探查(trouble-shooting)，这些存储器访问模式提供了对存储器的简单访问，使得对可植入医疗设备的测试简单且有效，得到制造测试中更大的控制性和再现性，并且有助于减少制造测试时间。

多个直接存储器访问模式提供了用于支持待执行的测试类型的多个存储器抢占等级。在一个实施方式中，提供了三个不同的存储器抢占等级。

最小侵略性存储器抢占模式是“非侵入(non-intrusive)”操作模式。在这种模式中，可植入医疗设备正常地操作，其中中央处理单元正常地操作以服务于系统中断。在所述非侵入存储器抢占模式下，只有当没有其他服务在请求对存储器的访问时，所请求的读取或写入操作才会被服务(be serviced)。非侵入模式确保了在可植入医疗设备中整合存储器的最小侵略性方式，而不会影响可植入医疗设备所执行的正常任务的处理时间。在正常操作期间从可植入医疗设备中提取所收集的数据时，这种能力是非常可贵的。

存储器抢占的第二等级是“带有抢占的连续访问”。带有抢占的连续访问模式阻止中央处理单元执行代码但允许访问存储器映射的硬件操作。例如，如果测试工程师希望使用硬件块运转器(hardware block mover)，那么带有抢占的连续访问的操作模式是理想的。测试工程师可以通过写入所需配置来配置块运转器请求，并且当设置完成后，块运转器功能被授予对存储器的访问。一旦块运转功能完成，阻止中央处理执行操作，并且直接存储器访问功能如中央处理单元一样运行以用于存储器访问。

第三种存储器抢占操作模式是“连续访问”。在连续访问存储器抢占模式中，直接存储器访问全盘控制存储器和存储器映射，并且阻止任何其他来源控制存储器。连续访问抢占操作模式可以被用于支持存储器测试操作。

在一个实施方式中，可植入设备具有治疗模块，其配置为向患者提供治疗输出，中央处理单元，其配置为至少部分地控制可植入医疗设备的的操作，以及存储器，其可操作地耦合到中央处理单元。可操作地耦合到中央处理的控制单元(SCANDMA)被配置为以以下模式控制中央处理对存储器的访问：(1)第一模式(正常NORMAL)，其允许中央处理单元继续正常操作并且完全控制对存储器的访问；(2)第二模式(非侵入NON－INTRUSIVE)，其允许中央处理单元继续正常操作，包括访问存储器，但当中央处理单元不在访问存储器时抢占对存储器的访问的控制；(3)第三模式(带有抢占的连续访问CONTINUOUS ACCESS WITHPREEMPT)，其允许中央处理单元对存储器的访问，但控制中央处理单元的操作；以及(4)第四模式(连续访问CONTINUOUS ACCESS)，其抢占对存储器的访问的控制，并且阻止中央处理单元对存储器的访问。

在一个实施方式中，中央处理单元接受系统中断，中央处理单元响应于系统中断而正常地访问存储器，并且在第三模式(带有抢占的连续访问)和第四模式(连续访问)下，通过中央处理单元对存储器进行的存储器访问被阻止。

在一个实施方式中，存储器是随机访问存储器(RAM)和只读存储器(ROM)二者。

在一个实施方式中，可植入医疗设备具有输入/输出端口，其可操作地耦合到中央处理单元并且耦合到控制单元(SCANDMA)。

在一个实施方式中，控制单元通过输入/输出端口从外部设备接收模式命令。

在一个实施方式中，控制单元(SCANDMA)具有状态机，其中：(1)第一状态(0-IDLE)，其中控制单元等候从外部设备接收的模式命令，(2)第二状态(1-REQUEST)，其中控制单元处理从外部设备接收的模式命令，(3)第三状态(2-ACCESS)，其中控制单元具有对存储器的访问，(4)第四状态(3-COMPLETE)，其中，控制单元在完成访问存储器之后转换至该状态，(5)第五状态(4-IDLE CA)，其中对存储器的访问的控制被抢占，并且阻止中央处理单元访问存储器；以及(6)第六状态(5-PRE)，其中，允许中央处理单元访问存储器，但是其中控制单元(SCANDMA)控制中央处理单元的操作。

在一个实施方式中，状态机在接收到对存储器的访问请求后从第一状态(0-IDLE)转换到第二状态(1-REQUEST)。

在一个实施方式中，状态机在有来自中央处理单元的对存储器的请求时从第二状态(1-REQUEST)转换到第三状态(2-ACCESS)，并且在接收到来自外部设备的对于第三模式(CONTINUOUS ACCESS WITH PREEMPT)的请求时转换到第六状态(5-PRE)，其允许中央处理单元对存储器的访问但是其控制中央处理单元的操作。

在一个实施方式中，状态机在来自中央处理单元的对存储器的请求完成后从第三状态(2-ACCESS)转换到第四状态(3-COMPLETE)。

在一个实施方式中，状态机在接收到来自外部设备的对于第三模式(CONTINUOUSACCESS WITH PREEMPT)的请求后从第四状态(3-COMPLETE)转换到第六状态(5-PRE)，其允许中央处理单元对存储器的访问但是其控制中央处理单元的操作，转换到第五状态(4-IDLE CA)，其中对存储器的访问的控制被抢占并且阻止中央处理单元访问存储器，并且如果没有来自外部设备的对于第三模式(带有抢占的连续访问)或第四模式(连续访问)的请求，则转换到第一状态(0-IDLE)。

在一个实施方式中，状态机在第四模式(连续访问)完成且有来自中央处理单元的对存储器的访问的请求时，从第五状态(4-IDLE CA)转换到第三状态(2-ACCESS)，并且在第四模式(连续访问)完成且接收到来自外部设备的对于第三模式(带有抢占的连续访问)的请求时，转换到第六状态(5-PRE)。

在一个实施方式中，状态机在第六状态(5-PRE)完成后从第六状态(5-PRE)转换到第五状态(4-IDLE CA)。

附图说明

图1是根据本发明而构造的可植入医疗设备的总体框图；

图2是图1的可植入医疗设备一部分的细节框图；

图3是显示了在图1的可植入医疗设备的各状态之间的状态及转换的状态图；

图4是可植入医疗设备的一个实施方式的简化视图；以及

图5显示了连接器模块和位于人类或哺乳动物心脏附近的可植入医疗设备的密封外壳。

具体实施方式

在图1的可植入医疗设备10中，中央处理单元12(其通常是微处理器的一部分)可操作地耦合到存储器14，例如，随机存取存储器、只读存储器、EEPROM、FLASH以及FRAM，存储器14可包括随机存取存储器16和只读存储器18二者。中央处理单元12可以利用包括随机存取存储器16和只读存储器18的存储器14用于正常操作状况。中央处理单元12可以在存储器14中存储信息和数据，并且中央处理单元可以常规地从存储器14中取出信息和数据。

治疗模块20可以用于提供治疗输出，例如但是不限于，对患者的电刺激和药物输送。治疗模块20常规地运行。

输入/输出模块22可被用于通常使用有线连接传输信息、数据和指令进入到可植入医疗设备中或从其中传输出。输入/输出模块22通常用于在植入到患者内之前，例如开发或制造测试期间，对可植入医疗设备10进行初始化、配置、准备或故障探查。输入/输出模块22的通常用途是从可植入医疗设备中取回信息，以用于例如对可植入医疗设备10进行故障探查。

控制单元24耦合到中央处理单元12，并且配置为用于控制存储器14的多个存储器访问抢占模式。控制单元24取决于用户建立的测试条件来允许或限制对存储器14的多种类型的访问。就是说，用户可以利用控制单元24来取决于在可植入医疗设备10上完成的诊断测试或故障探查的类型来抢占对存储器14的正常访问。

如前所述，开发了多个直接存储器访问模式以用于访问在可植入医疗设备中可用的整个存储空间。这些存储器访问模式通常用于开发或制造测试或故障探查，这些存储器访问模式提供了对存储器的简单访问，使得可植入医疗设备的测试简单且有效，得到制造测试中更大的控制性和再现性，并且有助于减少制造测试时间。

多个直接存储器访问模式提供了用于支持待执行的测试类型的多个存储器抢占等级。在一个实施方式中，提供了三个不同的存储器抢占等级。

最小侵略性存储器抢占模式是“非侵入”操作模式。在这种模式中，可植入医疗设备正常地操作，其中中央处理单元正常地操作以服务于系统中断。在所述非侵入存储器抢占模式下，只有当没有其他服务在请求对存储器的访问时，所请求的读取或写入操作才会被服务。非侵入模式确保了在可植入医疗设备中整合存储器的最小侵略性方式，而不会影响可植入医疗设备所执行的正常任务的处理时间。在正常操作期间从可植入医疗设备中提取所收集的数据时，这种能力是非常可贵的。

存储器抢占的第二等级是“带有抢占的连续访问”模式。带有抢占的连续访问模式阻止中央处理单元执行代码但允许访问存储器映射的硬件操作。例如，如果测试工程师希望使用硬件块运转器(hardware block mover)，那么带有抢占的连续访问的操作模式是理想的。测试工程师可以通过写入所需配置来配置块运转器请求，并且当设置完成后，块运转器功能被授予对存储器的访问。一旦块运转功能完成，阻止中央处理执行一项操作，并且直接存储器访问功能作为中央处理单元运行用于存储器访问。

第三存储器抢占操作模式是“连续访问”模式。在连续访问存储器抢占模式中，直接存储器访问全盘控制存储器和存储器映射，并且阻止任何其他来源控制存储器。连续访问抢占操作模式可以被用于支持存储器测试操作。

控制单元24提供了访问可植入医疗设备10的所有系统(包括输入/输出22、随机存取存储器16、独立于固件的只读存储器18、或由中央处理单元12运行的指令)的测试方法。应该认识和理解的是并不是只有随机存取存储器16和只读存储器18可以被访问，而是整个存储器空间都可以被访问。

图2是可植入医疗10一部分的细节框图，示出了控制单元24与中央处理单元12之间的交互。通过控制单元24(TAP)中的直接存储器访问指令而启用经由DMA单元26的直接存储器访问。应当认识和理解的是，全文所使用的短语“直接存储器访问”可以是该术语被通常使用的情况下的直接存储器访问，但是也可以是其他直接访问存储器的技术，例如采用嵌入式硬件块，例如可替代的总线主控器(master)。输入/输出模块22从中央处理单元12以及DMA单元26二者接收数据，并且耦合于I/O端口28。输入/输出模块22也直接耦合于内部I/O模块30。存储控制器32从中央处理单元12和DMA单元26接收指令，并且耦合于随机存取存储器16以及只读存储器18，统称为存储器14。在控制单元24的命令下，DMA单元26配置存储控制器32以通过中央处理单元12选择性地抢占对存储器14的正常访问。

四个接口可以被阻隔(blocked)，或“劫持”。第一个是中央处理单元12同存储控制器32的接口，用于抢占中央处理单元12从而控制直接存储器访问和来自DMA单元26的中断请求。第二个是中央处理单元12同输入/输出模块22的接口，用于访问所有来自DMA单元26内部和外部输入/输出操作。第三个是存储控制器32同随机存储器16的接口，用于使用外部访问的RAM测试(RAMTST)模式访问随机存储器14的所有32K。第四个是存储控制器32同只读存储器18的接口，用于使用也是外部访问的ROM测试(ROMTST)模式访问只读存储器18的所有40K。

DMA单元26通过I/O端口28，以SCANDMAEN高对内部输入/输出及外部输入/输出进行访问。DMA单元26通过存储器控制器32，以SCANDMAEN高和RAMTST_SD高访问随机访问存储器16。DMA单元26通过存储器控制器32以SCANDMAEN高和ROMTST_SD高访问只读存储器18。在一个实施方式中，在测试模式中，到存储器16的全部连接被交给允许对存储器16的全面控制的外部连接。

如前所述，可植入医疗设备10具有三个直接存储器访问模式，名称为“非侵入”模式、“带有抢占的连续访问”模式以及“连续访问”模式。

在“非侵入”模式中，可植入医疗设备10的正常操作不受阻止。DMA单元26仅在控制单元24访问期间将中央处理单元12置入DMA状态，但是允许中央处理单元12在控制单元24的访问之间正常地操作。在“非侵入”模式中，可植入医疗设备10可以继续治疗输入，例如起搏，并且进行事件测量。可植入医疗设备的系统继续独立操作，直到“非侵入”模式完成。一旦完成，在“非侵入”模式中获取的信息可以被用户读取。在一个实施方式中，如果在已经从实际使用中返回的可植入医疗设备10上执行“非侵入”，“非侵入”如上所述地操作，差别在于将遥测(如果有的话)设置为单独的状态。“非侵入”模式对于存储器测试以及不希望有来自其他DMA主控器的干扰的过程都是有用的。

“带有抢占的连续访问”模式也可以表征为一种侵入模式，其为控制单元24提供访问输入/输入模块22、随机存取存储器16以及只读存储器18，但是允许直接存储器请求。“带有抢占的连续访问”允许可植入医疗设备10的正常系统操作正常地继续，然而外部测试工具取代了内部中央处理单元12。阻止内部中央处理单元12控制可植入医疗设备10。这种模式允许连续存储器14访问用于存储单元移动(move)操作。这种模式也允许进行起搏测试和传感测试。不阻隔数据移动。仅内部中央处理单元12被阻隔并且被外部测试装备所取代。

“连续访问模式”可以表征为一种侵入模式，其为控制单元24提供排他性(exclusive)访问输入/输出模块22，随机访问存储器16以及只读存储器18。因为没有其他设备或部件可以访问存储器14，“连续访问模式”对于执行存储器测试是有用的。

图3的状态图表中描述了多种状态下的用于实现多个存储器抢占模式的可植入医疗设备10的操作。可植入医疗设备10具有6种不同状态。

状态0(310)是空闲状态，其中直接存储器访问未激活。

状态1(312)是在接收到对存储器访问的请求后从空闲状态转变至的请求状态。响应于存储器访问请求，状态机进行到状态2(314)。然而，如果接收到中断，那么状态机直接进行到指示抢占的状态5(316)。

状态2(314)是访问状态，其中对存储器14的访问被允许。在对存储器14的访问完成后，状态机进行到状态3(318)，其指示存储器访问已经完成。

当在状态318中已经完成存储器访问时，如果直接访问存储器没有激活则状态机可转换到空闲状态310，或者如果直接存储器访问激活则状态机可转换到状态4(320)。在状态320中，直接存储器访问被启用，并且“进行中”状态比特被置位。可选地，状态机将直接转换到指示中断的状态316。

如果再次接收到存储器访问，状态机可以从状态320转换回到状态314。可选地，如果接收到中断，状态机将转换到状态316。

当处于抢占状态316状态时，状态机将在完成抢占后回到状态320。

在“非侵入”模式下，状态机将循序地从状态310(空闲)转换到状态312(接收到请求)到状态314(访问存储器)到状态318(存储器访问完成)并且然后直接地返回状态310(空闲)，此举在没有中断或抢占可植入医疗设备10的正常操作的情况下允许对存储器的“窥视(peek)”。

在“带有抢占的连续访问”模式下，状态机将如同在“非侵入”模式下一样地从状态310(空闲)转换到状态312(接收到请求)到状态314(访问存储器)到状态318(存储器访问完成)。然而，代替转换回到状态310(空闲)，状态机将转换到状态320(直接存储器访问)。抢占模式可以通过从状态320到状态314(访问存储器)到状态318(存储器访问完成)并回到状态320(直接存储器访问)的循环而继续处理来自存储器14的进一步请求，而不允许中央处理单元12对于存储器14的正常访问。还有，在中断完成后可从状态316到达状态320(直接存储器访问)。

在“连续访问”模式下，状态机将如同在“带有抢占的连续访问”模式下一样地从状态310(空闲)转换到状态312(接收到请求)到状态314(访问存储器)到状态318(存储器访问完成)到状态320(直接存储器访问)。同样，状态机也可以通过从状态320到状态314(访问存储器)到状态318(存储器访问完成)并回到状态320(直接访问存储器)的循环而继续处理来自存储器14的进一步请求，而不允许中央处理单元12对于存储器14的正常访问。然而，“连续访问”模式与“带有抢占的连续访问”模式26的不同之处在于其不允许转换到状态316(中断)，从而防止所有其他设备、部件或者进程使用中断来中断直接存储器访问。

图4是实施了本发明实施方式的可植入医疗设备(IMD)10的一个实施方式的简图。图4所显示的IMD 10是起搏器，其包括至少一个附接到密封外壳114上并植入到人类或哺乳动物心脏108附近的起搏和感应引线116和118。起搏和感应引线116和118，感应伴随心脏108的去极化和复极化的电信号，并且还提供用于致使在其末端附近的心脏组织复极化的起搏脉冲。引线116和118可以具有，例如，布置于其上的单极或双极电极，如本领域公知的那样。IMD 10的示例包括公开在授予Bennett等人的美国专利No.5,158,078、授予Shelton等人的美国专利No.5,312,453以及授予Olson的美国专利No.5,144,949中的可植入心脏起搏器。

图5显示了位于人类或哺乳动物心脏108附近的IMD10的连接器模块112和密封容器114。心房和心室起搏引线116和118从连接器头模块112延伸出来分别进入到心脏108的右心房和心室。布置在心房起搏引线116末端的心房电极120和121位于右心房中。在心室起搏引线118末端的心室电极128和129位于右心室中。

因此，公开了所要求的发明的各实施方式。本领域技术人员将明白本发明可使用除这些已公开内容之外的实施方式得以实现。本发明公开的实施方式的目的是示意性而非限制性，并且本发明将仅由所附权利要求而限定。

Claims (13)

1.一种可植入医疗设备，包括：

治疗模块，其配置为用于产生治疗输出；

中央处理单元，其配置为用于至少部分地控制所述可植入医疗设备的操作；

存储器，其可操作地耦合到所述中央处理单元；

控制单元，其可操作地耦合到所述中央处理单元，并配置为用于以以下模式控制所述中央处理单元对所述存储器的访问：(1)第一模式，其允许所述中央处理单元继续正常操作并且具有对所述存储器的访问的完全控制，(2)第二模式，其允许所述中央处理单元继续正常操作，包括对所述存储器的访问，但当所述中央处理单元没有访问所述存储器时抢占对所述存储器的访问的控制，(3)第三模式，其允许所述中央处理单元对所述存储器的访问，但控制所述中央处理单元的操作，以及(4)第四模式，其抢占对所述存储器的访问的控制，并且阻止所述中央处理单元对所述存储器的访问。

2.如权利要求1所述的可植入医疗设备，其中：

所述中央处理单元接受系统中断；

所述中央处理单元响应于所述系统中断而正常地访问所述存储器；并且

在所述第三模式和所述第四模式下，阻止通过所述中央处理单元对所述存储器进行的存储器访问。

3.如权利要求2所述的可植入医疗设备，其中所述存储器包括随机访问存储器和只读存储器。

4.如权利要求3所述的可植入医疗设备，其中所述可植入医疗设备还包括输入/输出端口，其可操作地耦合到所述中央处理单元并且耦合到所述控制单元。

5.如权利要求4所述的可植入医疗设备，其中所述控制单元通过所述输入/输出端口从外部设备接收模式命令。

6.如权利要求5所述的可植入医疗设备，其中所述控制单元具有状态机，其中：

第一状态，其中所述控制单元等候从所述外部设备接收的所述模式命令；

第二状态，其中所述控制单元处理从所述外部设备接收的所述模式命令；

第三状态，其中所述控制单元具有对所述存储器的访问；

第四状态，其中所述控制单元在完成对所述存储器的所述访问之后转换至该第四状态；

第五状态，其中对所述存储器的访问的控制被抢占，并且所述中央处理单元被阻止访问所述存储器；以及

第六状态，其中允许所述中央处理单元访问所述存储器，但是其中所述控制单元控制所述中央处理单元的操作。

7.如权利要求6所述的可植入医疗设备，其中所述状态机在接收到对所述存储器的访问请求后从所述第一状态转换到所述第二状态。

8.如权利要求7所述的可植入医疗设备，其中：

在有来自所述中央处理单元的对所述存储器的请求后，所述状态机从所述第二状态转换到所述第三状态；以及

在接收到来自所述外部设备的对于所述第三模式的请求后，所述状态机从所述第二状态转换到所述第六状态，所述第六状态允许所述中央处理单元访问所述存储器但是控制所述中央处理单元的操作。

9.如权利要求8所述的可植入医疗设备，其中在完成来自所述中央处理单元的对所述存储器的所述请求后，所述状态机从所述第三状态转换到所述第四状态。

10.如权利要求9所述的可植入医疗设备，其中：

在接收到来自所述外部设备的对于所述第三模式的请求后，所述状态机从所述第四状态转换到所述第六状态，所述第六状态允许所述中央处理单元访问所述存储器但是控制所述中央处理单元的操作；

所述状态机从所述第四状态转换到所述第五状态，其中对所述存储器的访问的控制被抢占，并且阻止所述中央处理单元访问所述存储器；以及

如果没有来自所述外部设备的用于所述第三模式或所述第四模式的请求，所述状态机从所述第四状态转换到所述第一状态。

11.如权利要求10所述的可植入医疗设备，其中：

在所述第四模式完成后并且有来自所述中央处理单元的对所述存储器的访问的请求后，所述状态机从所述第五状态转换到所述第三状态；以及

在所述第四模式完成后并且在接收到来自所述外部设备的用于所述第三模式的请求后，所述状态机从所述第五状态转换到所述第三状态。

12.如权利要求11所述的可植入医疗设备，其中所述状态机在所述第六状态完成后从所述第六状态转换到所述第五状态。

13.如权利要求1所述的可植入医疗设备，其中所述治疗模块电耦合到引线，该引线具有用于传输治疗输出的至少一个电极。

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