[发明专利]一种动态数据显示和处理的系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及显示技术领域，具体是指一种采用硬件描述语言描述并实现逻辑功能的动态数据显示和处理的系统和方法。

背景技术

高铁、航空航天、军事、医疗、银行等领域中，经常需要对设备或系统的温度、压力等参数的动态数据在友好的显示操作画面上连续进行显示，从而使得操作人员可以形象直观地获知各种关键信息，也可使操作人员通过鼠标、键盘等设备向显示操作画面相关的设备和系统进行操作，保证设备和系统处于安全稳定的状态；航空工业的机载图形显示系统、列车安全计算机系统、银行的ATM机等都属于此类系统，它们对于航空航天、列车等领域内设备的正常运行起着至关重要的作用。

目前，上述系统全部是基于CPU芯片，采用操作系统和应用软件来实现对于动态数据的显示和处理功能；这类系统较好地满足了设备和系统中信息安全漏洞威胁不严重、对设备和系统进行充分测试和验证的要求不是非常高的场合；随着社会信息交互数据的急剧增加，设备和系统中信息安全漏洞的威胁越来越严重，而且对系统和设备进行充分测试和验证的要求越来越高。

从信息安全的角度来说，CPU芯片的每个引脚的功能都是固定的，比如数据线引脚用于传输数据，地址线引脚用于传输地址，时钟输入引脚用于接收芯片外部的时钟信号等，这就为CPU内部或外部设置硬件上的后门或漏洞打开了方便之门，从而可能在CPU的用户不知情的情况下对其输入CPU的信息执行很多恶意的操作，导致基于CPU芯片的系统从硬件层次具备信息安全隐患。对操作系统而言，具有多任务处理、中断、抢占式任务调度、任务的通信和同步等功能，因此操作系统被设计得很复杂，很难被充分测试和验证，系统中不可避免地存在安全漏洞。

除此以外，操作系统和应用软件还可能感染病毒，导致系统的正常运行及信息安全受到严重威胁。比如，现在银行的ATM机全部采用操作系统为用户提供服务，这种系统容易遭到侵袭。黑客在侵入银行ATM机系统后，可以给它安装一个恶意程序欺骗ATM机。在银行主处理机发送支付命令信号给ATM机的过程中，如果在数据包还未到达ATM机之前，恶意程序以更快的速度拦截支付命令信号并修改程序，就可以将修改后的支付命令信号发送给ATM机，让它乖乖听话，吐出更多的钞票。美国黑客曾经入侵花旗银行的ATM网络，让花旗蒙受至少200万美元的损失，而这仅仅是ATM漏洞所致巨额损失中的九牛一毛。

从功能安全的角度来说，由于操作系统和应用软件很难被充分地测试和验证，在特定条件下可能会发生软件运行错误或死机等故障，极大地影响其可靠性。

从适应性的角度考虑，由于CPU芯片发展日新月异，旧的CPU芯片在较短的时间内就会被新的CPU芯片所取代。基于CPU芯片所开发的系统在进行维护修理时，经常面临系统中采用的旧的CPU芯片无法采购的情况；如果采用新的CPU芯片进行替换，则操作系统和应用软件等也要进行相应的替换，从而导致系统的维护更新的成本急剧上升，而且也导致系统的稳定性下降。因此，基于CPU芯片所开发的系统生命周期短，适应性较差。

国内的VibesIC公司和国外的Digilent公司等机构在其FPGA的开发套件中包含了基于FPGA的纯硬件逻辑来实现PS/2键盘、PS/2鼠标和图像显示等功能模块，这些功能模块中并不包含动态数据的实时显示功能，而且键盘、鼠标和图像显示等功能是分立的，并不能实现通过鼠标键盘等人机接口设备将复杂的控制信号输入数据显示功能模块并将相关数据在显示器上进行显示，并对数据显示系统及相关的外部设备进行有效控制的目标。

基于FPGA的图形显示等领域虽然取得上述进展，但是，由于基于FPGA的人机接口系统的复杂性，在高铁、航空航天、化工、军事、医疗、银行等高可靠性领域的人机接口系统中尚未见到基于FPGA的，可实时接收鼠标、键盘、直接按键、操作手柄等人机交互设备输入的控制信号并对其进行有效处理和利用的人机接口系统；限制了高可靠性和高安全性领域人机接口系统可靠性和安全性能的进一步提高。

综上所述的，基于CPU芯片和操作系统的人机接口显示系统存在的以下缺点。

1、易于通过漏洞等方式被攻击，且可能会被病毒感染，信息安全性较差。

2、系统难于被充分测试，容易发生运行错误及死机等故障，功能安全性和可靠性较差。

3、系统生命周期短，适应性较差。

4、系统复杂，成本高。

发明内容