多mcu和fpga协同处理、触控显示主监控系统及其图像界面设计和控制方法
【专利摘要】本发明公开了多MCU和FPGA协同处理、触控显示主监控系统及其图像界面设计和控制方法，它包括用于完成外接系统的数据交换、处理、存储和调度的主控电路板和提供图像显示和触摸操作界面的触摸显示屏。所述的主控电路板包括用于完成数据交换的MCU微控处理单元和用于完成数据处理、存储和调度的FPGA集成电路，所述的MCU微控处理单元包括一个或多个MCU模块，所述的一个或多个MCU模块的一端分别通过数据接口与外接系统连接，其另一端分别与FPGA集成电路连接，FPGA集成电路通过控制接口与外接系统连接。触摸显示屏通过RS232接口与主控板的显示处理MCU模块连接完成显示。本发明系统启动快、价格低、集成度高、操作简单、使用方便，稳定性高、可靠性强、电磁兼容性能好。
【专利说明】多MCU和FPGA协同处理、触控显示主监控系统及其图像界面设计和控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及监控系统领域，特别是涉及一种多MCU和FPGA协同处理、触控显示主监控系统及其图像界面设计和控制方法。
【背景技术】
[0002]与本发明相似的主监控系统由计算机、显示器、键盘、鼠标、内存、扩展卡、通讯控制等组成，其开机速度慢，系统反应速度一般为分钟级，集成度低，且价格昂贵，有的监控系统成本高达几十万元人民币，通过键盘、鼠标来对系统进行操控，使用复杂、图像界面单一、不易上手，必须要有相关的专业基础且经过相关的专业培训才能使用，而键盘鼠标、内存、显卡等接口易出现故障，降低系统的可靠性，
如军用主监控系统方案，该方案是主要采用PC104计算机模块或者工控计算机、加固型显示器和通讯控制、定时板来完成的，它的技术缺陷是基于通用的操作系统，系统反应速度为分钟级，启动速度慢，如果在战争时期，很可能出现己方系统还未启动却已被敌方摧毁的情况，该系统方案价格昂贵、集成度低，其键盘鼠标、内存、显卡等接口易出现故障，系统性能可靠性低，图像界面单一、操控复杂。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多MCU和FPGA协同处理、触控显示主监控系统及其图像界面设计和控制方法，采用FPGA集成电路、MCU微控处理单元和触控显示屏构建成一个主监控系统，实现对各个外接设备或系统进行数据处理交换和控制功能，主要解决系统启动速度慢，价格昂贵，集成度低，可靠性低、图像界面单一、使用复杂等缺点。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:多MCU和FPGA协同处理、触控显示主监控系统，它包括用于完成外接系统的数据交换、处理、存储和调度的主控电路板，所述的主控电路板包括用于完成数据交换的MCU微控处理单元和用于完成数据处理、存储和调度的FPGA集成电路，所述的MCU微控处理单元包括一个或多个MCU模块，所述的一个或多个MCU模块的一端分别通过数据接口与外接系统连接，其另一端分别与FPGA集成电路连接，FPGA集成电路还通过控制接口与外接系统连接。
[0005]所述的MCU微控处理单元包括处理MCU模块A、处理MCU模块B、网络处理MCU模块和通控MCU模块中的一种或多种的组合，处理MCU模块A、处理MCU模块B、网络处理MCU模块和通控MCU模块分别通过通信接口与外接系统连接，处理MCU模块A、处理MCU模块B、网络处理MCU模块和通控MCU模块还分别与FPGA集成电路连接。
[0006]所述的通信接口包括RS232通信接口、RS422通信接口、RJ45通信接口和RS485通信接口中的一种或多种的组合。
[0007]所述的处理MCU模块A通过RS232通信接口与外接系统连接。
[0008]所述的处理MCU模块B通过RS422通信接口与外接系统连接。
[0009]所述的网络处理MCU模块通过RJ45通信接口与外接系统连接。
[0010]所述的通控MCU模块通过RS485通信接口与外接系统连接。
[0011]所述的FPGA集成电路包括数据调度交换模块、控制电路模块和多个存储模块，所述的数据调度交换模块分别多个存储模块与多个MCU模块连接，数据调度交换模块还与控制电路模块连接，控制电路模块通过控制接口与外接系统连接。
[0012]所述的存储模块包括存储模块A、存储模块B、存储模块C和存储模块D。
[0013]所述的数据调度交换模块通过存储模块A与处理MCU模块A连接。
[0014]所述的数据调度交换模块通过存储模块B与处理MCU模块B连接。
[0015]所述的数据调度交换模块通过存储模块C与网络处理MCU模块连接。
[0016]所述的数据调度交换模块通过存储模块D与通控MCU模块连接。
[0017]它还包括用于显示图像界面的显示屏，所述的显示屏通过视频接口与主控电路板连接。
[0018]所述的显示屏为提供触摸操作图像界面的触摸显示屏，所述的视频接口为RS232接口。
[0019]所述的MCU微控处理单元还包括显示处理MCU模块，所述的显示处理MCU模块通过视频接口与显示屏连接。
[0020]所述的FPGA集成电路还包括存储模块E，所述的显示处理MCU模块通过存储模块E与数据调度交换模块连接。
[0021]一种基于多MCU和FPGA协同处理、触控显示主监控系统的图像界面设计方法，所述的图像界面的设计方法包括以下多个步骤:
511:将待设置、显示的按键和状态用图片表示；
512:按一定的逻辑对每个按键和状态进行设计处理，所述的设计处理包括变量分配对应处理和逻辑跳转处理；
513:显示处理MCU模块进行相应的处理，包括变量数据处理、页面切换处理和显示处理。
[0022]一种基于多MCU和FPGA协同处理、触控显示主监控系统的控制方法，所述的控制方法包括以下多个步骤:
521:在触摸显示屏上通过触摸控制的方式设置相应的各项参数和工作方式，将包含有该设置参数及工作方式的数据信息发送到显示处理MCU模块；
522:显示处理MCU模块对该数据信息进行处理，把该处理后的数据信息发送到FPGA集成电路的存储模块E中；
523:FPGA集成电路的数据调度交换模块对该存储模块E中包含有设置参数及工作方式的数据信息进行处理和分析，将处理后所得信息按控制电路模块的控制命令分别与多个存储模块进行数据交换；
524:MCU微控处理单元中的多个MCU模块分别从与之对应的存储模块中读取该控制信息，并通过各自的数据接口将该控制信息发送到外接系统，控制电路模块直接通过控制接口将该控制信息发送到外接系统，实现对外接系统的控制；
525:MCU微控处理单元中的多个MCU模块分别通过各自的数据接口接收外接系统发出的数据信息，再分别存储到与之对应的存储模块中；
526:数据调度交换模块把该外接系统发出的数据信息选择性地存储在存储模块E中，显示处理MCU模块按一定控制从该存储模块E中读取该外接系统发出的数据信息，并将其发送到触摸显示屏进行显示；
527:通过触摸的方式对显示图像界面进行操控，显示处理MCU模块根据触摸显示屏的触摸信号对图像界面作相应的处理。
[0023]本发明的有益效果是:
本发明去掉计算机模块采用FPGA和MCU纯硬件构成类似计算机CPU的处理功能，使系统反应速度由分钟级变为毫秒级，系统速度提高上百倍，如果在战争时期，用本发明的方案将具有极大的优势，开机后很快就可投入战斗；
价格方面，本发明的方案物化成本只需五千元以下；
集成度方面，本发明的方案采用高度集成的一块主控电路板和触控显示器，主控电路板将所有的MCU微控处理单元和FPGA集成电路集中在一起，触控显示器提供触控操作，不再依靠键盘和鼠标来进行操作，有效提高系统的集成度、可靠性、实用性和电磁兼容性；图像界面方面，本发明的图像界面是基于图片化、触控设计，可随意变化，色彩可随意搭配，设计简单，本方案可提供更加友好的人机交互界面；
使用方面，本发明的触控显示器提供触摸操控界面，操作简单易用，只需根据菜单提示，通过触摸的方式就能快速简单地进行操控，有效地减少操作人员的培训成本及培训时间成本；
本发明系统启动快、价格低、集成度高、操作简单、使用方便，稳定性高、可靠性强、电磁兼容性能好。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本发明主监控系统的系统原理框图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
[0026]如图1所示，多MCU和FPGA协同处理、触控显示主监控系统，它包括用于完成外接系统的数据交换、处理、存储和调度的主控电路板和提供图像显示和触摸操作界面的触摸显示屏。所述的主控电路板包括用于完成数据交换的MCU微控处理单元和用于完成数据处理、存储和调度的FPGA集成电路，所述的MCU微控处理单元包括一个或多个MCU模块，所述的一个或多个MCU模块的一端分别通过数据接口与外接系统连接，其另一端分别与FPGA集成电路连接，FPGA集成电路通过控制接口与外接系统连接。所述的外接系统可以为多种不同的设备或系统，即与处理MCU模块A、处理MCU模块B、网络处理MCU模块和通控MCU模块所对应的设备或系统。触摸显示屏通过RS232接口与主控板的显示处理MCU模块连接完成显不。
[0027]所述的MCU微控处理单元包括处理MCU模块A、处理MCU模块B、网络处理MCU模块和通控MCU模块中的一种或多种的组合，处理MCU模块A、处理MCU模块B、网络处理MCU模块和通控MCU模块分别通过通信接口与外接系统连接，处理MCU模块A、处理MCU模块B、网络处理MCU模块和通控MCU模块还分别与FPGA集成电路连接。
[0028]所述的通信接口包括RS232通信接口、RS422通信接口、RJ45通信接口和RS485通信接口。
[0029]所述的处理MCU模块A通过RS232通信接口与外接系统连接。
[0030]所述的处理MCU模块B通过RS422通信接口与外接系统连接。
[0031]所述的网络处理MCU模块通过RJ45通信接口与外接系统连接。
[0032]所述的通控MCU模块通过RS485通信接口与外接系统连接。
[0033]所述的FPGA集成电路包括数据调度交换模块、控制电路模块和多个存储模块，所述的数据调度交换模块分别与控制电路模块和多个存储模块连接，控制电路模块通过控制接口与外接系统连接。
[0034]所述的存储模块包括存储模块A、存储模块B、存储模块C和存储模块D。
[0035]所述的数据调度交换模块通过存储模块A与处理MCU模块A连接。
[0036]所述的数据调度交换模块通过存储模块B与处理MCU模块B连接。
[0037]所述的数据调度交换模块通过存储模块C与网络处理MCU模块连接。
[0038]所述的数据调度交换模块通过存储模块D与通控MCU模块连接。
[0039]本发明提出的主监控系统还包括用于显示图像界面的显示屏。所述的显示屏为可提供触摸操作图像界面的触摸显示屏。触摸显示屏可选用迪文DGUS屏。
[0040]所述的MCU微控处理单元还包括显示处理MCU模块，所述的显示处理MCU模块通过视频接口与显示屏连接。
[0041 ] 所述的FPGA集成电路还包括存储模块E，所述的显示处理MCU模块通过存储模块E与数据调度交换模块连接。
[0042]所述的视频接口为RS232接口。
[0043]一种基于多MCU和FPGA协同处理、触控显示主监控系统的图像界面设计方法，所述的图像界面的设计方法包括以下多个步骤:
511:将待设置、显示的按键和状态用图片表示；
512:按一定的逻辑对每个按键和状态进行设计处理，所述的设计处理包括变量分配对应处理和逻辑跳转处理；
513:显示处理MCU模块进行相应的处理，包括变量数据处理、页面切换处理和显示处理。
[0044]—种基于多MCU和FPGA协同处理、触控显不主监控系统的控制方法，所述的控制方法包括以下多个步骤:
521:在触摸显示屏上通过触摸控制的方式设置相应的各项参数和工作方式，将包含有该设置参数及工作方式的数据信息发送到显示处理MCU模块；
522:显示处理MCU模块对该数据信息进行处理，把该处理后的数据信息发送到FPGA集成电路的存储模块E中；
523:FPGA集成电路的数据调度交换模块对该存储模块E中包含有设置参数及工作方式的数据信息进行处理和分析，将处理后所得信息按控制电路模块的控制命令分别与存储模块A、存储模块B、存储模块C或存储模块D进行数据交换； 524:MCU微控处理单元中的处理MCU模块A、处理MCU模块B、网络处理MCU模块和通控MCU模块分别从与之对应的存储模块A、存储模块B、存储模块C和存储模块D中读取该控制信息，并分别通过RS232通信接口、RS422通信接口、RJ45通信接口和RS485通信接口将该控制信息发送到外接系统，控制电路模块还直接通过控制接口将该控制信息发送到外接系统，实现对外接系统的控制；
525:MCU微控处理单元中的处理MCU模块A、处理MCU模块B、网络处理MCU模块和通控MCU模块分别通过RS232通信接口、RS422通信接口、RJ45通信接口和RS485通信接口接收外接系统发出的数据信息，再分别存储到与之对应的存储模块A、存储模块B、存储模块C和存储模块D中；
526:数据调度交换模块把该外接系统发出的数据信息选择性地存储在存储模块E中，显示处理MCU模块按一定控制从该存储模块E中读取该外接系统发出的数据信息，并将其发送到触摸显示屏进行显示；
527:通过触摸的方式对显示图像界面进行操控，显示处理MCU模块根据触摸显示屏的触摸信号对图像界面作相应的处理。
[0045]在步骤S23和步骤S24中:
FPGA集成电路的数据调度交换模块对各存储模块中包含已设置的参数及工作方式的数据信息进行处理和分析，将处理后所得信息在控制电路模块的控制下有序地与对应的外接系统的控制单元进行数据交换，实现对外接系统控制单元的控制；
或者，数据调度交换模块通过处理MCU模块A/处理MCU模块B和存储模块A/存储模块B，将处理后所得控制信息发送到外接系统，实现对外接系统的处理单元进行控制；
或者，数据调度交换模块通过网络处理MCU模块和存储模块C，将处理后所得控制信息发送到外接系统，实现对外接系统的网络处理单元进行控制；
或者，数据调度交换模块通过通控MCU模块和存储模块D，将处理后所得控制信息发送到外接系统，实现对外接系统的通信控制单元进行控制。
[0046]本发明主监控系统的原理是利用多个MCU并行处理与外接系统所交换的数据，并将处理的结果存储到相应的存储模块，按系统的要求写入FPGA集成电路的存储模块即缓存区中，每个MCU模块根据自己待处理的数据在FPGA的存储模块中并行读取相应的数据，完成对整个系统的控制和数据交换。
[0047]本发明可完成对RS232通信接口、RS422通信接口、RS485串口和网口等接口的并行处理。
[0048]本发明利用主监控系统的触摸显示屏可对整个监控系统的各项参数、工作方式等进行设置，并可完成对整个系统进行状态显示、整机故障指示等工作，实现通过主监控系统完成对整个监控系统的监视和控制。
[0049]本发明去掉计算机模块采用FPGA和MCU纯硬件构成类似计算机CPU的处理功能，使系统反应速度由分钟级变为毫秒级，系统速度提高上百倍，如果在战争时期，用本发明的方案将具有极大的优势，开机后很快就可投入战斗，如果用类似的方案自己的系统还未启动已被敌方摧毁。
[0050]价格方面，类似的方案构建一个监控系统物化成本需要几十万，而本发明的方案物化成本只需五千元以下。
[0051]集成度方面，类似的方案用计算机、显示器、键盘、鼠标、内存、扩展卡、通讯控制等组成，而本发明的方案采用高度集成的一块处理板和触控显示器将所有的控制集中在一起，触控操作，操控性、可靠性和电磁兼容性大大提高。
[0052]图像界面方面，类似方案采用程序编写，图形样式和色彩单一且编程工作量大，而本发明图像界面是基于图片化、触控设计，可随意变化，色彩可随意搭配，设计简单，本方案可提供更加友好的人机交互界面。
[0053]使用方面，类似方案基于计算机处理，必须要有相关的专业基础且经过相关的专业培训才能使用，而本发明的界面操作简单易用，根据菜单提示，只需通过触摸的方式就能快速简单地进行操控。
[0054]本发明系统启动快、价格低、集成度高、操作简单、使用方便，稳定性高、可靠性强、电磁兼容性能好。
【权利要求】
1.多MCU和FPGA协同处理、触控显示主监控系统，其特征在于:它包括用于完成外接系统的数据交换、处理、存储和调度的主控电路板，所述的主控电路板包括用于完成数据交换的MCU微控处理单元和用于完成数据处理、存储和调度的FPGA集成电路，所述的MCU微控处理单元包括一个或多个MCU模块，所述的一个或多个MCU模块的一端分别通过数据接口与外接系统连接，其另一端分别与FPGA集成电路连接，FPGA集成电路还通过控制接口与外接系统连接。
2.根据权利要求1所述的多MCU和FPGA协同处理、触控显示主监控系统，其特征在于:所述的MCU微控处理单元包括处理MCU模块A、处理MCU模块B、网络处理MCU模块和通控MCU模块中的一种或多种的组合，处理MCU模块A、处理MCU模块B、网络处理MCU模块和通控MCU模块分别通过通信接口与外接系统连接，处理MCU模块A、处理MCU模块B、网络处理MCU模块和通控MCU模块还分别与FPGA集成电路连接。
3.根据权利要求2所述的多MCU和FPGA协同处理、触控显示主监控系统，其特征在于:所述的通信接口包括RS232通信接口、RS422通信接口、RJ45通信接口和RS485通信接口中的一种或多种的组合； 所述的处理MCU模块A通过RS232通信接口与外接系统连接； 所述的处理MCU模块B通过RS422通信接口与外接系统连接； 所述的网络处理MCU模块通过RJ45通信接口与外接系统连接； 所述的通控MCU模块通过RS485通信接口与外接系统连接。
4.根据权利要求1所述的多MCU和FPGA协同处理、触控显示主监控系统，其特征在于:所述的FPGA集成电路包括数据调度交换模块、控制电路模块和多个存储模块，所述的数据调度交换模块分别多个存储模块与多个MCU模块连接，数据调度交换模块还与控制电路模块连接，控制电路模块通过控制接口与外接系统连接。
5.根据权利要求2或4所述的多MCU和FPGA协同处理、触控显示主监控系统，其特征在于: 所述的存储模块包括存储模块A、存储模块B、存储模块C和存储模块D ； 所述的数据调度交换模块通过存储模块A与处理MCU模块A连接； 所述的数据调度交换模块通过存储模块B与处理MCU模块B连接； 所述的数据调度交换模块通过存储模块C与网络处理MCU模块连接； 所述的数据调度交换模块通过存储模块D与通控MCU模块连接。
6.根据权利要求1所述的多MCU和FPGA协同处理、触控显示主监控系统，其特征在于:它还包括用于显示图像界面的显示屏，所述的显示屏通过视频接口与主控电路板连接。
7.根据权利要求6所述的多MCU和FPGA协同处理、触控显示主监控系统，其特征在于:所述的显示屏为提供触摸操作图像界面的触摸显示屏。
8.根据权利要求4或6所述的多MCU和FPGA协同处理、触控显示主监控系统，其特征在于: 所述的MCU微控处理单元还包括显示处理MCU模块，所述的显示处理MCU模块通过视频接口与显示屏连接； 所述的FPGA集成电路还包括存储模块E，所述的显示处理MCU模块通过存储模块E与数据调度交换模块连接； 所述的视频接口为RS232接口。
9.一种基于多MCU和FPGA协同处理、触控显示主监控系统的图像界面设计方法，其特征在于:所述的图像界面的设计方法包括以下多个步骤: 511:将待设置、显示的按键和状态用图片表示； 512:按一定的逻辑对每个按键和状态进行设计处理，所述的设计处理包括变量分配对应处理和逻辑跳转处理； 513:显示处理MCU模块进行相应的处理，包括变量数据处理、页面切换处理和显示处理。
10.一种基于多MCU和FPGA协同处理、触控显示主监控系统的控制方法，其特征在于:所述的控制方法包括以下多个步骤: 521:在触摸显示屏上通过触摸控制的方式设置相应的各项参数和工作方式，将包含有该设置参数及工作方式的数据信息发送到显示处理MCU模块； 522:显示处理MCU模块对该数据信息进行处理，把该处理后的数据信息发送到FPGA集成电路的存储模块E中； 523=FPGA集成电路的数据调度交换模块对该存储模块E中包含有设置参数及工作方式的数据信息进行处理和分析，将处理后所得信息按控制电路模块的控制命令分别与多个存储模块进行数据交换； 524=MCU微控处理单元中的多个MCU模块分别从与之对应的存储模块中读取该控制信息，并通过各自的数据接口将该控制信息发送到外接系统，控制电路模块直接通过控制接口将该控制信息发送到外接系统，实现对外接系统的控制； 525=MCU微控处理单元中的多个MCU模块分别通过各自的数据接口接收外接系统发出的数据信息，再分别存储到与之对应的存储模块中； 526:数据调度交换模块把该外接系统发出的数据信息选择性地存储在存储模块E中，显示处理MCU模块按一定控制从该存储模块E中读取该外接系统发出的数据信息，并将其发送到触摸显示屏进行显示； 527:通过触摸的方式对显示图像界面进行操控，显示处理MCU模块根据触摸显示屏的触摸信号对图像界面作相应的处理。
【文档编号】G06F3/0488GK104317748SQ201410672352
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月22日 优先权日:2014年11月22日
【发明者】杨伦琴 申请人:成都锦江电子系统工程有限公司