CN113925519B - 一种基于微内核的便携式肌电检测设备及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于微内核的便携式肌电检测设备及系统，通过使用微内核提高便携式肌电检测设备的稳定性。同时，对微内核进行改进，在肌电数据处理组件的线程个数大于第一预设值时，根据pager创建时间以及每个pager在一定时间内被内核访问的次数对运行在用户态的非肌电数据处理组件的线程对应的pager排序，销毁部分pager，由于pager也是线程，通过对pager的优化，提高了便携式肌电检测设备的性能。本发明达到了不仅能够保障便携式肌电检测设备稳定运行的效果，而且还能对肌电信号数据进行快速处理。

Description

一种基于微内核的便携式肌电检测设备及系统
技术领域
本申请涉及肌电检测领域，尤其涉及基于微内核的便携式肌电检测设备和系统。
背景技术
生物电信号是生物机体产生的微弱电信号，例如脑电图、心电图就是将大脑和心脏产生的电信号经过放大、过滤等操作后显示出的图形，借助于这些图像可以了解大脑和心脏的健康情况。肌电顾名思义就是肌肉组织产生的电信号，通过附着在体表的电极可以测量肌电，表面肌电仪是肌电检测中常用的设备，利用肌电仪可以得到肌电图。表面肌电数据（surface electromyography）及其微弱，一般只有1μV-500μV，正是由于肌电数据的微弱，需要高精度的测量仪器，而且需要系统能高速的对信号进行处理。
目前医用肌电仪体型比较大，不适合急诊、义诊携带，便携式肌电仪由于处理器的限制，其性能并不高，尤其是对于多通道的便携式肌电仪，很容易出现信号处理慢、稳定性差等问题。而急诊、义诊又需要设备具有较高的可靠性。微内核是一种精简的操作系统内核，它只负责CPU、内存、线程等服务的管理，而例如文件系统、网络服务等的管理是以单独的模块加载到微内核，微内核具有易于维护、系统稳定等特点，很适合应用在便携式肌电仪中。但是由于微内核的非核心功能都是在user mode下管理，例如错页处理线程就是运行在用户态下，相对于宏内核的请求-应答，微内核用户态下的线程发生错页时，需要通过IPC向微内核请求，微内核再转发给pager，pager处理后再通过微内核返回给请求线程，频繁的kernel mode和user mode切换，会严重降低微内核的性能。如何在保证便携式肌电仪稳定性的前提下，提高便携式肌电仪的性能是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于微内核的便携式肌电检测设备及系统，通过在便携式肌电检测设备中应用微内核解决便携式肌电检测设备稳定性差的问题，同时对微内核进行改进，提高了便携式肌电检测设备的性能。
在一个方面，本发明提供了一种基于微内核的便携式肌电检测设备，所述设备至少包括电极刺激电路、sEMG信号检测电路、微处理器、电源、通信单元、显示器，所述设备采用L4微内核，
所述L4微内核至少连接有运行在用户态的pager调整组件和运行在用户态的肌电数据处理组件；所述pager调整组件包括以下模块：
监测模块，用于监测所有非内核态线程及对应的pager个数、pager创建时间以及每个pager在一定时间内被内核访问的次数；并将pager分为两组，第一组为肌电数据处理组件的线程对应的pager，第二组是其他线程对应的pager；
调整模块，用于判断肌电数据处理组件的线程个数是否大于第一预设值，若是，则根据pager创建时间以及每个pager在一定时间内被内核访问的次数对第二组的pager排序，将第二组中部分pager销毁，并建立销毁pager对应的线程与第二组未销毁pager的对应关系；若否，不对第二组的pager调整。
优选地，所述将第二组中部分pager销毁，具体为：
若创建时间在一定时间之前，则计算pager在一定时间内被内核访问的频率，若创建时间在一定时间之后，则计算pager自创建以来被内核访问的频率，根据频率对第二组的pager按照从大到小的顺序排序，将频率小于阈值的pager销毁。
优选地，所述pager调整组件还包括：
请求转发模块，用于在所述调整模块在建立销毁pager对应的线程与第二组未销毁pager的对应关系后，若m个线程对应一个pager，则将一定时间内所述m个线程发出的错页请求整合成一个请求，并将请求发往微内核；微内核将来自pager的应答发送给请求转发模块，进而转发给对应的线程。
优选地，所述建立销毁pager对应的线程与第二组未销毁pager的对应关系，具体为：
判断销毁pager对应线程的关系，构建线程链表，所述线程链表上的线程是销毁的pager对应线程，位于同一个线程链表上的线程具有父子关系，则将位于一个线程链表上的线程对应到一个第二组中未销毁的pager。
优选地，所述调整模块还用于，在用户态中非肌电数据处理组件的线程个数小于第二预设值时，无论肌电数据处理组件的线程个数是否大于第一预设值，都不对pager调整。
优选地，所述pager调整组件还包括第二调整模块，所述第二调整模块用于在pager对应的线程休眠超过第一阈值时间时，将pager休眠。
优选地，所述pager是与线程对应的用于处理包括线程页错误在内的线程，在对pager调整之前，每个线程对应一个pager。
另外一方面，本发明还提供了一种基于微内核的便携式肌电监测系统，所述系统包括服务器以及如上所述的设备，所述设备通过通信单元与移动终端或者服务器建立连接。
最后本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序包括以下模块：
监测模块，用于监测所有非内核态线程对应的pager个数、pager创建时间以及每个pager在一定时间内被内核访问的次数；并将pager分为两组，第一组为肌电数据处理组件的线程对应的pager，第二组是其他线程对应的pager；
调整模块，用于判断肌电数据处理组件的线程个数是否大于第一预设值，若是，则根据pager创建时间以及每个pager在一定时间内被内核访问的次数对第二组的pager排序，将第二组中部分pager销毁，并建立销毁pager对应的线程与第二组未销毁pager的对应关系；若否，不对第二组的pager调整。
优选地，所述计算机程序还包括请求转发模块，于在所述调整模块在建立销毁pager对应的线程与第二组未销毁pager的对应关系后，若m个线程对应一个pager，则将一定时间内所述m个线程发出的错页请求整合成一个请求，并将请求发往微内核；微内核将来自pager的应答发送给请求转发模块，进而转发给对应的线程。
本发明将微内核应用到便携式肌电检测设备中，提高了便携式肌电检测设备的稳定性。同时通过判断电信号处理组件的线程个数，对微内核用户态的线程对应的pager进行了调整，由于pager本质也是一个线程，其也会占用便携式肌电检测设备的资源，本发明通过一个微内核的组件实现了对pager的调整，在便携式肌电检测设备进行肌电数据处理时，将资源尽量分配给肌电数据处理的线程，提高了便携式肌电检测设备的性能。
本发明只对用户态的非肌电数据处理线程对应的pager进行调整，避免了对内核态线程的影响，提高系统稳定性；同时，不对肌电数据处理组件的线程对应的pager进行调整，保障肌电数据处理组件的稳定性和高效性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中线程-微内核-pager的对应关系示意图；
图2为本发明的设备的结构图；
图3为本发明提供的结构图。
具体实施方式
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，现有技术中微内核中的每个线程都会关联一个pager，pager实质也是一个线程，其主要负责处理内存缺页错误等，由于pager属于用户态线程，其他用户态线程发生缺页错误时，首先需要访问内核，然后内核访问pager，pager处理缺页错误后将结果返回给微内核，微内核再返回给发生缺页错误的线程，这种多次在用户态和内核态进行切换的操作，严重浪费了系统资源，造成系统的效率不高。
具体实施例一
本发明提供了一种基于微内核的便携式肌电检测设备，所述设备至少包括电极刺激电路、sEMG信号检测电路、微处理器、电源、通信单元、显示器，所述设备采用L4微内核，如图2所示；
如图3所示，所述L4微内核至少连接有运行在用户态的pager调整组件和运行在用户态的肌电数据处理组件；所述pager调整组件包括以下模块：
监测模块，用于监测所有非内核态线程及其对应的pager个数、pager创建时间以及每个pager在一定时间内被内核访问的次数；并将pager分为两组，第一组为肌电数据处理组件的线程对应的pager，第二组是其他线程对应的pager；
调整模块，用于判断肌电数据处理组件的线程个数是否大于第一预设值，若是，则根据pager创建时间以及每个pager在一定时间内被内核访问的次数对第二组的pager排序，将第二组中部分pager销毁，并建立销毁pager对应的线程与第二组未销毁pager的对应关系；若否，不对第二组的pager调整。
肌电数据处理组件用于对采集的肌电信号进行处理，例如对肌电信号进行时域分析、频域分析、傅里叶变换等。
便携式肌电检测设备的微内核对应的线程可以分为：内核态线程、用户态线程，其中用户态线程包括用户态非肌电数据处理组件线程、肌电数据处理组件线程，由于肌电数据处理组件是运行在用户态，其也可以称为用户态肌电数据处理组件线程。由于本发明是对pager的调整，以上所述的用户态线程不包括pager，由于pager也是线程，为了区分pager和非pager的线程，如非特殊说明，本发明所指的pager和线程是两个范围，线程不包括pager。
由于微内核只包括操作系统一些核心的功能，例如cpu管理、内存管理，其他功能都是通过组件的方式连接到微内核，组件和微内核是一种可插拔的方式连接。为了保障微内核中内核态的线程能够稳定运行，本发明避免了对内核态线程对应的pager进行调整，只对用户态的进程对应的pager进行调整。
在一个实施例中，若一个pager对应的线程其中一个或多个为肌电数据处理组件的线程，则其为第一组对应的pager；同样地，若一个pager对应的线程其中一个或多个为内核态线程，则将其标记为内核态pager。
在一个具体实施例中，所述将第二组中部分pager销毁，具体为：
若所述创建时间在一定时间之前，则计算pager在一定时间内被内核访问的频率，若所述创建时间在一定时间之后，则计算pager自创建以来被内核访问的频率，根据频率对第二组的pager按照从大到小的顺序排序，将频率小于阈值的pager销毁。
在一个实施例中，所述pager调整组件还包括：
请求转发模块，用于在所述调整模块在建立销毁pager对应的线程与第二组未销毁pager的对应关系后，若m个线程对应一个pager，则将一定时间内所述m个线程发出的错页请求整合成一个请求，并将请求发往微内核；微内核将来自pager的应答发送给请求转发模块，进而转发给对应的线程。
在调整后，如果有多个线程对应一个pager，且在很短的一个时间内都需要调用pager，则可以通过请求转发模块，可以将请求收集起来，避免了对应同一个pager的多个线程在很短时间内频繁的通过微内核访问pager。
在一个实施例中，所述建立销毁pager对应的线程与第二组未销毁pager的对应关系，具体为：
判断销毁pager对应线程的关系，构建线程链表，所述线程链表上的线程是销毁的pager对应线程，位于同一个线程链表上的线程具有父子关系，则将位于一个线程链表上的线程对应到一个第二组中未销毁的pager。
当用户态中非肌电数据处理组件对应的线程个数较少时，其对应的pager也比较少，如果对pager进行调整，并不能显著提高系统性能，而且由于对pager进行调整也会消耗资源，则会加重系统负载。因此，在用户态中非肌电数据处理组件的线程个数小于第二预设值时，无论肌电数据处理组件的线程个数是否大于第一预设值，都不对pager调整。
pager本质是一个线程，pager对应的线程长时间休眠，就不会访问pager，为了节省资源，在pager对应的线程休眠超过第一阈值时间时，将pager休眠。
优选地，所述pager是与线程对应的用于处理包括线程页错误在内的线程，在对pager调整之前，每个线程对应一个pager。
具体实施例二
本发明还提供了一种基于微内核的便携式肌电监测系统，所述系统包括服务器以及如具体实施例一所述的设备，所述设备通过通信单元与移动终端或者服务器建立连接。
具体实施例三
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序包括以下模块：
监测模块，用于监测所有非内核态线程对应的pager个数、pager创建时间以及每个pager在一定时间内被内核访问的次数；并将pager分为两组，第一组为肌电数据处理组件的线程对应的pager，第二组是其他线程对应的pager；
调整模块，用于判断肌电数据处理组件的线程个数是否大于第一预设值，若是，则根据pager创建时间以及每个pager在一定时间内被内核访问的次数对第二组的pager排序，将第二组中部分pager销毁，并建立销毁pager对应的线程与第二组未销毁pager的对应关系；若否，不对第二组的pager调整。
优选地，所述计算机程序还包括请求转发模块，于在所述调整模块在建立销毁pager对应的线程与第二组未销毁pager的对应关系后，若m个线程对应一个pager，则将一定时间内所述m个线程发出的错页请求整合成一个请求，并将请求发往微内核；微内核将来自pager的应答发送给请求转发模块，进而转发给对应的线程。
本发明所述的各个实施例可以进行组合以实现对应的技术方案。结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

Claims (10)

1.一种基于微内核的便携式肌电检测设备，所述设备至少包括电极刺激电路、sEMG信号检测电路、微处理器、电源、通信单元、显示器，所述设备采用L4微内核，其特征在于，
所述L4微内核至少连接有运行在用户态的pager调整组件和运行在用户态的肌电数据处理组件；所述pager调整组件包括以下模块：
监测模块，用于监测所有非内核态线程及对应的pager个数、pager创建时间以及每个pager在一定时间内被内核访问的次数；并将pager分为两组，第一组为肌电数据处理组件的线程对应的pager，第二组是其他线程对应的pager；
调整模块，用于判断肌电数据处理组件的线程个数是否大于第一预设值，若是，则根据pager创建时间以及每个pager在一定时间内被内核访问的次数对第二组的pager排序，将第二组中部分pager销毁，并建立销毁pager对应的线程与第二组未销毁pager的对应关系；若否，不对第二组的pager调整。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述将第二组中部分pager销毁，具体为：
若创建时间在所述一定时间之前，则计算pager在一定时间内被内核访问的频率，若创建时间在所述一定时间之后，则计算pager自创建以来被内核访问的频率，根据频率对第二组的pager按照从大到小的顺序排序，将频率小于阈值的pager销毁。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述pager调整组件还包括：
请求转发模块，用于在所述调整模块在建立销毁pager对应的线程与第二组未销毁pager的对应关系后，若m个线程对应一个pager，则将一定时间内所述m个线程发出的错页请求整合成一个请求，并将请求发往微内核；微内核将来自pager的应答发送给请求转发模块，进而转发给对应的线程。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述建立销毁pager对应的线程与第二组未销毁pager的对应关系，具体为：
判断销毁pager对应线程的关系，构建线程链表，所述线程链表上的线程是销毁的pager对应线程，位于同一个线程链表上的线程具有父子关系，则将位于一个线程链表上的线程对应到一个第二组中未销毁的pager。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述调整模块还用于，在用户态中非肌电数据处理组件的线程个数小于第二预设值时，无论肌电数据处理组件的线程个数是否大于第一预设值，都不对pager调整。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述pager调整组件还包括第二调整模块，所述第二调整模块用于在pager对应的线程休眠超过第一阈值时间时，将pager休眠。
7.如权利要求1-6任一项所述的设备，其特征在于，所述pager是与线程对应的用于处理包括线程页错误在内的线程，在对pager调整之前，每个线程对应一个pager。
8.一种基于微内核的便携式肌电监测系统，其特征在于，所述系统包括服务器以及如权利要求1-6任一项所述的设备，所述设备通过通信单元与移动终端或者服务器建立连接。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，所述计算机程序包括以下模块：
监测模块，用于监测所有非内核态线程对应的pager个数、pager创建时间以及每个pager在一定时间内被内核访问的次数；并将pager分为两组，第一组为肌电数据处理组件的线程对应的pager，第二组是其他线程对应的pager；
调整模块，用于判断肌电数据处理组件的线程个数是否大于第一预设值，若是，则根据pager创建时间以及每个pager在一定时间内被内核访问的次数对第二组的pager排序，将第二组中部分pager销毁，并建立销毁pager对应的线程与第二组未销毁pager的对应关系；若否，不对第二组的pager调整。
10.如权利要求9所述的存储介质，其特征在于，所述计算机程序还包括请求转发模块，于在所述调整模块在建立销毁pager对应的线程与第二组未销毁pager的对应关系后，若m个线程对应一个pager，则将一定时间内所述m个线程发出的错页请求整合成一个请求，并将请求发往微内核；微内核将来自pager的应答发送给请求转发模块，进而转发给对应的线程。
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基于L4的微内核的设计与实现;焦向;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20131231;全文 *
基于微内核的调度技术研究;何家俊;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20111231;全文 *
基于第二代微内核L4的分布式操作系统E1的研究;李磊;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20091231;全文 *

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