KOMPONENTER Sikkerhed i en automotiv verden af multidisplays En ny serie af smarte display-controllere, SC172x-serien, er udviklet ud fra ISO 26262-standarden for sikkerhed i display-information til den kommende generation af mere eller mindre autonome biler – men selvfølgelig også i mange andre industrier Smart Display Controller SC1721-serien indeholder en sikkerhedsmekanisme til at realisere et ”warping- vandmærke”-koncept i displaysikkerheden. Af Nobutaka Yamagishi, senior manager technical coordination, Marketing, vice head of design center (act.) Automotive Business Unit, Socionext Europe GmbH Den globale bilindustri gen- nemgår en betydelig foran- dring med introduktionen af elbiler samt konnekterede og potentielt selvkørende biler. Systemstrukturen i biler æn- drer sig fra den distribuerede arkitektur til en domæne-/ zonebaseret arkitektur med integrerede cockpit-systemer, der samler multiple displays som målere, In-Vehicle In- fotainment (IVI) og head-up displays. Og udviklingen af billedkvaliteten i disse dis- plays samt højere opløsning – og selvfølgelig kravet om overensstemmelse med ISO 26262-standarden for funk- tionel sikkerhed – er kritisk for udviklingen af de nye auto- motive ADAS- og infotain- mentsystemer. Med forøgelsen af antallet af displays – og størrelsen også – er bilens cockpit ikke læn- gere et simpelt interface, der videregiver grundlæggende informationer til bilens fører. Displays bliver stadigt mere avancerede med en hel række innovative interface designs, og de kan være en konkur- rencefaktor, som OEM’er i bil- branchen kan bruge til at styr- ke deres image og salg med. De forskellige applikationer i cockpittet har forskellige krav. Der er dog dét til fælles, som gælder for alle applikationer, og det er sikkerhed. Sikker- heden er afgørende for alle køretøjer, ikke kun for display clusteren, men også i et head- up display og i et centerdis- play. Panelerne skal opfylde specifikke sikkerhedsbehov, der er allokeret til de enkelte applikationers individuelle sikkerhedsbehov. Et cluster display skal for ek- sempel udfylde specifikke funktionelle sikkerhedskrav som advarsler om frysende vejbaner og genkendelse af forskellige mønstre. Warping- on-the-fly er et nøglekrav for head-up displays. Centerdis- plays med deres større opløs- ning kan for eksempel skulle komprimere streamet ind- hold. Blandt alle disse forskel- lige krav bliver lokal dæmp- ning af displayets indhold et stadigt mere almindeligt krav. Displays og multidisplay- arkitekturer Hidtil har centerdisplays væ- ret det primære fokus med hensyn til sikkerheden. Men det gælder ikke længere for de fleste multidisplay- arkitekturer. Sikkerhedskon- ceptet bliver i stigende grad overført til head-up displays, da videoindhold skal modifi- ceres i display-controlleren. Indholdet er rettet mod en warping-matrix (der skal følge forrudens krumning, red. ), og en tilpasning skal ske indivi- duelt til kravene i hver enkelt bilmodel. Det medfører, at den reference-CRC (Cyklisk Redundans Check mellem af- sendte og modtagne informa- tioner, red. ), der bliver genere- ret i instrumenteringens ho- vedenhed bliver forældet. Det gælder også for algoritmen til lokal dæmpning, da en RGB- pixel altid skal manipuleres for at kompensere for forskellen i LED-lysfordelingen i hvert en- kelt område. Centerdisplays er også ved at blive relevant i sikkerheds- mæssig sammenhæng. Derfor kan man ikke længere nøjes med et simpelt CRC-tjek, da bit-præcisionen ikke vil være intakt efter streaming af kom- primeret display-information. Socionexts nyeste smart dis- play-controller-serie, SC172x, giver en dedikeret række sik- kerhedsfunktioner, der opfyl- der kravene i cockpit-applika- tioner. Warping-on-the fly og sikkerhed Normalt er HMI-indhold (Hu- man-Machine-Interfaces, red.) forbeholdt grafik-IC’er i instru- menteringens hovedenhed. Hvis reference-CRC også kan genereres for sikkerhedsrele- vant indhold og overføres dy- namisk til displayet, kan man ad den vej også opnå et me- get robust sikkerhedskoncept gennem et end-to-end-tjek af indholdet. Men når videoind- holdet først er blevet ændret på displaysiden for at udføre warping-on-the-fly, så kan in- tet af videoindholdet i video- pipelinen efter warping-buf- feren sikres af hovedenhedens egen sikkerhedsmekanisme. Én løsning ville være at have en anden warping-engine. En sekundær warping-engine kunne så enten udføre en ”reverse-warping”, så den ori- ginale reference-CRC fortsat kan bruges eller den sekun- dære warping-engine vil selv kunne generere en ny refe- rence-CRC. Det vil selvfølgelig medføre en større die-størrel- se og højere omkostninger, da både memory og logik i givet fald skulle dubleres. Den største udfordring ligger i at generere en reference-CRC for hver enkelt billed-frame i overensstemmelse med den definerede warp-matrix og det videoindhold, der ændres dynamisk. Generering af den dynamiske reference-CRC med sammenligning mod de aktuelle data i memoryen er en meget dataintensiv op- gave. Det er dog muligt at danne en statisk CRC ved brug af det marginale område, der er til stede i et head-up dis- play, da de aktive områder af indholdet som regel er min- dre end den reelle opløsning. Da dette marginalområde har en almindelige farve – som re- gel sort – så vil en reference- CRC embedded et sted i dette marginalområde før warping kunne bringes i brug og der- med forblive statisk selv efter warping. Smart Display Con- troller-serien, SC1721, tilbyder netop denne sikkerhedsme- kanisme som en slags “war- ping-vandmærke”. Pixelkompensering og sikkerhed Der er to hovedelementer i lokal dæmpning: Ét er den LED-kontrolblok, der bereg- ner brightness for LED’erne i hver lokal dæmpningszone – som siden konverteres til den PWM-værdi på output til den eksterne LED-driver af SPI’en. En anden er den pixel-kom- penseringsblok, der manipu- lerer RGB-pixelværdien for at kompensere for en utilsigtet LED-lysfordeling – den såkald- te halo-effekt. Den grundlæggende sik- kerhedsmekanisme – som CRC-sammenligningen – er en mulighed for at udføre et indholdstjek før den lokale dæmpningsblok, da instru- menteringens hovedenhed ikke kan generere reference- CRC-data, hvis effekten af pixelkompenseringen bliver taget i betragtning. I det til- fælde bliver den diagnostiske dækning lavere. Modsat det grundlæggende CRC-tjek er det umuligt at definere referencedata for RGB-pixelkompenseringen. Men hvis ændringer er må- let – som hvis sort skal være ”sortere sort”, så bliver hvid en klarere/lysere hvid, og fejlfunktioner fører ikke nød- vendigvis til et overgreb mod sikkerhedsmålet. For at tjekke denne ændring er det muligt at indføre en RGB-statistiken- hed før pixelkompenseringen som en reference, for derefter at sammenligne det mod re- sultatet efter pixelkompense- ringen. Ud over denne relative sam- menligning, hvor det sand- synligvis vil være nødvendigt med tuning af det aktuelle indhold, så kan en Gain Detec- tion Unit gøre konceptet mere robust. Det er også muligt for denne sikkerhedsmekanisme at monitere det interne RGB- gain for at detektere unorma- le data ved at tælle antallet af de pixels, som overskrider den normale gain. Ud over de to embedded blokke (RGB Statistics Unit, Gain Detection Unit) kan an- dre sikkerhedsmekaniske også implementeres i alle SC172x-seriens komponen- ter for at detektere fejl i LED- brightness. Afhængigt af kun- dens specifikke sikkerhedsmål kan Smart Display Controller SC172x-serien tilbyde adskil- lige kombinationer af disse sikkerhedsmekanismer. Cockpit-applikationer og sikkerhed Smart Display Controller SC172x-serien egner sig til den næste generation af cockpit applikationer især, hvor der kræves warping-on-the-fly og pixelkompensering med lokal dæmpning. Ikke alene er controllerne udstyret med state-of-the-art algoritmer indbygget i grafikpipelinen, men de dedikerede sikker- hedsmekanismer er også ud- viklet og integreret under ISO 26262-processen. En Gain Detection Unit gør CRC-baseret sikkerhedsovervågning mere robust. Det er muligt for denne sikkerhedsmekanisme at monitere det interne RGB-gain for at detektere unormale data, hvilket sker ved tælling af antallet af pixels, der overskrider det normale gain. 22 nr. 2 | februar 2023 -
Download PDF fil
Se arkivet med udgivelser af Aktuel Elektronik her
TechMedias mange andre fagblade kan læses her