一种多画面共享存储器的工控机的制作方法

本发明涉及工控机领域，尤其涉及一种采用硬件描述语言描述并实现逻辑功能的多画面共享存储器的工控机。

背景技术：

航空航天、高铁、银行、军事、石化、医疗等领域中，显示与控制系统的故障可能会导致重大的人员伤亡或者装置财产的重大损失。如“震网”“火焰”“毒区”等病毒攻击的出现，给工业界造成严重的损失。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。此处所述的显示与控制系统即为工控机，简称为工控机。

为了保证显示与控制系统满足功能安全的要求，iec61508(对应国标gb/t20438:电气/电子/安全相关系统的功能安全)等标准对安全相关显示与控制系统中的工控机等电子/电气部件提出了具体的要求。在iec61508(gb/t20438.3)中第1章规定：安全软件包括操作系统、系统软件、通信网络中的软件、显示操作画面功能、支持工具、固件以及应用程序。其中的操作系统和实现显示操作画面功能的软件异常的复杂，很难进行充分的测试和验证，从而难以满足iec61508中的sil4级功能安全的目标。如果按照iec61508中关于sil4级的要求进行操作系统和显示操作画面软件的开发，其工作量是一个非常巨大的，成本异常高昂，且开发周期非常长。另外，按照iec61508中关于sil4级的要求开发的操作系统和显示操作画面软件，其正常运行会依赖于特定的cpu芯片或显示芯片，如果cpu芯片或显示芯片由于损坏或升级而进行更新时，已经开发的操作系统和显示操作画面软件将需要进行非常大的改动，在维护和更新方面将面临极大的挑战，因此其生命周期短，适应性较差。其次，操作系统和显示操作画面软件的开发工具本身而言，其中可能会隐藏着错误，一旦这些开发工具中的错误被包含在操作系统和显示操作画面中，将给显示与控制系统的安全性带来巨大的隐患。最后，已有的显示与控制系统中所包含的操作系统和软件等运行机制使其可能会遭受病毒、木马等信息安全方面的威胁。

综上所述，基于cpu芯片和操作系统的工控机在的主要缺点有：

(1)系统复杂、开发周期长、开发成本极高；

(2)系统生命周期短，适应性较差；

(3)无法避免由于开发软件包含的错误致使最终软件包含错误且无法被发现；

(4)信息安全性差，可能会被病毒、蠕虫、木马等感染。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供具备功能安全和信息安全特征的工控机，且所研发的工控机对于易失性存储空间具有较低的要求。所公开的工控机在运行过程中采用fpga等可编程逻辑器件实现逻辑功能，完全不包含操作系统和cpu等复杂的软件和硬件，且不同的显示操作画面的图像数据可存储于共享存储器中，具有系统简单、容易进行充分测试和验证、成本低、生命周期长等优势。所提供的工控机稍做改动就可应用于各种领域和行业中需要采用工控机的场合。

为了实现上述目的，本发明的一种多画面共享存储器的工控机，包含：输入装置、显示装置、图像数据存储模块、共享存储器和显示及控制处理模块：

其特征在于，显示及控制处理模块实现的逻辑功能包括：从图像数据存储模块中读取显示操作画面的图像数据并存入共享存储器中；显示及控制处理模块根据不同的输入信号从图像数据存储模块中的不同区域读取图像数据，并存入共享存储器中；显示及控制处理模块从共享存储器中读取不同的图像数据，并生成对应的不同的图像信号发送至显示装置；

其中，所述的显示及控制处理模块实现的逻辑功能采用硬件描述语言描述并生成对应的代码，且所述的硬件描述语言描述的逻辑功能在fpga芯片或其它可编程逻辑器件、或asic芯片中实现。

所述输入装置，用于将用户对输入装置的操作转化为输入信号并发送至显示及控制处理模块；

所述显示装置，用于接收显示及控制处理模块发送来的图像信号，并显示所述图像信号对应的图像或画面；

所述图像数据存储模块，用于存储至少两个显示操作画面的图像数据；

共享存储器，由易失性存储器组成，至少能存储一个显示操作画面所对应的图像数据；

显示及控制处理模块根据输入信号的不同将发送至显示装置的不同图像信号进行相互切换；

其中，所述的显示及控制处理模块实现的逻辑功能采用硬件描述语言描述，且所述的硬件描述语言描述的逻辑功能在fpga芯片或其它可编程逻辑器件、或asic芯片中实现。

进一步地，显示及控制处理模块根据输入信号的不同可将发送至显示装置所显示的不同图像信号进行相互切换；

其中，所述的显示及控制处理模块实现的逻辑功能采用硬件描述语言描述，且所述的硬件描述语言描述的逻辑功能在fpga芯片或其它可编程逻辑器件、或asic芯片中实现。

进一步地，所述的输入装置包括鼠标、轨迹球或直接按键。

进一步地，当所述的输入装置包括鼠标或轨迹球时；所述显示装置所显示的显示操作画面包含以下显示区域：

背景画面显示区域：用于显示显示操作画面中除空白区域以外的保持不变的图像，包含字符、数字、线条、边框、符号或汉字中的一种或多种；

鼠标指针显示区域：用于在显示装置上显示鼠标指针的显示区域；

鼠标控制显示区域：用于当鼠标指针位于鼠标控制显示区域的范围内，且用户点击鼠标左键后，使得对应功能子模块执行与鼠标控制显示区域对应的功能。

进一步地，所述鼠标控制显示区域对应的功能包含切换至其它显示操作画面的功能；当鼠标指针位于所述鼠标控制显示区的范围内，且用户点击鼠标按键后，若鼠标控制显示区域对应的功能为切换至其它显示操作画面，使得显示及控制处理模块输出另外的显示操作画面对应的图像信号。

进一步地，当所述的输入设备包括直接按键时，所述显示装置所显示的显示操作画面包含以下显示区域：

背景画面显示区域：用于显示显示操作画面中除空白区域以外的保持不变的图像，包含字符、数字、线条、边框、符号或汉字中的一种或多种；

直接按键控制显示区域：与直接按键和工控机逻辑处理模块所执行的功能相对应；当直接按键被按下并释放后，工控机逻辑处理模块执行与直接按键控制显示区域和直接按键对应的功能；直接按键被按下时和释放后，直接按键控制显示区域显示不同的颜色。

进一步地，在所述输入装置和所述显示及控制处理模块之间包含输入接口模块，所述输入接口模块用于将输入装置生成的输入信号转化为显示及控制处理模块能处理的输入信号并发送至显示及控制处理模块。

进一步地，在显示装置和显示及控制处理模块之间包含显示接口模块，所述显示接口模块用于接收显示及控制处理模块发送来的显示操作画面的图像信号，并将所述图像信号转化为显示装置能处理的图像信号并发送至显示装置。

进一步地，所述的显示及控制处理模块包含画面图像信号生成子模块；所述画面图像信号生成子模块根据输入信号的不同读取图像数据存储模块中不同区域存储的图像数据，并将所读取的图像数据存入共享存储器中；所述画面图像信号生成子模块从所述共享存储器中读取图像数据生成对应的图像信号(bg_img)并输出。

进一步地，所述的显示及控制处理模块包含功能画面管理子模块，所述功能画面管理子模块输出功能画面管理子模块所处状态的信号(fm_state)。

进一步地，所述的显示及控制处理模块包含画面图像显示子模块，所述状态信号(fm_state)使得画面图像显示子模块从多个图像信号中选取一个对应的图像信号，并经由显示接口模块输出至显示装置。

进一步地，所述的显示及控制处理模块包含用户登录子模块、功能画面切换子模块、功能子模块三种功能模块中的至少一种子模块；

用户登录子模块：用于生成用户登录操作所对应的显示操作画面的图像信号并输出至显示接口模块，并接收用户通过所述输入装置输入的输入信号，并根据所述输入信号实施工控机的登录操作，使得显示装置所显示的操作画面切换为功能画面切换子模块对应的显示操作画面；

功能画面切换子模块：用于生成功能目录显示操作画面对应的图像信号并输出至显示接口模块，并接收用户通过所述输入装置(鼠标或轨迹球)输入的输入信号，并在输入信号的控制下使得显示装置所显示的操作画面切换为其它功能子模块对应的显示操作画面；

功能子模块：用于接收输入信号并进行相应的处理，并在显示操作画面中以数字的形式显示数据。

所述用户登录子模块、功能画面切换子模块、功能子模块都有对应的显示操作画面。

采用了本发明的一种工控机，与现有技术相比，具有以下有益效果。

(1)信息安全性：本发明所公开的工控机，不包含操作系统和应用软件等易遭受计算机病毒感染的软件；且外界人员无法获知系统的内部特性和构造，所以无法通过系统的漏洞对系统进行攻击；因此，系统具有极高的信息安全性。

(2)功能安全性：本发明所公开的工控机具有系统简单的优势，系统开发人员更容易对系统进行充分的测试及验证，使系统具有极高的可靠性。

(3)长生命周期：cpu芯片更新换代的速度非常快，使得相关的装置维修、维护和升级将时面临备品备件数量少、系统维护费用高等问题；fpga芯片比cpu芯片具有更长的生命周期，基于fpga芯片的电子装置可以更好地克服技术过时所带来的影响，具有更长的生命周期。

(4)对于采用fpga芯片或asic芯片实现工控机方案的技术来说，本发明通过多幅显示操作画面共享存储器的方式，降低了对于实现工控机的fpga芯片或asic芯片的要求，从而降低了实现工控机的成本。

附图说明

通过结合附图进行的以下示例性实施例描述，以上和/或其它方面将变得显而易见且更容易理解。

图1.多画面共享存储器的工控机架构。

图2显示及控制处理模块架构。

图3功能画面管理子模块中状态机运行流程。

图4功能目录显示操作画面示意图。

图5显示区域图像信号生成单元架构。

图6功能画面切换子模块架构图。

图7按键消抖单元。

图8输入接口信号处理子模块的结构示意图。

图9画面图像信号生成子模块架构示意图。

图10功能子模块3的显示操作画面示意图。

图11功能子模块3功能架构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明中所提出的“x坐标”和“y坐标”分别指显示装置屏幕上的像素在显示装置屏幕上的x坐标和y坐标，x坐标从左往右递增，y坐标从上往下递增，即：显示装置屏幕上最左上方可见像素的坐标是(0，0)。如果提到具体的一幅图像或一个区域的位置是x坐标和y坐标，指这幅图像或这个区域最左上角的像素在显示装置屏幕上x坐标和y坐标所确定的位置。本发明中所述的显示装置上的像素的位置信号包含x坐标信号和y坐标信号。

本发明中的图像信号指输入显示装置并驱动显示装置显示指定图像的信号。比如，背景画面的图像信号指输入显示装置并驱动显示装置显示背景画面的信号。这里的背景画面是指背景画面所对应的图像。本发明中的图像数据指组成图像的像素的数据，即组成图像的像素的值。

本发明中所提到的信号或数据，默认情况下为二进制的信号或数据，其典型取值为1或0，在本发明中分别表述为信号的值为1或信号的值为0。本发明专利中如果对一个信号或数据明确规定为十进制或十六进制的信号或数据，或从本发明的描述中能明确确定一个信号或数据的数制，那么相应的信号和数据为其规定的十进制或十六进制的信号或数据。如不指明信号的值，根据专利说明书中的内容也不能确定信号的值，则信号的默认值为0；信号的高电平表示对应信号的值为1，信号的低电平表示对应信号的值为0。

本发明中如果一幅画面或图像中的一个像素的值为1，表示这个像素显示为这幅画面或图像中的前景色，比如黄色；如果一幅画面或图像中的一个像素的值为0，表示这个像素显示为这幅画面或图像的背景色，比如黑色或者背景图像中该像素的颜色。

本发明中的显示区域为矩形区域，显示区域范围的数据包含确定显示区域的四个顶点像素的位置的数据。显示区域也可以是其它形状，比如显示区域是圆形时，确定显示区域范围的数据主要为圆心的位置数据和半径的长度数据。

本发明的实施实例中，默认情况下，模块或单元端口的名称即为模块或单元端口所传输信号的名称，两者保持一致。除非实施实例中将不同名称的端口和信号相关联时，端口和信号的名称以明确确定的名称为准。

鼠标指针显示区域的左上角像素的x坐标信号和y标信号为确定鼠标指针显示区域的位置信号。本发明中对于点击鼠标的操作默认情况下指点击鼠标左键，也根据需要为改变为点击鼠标右键或点击鼠标中间键的任意一种情况。本发明中所述的点击鼠标某个显示区域图像指鼠标指针位于此显示区域范围内，且进行点击鼠标的操作。点击鼠标的操作包含按下鼠标左键和释放鼠标左键两个步骤；当用户按下鼠标左键时，点击鼠标的信号(m_lclick)的逻辑值为1；当用户释放鼠标左键后，点击鼠标的信号(m_lclick)的逻辑值为0。

鼠标的箭头形状的图像中值为1的像素显示鼠标指针的前景颜色，值为0的像素显示鼠标指针的背景颜色。本实施实例中所述的鼠标指针位于一个显示区域内是指鼠标指针的左上角的像素位于这个显示区域的范围内。

本发明的实施实例中，信号名称经常被标注在传输信号的信号线上，即表示信号名称的字符会遮挡对应的信号线的一部分线条，信号名称或端口名称也可位于对应信号线或端口连线的上方或下方。

本发明中点击鼠标的按键包含按下鼠标按键和释放鼠标按键两个步骤。

本发明专利说明书中所提到的专利文献1的名称为“一种动态数据显示和处理的系统及方法”，专利申请号为：2015101603532。本发明专利说明书中所提到的专利文献2“一种安全工业控制计算机”，专利申请号为：2015106852955。

本发明的一种多画面共享存储器的工控机，包含：

一种多画面共享存储器的工控机，包含输入装置、显示装置、图像数据存储模块、共享存储器和显示及控制处理模块：

其特征在于，显示及控制处理模块实现的逻辑功能包括：从图像数据存储模块中读取显示操作画面的图像数据并存入共享存储器中；显示及控制处理模块根据不同的输入信号从图像数据存储模块中的不同区域读取图像数据，并存入共享存储器中；显示及控制处理模块从共享存储器中读取不同的图像数据，并生成对应的不同的图像信号发送至显示装置；此处所述的不同的输入信号是指用户进行点击鼠标按键的操作时，鼠标指针位于不同的显示区域时。

其中，所述的显示及控制处理模块实现的逻辑功能采用硬件描述语言描述并生成对应的代码，且所述的硬件描述语言描述的逻辑功能在fpga芯片或其它可编程逻辑器件、或asic芯片中实现。

所述输入装置，用于将用户对输入装置的操作转化为输入信号并发送至显示及控制处理模块；

所述显示装置，用于接收显示及控制处理模块发送来的图像信号，并显示所述图像信号对应的图像或画面；

所述图像数据存储模块，用于存储至少两个显示操作画面的图像数据；

共享存储器，由易失性存储器组成，至少能存储一个显示操作画面所对应的图像数据；

显示及控制处理模块根据输入信号的不同将发送至显示装置的不同图像信号进行相互切换；

其中，所述的显示及控制处理模块实现的逻辑功能采用硬件描述语言描述，且所述的硬件描述语言描述的逻辑功能在fpga芯片或其它可编程逻辑器件、或asic芯片中实现。

根据m_lclick信号、xmouse信号、ymouse信号等输入信号的不同，功能画面管理子模块中的状态机中的login_state、sw_state、f1_state、f2_state、f3_state五个状态之间实现互相切换，并将功能画面管理子模块所处状态对应的赋值给fm_state信号；画面图像数据处理单元在fm_state信号的控制下从图像数据存储模块中的不同区域读取图像数据，并通过pixel_data信号调入共享存储器中，然后从共享存储器中读取图像数据生成图像信号bg_img并输出至fm_state信号对应的子模块中。此处所述的对应的子模块为生成fm_state信号的值所对应显示操作画面的模块。

其中，所述的显示及控制处理模块实现的逻辑功能采用硬件描述语言描述并生成对应的代码，且所述的硬件描述语言描述的逻辑功能在fpga芯片或其它可编程逻辑器件、或asic芯片中实现。

所述的输入装置包括鼠标、轨迹球或直接按键。

当所述的输入装置包括鼠标或轨迹球时；所述显示装置所显示的显示操作画面包含以下显示区域：

背景画面显示区域：用于显示显示操作画面中除空白区域以外的保持不变的图像，包含字符、数字、线条、边框、符号或汉字中的一种或多种；

鼠标指针显示区域：用于在显示装置上显示鼠标指针的显示区域；

鼠标控制显示区域：用于当鼠标指针位于鼠标控制显示区域的范围内，且用户点击鼠标左键后，使得对应功能子模块执行与鼠标控制显示区域对应的功能。

所述鼠标控制显示区域对应的功能包含切换至其它显示操作画面的功能；当鼠标指针位于所述鼠标控制显示区的范围内，且用户点击鼠标按键后，若鼠标控制显示区域对应的功能为切换至其它显示操作画面，使得显示及控制处理模块输出另外的显示操作画面对应的图像信号。

当所述的输入设备包括直接按键时，所述显示装置所显示的显示操作画面包含以下显示区域：

背景画面显示区域：用于显示显示操作画面中除空白区域以外的保持不变的图像，包含字符、数字、线条、边框、符号或汉字中的一种或多种；

直接按键控制显示区域：与直接按键和工控机逻辑处理模块所执行的功能相对应；当直接按键被按下并释放后，工控机逻辑处理模块执行与直接按键控制显示区域和直接按键对应的功能；直接按键被按下时和释放后，直接按键控制显示区域显示不同的颜色。

在所述输入装置和所述显示及控制处理模块之间包含输入接口模块，所述输入接口模块用于将输入装置生成的输入信号转化为显示及控制处理模块能处理的输入信号并发送至显示及控制处理模块。

在显示装置和显示及控制处理模块之间包含显示接口模块，所述显示接口模块用于接收显示及控制处理模块发送来的显示操作画面的图像信号，并将所述图像信号转化为显示装置能处理的图像信号并发送至显示装置。

所述的显示及控制处理模块包含画面图像信号生成子模块；所述画面图像信号生成子模块根据输入信号的不同读取图像数据存储模块中不同区域存储的图像数据，并将所读取的图像数据存入共享存储器中；所述画面图像信号生成子模块从所述共享存储器中读取图像数据生成对应的图像信号(bg_img)并输出。

所述的显示及控制处理模块包含功能画面管理子模块，所述功能画面管理子模块输出功能画面管理子模块所处状态的信号(fm_state)。fm_state信号的值为login_state、sw_state、f1_state、f2_state、f3_state五个状态值中的一个。

所述的显示及控制处理模块包含画面图像显示子模块，所述状态信号(fm_state)使得画面图像显示子模块从多个图像信号中选取一个对应的图像信号，并经由显示接口模块输出至显示装置。输入画面图像显示子模块的图像信号包括：login_img信号、sw_img信号、fun1_img信号、fun2_img信号、fun3_img信号；当fm_state信号的值为login_state时，画面图像显示子模块选择login_img图像信号输出；当fm_state信号的值为sw_state时，画面图像显示子模块选择sw_img图像信号输出；当fm_state信号的值为fun1_state时，画面图像显示子模块选择fun1_img图像信号输出；当fm_state信号的值为fun2_state时，画面图像显示子模块选择fun2_img图像信号输出；当fm_state信号的值为fun3_state时，画面图像显示子模块选择fun3_img图像信号输出。即当fm_state信号的值为特定的值时，画面图像显示子模块所选择的图像信号即为fm_state信号的特定值所对应的图像信号。

所述的显示及控制处理模块包含用户登录子模块、功能画面切换子模块、功能子模块三种功能模块中的至少一种子模块；

用户登录子模块：用于生成用户登录操作所对应的显示操作画面的图像信号并输出至显示接口模块，并接收用户通过所述输入装置输入的输入信号，并根据所述输入信号实施工控机的登录操作，使得显示装置所显示的操作画面切换为功能画面切换子模块对应的显示操作画面；

功能画面切换子模块：用于生成功能目录显示操作画面对应的图像信号并输出至显示接口模块，并接收用户通过所述输入装置(鼠标或轨迹球)输入的输入信号，并在输入信号(点击鼠标左键)的控制下使得显示装置所显示的操作画面切换为其它功能子模块对应的显示操作画面；

功能子模块：用于接收输入信号并进行相应的处理，并在显示操作画面中以数字的形式显示数据；

所述用户登录子模块、功能画面切换子模块、功能子模块都有对应的显示操作画面。

(1)多画面共享存储器的工控机架构。

以下阐述多画面共享存储器的工控机的第一具体实施实例。

请参阅图1所示，本发明的多画面共享存储器的工控机的架构。该实施例中多画面共享存储器的工控机包括输入装置、显示及控制处理模块、输入接口模块、图像数据存储模块、显示接口模块以及显示装置。所述的输入接口模块、显示接口模块、数据存储模块都直接与显示及控制处理模块相连接。显示接口模块与显示装置相连接，输入接口模块与所述的输入装置相连接。显示及处理模块内部包含共享存储器，此处共享存储器采用一个随机访问存储器(ram)实现，这个随机访问存储器由xilinx公司的ise软件中的ip(coregenerator&architecturewizard)工具中的blockmemorygenerator生成。共享存储器也可以采用位于显示处理模块的外部的易失性存储器实现。共享存储器同一时间至少能存储一个显示操作画面所对应的图像数据。

显示装置为具备vga接口的液晶显示器。

输入装置包含鼠标和键盘，用于将用户的点击鼠标按键等输入操作转化为点击鼠标的信号(m_lclick)等输入信号，并将m_lclick信号等输入信号经由输入接口模块发送至显示及控制处理模块；本实施例的输入装置中的鼠标可以采用轨迹球代替。

显示及控制处理模块，用于对输入装置发送来的输入信号进行处理，使工控机实现用户登录及各种功能，并生成多种显示操作画面的图像信号发送至显示接口模块。

显示接口模块，用于接收所述的显示及控制处理模块发送来的显示操作画面的图像信号，并转化为显示装置能处理的图像信号发送至显示装置；输入接口模块，用于接收输入装置发送来的输入信号，并转化为显示及控制处理模块能处理的图像信号发送至显示及控制处理模块。

图像数据存储模块用于存储显示操作画面对应的图像数据。在本实施例中，图像数据存储模块存储用户登录子模块、功能画面切换子模块、功能子模块1、功能子模块2、功能子模块3等5个子模块对应的显示操作画面的图像数据。

显示及控制处理模块，用于实现的逻辑功能包括：在输入信号的控制下，从图像数据存储模块中读取不同的显示操作画面所对应的图像数据调入共享存储器中，并从共享存储器中读取图像数据生成对应的图像信号发送至显示装置，使得显示装置显示不同的显示操作画面；所述显示装置显示的不同显示操作画面可以在输入信号的控制下进行切换。

所述的工控机在运行过程中，不包含cpu、显示芯片等硬件和操作系统、显示操作画面组态软件等软件。

显示及控制处理模块主要由fpga芯片及其时钟电路等支持电路组成。优选地，所述的显示及控制处理模块包含xilinx公司的artix-7xc7a200t型号的fpga芯片，所述的显示及控制处理模块对输入装置、数据存储模块等模块发送来的信号或数据进行处理，生成驱动显示装置显示的显示操作画面的图像信号，并经由显示接口模块发送至显示装置。显示及控制处理模块也可由asic芯片及其时钟电路等支持电路组成。共享存储器采用xilinx公司的ise软件中的ip核生成器(ipcoregenerator)来生成块ram的模块，并在鼠标生成的输入信号的控制下从图像数据存储模块中读取显示操作画面对应的图像数据调入块ram中。

所述的fpga芯片的主时钟频率为100mhz；采用fpga芯片实现的显示及控制处理模块中的逻辑功能全部采用硬件描述语言开发为rtl级代码；接着对rtl级代码进行综合后生成其对应的网表文件，然后对所述门级网表经过布局布线等步骤处理后，生成对fpga芯片进行配置的文件；并将所述的对fpga芯片进行配置的文件下载至所述的fpga芯片中，使得fpga芯片实现显示及控制处理模块中的逻辑功能。

优选地，所述的输入接口模块包含两个ps/2接口。其中的一个ps/2接口为鼠标信号接口，另一个ps/2接口为键盘信号接口，用以接收鼠标和键盘发送来的用户的输入信号。

优选地，所述的显示接口模块包含vga接口电路，用以接收显示及控制处理模块发送来的符合vga接口要求的显示操作画面的图像信号并将其发送至液晶显示器上显示。

优选地，所述的数据存储模块包括一块flash芯片，flash芯片的型号为k9f4g08u0m。

(2)显示及控制处理模块架构。

显示及控制处理模块架构如图2所示。所述的显示及控制处理模块包含：功能画面管理子模块、输入接口信号处理子模块、画面图像信号生成子模块、鼠标指针显示子模块、画面图像显示子模块、用户登录子模块、功能画面切换子模块、功能子模块1、功能子模块2、功能子模块3；这些子模块之间的信号传输关系如图2所示，这些子模块的功能如下。

(a)画面图像信号生成子模块：接收功能画面管理子模块所发送来的fm_state信号，并根据fm_state信号的信号值从图像数据存储模块中的不同存储区域读取不同的显示操作画面的图像数据，调入画面图像信号生成子模块内部的共享存储器中；然后从共享存储器中读取显示操作画面的图像数据生成背景画面的图像信号bg_img，并将图像信号bg_img发送至显示操作画面对应的用户登录子模块、功能画面切换子模块、功能子模块1、功能字模块2、功能字模块3中。

(b)功能画面管理子模块:接收功能画面切换子模块输出的sw_others信号组、用户登录子模块输出的login_sw信号、功能子模块1输出的fun1_ts信号、功能子模块2输出的fun2_ts信号、功能子模块3输出的fun3_ts信号组；sw_others信号组，包括sw_login信号、sw_f1信号、sw_f2信号、sw_f3信号；fun3_ts信号组包含f3_sw信号、f3_f2信号、f3_f1信号；功能画面管理子模块在对所接收到的信号进行处理的基础上，控制其内部的功能画面管理状态机处于用户登录状态、功能切换状态、数据显示状态、功能1状态、功能2状态、功能3状态五个状态中的一个状态，并将所述状态对应的fm_state信号的值输出至画面图像显示子模块、鼠标控制子模块、画面图像信号生成子模块等各个子模块；用户登录状态对应的fm_state信号的值为login_state；功能切换状态对应的fm_state信号的值为sw_state；数据显示状态对应的fm_state信号的值为f1_state；功能1状态对应的fm_state信号的值为f1_state；功能2状态对应的fm_state信号的值为f2_state；功能3状态对应的fm_state信号的值为f3_state。

(c)输入接口信号处理子模块:用于通过所述的输入接口模块接收用户通过鼠标、键盘等输入装置输入的输入信号，并将所述的输入信号处理后生成的信号包括：点击鼠标的信号(m_lclick)、鼠标的位置信号(包含鼠标指针的x坐标信号xmouse和y坐标信号ymouse)、键盘按键的ascii码信号(key_ascii)和键盘按键的ascii码有效信号(ascii_valid)；xmouse信号、ymouse信号、key_ascii信号、ascii_valid信号称为一个信号组，这个信号组中的所有信号全部被发送至用户登录子模块、功能画面切换子模块、功能子模块1、功能子模块2、功能子模块3；其中，发送至用户登录子模块的信号组称为hmi_login信号组，发送至功能画面切换子模块的信号组称为hmi_sw信号组，发送至功能子模块1的信号组称为hmi_fun1信号组，发送至功能子模块2的信号组称为hmi_fun2信号组，发送至功能子模块3的信号组称为hmi_fun3信号组。点击鼠标信号(m_lclick)被发送至鼠标控制子模块。

(d)用户登录子模块：生成用户登录子模块的显示操作画面的图像信号login_img发送至画面图像显示子模块通过m_login信号接收鼠标输入装置发送来的点击鼠标左键的输入信号；即在fm_state信号的值为login_state时，用户点击鼠标左键的输入信号(m_lclick)经由m_login信号传输至用户登录子模块，即通过m_login信号接收m_lclick的有效信号；当鼠标指针位于指定区域的范围内，且用户按下鼠标左键后释放鼠标左键，使得login_sw信号输出一个时钟周期的逻辑值为1的信号；表示工控机通过用户的登录请求并执行用户登录后的功能。

(e)功能画面切换子模块:用于生成功能画面切换子模块对应的的显示操作画面的图像信号sw_img发送至画面图像显示子模块；并通过hmi_sw信号组接收鼠标等输入装置发送来的鼠标指针的x坐标信号(xmouse)、y坐标信号(ymouse)，通过m_sw信号接收m_lclick的有效值信号；功能画面管理子模块对所接收到的信号处理后输出sw_others信号组，sw_others信号组主要包括sw_login信号、sw_f1信号、sw_f2信号、sw_f3等信号；当sw_others信号组中的一个信号输出一个时钟周期的值为1的信号时，使得功能画面管理子模块中的状态机转移至与sw_others信号组中的这个信号值相对应的状态。

(f)功能子模块1:功能子模块1对应的显示操作画面的图像信号fun1_img发送至画面图像显示子模块通过hmi_fun1信号组接收键盘、鼠标等输入装置发送来的鼠标指针的x坐标信号(xmouse)、y坐标信号(ymouse)，以及键盘按键的ascii码信号(key_ascii)和ascii码有效信号(ascii_valid)；通过m_fun1信号接收点击鼠标信号(m_lclick)的有效信号值；对鼠标等输入装置所输入信号进行处理并生成f1_sw信号并发送至功能画面管理子模块。

(g)功能子模块2：所实施的功能和功能子模块1所实施的功能类似。

(h)功能子模块3：通过hmi_fun3信号组接收键盘、鼠标等输入装置发送来的鼠标指针的x坐标信号(xmouse)、y坐标信号(ymouse)，以及键盘按键的ascii码信号(key_ascii)和ascii码有效信号(ascii_valid)；并通过m_fun3信号接收m_lclick信号的有效信号；对上述输入信号进行处理并生成f3_sw信号、f3_f2信号、f3_f1信号并发送至功能画面管理子模块；并生成功能子模块3对应的显示操作画面的图像信号fun3_img发送至画面图像显示子模块。

(i)鼠标指针显示子模块：用于接收所述的输入接口信号处理子模块输出的鼠标位置信号和点击鼠标信号，输出鼠标的图像信号(mouse_img)和鼠标指针的显示信号(mouse_zone)并发送至画面图像显示子模块。

(j)画面图像显示子模块:接收来自功能画面管理子模块的状态信号(fm_state)，以及鼠标指针显示子模块发送来的鼠标指针的图像信号(mouse_img)和鼠标指针的显示信号(mouse_zone),用户登录子模块发送来的login_img信号、功能画面切换子模块发送来的sw_img信号、功能子模块1发送来的fun1_img信号、功能子模块2发送来的fun2_img信号、功能子模块3发送来的fun3_img信号；画面图像显示子模块对接收到的图像信号按照以下步骤所述的顺序和条件进行选择并输出：

i.当鼠标指针显示子模块发送来的鼠标指针的图像信号(mouse_img)和鼠标指针的显示信号(mouse_zone)的值全部为1，则在鼠标指针信号显示区域200中显示鼠标指针的图像；

ii.当fm_state信号的值为login_state，即功能画面管理子模块位于用户登录状态时，则画面图像显示子模块输出用户登录子模块所输出的图像信号login_img至显示接口模块；

iii.当fm_state信号的值为sw_state，即功能画面管理子模块位于功能切换状态时，则画面图像显示子模块输出功能画面切换子模块所输出的图像信号sw_img至显示接口模块；

iv.当fm_state信号的值为f1_state，即功能画面管理子模块位于功能1状态时，则画面图像显示子模块输出功能子模块1所输出的图像信号fun1_img至显示接口模块；

v.当fm_state信号的值为f2_state，即功能画面管理子模块位于功能2状态时，则画面图像显示子模块输出功能子模块2所输出的图像信号fun2_img至显示接口模块；

vi.当fm_state信号的值为f3_state，即功能画面管理子模块位于功能3状态时，则画面图像显示子模块输出功能子模块3所输出的图像信号fun3_img至显示接口模块。

(k)鼠标控制子模块：输入接口信号处理子模块所输出的点击鼠标的信号(m_lclick)，与功能画面管理子模块所输出的fm_state信号被输入鼠标控制子模块；当fm_state信号的值为login_state时，即fm_state信号的值等于login_state时，点击鼠标信号(m_lclick)的有效值赋值给信号m_login并将m_login信号的值输入用户登录子模块，此时只允许用户登录子模块接收到点击鼠标信号的有效值信号；当fm_state信号的值为sw_state时，即fm_state信号的值等于sw_state时，点击鼠标信号(m_lclick)的有效值赋值给信号m_sw并将m_sw信号的值输入功能画面切换子模块，此时只允许功能画面切换子模块接收到点击鼠标信号的有效值信号；类似地，当fm_state的值为f1_state时，即fm_state信号的值等于f1_state时，点击鼠标信号(m_lclick)的有效值赋值给信号m_fun1并将m_fun1信号的值输入功能画面切换子模块，此时只允许功能子模块1接收到点击鼠标信号的有效值信号；当fm_state的值为f2_state或f3_state时，点击鼠标信号(m_lclick)的有效值对应地赋值给信号m_fun2和信号m_fun3，并将信号m_fun2或信号m_fun3的值输入对应的功能子模块2或功能子模块3，此时只允许功能子模块2或功能子模块3接收到点击鼠标信号的有效值信号。

用户登录子模块、功能画面切换子模块、功能子模块1、功能子模块2、功能子模块3都有对应的显示操作画面；每个显示操作画面中都包含接受点击鼠标信号控制的显示区域；这些显示区域接受点击鼠标信号后可实现的功能包含：控制显示操作画面的切换、接受用户的登录信号等功能。

这些子模块同一时间只能有一个模块接收点击鼠标信号的有效值并受点击鼠标信号的控制；接受点击鼠标信号控制的子模块称为激活子模块；能被激活的子模块都具有的信号端口可以分为几类：输入接口信号端口、图像信号输出端口、子模块的点击鼠标信号的有效值输入端口、模块切换端口；输入接口信号端口主要包含：hmi_login、hmi_sw、hmi_fun1、hmi_fun2、hmi_fun3；图像信号输出端口主要包含：login_img、sw_img、fun1_img、fun2_img、fun3_img；子模块的点击鼠标信号的有效值输入端口主要包含：m_login、m_sw、m_fun1、m_fun2、m_fun3；模块切换端口主要包含：sw_login、sw_f1、sw_f2、sw_f3、login_sw、f1_sw、f2_sw、f3_sw、f3_f2、f3_f1。

login_sw信号,f1_sw信号,f2_sw信号,f3_sw信号等四个信号依次由用户登录子模块、功能子模块1、功能子模块2、功能子模块3生成；当这四个信号中的一个信号有效时，即这个信号为一个时钟周期的逻辑值为1的信号时，显示及控制处理模块中的激活或有效子模块由用户登录子模块、功能子模块1、功能子模块2、功能子模块3转换为功能画面切换子模块。

功能子模块3还生成f3_f2信号和f3_f1信号，当这两个信号中的一个信号有效时，即这个信号为一个时钟周期的逻辑值为1的信号时，显示及控制处理模块中的激活或有效子模块由功能子模块3对应地切换为功能子模块1或功能子模块2。

login_sw信号,f1_sw信号,f2_sw信号,f3_sw信号、f3_f2信号和f3_f1信号是鼠标指针位于对应的显示操作画面中的鼠标控制显示区域，且点击鼠标左键所触发的信号。

sw_others信号组中包含sw_login信号,sw_f1信号,sw_f2信号,sw_f3信号，这四个信号由功能画面切换子模块生成；当这四个信号中的一个信号有效时，即这个信号为一个时钟周期的逻辑值为1的信号时，也即鼠标指针分别位于sw_login信号,sw_f1信号,sw_f2信号,sw_f3信号这四个信号所对应的功能目录显示操作画面中的显示区域时，点击(按下然后释放)鼠标的按键使得显示区域对应的一个信号输出一个时钟周期的值为1的信号。

sw_login信号对应“登录画面”鼠标控制显示区域；sw_f1信号对应“功能画面1”鼠标控制显示区域；sw_f2信号对应“功能画面2”鼠标控制显示区域；sw_f3信号对应“功能子模块3”鼠标控制显示区域。

鼠标指针位于上述四个显示区域中的一个显示区域时，点击(按下然后释放)鼠标的按键分别使得上述四个信号中的一个信号输出一个时钟周期的值为1的信号，从而使得功能画面管理子模块中的状态机转移至对应的“用户登录状态”、“功能1状态”、“功能2状态”或“功能3状态”中的一个状态，从而对应地使得m_login、m_fun1、m_fun2、m_fun3这几个信号中的一个信号接收点击鼠标信号的有效信号；并使得对应的子模块激活。

fun3_ts信号组中包含f3_sw信号,f3_f1信号,f3_f2信号；这三个信号由功能子模块3生成；f3_sw信号对应功能子模块3的显示操作画面中的“目录画面”鼠标控制显示子区域，并能使得功能画面管理子模块切换至“功能切换状态”；f3_f1信号对应功能子模块3的显示操作画面中的“功能画面1”鼠标控制显示区域，并能使得功能画面管理子模块切换至“功能1状态”；f3_f2信号对应功能子模块3的显示操作画面中的“功能画面2”鼠标控制显示区域，并能使得功能画面管理子模块切换至“功能2状态”。

当fun3_ts信号组中包含的三个信号中的一个信号有效时，即这个信号为一个时钟周期的逻辑值为1的信号时，表示鼠标指针位于这个有效信号对应的一个显示子区域的范围内，且用户点击(按下然后释放)鼠标的按键。fun3_ts信号组中的一个信号有效，使得功能画面管理子模块中的状态机转移至与这个有效的信号对应的状态，从而对应地使得m_sw、m_fun1、m_fun2这几个信号中的一个信号接收点击鼠标信号的有效信号；并使得对应的子模块激活。

fun2_ts信号组中包含f2_sw信号；这个信号由功能子模块2生成；当f2_sw信号有效时(这个信号为一个时钟周期的逻辑值为1的信号)时，即鼠标指针位于f2_sw信号对应的功能子模块2对应的显示操作画面中的“目录画面”鼠标控制显示区域，点击(按下然后释放)鼠标的按键使得f2_sw信号输出一个时钟周期的值为1的信号，从而使得功能画面管理子模块中的状态机转移至对应的“功能切换状态”，从而对应地使得m_sw这个信号接收点击鼠标信号的有效信号；并使得对应的子模块激活。

fun1_ts信号组中包含f1_sw信号；这个信号由功能子模块1生成；当f1_sw信号有效时(这个信号为一个时钟周期的逻辑值为1的信号)时，即鼠标指针位于f1_sw信号对应的功能子模块1对应的显示操作画面中的“目录画面”鼠标控制显示区域，点击(按下然后释放)鼠标的按键使得f1_sw信号输出一个时钟周期的值为1的信号，从而使得功能画面管理子模块中的状态机转移至对应的“功能切换状态”，从而对应地使得m_sw这个信号接收点击鼠标信号的有效信号；并使得对应的子模块激活。

在显示及控制处理模块架构图中的鼠标指针显示子模块，用于生成鼠标指针的图像信号(mouse_img)和显示信号(mouse_zone)，并使得显示装置屏幕上显示鼠标指针的图像；显示及控制处理模块内部的用户登录子模块、功能画面切换子模块、功能子模块1、功能子模块2、功能子模块3等子模块不需要包含生成鼠标指针的图像信号(mouse_img)和显示信号(mouse_zone)的功能。

图2所示的显示及控制处理模块架中的bg_img信号的实线用于本发明的第一实施实例中。图2所示的显示及控制处理模块架构中的bg_img信号的虚线用于本发明的第四实施实例中。

(3)功能画面管理子模块。

功能画面管理子模块中所包含状态机的运行流程如图3所示。功能画面管理子模块中的状态机根据专利文献2“一种安全工业控制计算机”(专利申请号：2015106852955)中的图3所示的“功能画面管理状态机运行流程”及对应的说明进行设计实现。

另外，功能画面管理状态机也可根据需要只包含用户登录状态(login_state)，功能切换状态(sw_state)，功能1状态(f1_state)，功能2状态(f2_state)、功能3状态(f3_state)中的任意两个状态。此时只要将功能画面管理状态机中多余的状态及此状态向其它状态切换的信号删除并做适应性的改动即可。比如，如果工控机中不需要用户登录的功能，则删除功能画面管理子模块中的用户登录状态(login_state)，同时删除用户登录状态向功能切换状态(sw_state)切换所需的信号(login_sw)，并删除功能切换状态(sw_state)向用户登录状态切换所需的信号(sw_login)，还要删除相关的信号连线。

如果工控机中不需要用户登录的功能、功能子模块1的功能和功能子模块2的功能，则在上述对功能画面管理子模块中的状态机进行删除的基础上，进一步将功能1状态(f1_state)和功能2状态(f2_state)删除，同时删除功能切换状态(sw_state)向功能1状态(f1_state)切换所需的信号(sw_f1)、功能切换状态(sw_state)向功能2状态(f2_state)切换所需的信号(sw_f2)、功能1状态向功能切换状态(sw_state)切换所需的信号(f1_sw)、功能2状态向功能切换状态(sw_state)切换所需的信号(f2_sw)，功能3状态向功能1状态切换所需的信号(f3_f1)、功能3状态向功能2状态切换所需的信号(f3_f2)，同时删除相关信号的连线。

如果需要增加状态或状态之间的切换功能，则需要增加相应的信号和相关的信号之间的连线，并在m_lclick信号、xmouse信号、ymouse信号等输入信号的控制下，功能画面管理子模块的状态机中的login_state、sw_state、f1_state、f2_state、f3_state等状态之间可以实现互相之间的切换。

(4)功能目录显示操作画面。

请参阅图4所示，为本具体实施例的多画面共享存储器的工控机中功能目录显示操作画面示意图。所述的功能目录显示操作画面包括以下显示区域。

背景画面显示区域100：画面图像信号生成子模块在fm_state信号的值为sw_state时生成背景画面显示区域100对应的图像信号bg_img并将bg_img信号并输入图2所示的功能画面切换子模块中；背景画面显示区域100所对应的显示操作画面为二值图像，显示操作画面中空白区域的像素的值为0，除空白区域外的保持不变的图像或图形的像素的值为1；背景画面显示区域100中像素的值为1的图像或图像包括线条、边框、汉字、图像或其它符号，这些部分的颜色显示为蓝色；背景画面显示区域100中空白区域的颜色显示为灰色。

鼠标指针显示区域200：用于显示位置随着鼠标指针的x坐标信号和y坐标信号的变化而变化的鼠标指针。

鼠标控制显示区域300，包含“登录画面”鼠标控制显示子区域311、“功能画面1”鼠标控制显示子区域312、“功能画面2”鼠标控制显示子区域313、“功能画面3”鼠标控制显示子区域314等显示子区域。

“登录画面”鼠标控制显示子区域311：默认显示的颜色为紫色；当鼠标指针位于“登录画面”鼠标控制显示子区域311的范围内且按下鼠标左键，其颜色显示为黄色；当释放鼠标左键后，显示子区域311所显示的颜色再次显示为紫色。当鼠标指针位于“登录画面”鼠标控制显示子区域311的范围内且用户按下然后释放鼠标左键，功能画面切换子模块使得的sw_login信号输出一个时钟周期的逻辑值为1的信号。

“功能画面1”鼠标控制显示子区域312：默认显示的颜色为紫色；当鼠标指针位于“功能画面1”鼠标控制显示子区域312的范围内且按下鼠标左键，其颜色显示为黄色；当释放鼠标左键后，显示子区域312所显示的颜色再次显示为紫色。当鼠标指针位于“功能画面1”鼠标控制显示子区域312的范围内且用户按下然后释放鼠标左键，功能画面切换子模块使得的sw_f1信号输出一个时钟周期的逻辑值为1的信号。

“功能画面2”鼠标控制显示子区域313：默认显示的颜色为紫色；当鼠标指针位于“功能画面2”鼠标控制显示子区域313的范围内且按下鼠标左键，其颜色显示为黄色；当释放鼠标左键后，显示子区域313所显示的颜色再次显示为紫色。当鼠标指针位于“功能画面2”鼠标控制显示子区域312的范围内且用户按下然后释放鼠标左键，功能画面切换子模块使得的sw_f2信号输出一个时钟周期的逻辑值为1的信号。

“功能画面3”鼠标控制显示子区域314：默认显示的颜色为紫色；当鼠标指针位于“功能画面3”鼠标控制显示子区域314的范围内且按下鼠标左键，其颜色显示为黄色；当释放鼠标左键后，显示子区域314所显示的颜色再次显示为紫色。当鼠标指针位于“功能画面3”鼠标控制显示子区域312的范围内且用户按下然后释放鼠标左键，功能画面切换子模块使得的sw_f3信号输出一个时钟周期的逻辑值为1的信号。

(5)显示区域图像信号生成单元。

请参阅图5所示，为本发明的显示区域图像信号生成单元的架构示意图，主要包含显示区域图像位置数据子单元；图5中的显示区域图像位置数据子单元的实现可以参考vibesic公司(深圳威百士公司)的的vx-sp306fpga开发板的采用硬件描述语言实现的vga接口示例中的图像生成及显示方面的功能模块进行设计。

显示区域图像位置数据子单元接收输入接口信号处理子模块发送来的鼠标指针的x坐标信号(xmouse)和鼠标指针的y坐标信号(ymouse);显示区域图像位置数据子单元中包含显示操作画面中各种显示区域在显示装置屏幕上显示时的位置数据，这些位置数据主要包含显示区域顶点像素的x坐标和y坐标；通过将鼠标指针的x坐标信号(xmouse)和y坐标信号(ymouse)与显示区域顶点像素的x坐标和y坐标进行比较，生成鼠标指针是否位于显示操作画面中各个显示区域范围内的信号；显示区域图像位置数据子单元的输出信号主要包含鼠标指针位于显示子区域311的信号(m_region311)，鼠标指针位于显示子区域312的信号(m_region312)，鼠标指针位于显示子区域313的信号(m_region313)，鼠标指针位于显示子区域314的信号(m_region314)；显示区域图像位置数据子单元还输出显示装置屏幕上所显示的显示操作画面中各个显示区域的显示信号(d_regions)；显示信号(d_regions)主要包含：背景画面显示区域100的显示信号(d_region100)，“登录画面”显示子区域311的显示信号(d_region311)，“功能画面1”显示子区域312的显示信号(d_region312)，“功能画面2”显示子区域313的显示信号(d_region313)，“功能画面3”显示子区域314的显示信号(d_region314)。显示区域图像位置数据子单元所输出的m_region311信号、m_region312信号m_region313信号、m_region314信号、d_regions信号被输出至显示区域图像信号生成单元外部。

显示装置屏幕的像素被显示装置的像素驱动电路所驱动而显示相应的亮度和颜色，如果被驱动而显示的像素位于显示操作画面的一个显示区域的范围内，那么这个显示区域的显示信号的值为1，否则相应显示操作画面中显示区域的显示信号的值为0；例如，如果显示装置屏幕上被驱动而显示的像素位于“功能画面1”鼠标控制显示子区域312的范围内，那么“功能画面1”鼠标控制显示子区域312的显示信号(d_region312)的值为1，否则“功能画面1”鼠标控制显示子区域312的显示信号(d_region312)的值为0。

显示区域图像信号生成单元生成除鼠标指针显示区域200外的所有显示区域的显示信号；由于鼠标指针显示区域200需要根据输入接口信号处理子模块所发送来的鼠标指针的x坐标和y坐标信号来确定其位置，因此将其通过单独的鼠标指针显示子模块进行处理。

(6)功能画面切换子模块架构图。

请参阅图6所示，为本具体实施例中显示及控制处理模块中的功能画面切换子模块架构图。该功能画面切换子模块主要包含功能切换图像排序显示单元、显示区域图像信号生成单元、按键消抖单元a、按键消抖单元b、按键消抖单元c、按键消抖单元d以及若干与门电路组成。

图6中所示的输入接口信号处理子模块主要包含符合ps/2协议的鼠标协议处理单元；鼠标协议处理单元接收鼠标发送来的输入信号并对其进行处理，输出鼠标的x坐标信号(xmouse)和y坐标信号(ymouse)至显示区域图像信号生成单元；输入接口信号处理子模块还输出点击鼠标信号(m_lclick)至鼠标控制子模块。鼠标的x坐标信号(xmouse)和y坐标信号(ymouse)包含在图2中的hmi_sw信号组中。当功能画面管理子模块所输出的fm_state信号的值为sw_state时，鼠标控制子模块将点击鼠标的信号(m_lclick)的有效值赋值给m_sw，从而将输入接口信号处理模块所输出的m_lclick信号传送至功能画面切换子模块的m_lclick信号。

显示区域图像信号生成单元输出的d_regsions信号组，m_region311信号、m_region312信号、m_region313信号、m_region314信号输入功能切换图像排序显示单元，图6中功能切换图像排序显示单元所接收到的bg_img信号来自图2中所示的画面图像信号生成子模块所输出的bg_img信号。功能切换图像排序显示单元对接收到的信号进行处理后输出功能画面切换子模块所对应的图像信号sw_img。

根据图6可知，m_region311与点击鼠标信号(m_lclick)进行与运算的结果输入按键消抖单元a的btns端口，按键消抖单元a的btns_de端口输出sw_login信号；m_region312与点击鼠标信号(m_lclick)进行与运算的结果输入按键消抖单元b的btns端口，按键消抖单元b的btns_de端口输出sw_f1信号；m_region313与点击鼠标信号(m_lclick)进行与运算的结果输入按键消抖单元c的btns端口，按键消抖单元c的btns_de端口输出sw_f2信号；m_region314与点击鼠标信号(m_lclick)进行与运算的结果输入按键消抖单元d的btns端口，按键消抖单元d的btns_de端口输出sw_f3信号。

功能画面切换子模块中的显示区域图像信号生成单元所输出的d_regions信号组、m_region311信号、m_region312信号、m_region313信号、m_region314信号，根据vibesic公司(深圳威百士公司)的vx-sp306型号的fpga开发板中采用硬件描述语言实现的vga接口示例进行设计并实现。或参考专利文献1或专利文献2中具有相关的功能模块进行设计并生成对应的信号。

功能画面切换子模块对应的显示操作画面是图2所示的功能目录显示操作画面。

(7)按键消抖单元。

请参阅图7所述，为本发明的按键消抖动单元的结构示意图，按键消抖单元即为数字电路领域中的debounce模块，这是现有技术。可以按照专利文献1(专利申请号为：2015101603532)中的按键消抖单元来实现本发明中按键消抖单元的功能。当按键消的抖单元的btns端口接收到的信号经过低通滤波处理后的信号的逻辑值由1变为0后，btns_de端口输出一个时钟周期的逻辑值为1的信号；同时btns_s端口所输出信号的逻辑值进行翻转。

(8)输入接口信号处理子模块的结构示意图。

请参阅图8所示，为本具体实施例中输入接口信号处理子模块的结构示意图。输入接口信号处理子模块的结构示意图根据专利文献2“一种安全工业控制计算机”(专利申请号：2015106852955中的图8所示的“输入接口信号处理子模块的结构示意图”及对应的说明进行设计并实现相应的功能。

(9)画面图像信号生成子模块。

如图9所示，为本发明的画面图像信号生成子模块架构示意图。画面图像信号生成子模块包含画面图像数据处理单元和共享存储器两个单元。画面图像数据处理单元在fm_state信号的控制下，通过pixel_data信号从图像数据存储模块中的不同区域读取图像数据；并经由share_data信号将所读取的图像数据存入共享存储器中，然后从共享存储器中经由share_data信号读取图像数据并生成图像信号bg_img，并将图像信号bg_img输出至fm_state信号对应的子模块中。

用户登录子模块、功能画面切换子模块、功能子模块1、功能子模块2、功能子模块3五个功能子模块对应五个显示操作画面；这五个显示操作画面分别包含一个背景画面，共五个背景画面；背景画面对应的图像为二进制的位图，每个背景画面对应的图像包含1024*768个像素数据，每个像素数据为一个二进制的数；位图中值为1的像素对应显示背景画面的前景像素的颜色，位图中值为0的像素对应显示背景画面的背景像素的颜色。图像数据存储模块中包含五个1024*768的存储空间，分别为第一存储空间、第二存储空间、第三存储空间、第四存储空间、第五存储空间，依次存储用户登录子模块、功能画面切换子模块、功能子模块1、功能子模块2、功能子模块3五个功能子模块对应的背景画面的位图的图像数据。画面图像信号生成子模块中包含一个共享存储器，这个共享存储器采用fpga芯片内部的ram来实现。

当fm_state信号的值为login_state时，画面图像信号生成子模块中的画面图像数据处理单元将图像数据存储模块中第一存储空间所存储的图像数据存入共享存储器中；画面图像数据处理单元从共享存储器中读取图像数据并生成用户登录子模块对应的图像信号bg_img。

当fm_state信号的值为sw_state时，画面图像信号生成子模块中的画面图像数据处理单元将图像数据存储模块中第二存储空间所存储的图像数据存入共享存储器中；画面图像数据处理单元从共享存储器中读取图像数据并生成功能画面切换子模块对应的图像信号bg_img。

当fm_state信号的值为f1_state时，画面图像信号生成子模块中的中的画面图像数据处理单元将图像数据存储模块中第三存储空间所存储的图像数据存入共享存储器中；画面图像数据处理单元从共享存储器中读取图像数据并生成功能子模块1对应的图像信号bg_img。

当fm_state信号的值为f2_state时，画面图像信号生成子模块中的中的画面图像数据处理单元将图像数据存储模块中第四存储空间所存储的图像数据存入共享存储器中；画面图像数据处理单元从共享存储器中读取图像数据并生成功能子模块2对应的图像信号bg_img。

当fm_state信号的值为f3_state时，画面图像信号生成子模块中的中的画面图像数据处理单元将图像数据存储模块中第五存储空间所存储的图像数据存入共享存储器中；画面图像数据处理单元从共享存储器中读取图像数据并生成功能子模块3对应的图像信号bg_img。

画面图像信号生成子模块生成bg_img图像信号的功能根据vibesic公司(深圳威百士公司)的vx-sp306型号的fpga开发板中采用硬件描述语言实现的vga接口示例，设计并生成bg_img图像信号。也可参考专利文献1或专利文献2中相应的功能模块设计并生成相应的bg_img图像信号。

图9中的共享存储器也可以采用fpga外部的静态随机访问存储器来实现，此时需要做适应性的修改。

(10)功能切换图像排序显示单元。

对本发明的功能画面切换子模块中的功能切换图像排序显示单元做以下说明。图6中的功能切换图像排序显示单元主要用于对功能目录显示操作画面中所需显示的不同图像信号的显示优先级进行排序，并根据不同图像信号的显示优先级顺序生成图像信号sw_img发送至图2所示显示及控制处理模块架构中的画面图像显示子模块。

功能切换图像排序显示单根据专利文献2“一种安全工业控制计算机”(专利申请号：2015106852955)中的第9部分所述的“功能切换图像排序显示单元”及对应的说明进行设计并实现相应的功能。

(11)鼠标指针显示子模块。

本发明的鼠标指针显示子模块是现有技术。鼠标指针显示子模块根据专利文献2“一种安全工业控制计算机”(专利申请号：2015106852955)中的第10部分所述的“鼠标指针显示子模块”及对应的说明进行设计并实现相应的功能。

(12)用户登录子模块。

本发明的用户登录子模块根据专利文献2“一种安全工业控制计算机”(专利申请号：2015106852955)中的第11部分所述的“用户登录子模块”及对应的说明进行设计并实现相应的功能。

(13)功能子模块3。

功能子模块3的显示操作画面示意图如图10所示。所述的功能子模块3的显示操作画面包括以下显示区域。

背景画面显示区域500：当fm_state信号的值为f3_state时，画面图像信号生成子模块生成背景画面显示区域500对应的图像信号，并赋值给bg_img信号并输入图2所示的功能子模块3中；背景画面显示区域500所对应的显示操作画面为二值图像，显示操作画面中空白区域的像素的值为0，除空白区域外的保持不变的图像或图形的像素的值为1；背景画面显示区域500中像素的值为1的图像或图形包括线条、边框、汉字、图像或其它符号，这些部分的颜色显示为蓝色；背景画面显示区域500中空白区颜色显示为灰色。

鼠标指针显示区域200：用于显示位置随着鼠标指针的x坐标信号和y坐标信号的变化而变化的鼠标指针的图像。

鼠标控制显示区域700，包含“目录画面”鼠标控制显示子区域711、“功能画面1”鼠标控制显示子区域712、“功能画面2”鼠标控制显示子区域713等显示子区域。

功能设备图像显示区域800显示专利文献1(专利申请号：2015101603532)中图2所示的动态数据显示和处理系统的显示操作画画面。

“目录画面”鼠标控制显示子区域711：默认显示的颜色为紫色；当鼠标指针位于“目录画面”鼠标控制显示子区域711的范围内且按下鼠标左键，其颜色显示为黄色；当释放鼠标左键后，显示子区域711所显示的颜色再次显示为紫色；当鼠标指针位于显示子区域711的范围内，且用户按下然后释放鼠标的左键，则功能子模块3使得f3_sw信号输出一个时钟周期的逻辑值为1的信号。

“功能画面1”鼠标控制显示子区域712：默认显示的颜色为紫色；当鼠标指针位于“功能画面1”鼠标控制显示子区域712的范围内且按下鼠标左键，其颜色显示为黄色；当释放鼠标左键后，显示子区域712所显示的颜色再次显示为紫色，当鼠标指针位于显示子区域712的范围内，且用户按下然后释放鼠标的左键，则功能子模块3使得f3_f1信号输出一个时钟周期的逻辑值为1的信号。

“功能画面2”鼠标控制显示子区域713：默认显示的颜色为紫色；当鼠标指针位于“功能画面2”鼠标控制显示子区域713的范围内且按下鼠标左键，其颜色显示为黄色；当释放鼠标左键后，显示子区域713所显示的颜色再次显示为紫色，当鼠标指针位于显示子区域713的范围内，且用户按下然后释放鼠标的左键，则功能子模块3使得f3_f2信号输出一个时钟周期的逻辑值为1的信号。

(14)功能子模块3功能架构图。

功能子模块3的功能架构图如图11所示，主要包含功能切换图像排序显示单元、动态数据显示和处理单元1、显示区域图像信号生成单元、按键消抖单元a、按键消抖单元b、按键消抖单元c以及三个与门电路。图11中的功能切换图像排序显示单元、按键消抖单元、显示区域图像信号生成单元与图6中具有相同名称的单元实现相同或类似的功能。当fm_state信号的值为f3_state时，显示及控制处理模块使得功能子模块3所输出的图像信号fun3_img经由显示接口模块传输至显示装置并使得显示装置显示相应的图像。由图11可见，功能子模块3中的功能切换图像排序显示单元输出图像信号fun3_img，按键消抖单元a输出f3_sw信号，按键消抖单元b输出f3_f1信号，按键消抖单元c输出f3_f2信号。功能子模块3还通过extu_fun3信号组与外设接口信号处理子模块相连接。外部设备输出的动态数据经由extu_fun3信号组传输至功能模块3中的动态数据显示和处理单元1；功能模块3中的动态数据显示和处理单元1生成的对外部设备进行的控制的信号并经由extu_fun3信号组传输至外部设备。

图11中所示的功能子模块3接收输入接口信号处理子模块输出的键盘按键对应的ascii编码信号(key_ascii)、键盘按键对应的ascii编码有效信号(ascii_valid)、鼠标的x坐标信号(xmouse)和y坐标信号(ymouse)等信号，这些信号对应图2中的hmi_fun3信号组；图11中所示的功能子模块3接收鼠标控制子模块输出的点击鼠标的有效信号(m_fun3)；其中点击鼠标的有效信号(m_fun3)输入功能子模块3后赋值给点击鼠标的信号(m_lclick)，即图11中的点击鼠标的信号(m_lclick)与图2中的m_fun3信号相同；图11中的动态数据显示和处理子模块1与外设接口信号处理子模块之间通过extu_fun3信号组传输信号。

图11中的动态数据显示和处理单元1即发明专利文献1中的第一具体实施实例中图7所示的动态数据及功能区域图像显示子模块。其中外设接口信号处理子模块与动态数据显示和处理单元1之间所传输的信号组(extu_fun3)包含发明专利文献1中第一具体实施实例的动态数据及功能区域图像显示子模块与外设接口信号处理子模块之间所传输的信号，即主要包含steam_temp信号、num_hold信号和vlag_status信号。动态数据显示和处理单元1的输入信号ddcin包含来自输入接口信号处理子模块的信号xmouse信号、ymouse信号、ascii_valid信号、key_ascii信号，以及来自鼠标控制子模块的点击鼠标左键的信号(m_lclick)。动态数据显示和处理单元1所输出的信号ddc_img信号为发明专利文献1中第一具体实施实例的动态数据及功能区域图像显示子模块所输出的图像信号。

由于包含动态数据显示和处理单元1，功能子模块3还具备接收动态数据、发送控制信号等功能。功能设备图像显示区域800所显示的画面即为发明专利文献1(专利申请号：2015101603532)中图2所示的动态数据显示及处理系统的显示操作画面。功能子模块3通过外设接口信号处理子模块及输入接口信号处理子模块等环节接收外部设备的动态数据和输入装置的输入信号，并进行动态数据显示及超限报警等功能，并能将工控机所生成的对外部设备进行控制的信号通过外设接口信号处理子模块等环节发送至外部设备；功能子模块3在对发明专利文献1中所公开的第一具体实施实例所实施的修改还包括以下所述的内容。

(a)专利文献1的第一具体实施实例采用功能区域来表示显示操作画面上所包含的不同类型的显示区域，本发明中采用“显示区域”的名称来代替发明专利文献1的第一具体实施实例中所采用的“功能区域”的名称。

(b)本发明的功能子模块3的显示操作画面如图10所示，由图10可见，与发明专利文献1的第一具体实施实例相比，本发明的功能子模块3的显示操作画面还包含用于切换至其它显示操作画面的鼠标控制显示区域700；显示区域700包含“目录画面”鼠标控制显示子区域711，“功能画面1”鼠标控制显示子区域712，以及“功能画面2”鼠标控制显示子区域713。

(c)发明专利文献1第一具体实施实例中的动态数据及功能区域图像显示子模块所需的键盘的key_ascii信号、ascii_valid信号、鼠标指针位置的xmouse信号和ymouse信号从图2所示的显示及控制处理模块中的hmi_fun3信号组获取；所需的点击鼠标的信号m_lclick从图2所示的显示及控制处理模块中的m_fun3信号获取。

(d)专利文献1的第一具体实施实例中的动态数据及功能区域图像显示子模块所需的外部设备的动态数据的信号(steam_temp)从图2所示的显示及控制处理模块中的extu_fun3信号组来获取；所生成的对外部设备进行控制的num_hold信号和vlag_status信号经由extu_fun3信号组发送至外设接口信号处理子模块从而发送至外部设备。即外设接口信号处理子模块和外部设备相连接

(e)图10所示功能子模块3的显示操作画面中的功能设备图像显示区域800，用于显示专利文献1中图2所示的动态数据显示及处理系统的显示操作画面；设备图像显示区域800所对应图像信号的优先级低于图10中鼠标指针显示区域200所对应图像信号的的优先级，高于图10中显示操作画面中的其它显示区域对应的图像信号的优先级。

(f)参照图6所示功能画面切换子模块中功能切换图像排序显示单元生成图像信号sw_img的步骤，设计并实施图10所示功能子模块3的显示操作画面所对应的图像信号fun3_img的生成步骤。二者的区别在于，在生成图像信号sw_img步骤的第一步前插入功能设备图像显示区域800所对应的图像信号作为fun3_img信号生成步骤的第一步，即专利文献1中图2所示的动态数据显示及处理系统的显示操作画面的图像信号的生成是fun3_img图像信号生成步骤的第一步。将图像信号sw_img的生成步骤中的第一步至第七步依次调整为图像信号fun3_img生成步骤中的第二步至第八步，将图像信号sw_img的生成步骤中的第十步调整为图像信号fun3_img生成步骤中的第九步。将图像信号sw_img的生成步骤中关于“功能画面3”所对应的图像信号的生成步骤中的第八步和第九步删除。

对于如上所述的本发明的第一具体实施实例的动态数据显示和处理单元1的描述中未提及的部分，根据专利文献1所公开的第一具体实施实例中相应的部分进行实施，并在实施过程中做出适应性的改动，使得本发明的具体实施实例中的动态数据显示和处理单元1可以实现专利文献1所公开的第一具体实施实例中图7所示的动态数据及功能区域图像显示子模块的功能。

本发明的功能子模块1和功能子模块2对应的显示操作画面和功能与功能子模块3的类似，并做适应性的修改。与功能模块3不同之处在于，功能子模块1和功能子模块2只能切换至功能画面切换子模块，除此以外，功能子模块1、功能子模块2和功能子模块3的各方面均相同或类似。也可以参照功能模块3的实施方案，对功能模块1和功能模块2进行设计和实现，使得功能子模块1和功能子模块2也实现功能子模块3同样或类似的功能。

图11中所包含的"显示区域图像信号生成单元"根据图5所示的"显示区域图像信号生成单元"的工作机理生成并输出信号d_regions(包含d_region500信号、d_region711信号、d_region712信号、d_region713信号、d_region800信号)、以及m_region711信号、m_region712信号、m_region713信号、m_region800信号。

当fm_state信号的值为f3_state时，画面图像信号生成子模块生成功能子模块3的bg_img信号并输出至功能子模块3。

功能子模块3的功能切换图像排序显示单元接收到的图像信号和显示信号包括：ddc_img信号、bg_img信号、d_regions信号(包含d_region500信号、d_region711信号、d_region712信号、d_region713信号、d_region800信号)、以及m_region711信号、m_region712信号、m_region713信号、m_region800信号；对于显示装置上所显示的每一帧画面图像，功能切换图像排序显示单元按以下步骤生成fun3_img图像信号并发送至画面图像显示子模块。

(1)当功能设备图像显示区域800的显示信号(d_region800)的值为1，功能切换图像排序显示单元将动态数据显示和处理单元1所输出的图像信号ddc_img赋值给fun3_img图像信号，即使得显示区域800显示对应的专利文献1所公开的第一具体实施实例的图2所示的显示操作画面。发明专利文献1中图2所示的显示操作画面中，在动态数据显示区域11中以数字的形式显示过热蒸汽温度值信号(steam_temp)对应的动态数据。

(2)当背景画面显示区域500的显示信号(d_region500)的值为1，且背景画面显示区域所对应的显示操作画面的图像信号(bg_img)的值也为1，功能切换图像排序显示单元输出蓝色对应的图像信号，使得背景画面显示区域显示颜色为蓝色的图像。

(3)当鼠标指针位于“目录画面”鼠标控制显示子区域711的信号(m_region711)的值为1,且点击鼠标的信号(m_lclick)以及“目录画面”鼠标控制显示子区域711的显示信号(d_region711)的值也为1，功能切换图像排序显示单元输出黄色对应的图像信号，使得鼠标控制显示子区域711显示的颜色为黄色。

(4)当“目录画面”鼠标控制显示子区域711的显示信号(d_region711)的值为1，功能切换图像排序显示单元输出紫色对应的图像信号，使得“目录画面”鼠标控制显示子区域711显示的颜色为紫色。

(5)当鼠标指针位于“功能画面1”鼠标控制显示子区域712的信号(m_region712)的值为1,且点击鼠标的信号(m_lclick)以及“功能画面1”鼠标控制显示子区域712的显示信号(d_region712)的值也为1，功能切换图像排序显示单元输出黄色对应的图像信号，使得鼠标控制显示子区域712显示的颜色为黄色。

(6)当“功能画面1”鼠标控制显示子区域712的显示信号(d_region712)的值为1，功能切换图像排序显示单元输出紫色对应的图像信号，使得“功能画面1”鼠标控制显示子区域712显示的颜色为紫色。

(7)当鼠标指针位于“功能画面2”鼠标控制显示子区域713的信号(m_region713)的值为1,且点击鼠标的信号(m_lclick)以及“功能画面2”鼠标控制显示子区域713的显示信号(d_region713)的值也为1，功能切换图像排序显示单元输出黄色对应的图像信号，使得鼠标控制显示子区域713显示的颜色为黄色。

(8)当“功能画面2”鼠标控制显示子区域713的显示信号(d_region713)的值为1，功能切换图像排序显示单元输出紫色对应的图像信号，使得“功能画面2”鼠标控制显示子区域713显示的颜色为紫色。

(9)上述步骤未涉及到的功能子模块3的显示操作画面中的其它区域所对应的图像，全部显示为灰色。

(15)第二具体实施实例。

以下对本发明的第二种实施实例进行说明。与第一种实施实例相比，第二具体实施实例的不同之处在于以下两个方面。

第一，显示及控制处理模块主要由asic芯片及其时钟电路等支持电路组成。优选地，采用smic工艺的asic芯片实现显示及控制处理模块所实现的逻辑功能。asic芯片实现的显示及控制处理模块中的逻辑功能全部采用硬件描述语言开发为rtl级代码；接着对rtl级代码进行综合后生成其对应的网表文件，然后对所述门级网表经过布局布线等步骤处理后，生成制造asic芯片的文件；并在晶圆代工厂中根据制造asic芯片的文件制造实现显示及控制处理模块中的逻辑功能的asic芯片。

第二，图2所示的显示及控制处理模块架构中的共享存储器采用asic芯片外部的一块ssram芯片作为图像数据的共享存储器，用于存储正在显示装置中显示的显示操作画面所对应的显示区域中的画面图像数据。优选地，ssram芯片的型号为edi9lc644v。与第二具体实施实例的不同之处在于，第一具体实施实例采用fpga芯片内部的块ram来实现图像数据的共享存储器。

关于第二具体实施实例的其它方面参照第一具体实施实例的实施方式进行实施，并根据与第一具体实施实例的上述两方面的不同进行适应性的修改。

(16)第三具体实施实例。

以下对本发明的第三种实施实例进行说明。与第一种实施实例相比，第三具体实施实例的不同之处在于共享存储器中不仅仅存储显示操作画面中背景画面对应的图像数据，也存储鼠标控制显示区域对应的功能字符的位图数据；当鼠标控制显示区域的显示信号的值为1时，多画面共享存储器工控机的显示及控制处理模块从共享存储器中读取鼠标控制显示区域所对应的功能字符的位图数据，并在显示操作画面中对应的鼠标控制显示区域显示功能字符。此处的功能字符为说明鼠标控制显示区域所对应功能的说明性文字。比如图4中所示的“登录画面”鼠标控制显示子区域311对应的功能字符为“登录画面”；“功能画面1”鼠标控制显示子区域312对应的功能字符为“功能画面1”；“功能画面2”鼠标控制显示子区域313对应的功能字符为“功能画面2”；“功能画面3”鼠标控制显示子区域314对应的功能字符为“功能画面3”。

第三具体实施实例参照第一具体实施实例的实施方式进行实施，并根据与第一具体实施实例的上述不同进行适应性的修改。

(17)第四具体实施实例。

第四具体实施实例中将bg_img信号不输入各个功能子模块，而是输入画面图像显示子模块，如图2中表示bg_img信号的虚线对应的信号传输路径所示；画面图像显示子模块将背景画面的图像信号和各个功能子模块所输出的显示操作画面中其它显示区域的图像信号进行合成，从而生成最终的图像信号并输出至显示接口模块。

第四具体实施实例中画面图像显示子模块接收来自功能画面管理子模块的状态信号(fm_state)，以及鼠标指针显示子模块发送来的鼠标指针的图像信号(mouse_img)和鼠标指针的显示信号(mouse_zone),用户登录子模块发送来的login_img信号、功能画面切换子模块发送来的sw_img信号、功能子模块1发送来的fun1_img信号、功能子模块2发送来的fun2_img信号、功能子模块3发送来的fun3_img信号；对于显示装置上所显示的每一帧画面图像，画面图像显示子模块按照以下步骤所述的顺序生成图像信号并输出至显示接口模块。

i.当鼠标指针显示子模块发送来的鼠标指针的图像信号(mouse_img)和鼠标指针的显示信号(mouse_zone)的值全部为1，则在鼠标指针信号显示区域200中显示鼠标的指针形状的图像。

ii.当fm_state信号的值为login_state，即功能画面管理子模块位于用户登录状态时，则画面图像显示子模块将图像信号login_img与图像信号bg_img进行合成并输出至显示接口模块。

iii.当fm_state信号的值为sw_state，即功能画面管理子模块位于功能切换状态时，则画面图像显示子模块将图像信号sw_img与图像信号bg_img进行合成并输出至显示接口模块。

iv.当fm_state信号的值为f1_state，即功能画面管理子模块位于功能1状态时，则画面图像显示子模块将图像信号fun1_img与图像信号bg_img进行合成并输出至显示接口模块。

v.当fm_state信号的值为f2_state，即功能画面管理子模块位于功能2状态时，则画面图像显示子模块将图像信号fun2_img与图像信号bg_img进行合成并输出至显示接口模块。

vi.当fm_state信号的值为f3_state，即功能画面管理子模块位于功能3状态时，则画面图像显示子模块将图像信号fun3_img与图像信号bg_img进行合成并输出至显示接口模块。

第四具体实施实例参照第一具体实施实例的实施方式进行实施，并根据与第一具体实施实例的上述不同进行适应性的修改。

(18)第五具体实施实例。

接下来说明本发明的第五具体实施例，本发明的第五具体实施例为银行atm机的工控机。atm机是自动柜员(automatedtellermachine)的简称。为了使任意银行的atm机都能获取用户账户号、账户余额等信息，atm必须连接到一个远程处理机并与其通信。

该具体实施例中主要包含显示装置、显示及控制处理模块、输入接口模块、显示接口模块、外设接口模块、远程处理机、输入装置等部件。atm机的输入装置包括键盘、直接按键a和直接按键b；直接按键a或直接按键b统称为直接按键；当直接按键被用户按下时，直接按键向atm机发送逻辑值为1的信号；当直接按键被用户松开或用户不对直接按键进行操作时，直接按键向atm机发送逻辑值为0的信号；输入装置可以让用户对atm机发送命令，键盘用以输入取款金额，直接按键a和直接按键b用以使atm机执行对应的功能；直接按键a和直接按键b在显示操作画面上对应的显示区域即为直接按键a控制显示区域930和直接按键控制显示区域940。atm机的外设接口模块包括与读卡器模块连接的usb接口、与取款模块(钞箱)连接的rs232接口以及与远程处理机(比如后台数据中心)连接的以太网rj-45接口；通过读卡器，atm机获取用户银行卡的卡号等信息，通过以太网rj-45接口与远程处理机进行通信。远程处理机根据此atm机所发送来的用户银行卡的卡号和取款金额等信号，反馈给atm机对应卡号的账号金额和是否允许用户取款的信号。

atm机的用户登录子模块所对应的显示操作画面包含背景显示区域920和直接按键a控制显示区域930；背景显示区域为一个空白的画面，画面所显示的颜色为灰色。当atm机的显示装置显示atm机的用户登录子模块所对应的显示操作画面，且用户按下直接按键a时，直接按键a控制显示区域930显示为黄色；当atm机的显示装置显示atm机的用户登录子模块所对应的显示操作画面，且用户松开直接按键a或直接按键a没有被操作时，直接按键a控制显示区域930显示为灰色。

当atm机的fm_state信号的值为login_state时，使得atm机的用户登录子模块输出图像信号login_img至显示接口模块，驱动显示装置显示用户登录子模块所对应的显示操作画面。

当atm机的fm_state信号的值为login_state时，且直接按键a被用户按下后松开，即atm机接收到直接按键发送来的逻辑值为1的信号后，接收到直接按键a发送来的逻辑值为0的信号，那么atm机的用户登录子模块使得login_sw信号输出一个时钟周期的逻辑值为1的信号；login_sw信号输出一个时钟周期的逻辑值为1的信号表示atm机通过用户的登录请求并执行用户登录后的功能；atm机的功能画面管理子模块中的状态机转入sw_state状态，即使得fm_state信号的值等于sw_state，从而使得atm机转入功能切换状态运行，此时显示装置上显示atm机功能子模块所对应的显示操作画面。

所述的远程处理机与本实施实例的工控机中的显示及控制处理模块和外设接口模块位于不同的印制电路板上，所述的远程处理机通过电缆和相应的接口与所述的外设接口模块相连接；所述的键盘、直接按键a和直接按键b与所述的输入接口模块相连接。第五实施例中的显示及控制处理模块架构与图2所示的显示及控制处理模块架构相比，增加了外设接口模块以及相应的信号连线和功能模块。所增加的信号连线和功能模块参照发明专利文献1第四种具体实施实例和发明专利文献2的第二具体实施实例进行修改的基础上实现。发明专利文献1指“一种动态数据显示和处理的系统及方法”(专利申请号：2015101603532)；发明专利文献2指“一种安全工业控制计算机”(专利申请号：2015106852955)。

第五具体实施实例中的功能画面管理子模块、鼠标指针显示子模块、画面图像显示子模块、功能画面切换子模块与第一实施例中的对应的模块基本相同；用户登录子模块与第一实施例中的对应的模块基本相同。功能子模块3、功能子模块2、功能子模块1是对专利文献1“一种动态数据显示和处理的系统及方法”(专利申请号：2015101603532)中的关于银行atm机的动态数据显示和处理系统的第四种具体实施实例进行修改的基础上实现，所实施的修改与本发明实施实例1中的功能子模块3所实施的修改相同或类似。

对于如上所述的第五具体实施例的特征中未提及的部分，根据第一具体实施例中相应的部分进行实施，并在实施过程中做出适应性的改动，使得第五具体实施例中的atm工控机可以实现与第一具体实施例中对应部分相同或相似的功能。

(19)本发明的优势。

采用了本发明的一种多画面共享存储器的工控机，与现有技术相比，具有以下有益效果。

(a)信息安全性：不包含操作系统和应用软件等易遭受计算机病毒感染的软件；且外界人员无法通过系统的漏洞对系统进行攻击，具有极高的信息安全性。

(b)功能安全性：具有系统简单的优势，系统开发人员更容易对系统进行充分的测试及验证，使系统具有极高的可靠性。

(c)长生命周期：与fpga芯片比cpu芯片具有更长的生命周期；基于fpga芯片的工控机可以更好地克服技术过时所带来的影响，具有更长的生命周期。

(d)通过多幅显示操作画面共享存储器的方式，降低了对于实现工控机的fpga芯片或asic芯片的要求，从而降低了实现工控机的成本。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，很显然可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围，因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的，凡运用本发明说明书及图示内容所做出的修改和变换，均包含在本发明的保护范围内。