[发明专利]高可靠性嵌入式人机界面及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及高可靠性嵌入式系统人机界面及其实现方法。

背景技术

传统嵌入式系统中的人机交互界面实现方法为纯软件绘图模式，由于嵌入式系统本身能力所限，不具有独立的图形处理器系统，导致嵌入式系统要麽工作在低CPU占用率但显示效果粗糙的文本模式，要麽工作在显示效果良好但高CPU占用率的图形模式。而高CPU占用率导致嵌入式系统的实时性受到很大影响，对于有一定实时性要求和有一定计算量需求的应用情形，显然大大降低了嵌入式系统的可靠性。

嵌入式系统常常会有一定的计算需求，有些应用场合甚至会有很大的运算量，这就需要有大量的CPU时间，用于保证运算结果和嵌入式系统实时性。同时嵌入式系统还要求具有良好的可操作性，要求其人机界面足够友好，易于操作。

因此，嵌入式操作系统的人机界面实现技术，需要由一种新的技术方法来突破传统方法，实现CPU低占用率，同时满足人机界面复杂图形绘制的应用需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供高可靠性嵌入式系统人机界面，该嵌入式系统人机界面突破传统人机界面实现方法的技术局限，实现人机界面图形的高速、独立绘制，达到图形计算与绘制过程基本不占用CPU时间，从而大大增强嵌入式系统的可靠性。

本发明的另外一个目的在于提供高可靠性嵌入式系统人机界面的实现方法。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

高可靠性嵌入式系统人机界面，包括嵌入式CPU、DMA控制器、硬件存取模块、Flash存储器和显示器，其中：

嵌入式CPU：将DMA指令发送给DMA控制器，所述DMA指令为结构体数组，包含DMA操作所需要的相关变量，包括源地址、读取总长度、目标地址和步进长度；

DMA控制器：接收嵌入式CPU输出的DMA指令，并解析DMA指令数组中的变量信息，得到读取Flash存储器所需的读取地址和读取长度，以及写入显示器所需的写入地址和步进长度，并将所述读取地址、读取长度、写入地址和步进长度信息输出给硬件存取模块，同时控制硬件存取模块进行DMA的读写；

硬件存取模块：根据从DMA控制器接收的读取地址信息和读取长度信息，从Flash存储器中读取所需的显示信息，再根据从DMA控制器接收的写入地址信息和步进长度信息，计算出显示器上的显示坐标，并将从Flash存储器中读取的显示信息写入所述显示坐标对应的显示器的显示存储区；

显示器：读取显示存储区中的显示信息进行屏幕显示，并完成人机界面绘制；

Flash存储器：进行显示信息的存储。

在上述高可靠性嵌入式系统人机界面中，DMA控制器与硬件存取模块采用FPGA逻辑电路实现，并进行IP封装。

高可靠性嵌入式系统人机界面的实现方法，包括如下步骤：

(1)嵌入式CPU将DMA指令发送给DMA控制器，所述DMA指令为结构体数组，包含DMA操作所需要的相关变量，包括源地址、读取总长度、目标地址和步进长度；

(2)DMA控制器接收嵌入式CPU输出的DMA指令，并解析DMA指令数组中的变量信息，得到读取Flash存储器所需的读取地址和读取长度，以及写入显示器所需的写入地址和步进长度，并将所述读取地址、读取长度、写入地址和步进长度信息输出给硬件存取模块，同时控制硬件存取模块进行DMA的读写；

(3)硬件存取模块根据从DMA控制器接收的读取地址信息和读取长度信息，从Flash存储器中读取所需的显示信息，再根据从DMA控制器接收的写入地址信息和步进长度信息，计算出显示器上的显示坐标，并将从Flash存储器中读取的显示信息写入所述显示坐标对应的显示器的显示存储区；

(4)显示器读取显示存储区中的显示信息进行屏幕显示，并完成人机界面绘制。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用了DMA控制器和硬件存取模块配合的方法，将人机界面中复杂图形的存取、计算、绘制过程与CPU操作分离，使得人机界面实现过程独立，CPU只需发出人机界面绘图指令给DMA控制器和硬件存取模块，CPU参与度大大减少，基本无需占用CPU时间，使其能够更多地用于大量运算和实时操作系统，从而为嵌入式系统节省CPU资源，以用于大量计算应用和实时操作系统；