一种基于fpga的高可靠性机载显示控制系统
技术领域
1.本发明涉及机载显示控制领域，主要涉及一种基于fpga的高可靠性机载显示控制系统。


背景技术：

2.对民航飞机的研发是我国建设创新型国家和提高自主创新能力的重大战略决策，但我国国内对于民航机载电子设备研制较少。机载电子所处工作环境非常复杂，进而导致传统机载显示控制会存在不稳定的情况，如何对机载显示系统的故障进行监测就显得极其重要。
3.针对上述问题，急需在原有机载显示控制系统的技术上进行改进。


技术实现要素：

4.、发明目的本发明提供一种基于fpga的高可靠性机载显示控制系统，用以解决上述背景技术中提出的目前机载显示系统的故障进行监测的技术健全的技术难题。
5.、技术方案为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于fpga的高可靠性机载显示控制系统，包括：离散量及使能控制模块，包含离散量采集模块、上电顺序控制模块、电路状态控制模块；自检模块，包含检测画面冻结故障检测模块、电源信号检测模块、过温信号检测模块、离散量信号监测模块；顶层信号模块，包含内部画面的生成模块、视频信号同步模块、视频信号有无检测模块、画面冻结检测模块、视频信号时序参数检测模块、视频信号切换模块；顶层led模块，包含调试通讯模块、图形处理载板通讯模块、环境光采集模块、亮度参数存储模块、故障参数存储模块、亮度调节模块；所述顶层信号模块连接所述自检模块，所述自检模块连接所述离散量及使能控制模块，所述离散量及使能控制模块连接所述顶层信号，顶层led模块连接所述自检模块；所述顶层信号模块接视频输入信号并进行处理，将视频信号时序参数自检位数据传输到所述自检模块，将画面冻结自检位数据传输到所述离散量及使能控制模块，导出视频输出信号；所述自检模块接收背光驱动电路自检信号以及温度传感器的a/d值并进行处理，将自检结果数据和温度及电压数据传输到所述顶层led模块，将过温自检位和电源自检位数据传输到所述离散量及使能控制模块；所述离散量及使能控制模块接收输入离散量信号并进行处理，将视频信号传输到顶层信号模块，导出输出离散量信号和屏供电及背光使能信号；所述顶层led模块对所述调试通讯模块、所述图形处理载板通讯模块、所述环境光采集模块、所述亮度参数存储模块、所述故障参数存储模块、所述亮度调节模块的输入和输
出的信号进行处理，并导出昼夜模式切换信号以及pwm信号。
6.进一步的，所述输入离散量信号包含lvds编解码芯片使能控制信号、屏供电电源芯片使能控制信号、背光驱动电路使能控制信号，所述lvds编解码芯片使能控制信号、所述屏供电电源芯片使能控制信号、所述背光驱动电路使能控制信号经过电路状态控制模块后导出输出离散量信号。
7.进一步的，所述电源信号检测模块根据所述顶层led模块采集的12v电压数据，判断12v电源状态，输出12v电源状态自检标志位。
8.进一步的，所述自检模块首先根据板级硬件输出的背光驱动电路自检信号是否为脉冲信号，判断背光电路驱动状态，输出背光驱动电路自检标志位。
9.进一步的，所述自检结果数据包含视频信号参数自检结果数据、背光驱动电路自检结果数据，所述温度及电压数据包括温度传感器电路的工作状态自检结果数据、12v电源状态等信号的自检结果数据。
10.进一步的，所述过温信号检测模块通过a/d芯片的spi1接口，读出所述温度传感器的a/d值，判断温度传感器电路的工作状态，输出温度传感器电路自检标志位，然后经过温度库映射，解析出当前温度数据，判断背光电路环境温度过温状态，输出过温状态自检标志位。
11.进一步的，所述顶层信号模块包括：所述内部画面的生成模块，根据输入的内部全局时钟信号，输出1680x1050@60hz的标准hs、vs、de信号和内部视频控制信号和内部视频奇路数据信号和内部视频偶路数据信号，输出至所述顶层信号模块中的信号切换模块；所述视频信号同步模块，根据外部输入的视频信号源，经过异步跨时钟域处理，将视频数据及控制信号同步至系统内部全局clk信号，输出至所述顶层信号模块中的视频切换模块；所述视频信号有无检测模块，视频信号有无检测模块使用内部系统时钟检测外部输入的视频控制信号，对de信号进行判断，产生视频信号有无检测标志位，输出至所述顶层信号模块中的视频信号切换模块；所述画面冻结检测模块，根据所述离散量及使能控制模块输出的所述视频信号及外部输入的视频控制输入信号、视频奇路数据输入信号和视频偶路数据输入信号，对显示画面的冻结故障进行判断并输出画面冻结自检位至所述离散量及使能控制模块；所述视频信号时序参数检测模块，检测外部输入视频信号的hs、vs和de信号，判断hs、vs和de参数是否存在偏差，并输出视频信号时序参数自检位数据至所述自检模块；所述视频信号切换模块，根据视频信号有无检测标志位，判断内部视频控制信号和内部视频奇路数据信号和内部视频偶路数据信号，输出视频控制输出信号、视频奇路数据输出信号和视频偶路数据输出信号并将视频信号时序参数自检位数据传输到所述自检模块。
12.进一步的，所述顶层led模块包括：所述调试通讯模块，根据调试串口的通讯协议及数据包信息，完成亮度等参数的数据接收与温度、电压、自检等数据的发送，并将这些数据发送至所述顶层led模块中的故障参数存储模块；
所述图形处理载板通讯模块，根据gpc（图形处理载板）串口的通讯协议及数据包信息，完成亮度级数、环境光亮度自检数据的接收与发送；所述环境光采集模块，通过iic总线读取环境光传感器采集后的数据，将采集后的数据一路输出至所述顶层led模块中的亮度调节模块，另一路输出至所述顶层led模块中的gpc（图形处理载板）通讯模块；所述亮度参数存储模块，通过接收所述顶层led模块中的调试通讯模块的亮度数据，一路通过spi接口总线存储至eeprom的相应地址中，另一路输出至所述顶层led模块中的亮度调节模块；所述故障参数存储模块，根据所述自检模块输入的自检结果数据和温度及电压数据进行故障信息解析，将故障发生的相应的信息参数如故障位发生时间、发生次数通过spi总线存入eeprom中，同时根据uart串口发送指令执行故障信息的读取与清零操作；所述亮度调节模块，根据所述顶层led模块中的亮度参数存储模块输出的亮度参数、所述顶层led模块中的gpc（图形处理载板）通讯模块输出的亮度级数及所述顶层led模块中的环境光采集模块输出的环境光数据，按照调光公式输出红、绿、蓝、白4路昼夜模式下的频率可调的所述pwm信号和所述昼夜模式切换信号。
13.有益效果与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.本发明通过离散量及使能控制模块、自检模块、顶层信号模块、顶层led模块实现了机载视频信号显示、亮度控制以及自检功能，从而克服了传统机载显示设备无法实时监测电路故障信息的问题，实现了画面实时有效显示以及亮度自动调节功能，在原有系统上增加的自检模块能够有效提高系统的可靠性和安全性。
14.2.本发明通过调试通讯、图形处理载板通讯、环境光采集、亮度参数存储、故障参数存储和亮度调节等功能模块，从而实现了亮度控制。
15.3.本发明通过内部画面生成模块，从而实现内部视频控制信号和内部视频数据输出。
16.4.本发明通过视频信号同步模块，从而实现对外部输入的视频信号进行跨时钟域处理后同步至全局clk信号。
17.5.本发明通过视频信号有无检测模块，从而实现检测外部视频输入信号，并判断外部输入视频信号是否存在异常。
18.6.本发明通过画面冻结检测模块，从而实现判断显示画面是否存在冻结故障。
19.7.本发明通过视频信号时序参数检测模块，从而实现检测外部输入的视频信号的hs、vs和de信号是否存在偏差。
20.8.本发明通过调试通讯模块，从而实现完成亮度等参数的接收与温度、电压、自检等数据的发送。
21.9.本发明通过图形处理载板通讯模块，从而实现完成亮度级数和环境光亮度自检数据的接收与发送。
22.10.本发明通过环境光采集模块，从而实现读取环境光数据并将数据输出至亮度调节模块和图形处理载板通讯模块。
23.11.本发明通过亮度参数存储模块，从而实现接收调试通讯模块的亮度参数数据，
一路数据存储至eeprom中，另一路数据输出至亮度调节模块。
24.12.本发明通过故障参数存储模块，从而实现根据输入的自检结果进行故障信息解析，将故障信息参数存入eeprom中，同时根据串口发送指令执行故障信息的读取与清零。
25.13.本发明通过亮度调节模块，从而实现根据亮度参数、亮度级数和环境光数据按照调光公式输出pwm信号和昼夜模式切换信号。
附图说明
26.图1为一种基于fpga的高可靠性机载显示控制系统的电路系统图。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
28.参考图1，一种基于fpga的高可靠性机载显示控制系统，其特征在于，包括：离散量及使能控制模块，包含离散量采集模块、电顺序控制模块、电路状态控制模块；自检模块，包含检测画面冻结故障检测模块、电源信号检测模块、过温信号检测模块、离散量信号监测模块；顶层信号模块，包含内部画面的生成模块、视频信号同步模块、视频信号有无检测模块、画面冻结检测模块、视频信号时序参数检测模块、视频信号切换模块；顶层led模块，包含调试通讯模块、图形处理载板通讯模块、环境光采集模块、亮度参数存储模块、故障参数存储模块、亮度调节模块；顶层信号模块连接自检模块，自检模块连接离散量及使能控制模块，离散量及使能控制模块连接顶层信号，顶层led模块连接自检模块；顶层信号模块接视频输入信号并进行处理，将视频信号时序参数自检位数据传输到自检模块，将画面冻结自检位数据传输到离散量及使能控制模块，导出视频输出信号；自检模块接收背光驱动电路自检信号以及温度传感器的a/d值并进行处理，将自检结果数据和温度及电压数据传输到顶层led模块，将过温自检位和电源自检位数据传输到离散量及使能控制模块；离散量及使能控制模块接收输入离散量信号并进行处理，将视频信号传输到顶层信号模块，导出输出离散量信号和屏供电及背光使能信号；顶层led模块接收调试通讯模块、图形处理载板通讯模块、环境光采集模块、亮度参数存储模块、故障参数存储模块、亮度调节模块的信号并进行处理，导出昼夜模式切换信号以及pwm信号。
29.参考图1，输入离散量信号包含lvds编解码芯片使能控制信号、屏供电电源芯片使能控制信号、背光驱动电路使能控制信号，lvds编解码芯片使能控制信号、屏供电电源芯片使能控制信号、背光驱动电路使能控制信号经过电路状态控制模块后导出输出离散量信号。
30.参考图1，电源信号检测模块根据顶层led模块采集的12v电压数据，判断12v电源状态，输出12v电源状态自检标志位。
31.参考图1，自检结果数据包含视频信号参数自检结果数据、背光驱动电路自检结果数据，温度及电压数据包括温度传感器电路的工作状态自检结果数据、12v电源状态等信号的自检结果数据。
32.参考图1，过温信号检测模块通过a/d芯片的spi1接口，读出温度传感器的a/d值，判断温度传感器电路的工作状态，输出温度传感器电路自检标志位，然后经过温度库映射，解析出当前温度数据，判断背光电路环境温度过温状态，输出过温状态自检标志位。
33.参考图1，顶层信号模块包括：内部画面的生成模块，根据输入的内部全局时钟信号，输出1680x1050@60hz的标准hs、vs、de信号和内部视频控制信号和内部视频奇路数据信号和内部视频偶路数据信号，输出至顶层信号模块中的信号切换模块；视频信号同步模块，根据外部输入的视频信号源，经过异步跨时钟域处理，将视频数据及控制信号同步至系统内部全局clk信号，输出至顶层信号模块中的视频切换模块；视频信号有无检测模块，视频信号有无检测模块使用内部系统时钟检测外部输入的视频控制信号，对de信号进行判断，产生视频信号有无检测标志位，输出至顶层信号模块中的视频信号切换模块；画面冻结检测模块，根据离散量及使能控制模块输出的视频信号及外部输入的视频控制输入信号、视频奇路数据输入信号和视频偶路数据输入信号，对显示画面的冻结故障进行判断并输出画面冻结自检位至离散量及使能控制模块；视频信号时序参数检测模块，检测外部输入视频信号的hs、vs和de信号，判断hs、vs和de参数是否存在偏差，并输出视频信号时序参数自检位数据至自检模块；视频信号切换模块，根据视频信号有无检测标志位，判断内部视频控制信号和内部视频奇路数据信号和内部视频偶路数据信号，输出视频控制输出信号、视频奇路数据输出信号和视频偶路数据输出信号并将视频信号时序参数自检位数据传输到自检模块。
34.参考图1，顶层led模块包括：调试通讯模块，根据调试串口的通讯协议及数据包信息，完成亮度等参数的数据接收与温度、电压、自检等数据的发送，并将这些数据发送至顶层led模块中的故障参数存储模块；图形处理载板通讯模块，根据gpc（图形处理载板）串口的通讯协议及数据包信息，完成亮度级数、环境光亮度自检数据的接收与发送；环境光采集模块，通过iic总线读取环境光传感器采集后的数据，将采集后的数据一路输出至顶层led模块中的亮度调节模块，另一路输出至顶层led模块中的gpc（图形处理载板）通讯模块；亮度参数存储模块，通过接收顶层led模块中的调试通讯模块的亮度数据，一路通过spi接口总线存储至eeprom的相应地址中，另一路输出至顶层led模块中的亮度调节模块；故障参数存储模块，根据自检模块输入的自检结果数据和温度及电压数据进行故障信息解析，将故障发生的相应的信息参数如故障位发生时间、发生次数通过spi总线存入eeprom中，同时根据uart串口发送指令执行故障信息的读取与清零操作；
亮度调节模块，根据顶层led模块中的亮度参数存储模块输出的亮度参数、顶层led模块中的gpc（图形处理载板）通讯模块输出的亮度级数及顶层led模块中的环境光采集模块输出的环境光数据，按照调光公式输出红、绿、蓝、白4路昼夜模式下的频率可调的pwm信号和昼夜模式切换信号。
35.本方案具体实施方式如下：离散量及使能控制模块主要用于完成离散量采集及电路各器件上电顺序控制及电路工作状态控制，输入的离散量信号包含lvds编解码芯片使能控制信号、屏供电电源芯片使能控制信号、背光驱动电路使能控制信号等经过离散量及使能控制模块根据电路工作状态控制后输出离散量信号，离散量及使能控制模块接收来自自检模块的过温自检位和电源自检位(bit)，离散量及使能控制模块接收来自顶层信号模块输出的画面冻结自检位(bit)。
36.自检模块连接离散量及使能控制模块、顶层led模块和顶层信号模块，自检模块主要用于检测画面冻结故障、电源信号、过温信号和离散量信号等自检信息，并将其输出至顶层led模块。自检模块首先根据板级硬件输出的背光驱动电路自检信号是否为脉冲信号，判断背光电路驱动状态，输出背光驱动电路自检标志位；通过a/d芯片的spi1接口，读出温度传感器的a/d值，判断温度传感器电路的工作状态，输出温度传感器电路自检标志位，然后经过温度库映射，解析出当前温度数据，判断背光电路环境温度过温状态，输出过温状态自检标志位；根据顶层led模块采集的12v电压数据，判断12v电源状态，输出12v电源状态自检标志位；自检模块将视频信号参数自检结果、背光驱动电路自检结果、温度传感器电路的工作状态自检结果与12v电源状态等信号的自检结果数据输出至顶层led模块。自检模块输出温度及电压数据至顶层led模块。自检模块输出过温自检位和电源自检位至离散量及使能控制模块。自检模块接收来自顶层信号模块输出的视频信号时序参数自检位(bit)。
37.顶层信号模块连接自检模块和离散量及使能控制模块，顶层信号模块主要完成视频信号的检测与处理，该模块包含内部画面的生成、视频信号的同步、视频信号有无检测、画面冻结检测以及视频信号时序参数检测等功能。顶层信号模块中的内部画面生成模块主要根据输入的内部全局时钟信号，输出1680x1050@60hz的标准hs、vs和de内部视频控制信号和内部蓝色奇偶视频数据，输出至顶层信号模块中的信号切换模块；顶层信号模块中的视频信号同步模块主要根据外部输入的视频信号源，经过异步跨时钟域处理，将视频数据及控制信号同步至系统内部全局clk信号，输出至顶层信号模块中的视频切换模块；顶层信号模块中的视频信号有无检测模块使用内部系统时钟检测外部输入的视频控制信号，对de信号进行判断，产生视频信号有无检测标志位，输出至顶层信号模块中的视频信号切换模块；顶层信号模块中的画面冻结检测模块根据离散量及使能控制模块输出的视频信号video及外部输入的视频控制信号、视频奇路数据信号和视频偶路数据信号，对显示画面的冻结故障进行判断并输出画面冻结自检位至离散量及使能控制模块；顶层信号模块中的视频信号切换模块根据视频信号有无检测标志位，判断输出内部视频控制信号及内部奇路、偶路视频数据或输出外部视频控制信号及奇路、偶路视频数据；顶层信号模块中的视频信号时序参数检测模块检测外部输入视频信号的hs、vs和de信号，判断hs、vs和de参数是否存在偏差，并输出视频信号时序参数自检位(bit)至自检模块。
38.顶层led模块连接自检模块，顶层led模块主要完成亮度参数和故障参数的存储、
环境光采集、亮度调节和通讯功能。顶层led模块中的调试通讯模块根据调试串口的通讯协议及数据包信息，完成亮度等参数的数据接收与温度、电压、自检等数据的发送，并将这些数据发送至顶层led模块中的故障参数存储模块；顶层led模块中的图形处理载板通讯模块根据gpc（图形处理载板）串口的通讯协议及数据包信息，完成亮度级数、环境光亮度自检数据的接收与发送；顶层led模块中的环境光采集模块通过iic总线读取环境光传感器采集后的数据，将采集后的数据一路输出至顶层led模块中的亮度调节模块，另一路输出至顶层led模块中的gpc（图形处理载板）通讯模块；顶层led模块中的亮度参数存储模块通过接收顶层led模块中的调试通讯模块的亮度数据，一路通过spi接口总线存储至eeprom的相应地址中，另一路输出至顶层led模块中的亮度调节模块；顶层led模块中的故障参数存储模块根据自检模块输入的自检结果数据和温度及电压数据进行故障信息解析，将故障发生的相应的信息参数如故障位发生时间、发生次数通过spi总线存入eeprom中，同时根据uart串口发送指令执行故障信息的读取与清零操作；顶层led模块中的亮度调节模块根据顶层led模块中的亮度参数存储模块输出的亮度参数、顶层led模块中的gpc（图形处理载板）通讯模块输出的亮度级数及顶层led模块中的环境光采集模块输出的环境光数据，按照调光公式输出红、绿、蓝、白4路昼夜模式下的频率可调的pwm信号和昼夜模式切换信号。
39.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。