Neue Elektronik

Die globale Automobilindustrie durchläuft derzeit mit der Einführung von Elektroautos und dem Aufkommen vernetzter und selbstfahrender Fahrzeuge eine Phase großer Veränderungen.

Die Systemstruktur von Automobilen wandelt sich von einer verteilten Architektur zu einer Domänen-/Zonenarchitektur, wobei integrierte Cockpitsysteme eingeführt werden, die mehrere Displays wie Messgeräte, In-Vehicle Infotainment (IVI) und Head-up-Displays verbinden. Und mit diesen mehreren Displays sind eine verbesserte Bildqualität und höhere Auflösungen sowie die Einhaltung des ISO26262-Standards für funktionale Sicherheit von entscheidender Bedeutung, wenn es um die Entwicklung neuer ADAS- und Infotainment-Systeme für Kraftfahrzeuge geht.

Mit der zunehmenden Anzahl von Displays in Fahrzeugen und der größeren Größe und Auflösung der Panels ist das Fahrzeug-Cockpit nicht mehr nur eine einfache Schnittstelle, die wichtige Informationen an den Fahrer weiterleitet.

Heutzutage werden Displays mit einer ganzen Reihe innovativer Schnittstellendesigns immer anspruchsvoller und können für OEMs ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal sein, um ihr Markenimage zu maximieren.

Die verschiedenen Anwendungen im Cockpit stellen unterschiedliche Anforderungen. Es gibt jedoch eine Gemeinsamkeit, die für die meisten Anwendungen gilt: Sicherheit.

Sicherheit ist in heutigen Fahrzeugen von entscheidender Bedeutung, nicht nur im Kombidisplay, sondern auch im Head-up-Display und im Center Stack Display. Diese Panels müssen das spezifische Sicherheitskonzept umsetzen, das je nach den individuellen Sicherheitszielen den jeweiligen Anwendungen zugewiesen wird.

Beispielsweise muss ein Cluster-Display bestimmte Anforderungen an die funktionale Sicherheit erfüllen, indem es dedizierte Sicherheitsmechanismen integriert, um die Einfriererkennung und Signaturüberprüfung zu realisieren.

Während Warping-on-the-Fly bei Head-up-Displays eine zwingende Anforderung ist, sind bei Center-Stack-Displays mit ihrer höheren Auflösung möglicherweise Display-Stream-Komprimierungen erforderlich.

Bei all diesen Anwendungen wird jedoch das lokale Dimmen immer häufiger erforderlich.

Multi-Display-Architekturen

Bisher standen Cluster-Displays im Hinblick auf die Sicherheit im Vordergrund. Dies ist jedoch bei den meisten Multi-Display-Architekturen nicht mehr der Fall.

Heute wird das Sicherheitskonzept weiter auf Heads-up-Displays ausgeweitet, da der Videoinhalt auf der Seite des Display-Controllers geändert werden muss, was auf der Warping-Matrix basiert und entsprechend den optischen Anforderungen in jeder Fahrzeugreihe entschieden wird. Dies bedeutet, dass der Referenz-CRC, der an der Haupteinheit generiert werden kann, obsolet wird. Dies gilt auch bei Anwendung des lokalen Dimmalgorithmus, da der RGB-Pixelwert immer manipuliert werden sollte, um den Unterschied der LED-Lichtverteilung in den einzelnen Bereichen auszugleichen.

Center-Stack-Displays werden auch zu einer sicherheitsrelevanten Anwendung. Dies bedeutet, dass eine einfache CRC-Prüfung hier nicht angeboten werden kann, da die Bitgenauigkeit nach Anwendung der Stream-Darstellungskomprimierung nicht mehr erhalten bleibt. Der neueste Smart-Display-Controller von Socionext, die SC172x-Serie, wurde entwickelt, um spezielle Sicherheitsfunktionen zu bieten, um diese Anforderungen in Cockpit-Anwendungen zu erfüllen.

Warping-on-the-fly und Sicherheit

Normalerweise werden die HMI-Inhalte in einem Grafik-SoC in der Headunit gerendert. Wenn der Referenz-CRC auch für die sicherheitsrelevanten Inhalte generiert und dynamisch an die Anzeige gesendet werden kann, ermöglicht dies die Realisierung eines sehr robusten Sicherheitskonzepts durch eine durchgängige Inhaltsprüfung.

Sobald der Videoinhalt jedoch auf der Anzeigeseite geändert wurde, um Warping-on-the-fly durchzuführen, kann die gesamte Videopipeline nach dem Warping-Puffer nicht von diesem alten Sicherheitsmechanismus abgedeckt werden. Eine Lösung wäre, einen anderen Warping-Motor zu haben.

Bei diesem Design könnte die zweite Warping-Engine dann entweder zum Durchführen des umgekehrten Warpings verwendet werden, sodass der ursprüngliche Referenz-CRC weiterhin verwendet werden kann, oder zum Generieren des neuen Referenz-CRC selbst. Aufgrund des doppelten Speichers und der doppelten Logik führt dies jedoch natürlich zu einer größeren Chipgröße und höheren Kosten.

Die größte Herausforderung besteht darin, für jeden Frame den Referenz-CRC entsprechend der definierten Warp-Matrix und dem sich dynamisch ändernden Videoeingang zu generieren.

Das Generieren des dynamischen Referenz-CRC und sein Vergleich mit den tatsächlichen Daten ist speicherintensiv. Es ist jedoch auch eine statische CRC möglich, indem man den Randbereich nutzt, der im Head-up-Display zur Verfügung steht, da die aktiven Inhalte in der Regel kleiner sind als die tatsächliche Auflösung.

Da dieser Randbereich einfarbig ist (normalerweise schwarz), kann der Referenz-CRC auch nach dem Warping statisch bleiben, wenn der Referenz-CRC irgendwo in diesem Randbereich eingebettet wird, bevor das Warping angewendet wird. Die Smart Display Controller SC1721-Serie wurde entwickelt, um den Sicherheitsmechanismus zur Umsetzung dieses „Warping Watermark“-Konzepts zu bieten.

Pixelkompensation und Sicherheit

Es gibt zwei Hauptelemente beim lokalen Dimmen; Einer davon ist der LED-Steuerblock, der die Helligkeit der LED in jeder lokalen Dimmzone berechnet, die dann in den PWM-Wert umgewandelt und über SPI I/F an den externen LED-Treiber ausgegeben wird. Ein anderer ist der Pixelkompensationsblock, der den RGB-Pixelwert manipuliert, um die unbeabsichtigte LED-Lichtverteilung, den sogenannten Halo, zu kompensieren.

Wenn wir den alten Sicherheitsmechanismus wie den CRC-Vergleich anwenden, besteht eine Möglichkeit darin, die Inhaltsprüfung vor dem lokalen Dimmblock durchzuführen, da die Haupteinheit sonst die CRC-Referenzdaten nicht erstellen kann, wenn der Effekt der Pixelkompensation berücksichtigt wird. In diesem Fall verringert sich natürlich der Diagnosedeckungsgrad.

Im Gegensatz zur alten CRC-Prüfung ist es nicht möglich, die Referenzdaten der RGB-Pixelkompensation zu definieren. Wenn diese Änderung jedoch die beabsichtigte Richtung ist, d. h. Schwarz wird zu einem dunkleren Schwarz, Weiß wird zu einem helleren Weiß, führt jede Fehlfunktion nicht unbedingt zu einer Verletzung der Sicherheitsziele.

Um diese „Richtung“ zu überprüfen, ist es möglich, vor der Pixelkompensation eine RGB-Statistikeinheit als Referenz zu haben und das Ergebnis nach der Pixelkompensation damit zu vergleichen.

Zusätzlich zu diesem relativen Vergleich, für den höchstwahrscheinlich eine Abstimmung mit den tatsächlichen Inhalten erforderlich sein wird, kann die Gain Detection Unit das Konzept robuster machen. Dieser Sicherheitsmechanismus kann auch die interne RGB-Verstärkung überwachen, um die Anomalie zu erkennen, indem er die Anzahl der Pixel zählt, die die normale Verstärkung überschreiten.

Zusätzlich zu diesen beiden Blöcken (RGB Statistics Unit, Gain Detection Unit) können in allen SC172x-Serien auch weitere Sicherheitsmechanismen implementiert werden, um den Ausfall der LED-Helligkeit zu erkennen.

Abhängig von den Sicherheitszielen des Kunden kann die Smart Display Controller SC172x-Serie von Socionext mehrere Kombinationen dieser Sicherheitsmechanismen bieten.

Cockpit-Anwendungen und Sicherheit

Die Smart Display Controller SC172x-Serie von Socionext wurde für die nächste Generation von Cockpit-Anwendungen entwickelt, insbesondere dort, wo Warping-on-the-Fly und lokale Dimm-Pixelkompensation erforderlich sind.

Sie verfügen nicht nur über modernste Algorithmen, die in die Grafikpipeline des Unternehmens integriert sind, sondern bieten auch spezielle Sicherheitsmechanismen, die im Rahmen des ISO26262-Prozesses entwickelt und integriert wurden, um ein höheres Maß an Sicherheit bei der Entwicklung zu gewährleisten das Neueste im Automobil-Cockpit-Design.

Angaben zum Autor:Nobutaka Yamagishi ist Senior Manager Technical Coordination, Automotive Business Unit, Socionext Europe