CN110502198B - 基于fpga的界面显示系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的界面显示系统。所述界面显示系统包括：数据包生成模块、FPGA组件和显示模块；所述数据包生成模块用于生成至少一界面数据包，并将所述至少一界面数据包发送至所述FPGA组件；所述FPGA组件用于根据所述界面数据包生成人机界面；所述显示模块用于显示所述人机界面。本发明基于FPGA通过各种硬件电路联合运行实现界面显示，无需任何CPU、操作系统和软件支持，避免了黑客和病毒的入侵，安全性大大提高。

Description

基于FPGA的界面显示系统
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种基于FPGA(可编程门阵列)的界面显示系统。
背景技术
随着信息技术的发展，信息安全越来越受到关注。目前，人机界面一般通过操作系统和应用软件等实现，然而有软件参与的系统，就会有多进程、多任务对系统资源的共享和竞争，必然会带来不确定性，而且软件容易受到黑客和病毒的入侵，对于核电站安全级仪控系统、银行等特别注重安全的应用场景，其安全性就难以得到保障。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中通过操作系统和应用软件等实现的人机界面容易受到黑客和病毒的入侵，安全性较低的缺陷，提供一种基于FPGA的界面显示系统。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种基于FPGA的界面显示系统，所述界面显示系统包括：数据包生成模块、FPGA组件和显示模块；
所述数据包生成模块用于生成至少一界面数据包，并将所述至少一界面数据包发送至所述FPGA组件；
所述FPGA组件用于根据所述界面数据包生成人机界面；
所述显示模块用于显示所述人机界面。
较佳地，所述数据包生成模块还用于生成配置数据包；
所述FPGA组件包括：固态硬盘、DDR(双倍速率同步动态随机存储器)、控制单元和显示驱动单元；
所述固态硬盘用于存储所述界面数据包和所述配置数据包；
所述控制单元用于从所述固态硬盘读取所述界面数据包和所述配置数据包并写入所述DDR；
所述控制单元还用于从所述DDR读取所述界面数据包和所述配置数据包并组成所述人机界面的显示帧；
所述显示驱动单元用于把所述人机界面的显示帧发送至所述显示模块。
较佳地，所述DDR还用于存储外设设备发送的文本数据；
所述控制单元还用于根据所述文本数据、所述界面数据包和所述配置数据包组成所述人机界面的显示帧。
较佳地，所述控制单元还用于在判断所述文本数据变更时，根据变更后的文本数据重新组成显示帧。
较佳地，所述界面显示系统还包括：外接设备；
所述DDR还用于存储所述外接设备发送的操作指令；
所述控制单元还用于根据所述操作指令更新所述显示帧。
较佳地，所述界面数据包包括：所述人机界面的背景数据和控件的像素数据；
所述像素数据包括以下参数中的至少一种：控件类型、控件尺寸、控件位置、控件的访问链接；
所述访问链接表征所述控件与所述界面数据包的对应关系。
较佳地，所述界面数据包还包括：鼠标的图标数据；
当所述操作指令为写指令时，所述控制单元具体用于根据写数据重新组成显示帧以更新所述显示帧；所述写指令包括所述写数据；
当所述操作指令为跳转指令时，所述控制单元具体用于根据目标控件的访问链接从所述固态硬盘件将对应的界面数据包写入所述DDR，并重新组成显示帧以更新所述显示帧；所述跳转指令包括所述目标控件；
当所述操作指令为所述图标数据的更改指令时，所述控制单元具体用于根据位置信息修改所述显示帧以更新所述显示帧；所述更改指令包括所述位置信息。
较佳地，所述FPGA组件还包括：组解包逻辑单元；
所述组解包逻辑单元用于对所述FPGA组件接收的界面数据包进行解包，并判断所述界面数据包的丢包数和/或错包数是否在各自的阈值范围内，并在判断为是时，将解包后的界面数据包重新组包并发送至所述固态硬盘。
较佳地，所述组解包逻辑单元还用于在判断为否时，发送重发指令至所述数据包生成模块；
所述数据包生成模块还用于在接收到所述重发指令时，重新发送所述界面数据包至所述FPGA组件。
本发明的积极进步效果在于：本发明基于FPGA通过各种硬件电路联合运行实现界面显示，无需任何CPU、操作系统和软件支持，避免了黑客和病毒的入侵，安全性大大提高。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例的基于FPGA的界面显示系统的模块示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
本实施例提供一种基于FPGA的界面显示系统，适用于各类需要进行界面显示的场合，特别适用于对信息安全要求较高的场合，例如核电站安全级仪控系统、ATM(自动取款机)等。
如图1所示，本实施例的界面显示系统包括：数据包生成模块1、FPGA组件2和显示模块3。数据包生成模块1通过网口或USB(通用串行总线)与FPGA组件2电连接，FPGA组件2通过DVI(数字视频接口)与显示模块3电连接。
数据包生成模块1用于将用户设计的每个人机界面进行界面图元(包括控件和鼠标图标)的抽象，结合FPGA特性，生成FPGA能够解析的一个界面数据包，并通过网口或USB将界面数据包发送至SATA(一种串行硬件驱动器接口)接口的FPGA组件。当然，为了提高安全性，还可对界面数据包进行加密。数据包生成模块1具体可以是以QT(一种图形用户界面应用程序开发框架)框架为基础开发的应用软件。
其中，界面数据包包括用于生成人机界面的背景数据、控件的像素数据和鼠标的图标数据。每个界面数据包具有标识，一个界面数据包可生成一个人机界面。背景数据包括界面的背景色、尺寸等参数。像素数据包括以下参数中的至少一种：控件类型、控件尺寸、控件位置、控件的访问链接；访问链接表征控件与界面数据包的对应关系，系统运行时，利用该对应关系可实现界面跳转。控件类型例如按钮、文本框、编辑框、图表和弹出窗口等。
根据用户需求，数据包生成模块还可将用户设计的界面的配置数据，生成配置数据包。配置数据包包括界面显示的字体大小、颜色等参数，用以生成个性化人机界面。
FPGA组件2用于根据接收到的界面数据包生成人机界面，也即FPGA组件读取背景数据、控件的像素数据和鼠标的图标数据进行合成，实现组帧。
具体的，FPGA组件2包括：固态硬盘21、DDR22、控制单元23和显示驱动单元25。控制单元具体可选择XC7K325T实现。由于需要支持高清显示，并且保证画面跳转的流畅性，需要较高的数据带宽，故可选择64位数据宽度的DDR(3)，USB(3.0)、SATA(3.0)和千兆以太网。为了支持几千幅画面的需求，并且硬盘要有足够长的读写寿命，可选择256G的固态硬盘。
固态硬盘21用于存储界面数据包和配置数据包。系统运行时，控制单元23从固态硬盘读取相应的界面数据包并写入DDR22，例如若需要生成系统首页的界面，则根据数据包标识从固态硬盘21读取生成首页的界面数据包。若用户还设置了配置数据包，则控制单元一并将配置数据包写入DDR22，便于随时读取。控制单元23还用于从DDR22读取界面数据包和配置数据包并组成人机界面的显示帧，并将组好的显示帧通过显示驱动单元25发送给显示模块3进行显示，并定时刷新(也即定时发送显示帧至显示模块)。其中，配置数据包可常驻在DDR中，从而因界面跳转需要重新生成界面时，则无需从固态硬盘重新获取配置数据包。
本实施例中，以FPGA为核心的电子线路实现的界面显示，无需任何CPU、操作系统和软件支持，不易受到黑客和病毒攻击，显示系统的安全性大大提高。
本实施例中，显示系统还可显示外设设备发送的文本数据。FPGA组件2通过串口接收外设设备发送的文本数据，并将该文本数据实时写入DDR。其中，外设设备例如可以是湿度仪、温度仪和时钟等，文本数据包括湿度、温度和时间等参数。控制单元则根据文本数据、界面数据包和配置数据包生成人机界面的显示帧。
本实施例中，控制单元还用于在判断文本数据变更时，根据变更后的文本数据重新组成显示帧，并将重新组成的显示帧发送至显示模块进行显示，实现界面刷新。具体的，采用乒乓结构实行组帧。当显示内容需要改变时，在另外一块DDR空间组帧，当前的帧定时刷新。新的显示帧的数据生成后，显示数据的地址切换到当前DDR空间读取数据，实现界面跳转刷新。
本实施例中，界面显示系统还包括：外接设备，外接设备通过PS/2(一种接口)接口与FPGA组件电连接。外接设备例如键盘4、鼠标5。DDR还用于存储外接设备发送的操作指令；控制单元还用于根据操作指令更新显示帧，具体的：
当操作指令为写指令时，也即用户通过键盘4在界面上写数据时，控制单元则根据写入的数据重新组成显示帧，并发送至显示模块进行显示，实现界面更新。
当操作指令为跳转指令时，也即用户通过键盘4或鼠标5触发界面上的控件，实现界面跳转，控制单元则根据目标控件的访问链接从固态硬盘件将对应的界面数据包写入DDR，并重新组成显示帧以更新显示帧；跳转指令包括目标控件，目标控件也即界面中用户通过键盘4或鼠标5进行触控操作的控件。
当操作指令为图标数据更改指令时，也即用户移动鼠标，使得界面中的鼠标图标位置发生变化，此时不需要生成新的显示帧，控制单元只需根据鼠标的位置信息修改显示帧；其中，图标数据更改指令包括位置信息。
本实施例中，FPGA组件还包括：组解包逻辑单元24。组解包逻辑单元24用于对FPGA组件接收的界面数据包进行解包，并判断界面数据包的丢包数和/或错包数是否在各自的阈值范围内；若判断为是，说明界面数据包正常，则将解包后的界面数据包重新组包并发送至固态硬盘存储，供系统运行时生成人机界面；若判断为否，说明界面数据包存在错包、丢包现象，则组解包逻辑单元24发送重发指令至数据包生成模块1，要求数据包生成模块重发数据包。数据包生成模块1在接收到重发指令时，重新发送界面数据包至FPGA组件2。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于FPGA的界面显示系统，其特征在于，所述界面显示系统包括：数据包生成模块、FPGA组件和显示模块；
所述数据包生成模块用于生成至少一界面数据包，并将所述至少一界面数据包发送至所述FPGA组件；
所述FPGA组件用于根据所述界面数据包生成人机界面；
所述显示模块用于显示所述人机界面；
所述数据包生成模块还用于生成配置数据包；
所述FPGA组件包括：固态硬盘、DDR、控制单元和显示驱动单元；
所述固态硬盘用于存储所述界面数据包和所述配置数据包；
所述控制单元用于从所述固态硬盘读取所述界面数据包和所述配置数据包并写入所述DDR；
所述控制单元还用于从所述DDR读取所述界面数据包和所述配置数据包并组成所述人机界面的显示帧；
所述显示驱动单元用于把所述人机界面的显示帧发送至所述显示模块；
所述界面显示系统还包括：外接设备；
所述DDR还用于存储所述外接设备发送的操作指令；
所述控制单元还用于根据所述操作指令更新所述显示帧；
所述界面数据包包括：所述人机界面的背景数据和控件的像素数据；
所述像素数据包括以下参数中的至少一种：控件类型、控件尺寸、控件位置、控件的访问链接；
所述访问链接表征所述控件与所述界面数据包的对应关系；
所述界面数据包还包括：鼠标的图标数据；
当所述操作指令为写指令时，所述控制单元具体用于根据写数据重新组成显示帧以更新所述显示帧；所述写指令包括所述写数据；
当所述操作指令为跳转指令时，所述控制单元具体用于根据目标控件的访问链接从所述固态硬盘件将对应的界面数据包写入所述DDR，并重新组成显示帧以更新所述显示帧；所述跳转指令包括所述目标控件；
当所述操作指令为所述图标数据的更改指令时，所述控制单元具体用于根据位置信息修改所述显示帧以更新所述显示帧；所述更改指令包括所述位置信息。
2.如权利要求1所述的基于FPGA的界面显示系统，其特征在于，所述DDR还用于存储外设设备发送的文本数据；
所述控制单元还用于根据所述文本数据、所述界面数据包和所述配置数据包组成所述人机界面的显示帧。
3.如权利要求2所述的基于FPGA的界面显示系统，其特征在于，所述控制单元还用于在判断所述文本数据变更时，根据变更后的文本数据重新组成显示帧。
4.如权利要求1所述的基于FPGA的界面显示系统，其特征在于，所述FPGA组件还包括：组解包逻辑单元；
所述组解包逻辑单元用于对所述FPGA组件接收的界面数据包进行解包，并判断所述界面数据包的丢包数和/或错包数是否在各自的阈值范围内，并在判断为是时，将解包后的界面数据包重新组包并发送至所述固态硬盘。
5.如权利要求4所述的基于FPGA的界面显示系统，其特征在于，所述组解包逻辑单元还用于在判断为否时，发送重发指令至所述数据包生成模块；
所述数据包生成模块还用于在接收到所述重发指令时，重新发送所述界面数据包至所述FPGA组件。
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