Visualizzazione per l’auto

Negli ultimi anni il numero di sistemi elettronici montati nei veicoli è in costante aumento. Una chiara interfaccia grafica con visualizzazione delle informazioni al conducente è molto importante in tema di praticità e di sicurezza alla guida. Tutto il contenuto grafico deve essere perfettamente integrato tra i vari display presenti nel veicolo. Potenti controllori grafici e reti ad alta velocità già consentono un’architettura di sistema centralizzata, offrendo il vantaggio di un design standardizzato e un numero minore di componenti elettronici. I display del sistema di controllo elettronico e del cambio marce all’interno del quadro strumenti sono esempi del contenuto di sicurezza critico e richiedono un’attenzione particolare. Un eventuale malfunzionamento e congelamento del video in sostituzione allo specchio retrovisore o informazioni di avvertimento non corrette possono compromettere la sicurezza alla guida e aumentare il rischio di incidenti. È indispensabile quindi che i sistemi elettronici in ambito automobilistico forniscano oggigiorno le funzionalità richieste in maniera sicura e affidabile, nonostante la loro crescente complessità. Nel presente articolo, saranno analizzate le nuove possibilità di sviluppo del quadro strumenti e display a bordo veicolo e come questi debbano e possano soddisfare i requisiti Asil.

Display abitacolo di prossima generazione

La maggior parte degli odierni sistemi di informazione e intrattenimento si compongono di una unità principale e di un display centrale. Possono essere integrati in una Ecu oppure separati e collegati via Apix ovvero la tecnologia SerDes Automotive Pixel Link di Inova Semiconductors. Apix è una tecnologia Serializzatore/Deserializzatore che è stata sviluppata per le comunicazioni di dati a svariati Gbit/s. Consente infatti il trasferimento di video non compressi e in tempo reale, audio e anche Ethernet a 100 Mbit. Il tutto può avvenire su un unico cavo. Apix è resistente, fa fronte ad ambienti Emi tra i più ostili in ambito automotive e compensa automaticamente gli effetti della temperatura e dell’invecchiamento dei cavi, che influiscono sull’integrità dei segnali trasmessi a tali bitrate. Il quadro è anche una centralina elettronica a sé, dotata di strumenti meccanici e di alcuni piccoli display. La tendenza del mercato è, soprattutto per le vetture di alta gamma ma sempre di più anche per quelle di bassa gamma, quella di sostituire la strumentazione meccanica con strumentazione completamente digitale mediante l’uso di display a schermo piatto. Questi vengono poi collegati tra loro via Apix fino a costituire una vera e propria rete di Ecu e una architettura di controllori che comunicano via Apix con una unità principale. Come parte del sistema Cluster/Infotainment si rendono disponibili anche degli optional, come ad esempio gli head-up display o display aggiuntivi per il controllo touch del climatizzatore. Caratteristica ormai comune a tutti è che oggi il quadro strumenti e l’unità principale dispongono di microcontrollori e di comandi grafici propri, altamente integrati nei SoC multi-core. Oggi, per garantire prestazioni di calcolo e grafica sono necessari i sistemi che integrano i SoC. Un SoC gestisce molteplici flussi di video, audio e dati occupandosi di diversi display ad alta risoluzione e delle relative comunicazioni dati in maniera indipendente o simultanea. Ne risulta un cruscotto dotato di architettura centralizzata realizzata intorno a un unico SoC nell’unità principale, oggi indicato come Infotainment Domain Server. In questa situazione, il quadro è solo un altro display che informa il conducente su regime motore, velocità, consumo di carburante, temperatura dell’acqua, ecc. Benché ciò riduca significativamente il costo del quadro strumenti, rimangono le sfide relative ad Asil, perché ora non solo il display del quadro strumenti ma anche l’unità principale e il collegamento Apix al display del quadro fanno parte del sottosistema Asil. Di seguito, è presente un profilo effettivo dell’approccio del sistema basato sulla tecnologia di collegamento Apix2 e Indigo2: un controller di visualizzazione grafica a chip singolo compreso Apix per una soluzione conforme Asil a basso costo.

Diagnosi Apix Link, accesso a tutti i livelli

Informazioni critiche Asil, create nell’unità principale, devono essere trasferite tramite il collegamento Apix al display del quadro strumenti. Deve essere assicurato un funzionamento privo di errori, altrimenti, il sistema recepisce i malfunzionamenti o dati errati. Apix dispone di significative funzioni diagnostiche integrate che devono essere utilizzate a tal fine. Il collegamento e il trasferimento video/dati è monitorato costantemente e gli errori vengono rilevati, memorizzati e contrassegnati al SoC . Tutti i dati vengono trasferiti attraverso Apix Ashell (Automotive Shell) che è un controllo Crc (Cyclic Redundancy Check) integrato e ritrasmissione automatica in caso di rilevamento di un errore. Inoltre un contatore di errori bit è implementato ed è accessibile tramite SoC. Il numero di errori di bit è un buon indicatore del deterioramento della qualità del segnale sul cavo, causato, ad esempio, dall’invecchiamento del cavo. Il timing video è monitorato sul lato trasmettitore nonché sul ricevitore. In presenza di errori, i contrassegni sono memorizzati in un gruppo di registro che è anche disponibile al SoC per ulteriori indagini. La struttura del frame Apix è rispettata e anche il disallineamento viene contrassegnato; una funzione molto efficiente per indicare se il collegamento Apix funziona come dovrebbe. Utilizzando tutte queste funzioni, i cavi fisicamente rotti, le immagini bloccate o la mancanza di immagine e i vari altri malfunzionamenti possono essere chiaramente identificati e nel peggiore dei casi attivare un’attività a stato fail-safe, per utilizzare un termine Asil. Inoltre, è possibile rilevare il degrado del segnale, causato dalle variazioni di temperatura o dall’invecchiamento del cavo, in parte compensato, oppure consente l’implementazione di misure preventive per ripararlo nell’ambito della manutenzione programmata del veicolo

Funzioni di sicurezza

Indigo2 è un SoC che è stato sviluppato per il settore automobilistico, in particolare in relazione alle architetture di visualizzazione remota. Serve per ricevere i segnali video e di comando dal ricevitore Apix integrato, fungendo da ponte di comunicazione e video ai display e alle periferiche collegate, ad esempio i controlli retroilluminati o i motori passo-passo dei misuratori meccanici. La famiglia Indigo è usata oggi nei display di informazione centrali, nei display head-up, nelle applicazioni per intrattenimento sedili posteriori e nel quadro strumenti. Sono compresi numerosi blocchi hardware che agevolano i progettisti di sistema a raggiungere i livelli Asil A o Asil B nei progetti di visualizzazione remota.

Unità di firma

È possibile controllare simultaneamente il contenuto di aree predefinite di quattro unità di firma integrate all’interno del display. I checksum e Crc sono noti al SoC che genera la grafica nell’unità principale. L’unità principale calcola le firme target e trasmette i valori a Indigo tramite comunicazione dati full-duplex sicura su Apix. Mentre il display viene aggiornato, la firma controlla in tempo reale se Crc alla fine della pipeline di pixel corrisponde al risultato atteso. In caso di scostamento, il sequenziatore del comando insieme al motore grafico integrato sono in grado di delineare una sovrapposizione per evitare la visualizzazione di un contenuto falso. Inoltre, le informazioni vengono ricomunicate all’unità principale, la quale è in grado di intraprendere misure aggiuntive nell’ambito della rete del veicolo, ad esempio, ridistribuire l’immagine a un display alternativo.

Rilevamento del blocco

È possibile applicare questo stesso concetto al rilevamento dell’immagine bloccata proveniente da una telecamera. In questo caso, l’unità principale controlla costantemente il contatore di immagini integrato nell’immagine o nel periodo di schermo nero come un piccola filigrana nel flusso. L’unità di firma e il sequenziatore di comando sono quindi in grado di valutare la sequenza del contatore di immagini e identificare le immagini bloccate o i loop di buffering delle immagini.

Algoritmi precisi al bit

Gli algoritmi implementabili oggi su Indigo 2 producono ottime velocità di rilevamento nelle implementazioni precise a livello di bit. Tuttavia, il ritaglio può rimuovere completamente la firma, la distorsione, il rumore e la codifica possono alterare la firma in modo tale che l’algoritmo preciso al bit non è in grado di distinguere. Quando è richiesta una precisione end-to-end o si utilizza una compressione nel canale di trasmissione, sono necessari algoritmi più solidi. Le unità di controllo video di prossima generazione devono includere soluzioni della massima solidità contro la compressione dati con perdita, la trasmissione parziale, il disturbo e la distorsione che non fanno affidamento alla trasmissione precisa al bit. Una soluzione è una filigrana tollerante alla compressione dati con perdita, in questo caso le informazioni si propagano in un’area immagine grande e sono protette dalla trasmissione parziale. Sono invisibili all’occhio umano e tollerano la compressione dati con perdita di Jpeg o Vesa Dsc. Un altro metodo consiste nell’uso dell’hash tollerante alla compressione dati con perdita che funziona a livello fenomenologico. Valuta la struttura dell’immagine ed è anche tollerante a Jpeg e Vesa Dsc a compressione dati con perdita.

Migrazione del software del display

La progettazione di un’architettura di visualizzazione dell’abitacolo remoto richiede che il software sia trasferito dal display all’unità centrale. Per questa operazione è disponibile un supporto software completo per tutte le funzioni e le periferiche del display tramite collegamento Apix. Il Remote Framework del SoC può essere eseguito su Linux o su un Pc Windows per la fase di sviluppo e il C-Code modulare consente la semplice portabilità al sistema target integrato. La generazione del contenuto di interfacce utente sofisticate in 2D e 3D è semplice con CGI Studio. CGI Studio è un piattaforma di sviluppo software hardware indipendente per interfacce grafiche 2D e 3D ibride. Il supporto multi display lo rende lo strumento ideale delle architetture di dominio e assicura un design unico nel suo genere fra tutti i display.

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