CN107992736A - 电子设备、显示系统及其集成控制装置、认证方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了电子设备、显示系统及其集成控制装置、认证方法。该集成控制装置包括：显示单元，用于向显示屏提供显示驱动信号；传感器单元，用于向至少一个传感器提供驱动信号和接收感应信号，以及将所述感应信号转换成感应数据；处理器，用于控制显示单元和传感器单元，响应于电子设备的主控单元的秘钥预置请求与所述主控单元之间协商所述初始秘钥，并且响应于所述主控单元的连接认证请求，利用所述初始秘钥与主控单元进行连接认证；以及非易失性存储器，用于存储所述初始秘钥。该集成控制装置兼有显示驱动、触控驱动和连接认证的功能，从而提高安全性且节省系统资源。

Description

电子设备、显示系统及其集成控制装置、认证方法

技术领域

本申请涉及显示技术领域，更具体地，涉及电子设备、显示系统及其集成控制装置、认证方法。

背景技术

随着大数据时代的到来，海量数据的安全成为“人机交互”中必须有效解决的关键问题。在电子设备上配置的显示屏不仅用于显示图像和文本，而且进一步发展成人机交互的重要途径。在显示屏上可以集成触控传感器、指纹传感器、声学传感器、光学传感器等，从而形成显示系统。用户可以直接在显示屏上输入文字、选择图标、手势控制、声音、人脸识别等操作。

显示系统作为信息采集的入口和显示内容的出口，对数据交互的安全承担着不可替代的重要角色。在显示屏上采集的交互数据不仅包括例如键盘输入之类的文本信息，而且可能包括诸如指纹、脸部特征等隐私信息。这些敏感数据将从显示屏的驱动芯片传送至主板上的处理器，由操作系统进行处理以实现安全验证等功能。

上述显示系统直接向操作系统提供敏感数据的现有技术存在着泄露用户的敏感数据的潜在风险。在系统级别进行安全验证是大多数移动终端的操作系统的功能，例如，安卓系统提供了指纹识别框架。应用程序APP从操作系统获得调用身份验证的权限，才能完成支付等功能性需求。在接收到应用程序APP的请求之后，操作系统采集指纹，以及将采集的指纹与存储的指纹特征数据相对照，从而判断用户身份。应用程序APP从操作系统获得身份验证的结果。然而，用户对应用程序APP的目的是实现验证功能，而非有意将自己的敏感数据提供给应用程序APP。如果通过硬件或软件手段将敏感数据窃取或篡改，将会产生极大的安全隐患。

在进一步改进的系统中，可以采用硬件级别的安全验证。例如，电子设备可以包括附加的安全芯片，从而由安全芯片单独存储和验证敏感数据。然而，安全芯片不仅增加了系统成本，而且安全芯片与操作系统之间的通信还会导致系统效率降低。

因此，期待进一步改进显示系统的安全性以及提高操作系统进行安全验证的效率。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种电子设备、显示系统及其集成控制装置和认证方法，在显示系统与主控单元之间建立安全连接，提高安全性并且节省系统资源。

根据本发明的第一方面，提供一种集成控制装置，包括：显示单元，用于向显示屏提供显示驱动信号；传感器单元，用于向至少一个传感器提供驱动信号和接收感应信号，以及将所述感应信号转换成感应数据；处理器，用于控制显示单元和传感器单元，响应于电子设备的主控单元的秘钥预置请求与所述主控单元之间协商所述初始秘钥，并且响应于所述主控单元的连接认证请求，利用所述初始秘钥与主控单元进行连接认证；以及非易失性存储器，用于存储所述初始秘钥。

优选地，所述显示单元用于驱动液晶屏，包括：显示和图形接口，用于接收显示数据；显示控制器，用于根据输入的显示数据产生图形数据；图形引擎，用于针对所述至少一个传感器提供优化图形；栅极驱动模块，用于产生栅极电压，以选通多行的薄膜晶体管；源极驱动模块，用于根据图形数据产生灰阶电压，以及经由选通的薄膜晶体管施加灰阶电压；以及时序控制器，用于控制所述栅极电极和所述灰阶电压的输出时刻，从而在连续的图像帧周期中，以扫描的方式选通多行的薄膜晶体管。

优选地，所述显示单元还包括：公共电压驱动模块，用于产生公共电压；以及伽马基准模块，用于存储伽马校正曲线，以及向所述源极驱动模块提供校正信号用于校正所述灰阶电压，以符合人眼对亮度变化的非线性要求。

优选地，所述显示单元用于驱动AMOLED显示屏，包括：显示和图形接口，用于接收显示数据；显示控制器，用于根据输入的显示数据产生图形数据；图形引擎，用于针对所述至少一个传感器提供优化图形；行驱动模块，用于产生栅极电压，以选通多行的薄膜晶体管；列驱动模块，用于根据图形数据产生灰阶电压，以及经由选通的薄膜晶体管施加与所述灰阶电压相对应的驱动电流；以及时序控制器，用于控制所述栅极电极和所述灰阶电压的输出时刻，从而在连续的图像帧周期中，以扫描的方式选通多行的薄膜晶体管。

优选地，所述显示单元还包括：伽马基准模块，用于存储伽马校正曲线，以及向所述列驱动模块提供校正信号用于校正所述灰阶电压，以符合人眼对亮度变化的非线性要求。

优选地，所述至少一个传感器包括选自触控传感器、指纹传感器、掌纹传感器、声学传感器、光学传感器中的至少一种，所述感应数据用于表示二维码、触摸位置、指纹、掌纹、声纹、虹膜中的至少一种。

优选地，所述至少一个传感器为触控传感器，所述传感器单元包括：触控逻辑模块，用于提供触控驱动信号和接收触控感应信号，以及对接收到的触控感应信号进行放大和数模转换，以产生感应数据；以及触控接口，用于将感应数据以及根据感应数据产生的加密数据和验证结果之一传送至所述集成控制装置的外部。

优选地，所述集成控制装置为单个芯片。

根据本发明的第二方面，提供了一种显示系统，包括：显示屏，用于根据显示数据显示图像；至少一个传感器，用于获取用户交互的感应信号；以及上述的集成控制装置。

优选地，所述显示屏为选自液晶显示屏、LED显示屏、AMOLED显示屏、量子点显示屏、电子纸、MicroLED显示屏中的任一种。

优选地，所述至少一个传感器位于所述显示屏的内部或外部。

根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括：上述的显示系统；以及主控单元，用于在出厂后首次与所述显示系统连接时向所述显示系统发送秘钥预置请求，并与所述显示系统之间协商初始秘钥，在初始秘钥预置成功之后，每当与所述显示系统建立连接时，向所述显示系统发送连接认证请求，并与所述显示系统进行连接认证。

优选地，所述电子设备为选自手机、平板电脑、笔记本电脑、VR设备、AR设备、手表、汽车、自行车中的任一种。

根据本发明的第四方面，提供了一种在上述的集成控制装置中执行的认证方法，包括：在接收到来自电子设备的主控单元的秘钥预置请求时，与所述主控单元之间协商初始秘钥；在接收到来自所述主控单元的连接认证请求时，利用所述初始秘钥与所述主控单元进行连接认证。

优选地，所述与所述主控单元之间协商所述初始秘钥包括：在接收到来自所述主控单元的连接认证请求之后，向所述主控单元提供针对所述集成控制装置的唯一标识信息；在接收到来自所述主控单元的根据所述唯一标识计算的分散秘钥之后，将所述分散秘钥作为初始秘钥写入所述非易失性存储器中，并通知所述主控单元秘钥预置成功。

优选地，所述利用所述初始秘钥与所述主控单元进行连接认证包括：在接收到来自所述主控单元的连接认证请求之后，向所述主控单元提供针对所述集成控制装置的唯一标识码和待认证状态；在接收到来自所述主控单元的随机数之后，使用所述初始秘钥对所述随机数加密，并向所述主控单元提供加密结果；当接收到来自所述主控单元的认证成功状态时，与所述主控单元建立连接。

根据本发明的第五方面，提供了一种在上述的电子设备中执行的认证方法，包括：主控单元在出厂后首次与显示系统连接时，向显示系统发送秘钥预置请求；显示系统在接收到秘钥预置请求之后，与主控单元之间协商初始秘钥；主控单元在初始秘钥预置成功之后，每当与显示系统建立连接时，向显示系统发送连接认证请求；显示系统在接收到连接认证请求之后，利用所述初始秘钥与所述主控单元进行连接认证。

优选地，所述显示系统在接收到秘钥预置请求之后与主控单元之间协商初始秘钥包括：显示系统在接收到连接认证请求之后向主控单元提供针对所述集成控制装置的唯一标识信息；主控单元根据所述唯一标识计算分散秘钥，并将所述分散秘钥提供给显示系统；显示系统将所述分散秘钥作为初始秘钥写入所述非易失性存储器中，并通知所述主控单元秘钥预置成功。

优选地，所述显示系统在接收到连接认证请求之后利用所述初始秘钥与所述主控单元进行连接认证包括：显示系统在接收到连接认证请求之后，向主控单元提供针对所述集成控制装置的唯一标识信息和待认证状态；主控单元向显示系统提供随机数；显示系统使用所述初始秘钥对所述随机数加密，并向所述主控单元提供加密结果；主控单元验证加密结果，在验证通过后向显示系统发送认证成功状态并与显示系统建立连接。

本发明实施例的集成控制装置中，处理器兼有显示驱动、传感器控制和连接认证的功能。集成控制芯片在首次连接时与主板上的主控单元之间协商初始秘钥并存储，后续每当集成控制芯片与主板建立连接时利用该初始秘钥来进行连接认证，从而使显示系统与主板能够建立安全连接，降低了敏感数据被窃取和篡改的可能性，从而提高安全性。

该显示系统无需设置单独的安全芯片，在未增加硬件成本的情形下，仍然可以进行硬件级别的安全数据传输。如果攻击者想要通过更换显示屏来旁路安全组件，新的显示屏将无法通过认证，仍然不能从显示屏获得敏感数据。

采用集成控制装置可以降低现有显示模组的结构尺寸，减少电子元器件数量，降低设计复杂度，提高成品率。

在优选的实施例中，集成控制装置的各个模块集成于单个芯片中。进一步地，将闪存也集成于集成控制装置的芯片中。由于特征数据本地存储于芯片内部，因此，可以进一步提高安全性。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出根据本发明实施例的显示系统中液晶显示装置的等效电路图。

图2示出根据本发明实施例的显示系统中触控装置的等效电路图。

图3示出根据本发明实施例的显示系统的内部结构示意图。

图4示出根据本发明实施例的包含显示系统的电子设备的结构示意图。

图5示出根据本发明实施例的显示系统中一种集成控制装置的示意性框图。

图6示出根据本发明实施例的显示系统中另一种集成控制装置的示意性框图。

图7示出根据本发明实施例的显示系统中采用分时复用方式进行显示和触控的时序图。

图8A和8B示出根据本发明实施例的电子设备中执行的认证方法的流程图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

在本申请中，术语“本地”表示设置在显示屏端的集成控制装置的芯片内部，或者与集成控制装置位于同一块印刷电路板上。例如，“本地验证”表示在集成控制装置的芯片内部由处理器执行验证程序，“本地存储”表示用于存储特征数据、加密程序和验证程序的非易失性存储器位于集成控制装置的芯片内部，或者与集成控制装置位于同一块印刷电路板上。

本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

根据本发明实施例的显示系统包括显示装置和用于获取用户信息的至少一个传感器。该显示装置例如是选自液晶显示屏、LED显示屏、AMOLED显示屏、量子点显示屏、电子纸、MicroLED显示屏中的任一种。该传感器例如是选自触控装置、指纹传感器、光学传感器、声学传感器中的任一种。在下文的实施例中，以触控液晶显示屏为例进行说明，其中，显示装置为液晶显示装置，传感器为触控装置。

图1示出根据本发明实施例的显示系统中液晶显示装置的等效电路图。

液晶显示装置110包括栅极驱动模块111、源极驱动模块112、多个薄膜晶体管T、以及在像素电极和公共电极之间形成的多个像素电容C_LC。所述多个薄膜晶体管T组成阵列。栅极驱动模块111经由多条栅极扫描线分别连接至相应行的薄膜晶体管T的栅极，用于以扫描的方式提供栅极电压G1至Gm，从而在一个图像帧周期中，选通不同行的薄膜晶体管。源极驱动模块112经由多条源极数据线分别连接至相应列的薄膜晶体管T的源极，用于在各行的多个薄膜晶体管T选通时，分别向各列的多个薄膜晶体管T提供与灰阶相对应的灰阶电压S1至Sn。其中，m和n是自然数。所述多个薄膜晶体管T的漏极分别连接至相应的一个像素电容C_LC。

在选通状态下，源极驱动模块112经由源极数据线和薄膜晶体管T，将灰阶电压施加在像素电容C_LC上。像素电容C_LC上的电压作用在液晶分子上，从而改变液晶分子的取向，以实现与灰阶相对应的透光率。为了在像素的更新周期之间保持电压，像素电容C_LC可以并联存储电容Cs以获得更长的保持时间。

图2示出根据本发明实施例的显示系统中触控装置的等效电路图。

触控装置120包括触控驱动模块121、触控感应模块122、以及在激励电极和感应电极之间形成的多个感应电容CT。所述多个感应电容CT组成阵列。触控驱动模块121连接至所有行的激励电极，用于以扫描的方式提供激励信号Tx1至Txm，从而在一个触控帧周期中，依次向不同行的激励电极提供激励信号。触控感应模块122连接至所有列的感应电极，从而接收相应列的接收信号Rx1至Rxn。其中，m和n是自然数。

触控驱动模块121例如产生交流电信号作为激励信号，触控感应模块122例如接收交流电信号，根据接收信号检测出电流值，进一步根据电流值的大小获得驱动电极和感应电极交叉点的电容值，从而判断是否在该点产生触摸动作。

图3示出根据本发明实施例的显示系统的内部结构示意图。在该实施例中，显示系统为触控显示屏100。

如图所示，触控显示屏100包括液晶屏、以及依次堆叠于其上的触控传感器171和玻璃盖板172。液晶屏包括提供背光的背光照明单元131和根据灰阶信号改变透光率的液晶面板。触控传感器171例如以塑料片作为基板。

液晶面板进一步包括依次彼此相对的第一玻璃基板141、第二玻璃基板142、夹在二者之间的液晶层161，在第一玻璃基板141上形成第一偏光片142和TFT阵列143，在第二玻璃基板142上形成第二偏光片152和滤色片153。在

第一玻璃基板141还形成多条栅极扫描线和多条源极数据线和多个像素电极，TFT阵列143包括多个薄膜晶体管，所述薄膜晶体管的栅极连接至相应的一条栅极扫描线，源极连接至相应的一条源极数据线，漏极连接至相应的一个像素电极。在像素电极和公共电极之间形成像素电容。如下文所述，液晶面板还包括驱动芯片，该驱动芯片中的栅极驱动模块和源极驱动模块分别提供栅极电压和灰阶电压。

在薄膜晶体管的选通状态下，源极驱动模块经由源极数据线和薄膜晶体管，将灰阶电压施加在像素电容C_LC上。像素电容C_LC上的电压作用在液晶分子上，从而改变液晶分子的取向，以实现与灰阶相对应的透光率，从而实现相应的灰阶显示。

在该实施例中示出了“盖板外嵌式传感器”的触控显示屏100，以说明本发明的基本原理。然而，本发明可以应用于各种结构的触控显示屏，而不限于传感器的类型及其在显示屏中的集成方式。

采用这种设计方法，触控传感器171或者添加到玻璃盖板(Cover Glass，CG)上，或者放在一个专用的传感器层中。将触控传感器171整合在玻璃盖板上的方法有时称为“盖板外嵌式传感器(Sensor-on-Lens，SoL)”或“盖板集成式解决方案(One Glass Solution，OGS)，因为这种方法无需增加一个单独的传感器层，仅利用玻璃盖板即可。采用单独触控传感器171的设计方法称为玻璃—薄膜(Glass-Film，GF)或玻璃—薄膜—薄膜(Glass-Film-Film，GFF)，前者采用单层电极，后者采用两层电极。这些设计方法都称为“分离式”的，即触控传感器171作为独立的结构堆叠在液晶屏的表面上。分离式触控传感器覆盖层的优势是，技术成熟、风险低、产品上市快。在采用最新显示和触控技术时，也会采用分离式设计，在这种情况下，常常在后续设计环节将分离式设计集成进去。

在进一步改进的结构中，将触控传感器171的电极阵列直接集成到液晶屏的一层或多层上。这种集成可以在显示屏中的基本单元之上或基本单元之内实现，即外嵌式(On-Cell)集成或内嵌式(In-Cell)集成。

将触控电极阵列设置到第二玻璃基板151之上的方法称为外嵌式集成，因为传感器位于显示屏基本单元之上。传感器的驱动电极和接收电极可以与跨接线电气隔离，也可以采用特殊布局，以使这些网格无需架桥就能实现。后种设计称为单层多点外嵌式(Single-Layer-On-Cell，SLOC)，这种设计很常见的，因为成本较低、良率较高。

采用外嵌式技术给显示屏增加触控功能简单、可靠，而且这种方法对于有源矩阵有机发光二极管(Active-Matrix Organic Light Emitting Diode，AMOLED)显示屏而言，常常是最佳选择。对于较大型显示屏以及曲面或柔性显示屏而言，以外嵌方式集成无跨接线的金属网状传感器也是很好的选择。

另一种内嵌式集成属于混合式设计，其中触控传感器的驱动电极内嵌在第一玻璃基板141上，而接收电极则外嵌到第二玻璃基板151上。这种方式称为混合多点内嵌式(Hybrid In-Cell)设计。为了避免混淆，术语“全面多点内嵌式(Full In-Cell)”指的是，驱动电极和接收电极均位于基本单元之内。

在该实施例中，在显示系统中集成了触控传感器。在替代的实施例中，除触控传感器之外，还可以集成各种生物光学传感器，例如指纹传感器、声学传感器、光学传感器等，用于采集指纹、声纹、虹膜等生物特征信息。

图4示出根据本发明实施例的包含显示系统的电子设备的示意图。该电子设备可以为手机、平板电脑、笔记本电脑、VR设备、AR设备、手表、汽车、自行车中的任一种，其包括主板410和显示系统。在该实施例中，显示系统为触控显示屏100。触控显示屏100除了如上所述包括显示装置和各种传感器之外，进一步包括集成控制芯片210。集成控制芯片210用于为液晶屏中的薄膜晶体管提供显示驱动信号，包括栅极电压和灰阶电压，以及为触控传感器中的驱动电极控制触控驱动信号，并且从触控传感器中的接收电极获得接收信号，以判断触摸位置。该集成控制芯片210经由连接组件310连接至主板410。连接组件310例如为柔性电路板。主板410包括主处理器作为主控单元，用于实现操作系统的功能。

在现有技术的显示系统中，采集的敏感数据从显示系统传送至主板的主处理器。操作系统在接收到应用程序APP的请求之后，操作系统将敏感数据与存储的特征数据相对照，从而判断用户身份，实现安全验证的功能。应用程序APP从操作系统获得身份验证的结果。显示系统与主板之间的数据传输采用明文的方式，显示系统并非安全组件，可以任意更换，所以也没有采取与主板配对的方案。如果通过更换显示系统来旁路掉安全模组，则存在敏感数据被窃取或篡改的风险。

根据该实施例的显示系统中，集成控制芯片在首次连接时与主板上的主控单元之间协商初始秘钥并存储在集成控制芯片中，后续每当集成控制芯片与主板建立连接时利用该初始秘钥来进行连接认证，从而使显示系统与主板能够建立安全连接，降低了敏感数据被窃取和篡改的可能性，从而提高安全性。该显示系统无需设置单独的安全芯片，在未增加硬件成本的情形下，仍然可以进行硬件级别的安全数据传输。如果攻击者想要通过更换显示屏来旁路安全组件，新的显示屏将无法通过认证，仍然不能从显示屏获得敏感数据。

图5示出根据本发明实施例的显示系统中一种集成控制装置的示意性框图。该显示系统例如采用液晶显示屏。

如图所示，集成控制芯片210包括处理器211、用户接口231、存储单元、显示单元和触控单元。

处理器211为冯诺伊曼或哈佛架构的RISC CPU，包括但不限于ARM，MIPS，OPENRISC等，优选为ARM；也可以是DSP等。该处理器211能够与主板上的主控单元进行秘钥协商和认证，从而使显示系统与主板能够绑定。该处理器211针对触控检测或针对其余类型的传感器进行优化。可以在本地处理触控输入，以便判断是否需要唤醒操作系统处理用户请求。

用户接口231可以支持多种通信协议和数字I/O，例如I2C协议和SPI协议，并且提供多个数字I/O管脚。该用户接口231可以与主板上的主处理器彼此通信。

存储单元进一步包括数据RAM 241、程序RAM 242、引导ROM 243和闪存244。在闪存244中存储与电子设备的主控单元协商的初始秘钥。集创控制芯片210在获得初始秘钥之后将其存储在闪存244中。此外，闪存244中还可以存储特征数据、加密程序和验证程序中的至少一个。在集成控制芯片210的上电期间，引导ROM243中的引导程序检测到闪存244，并且从闪存244中加载加密程序和验证程序，并且进行解密及将数据存储在程序RAM中。处理器211在工作期间产生的数据则可以存储在数据RAM 241中。在该实施例中，闪存244中的特征数据可以来自主板上的主处理器，也可以是在处理器211的控制下本地采集和数据处理获得的特征数据。在后者的情形下，不仅用户的敏感数据而且特征数据均在本地生成。操作系统仅仅从集成控制芯片210获得验证结果，而无法获取到敏感数据和特征数据二者，从而有利于进一步提高安全性。

显示单元包括显示控制器212、图形引擎213、时序控制器214、显示和图形接口215、栅极驱动模块216、源极驱动模块217、公共电压驱动模块218、背光控制模块219和伽马基准模块251。显示控制器212用于根据输入的显示数据产生图形数据。图形引擎213用于控制内存窗口、光标、指针和精灵图形，从而针对触控提供高性能的优化图形。显示和图形接口215提供多种工业标准的显示接口，用于接收显示数据，例如DSI TCVR、DBI I/F、DPI I/F。背光控制模块219用于控制液晶屏的背光，实现低功耗管理，从而可以与现有的背光节能技术相结合。栅极驱动模块216、源极驱动模块217、公共电压驱动模块218分别用于产生栅极电压、灰阶电压和公共电压。时序控制器214用于控制栅极电极和灰阶电压的输出时刻，从而在一个图像帧周期中，以扫描的方式提供栅极电压G1至Gm，在相应行的薄膜晶体管选通时，向各列的多个薄膜晶体管T提供与灰阶相对应的灰阶电压S1至Sn，从而在像素电容上施加电压而改变液晶分子的取向，以实现与灰阶相对应的透光率。伽马基准模块251用于存储伽马校正曲线，以及向源极驱动模块217提供校正信号用于校正所述灰阶电压，以符合人眼对亮度变化的非线性要求。

触控单元包括触控逻辑模块221和触控接口222。触控逻辑模块221兼有触控驱动模块和触控感应模块的功能，从而可以提供触控驱动信号TX和接收触控感应信号RX。触控逻辑模块221对接收到的触控感应信号进行放大和数模转换，以产生感应数据。触控接口222将感应数据提供至主板的主处理器，由操作系统进一步处理。

根据现有技术的集成控制装置用于实现显示驱动和触控驱动功能的至少之一。该集成控制装置中的CPU可以兼有显示驱动和触控驱动功能。在集成控制装置中，CPU从触控逻辑模块获得感应数据，然后将感应数据直接提供至触控接口，从而将单一类型的感应数据传送至显示屏外部。主板上的处理器获得该感应数据，进一步唤醒操作系统，对感应数据进行验证。该现在技术的显示系统与主板之间的数据传输采用明文的方式，显示系统并非安全组件，可以任意更换，所以也没有采取与主板配对的方案。

与现有技术的集成控制装置不同，在该实施例中，集成控制芯片210中的处理器211兼有显示驱动、传感器驱动和连接认证的功能。显示系统的集成控制芯片能够与电子设备绑定，降低了敏感数据被窃取和篡改的可能性，从而提高安全性。在优选的实施例中，集成控制芯片210的模块集成于单个芯片中，从而提高安全性。然而，本发明不限于些。集成控制芯片210可以形成多个芯片，并且共同安装在显示屏端的电路板上。处理器211从触控逻辑模块221获得感应数据之后，可以根据感应数据的类型执行不同的数据处理，使得触控接口222提供的传送数据并非单一类型的感应数据，而是可以为感应数据、加密数据和验证结果之一。

在该实施例中，集成控制芯片210采用闪存244来存储初始秘钥、特征数据、加密程序和验证程序中的至少一种。然而，本发明不限于此。在替代的实施例中，集成控制芯片210可以采用任何类型的非易失性存储器，例如选自闪存、SRAM、DRAM、EEPROM、EPROM中的任一种。

该集成控制芯片220的闪存244可以存储初始秘钥，处理器211可以利用该初始秘钥与主控单元进行连接认证，例如可以在首次连接时与主板410上的主控单元之间协商初始秘钥并存储在集成控制芯片中，后续每当集成控制芯片220与主板410建立连接时利用该初始秘钥来进行连接认证，在二者之间建立安全连接，降低了敏感数据被窃取和篡改的可能性，从而提高安全性。在一些实施例中，闪存224中甚至还可以存储特征数据，处理器211可以据此进行诸如指纹验证、PIN码验证、虹膜识别、人脸识别等安全验证，从而无需将敏感数据传送至显示系统100的外部，因而提高了安全性。该集成控制芯片220无需设置单独的安全芯片，在未增加硬件成本的情形下，仍然可以进行硬件级别的安全验证。

在该实施例中，闪存244集成于集成控制芯片210中，以提高安全性。在替代的实施例中，闪存244可以位于集成控制芯片210的外部并且经由总线与集成控制芯片210相连接，以降低系统成本。

图6示出根据本发明实施例的显示系统中另一种集成控制装置的示意性框图。该显示系统例如采用AMOLED显示屏。

如图所示，集成控制芯片220包括处理器211、用户接口231、存储单元、显示单元和触控单元。

处理器211为冯诺伊曼或哈佛架构的RISC CPU，包括但不限于ARM，MIPS，OPENRISC等，优选为ARM；也可以是DSP等。该处理器211针对触控检测或针对其余类型的传感器进行优化。可以在本地处理触控输入，以便判断是否需要唤醒操作系统处理用户请求。

用户接口231可以支持多种通信协议和数字I/O，例如I2C协议和SPI协议，并且提供多个数字I/O管脚。该用户接口231可以与主板上的主处理器彼此通信。

存储单元进一步包括数据RAM 241、程序RAM 242、引导ROM 243和闪存244。在闪存244中存储特征数据和加密程序和验证程序。在集成控制芯片220的上电期间，引导ROM243中的引导程序检测到闪存244，并且从闪存244中加载加密程序和验证程序，并且进行解密及将数据存储在程序RAM中。处理器211在工作期间产生的数据则可以存储在数据RAM 241中。在该实施例中，闪存244中的特征数据可以来自主板上的主处理器，也可以是在处理器211的控制下本地采集和数据处理获得的特征数据。在后者的情形下，不仅用户的敏感数据而且特征数据均在本地生成。操作系统仅仅从集成控制芯片220获得验证结果，而无法获取到敏感数据和特征数据二者，从而有利于进一步提高安全性。

显示单元包括显示控制器212、图形引擎213、时序控制器214、显示和图形接口215、行驱动模块226、列驱动模块227和伽马基准模块251。显示控制器212用于根据输入的显示数据产生图形数据。图形引擎213用于控制内存窗口、光标、指针和精灵图形，从而针对触控提供高性能的优化图形。显示和图形接口215提供多种工业标准的显示接口，用于接收显示数据，例如DSI TCVR、DBI I/F、DPI I/F。行驱动模块226和列驱动模块227分别用于产生栅极电压和灰阶电压。时序控制器214用于控制栅极电极和灰阶电压的输出时刻，从而在一个图像帧周期中，以扫描的方式提供栅极电压G1至Gm，在相应行的薄膜晶体管选通时，向各列的多个薄膜晶体管T提供与灰阶相对应的灰阶电压S1至Sn，从而在发光二极管上施加与灰阶电压相对应数值的电流而发光，以实现与灰阶相对应的发光亮度。伽马基准模块251用于存储伽马校正曲线，以及向列驱动模块227提供校正信号用于校正所述灰阶电压，以符合人眼对亮度变化的非线性要求。

触控单元包括触控逻辑模块221和触控接口222。触控逻辑模块221兼有触控驱动模块和触控感应模块的功能，从而可以提供触控驱动信号TX和接收触控感应信号RX。触控逻辑模块221对接收到的触控感应信号进行放大和数模转换，以产生感应数据。触控接口222将感应数据提供至主板的主处理器，由操作系统进一步处理。

在该实施例中，集成控制芯片220中的处理器211兼有显示驱动、触控驱动和连接认证的功能。显示系统的集成控制芯片能够与电子设备绑定，降低了敏感数据被窃取和篡改的可能性，从而提高安全性。

该集成控制芯片220的闪存244可以存储初始秘钥，处理器211可以利用该初始秘钥与主控单元进行连接认证，例如可以在首次连接时与主板410上的主控单元之间协商初始秘钥并存储在集成控制芯片中，后续每当集成控制芯片220与主板410建立连接时利用该初始秘钥来进行连接认证，在二者之间建立安全连接，降低了敏感数据被窃取和篡改的可能性，从而提高安全性。在一些实施例中，闪存224中甚至还可以存储特征数据，处理器211可以据此进行诸如指纹验证、PIN码验证、虹膜识别、人脸识别等安全验证，从而无需将敏感数据传送至显示系统100的外部，因而提高了安全性。该集成控制芯片220无需设置单独的安全芯片，在未增加硬件成本的情形下，仍然可以进行硬件级别的安全验证。

在该实施例中，闪存244集成于集成控制芯片220中，以提高安全性。在替代的实施例中，闪存244可以位于集成控制芯片220的外部并且经由总线与集成控制芯片220相连接，以降低系统成本。

图7示出根据本发明实施例的显示系统中采用分时复用方式进行显示和触控的时序图。

在实际应用中，显示系统可以集成多种类型的传感器。集成控制芯片210中的处理器兼有显示驱动、传感器驱动和安全验证三种功能，从而提供了硬件级的安全验证机制。各种传感单元以较低的工作频率处于周期性轮询状态。

对于触控检测，当传感单元感测到有物体触摸时，转换为工作状态，采集触摸数据，此时显示数据与触摸数据采用分时复用的方式。

对于接触式生物特征识别，例如指纹识别，接触式生物特征识别需要触摸，因此，这种方式采集的生物特征数据与触摸数据类似，与显示数据采用分时复用的方式。

对于非接触式生物特征识别，可进行预设。对于需要人工监察的采集，可以采用串行数据帧，切换显示数据为当前采集数据，待当前所显示的采集数据终止后，再切换为原来待显示画面。而若该非接触式生物特征识别采集过程不需要人工监察(无监督)，则可以与显示数据采用分时复用的方式在后台处理。如采用图像传感器采集图像时，需要人工校对实时采集图像是否满足要求，则可以显示当前正在捕捉对象，此时显示数据为图像传感器当前采集数据。

以触控与显示需同步进行的情形为例进行说明。

在图像帧切换过程中的消隐期，显示单元对于触控单元的噪声影响较小。因而在器件实际工作时，显示和触控采用分时复用原理，显示数据处理可以与触控数据处理在时间上分开，以减少相互干扰。在图像帧扫描之中，划分出一些时隙，作为触控帧。

如图7所示，在一个图像帧期间，分别包括多个显示时间段TP和多个触控时间段TP。在不同的时间段中，交替进行显示数据与触控数据的处理。即显示与触控分时复用。因人眼对画面变换具有一定识别时间窗口，因而帧率与两种时间段的时间占比会有一定要求。采用这种驱动方式，可以有效降低液晶显示阵列的噪声电信号对触摸工作层的影响，还节省了屏蔽叠层，减小了触控显示屏的厚度。

以上分时复用功能，可以由软件程序进行操作，也可以结合MUX多工复用选择单元进行切换。

图8A和8B示出根据本发明实施例的电子设备中执行的认证方法的流程图。在本实施例中，可以采用以上参考图4描述的电子设备。该电子设备上设有各种传感器，包括但不限于触控传感器、指纹传感器、声学传感器、光学传感器中的至少一种，用于感应二维码、触摸位置、指纹、声纹、虹膜中的至少一种。该认证方法在电子设备的显示系统与主控单元之间执行，具体地，在显示系统的集成控制芯片与电子设备的主控单元之间执行，二者可以通过上述用户接口来进行通信。认证方法包括两个阶段：秘钥预置阶段和认证阶段。

下面参考图8A来描述秘钥预置阶段的操作。

在步骤S101，主控单元向显示系统发送秘钥预置请求。秘钥预置请求可以在首次连接或上电时由电子设备的主控单元提供。例如在电子设备的主控单元与显示系统的集成控制装置在出厂后首次连接时，主控单元可以向集成控制装置发出秘钥预置请求，以请求获得显示系统的唯一标识信息。

在步骤S102，显示系统向主控单元提供针对所述集成控制装置的唯一标识信息。唯一标识信息包括但不限于集成控制装置的ID号等等。

在步骤S103，主控单元根据所述唯一标识计算分散秘钥。例如，对于诸如手机、平板电脑等电子设备，可以在出厂时根据诸如品牌类型、生产批次、平台类型等设备信息为其设定共享密钥，在本步骤中主控单元可以根据将共享密钥与上述ID号的填充后杂凑值进行加密运算，从而得到分散秘钥。加密算法包括但不限于对称密码算法。通过这种方式，主控单元可以利用显示系统的ID号为不同显示系统产生初始秘钥，以供后续认证使用。

在步骤S104，主控单元将所述分散秘钥提供给显示系统。

在步骤S105，显示系统将所述分散秘钥作为初始秘钥写入所述非易失性存储器中。例如可以写入上述闪存中。

在步骤S106，显示系统通知所述主控单元秘钥预置成功。至此，秘钥预置完成。此后，在需要连接认证时可以利用上述初始秘钥来进行连接认证。

接下来参考图8B来描述认证阶段的操作。

在步骤S201，每当需要电子设备的主控单元与显示系统建立连接时，主控单元可以向显示系统的集成控制装置发送连接认证请求，以启动认证流程。

在步骤S202，显示系统的集成控制装置向主控单元提供针对所述集成控制装置的唯一标识信息。如上所述，唯一标识信息包括但不限于集成控制装置的ID号。在一些实施例中，显示系统还可以向主控单元提供待认证状态，告知已准备好进行认证。

在步骤S203，主控单元可以生成随机数并提供给显示系统的集成控制装置。

在步骤S204，显示系统的集成控制装置使用初始秘钥对随机数加密。

在步骤S205，显示系统的集成控制装置向主控单元提供加密结果。在一些实施例中，显示系统还可以将上述随机数伴随加密结果一同提供给主控单元，以便于主控单元进一步验证可靠性，例如验证通道的可靠性。

在步骤S206，主控单元验证加密结果，并在验证通过后执行步骤S207。主控单元可以使用在出厂时设定的上述共享秘钥来验证加密结果，如果验证通过，表示显示系统是可信的，执行步骤S207与之建立连接。

在步骤S207，主控单元向显示系统的集成控制装置发送认证成功状态并与显示系统建立连接。至此，连接认证完成，通过该过程，电子设备的主控单元与显示系统建立了可信的安全连接，从而防止攻击者通过更换显示系统来窃取和/或篡改敏感数据。

在上述的方法中，集成控制芯片在首次连接时与主板上的主控单元协商获得初始秘钥，后续每当集成控制芯片与主板建立连接时利用该初始秘钥来进行连接认证，从而使显示系统与主板之间能够建立安全连接，降低了敏感数据被窃取和篡改的可能性，从而提高安全性。

应当说明的是，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。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化，包括但不限于对电路的局部构造的变更、对元器件的类型或型号的替换。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (19)

1.一种集成控制装置，其特征在于，包括：

显示单元，用于向显示屏提供显示驱动信号；

传感器单元，用于向至少一个传感器提供驱动信号和接收感应信号，以及将所述感应信号转换成感应数据；

处理器，用于控制显示单元和传感器单元，响应于电子设备的主控单元的秘钥预置请求与所述主控单元之间协商所述初始秘钥，并且响应于所述主控单元的连接认证请求，利用所述初始秘钥与主控单元进行连接认证；以及

非易失性存储器，用于存储所述初始秘钥。

2.根据权利要求1所述的集成控制装置，其特征在于，所述显示单元用于驱动液晶屏，包括：

显示和图形接口，用于接收显示数据；

显示控制器，用于根据输入的显示数据产生图形数据；

图形引擎，用于针对所述至少一个传感器提供优化图形；

栅极驱动模块，用于产生栅极电压，以选通多行的薄膜晶体管；

源极驱动模块，用于根据图形数据产生灰阶电压，以及经由选通的薄膜晶体管施加灰阶电压；以及

时序控制器，用于控制所述栅极电极和所述灰阶电压的输出时刻，从而在连续的图像帧周期中，以扫描的方式选通多行的薄膜晶体管。

3.根据权利要求2所述的集成控制装置，其特征在于，所述显示单元还包括：

公共电压驱动模块，用于产生公共电压；以及

伽马基准模块，用于存储伽马校正曲线，以及向所述源极驱动模块提供校正信号用于校正所述灰阶电压，以符合人眼对亮度变化的非线性要求。

4.根据权利要求1所述的集成控制装置，其特征在于，所述显示单元用于驱动AMOLED显示屏，包括：

显示和图形接口，用于接收显示数据；

显示控制器，用于根据输入的显示数据产生图形数据；

图形引擎，用于针对所述至少一个传感器提供优化图形；

行驱动模块，用于产生栅极电压，以选通多行的薄膜晶体管；

列驱动模块，用于根据图形数据产生灰阶电压，以及经由选通的薄膜晶体管施加与所述灰阶电压相对应的驱动电流；以及

时序控制器，用于控制所述栅极电极和所述灰阶电压的输出时刻，从而在连续的图像帧周期中，以扫描的方式选通多行的薄膜晶体管。

5.根据权利要求4所述的集成控制装置，其特征在于，所述显示单元还包括：

伽马基准模块，用于存储伽马校正曲线，以及向所述列驱动模块提供校正信号用于校正所述灰阶电压，以符合人眼对亮度变化的非线性要求。

6.根据权利要求1所述的集成控制装置，其特征在于，所述至少一个传感器包括选自触控传感器、指纹传感器、掌纹传感器、声学传感器、光学传感器中的至少一种，所述感应数据用于表示二维码、触摸位置、指纹、掌纹、声纹、虹膜中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的集成控制装置，其特征在于，所述至少一个传感器为触控传感器，所述传感器单元包括：

触控逻辑模块，用于提供触控驱动信号和接收触控感应信号，以及对接收到的触控感应信号进行放大和数模转换，以产生感应数据；以及

触控接口，用于将感应数据以及根据感应数据产生的加密数据和验证结果之一传送至所述集成控制装置的外部。

8.根据权利要求6所述的集成控制装置，其特征在于，所述集成控制装置为单个芯片。

9.一种显示系统，其特征在于，包括：

显示屏，用于根据显示数据显示图像；

至少一个传感器，用于获取用户交互的感应信号；

根据权利要求1所述的集成控制装置。

10.根据权利要求7所述的显示系统，其特征在于，所述显示屏为选自液晶显示屏、LED显示屏、AMOLED显示屏、量子点显示屏、电子纸、MicroLED显示屏中的任一种。

11.根据权利要求10所述的显示系统，其特征在于，所述至少一个传感器位于所述显示屏的内部或外部。

12.一种电子设备，其特征在于，包括：

根据权利要求9所述的显示系统；以及

主控单元，用于在出厂后首次与所述显示系统连接时向所述显示系统发送秘钥预置请求，并与所述显示系统之间协商初始秘钥，在初始秘钥预置成功之后，每当与所述显示系统建立连接时，向所述显示系统发送连接认证请求，并与所述显示系统进行连接认证。

13.根据权利要求12所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为选自手机、平板电脑、笔记本电脑、VR设备、AR设备、手表、汽车、自行车中的任一种。

14.一种在根据权利要求1至8所述的集成控制装置中执行的认证方法，其特征在于，包括：

在接收到来自电子设备的主控单元的秘钥预置请求时，与所述主控单元之间协商初始秘钥；

在接收到来自所述主控单元的连接认证请求时，利用所述初始秘钥与所述主控单元进行连接认证。

15.根据权利要求14所述的认证方法，其特征在于，所述与所述主控单元之间协商所述初始秘钥包括：

在接收到来自所述主控单元的连接认证请求之后，向所述主控单元提供针对所述集成控制装置的唯一标识信息；

在接收到来自所述主控单元的根据所述唯一标识计算的分散秘钥之后，将所述分散秘钥作为初始秘钥写入所述非易失性存储器中，并通知所述主控单元秘钥预置成功。

16.根据权利要求14所述的认证方法，其特征在于，所述利用所述初始秘钥与所述主控单元进行连接认证包括：

在接收到来自所述主控单元的连接认证请求之后，向所述主控单元提供针对所述集成控制装置的唯一标识码和待认证状态；

在接收到来自所述主控单元的随机数之后，使用所述初始秘钥对所述随机数加密，并向所述主控单元提供加密结果；

当接收到来自所述主控单元的认证成功状态时，与所述主控单元建立连接。

17.一种在根据权利要求12所述的电子设备中执行的认证方法，其特征在于，包括：

主控单元在出厂后首次与显示系统连接时，向显示系统发送秘钥预置请求；

显示系统在接收到秘钥预置请求之后，与主控单元之间协商初始秘钥；

主控单元在初始秘钥预置成功之后，每当与显示系统建立连接时，向显示系统发送连接认证请求；

显示系统在接收到连接认证请求之后，利用所述初始秘钥与所述主控单元进行连接认证。

18.根据权利要求17所述的认证方法，其特征在于，所述显示系统在接收到秘钥预置请求之后与主控单元之间协商初始秘钥包括：

显示系统在接收到连接认证请求之后向主控单元提供针对所述集成控制装置的唯一标识信息；

主控单元根据所述唯一标识计算分散秘钥，并将所述分散秘钥提供给显示系统；

显示系统将所述分散秘钥作为初始秘钥写入所述非易失性存储器中，并通知所述主控单元秘钥预置成功。

19.根据权利要求17所述的认证方法，其特征在于，所述显示系统在接收到连接认证请求之后利用所述初始秘钥与所述主控单元进行连接认证包括：

显示系统在接收到连接认证请求之后，向主控单元提供针对所述集成控制装置的唯一标识信息和待认证状态；

主控单元向显示系统提供随机数；

显示系统使用所述初始秘钥对所述随机数加密，并向所述主控单元提供加密结果；

主控单元验证加密结果，在验证通过后向显示系统发送认证成功状态并与显示系统建立连接。