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Moderne Graphics Display Controller

Höhere Sicherheit durch Integration

7. September 2018, 14:48 Uhr | Von Stefan Drouzas

Graphics Display Controller bieten neue Standards, Vorteile einer integrierten Lösung und sind flexibl auf Systemebene.

Moderne Automotive Display Controller setzen neue Standards in den Bereichen Safety & Security. Der Beitrag erklärt die erforderlichen Sicherheitsfunktionen und stellt darüber hinaus die Vorteile einer integrierten Lösung vor, die Flexibilität und Kostenvorteile auf Systemebene bietet.

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Die Anforderungen des Marktes im Automobilbereich setzen neue Maßstäbe bei den Display-Anwendungen im Fahrzeug. Sie werden beeinflusst durch die breite Akzeptanz von Displays im Consumer-Markt und die dadurch entstandene Erwartungshaltung. Moderne Bedienkonzepte sind ein Differenzierungsmerkmal für die Automobilhersteller, in denen Displays eine zentrale Rolle spielen. Sowohl die Anzahl der Displays als auch die Auflösung und Größe steigen nahezu stetig.

Aktuell kommen im Auto unterschiedliche Display-Anwendungen vor: Kombiinstrument, Head-up-Display, Central-Information-Display, Mirror Replacement, Fahrgastinformations-Anzeige, Rear Seat Entertainment, diverse Bedienelemente an den Türen oder für die Klimaanlage. Die Anforderungen an die Displays sind so vielfältig wie die verschiedenen Anwendungen. Insbesondere das Kombiinstrument oder das Head-up-Display, unterliegen strengen Sicherheitsanforderungen gemäß der ISO 26262. Andere Displays müssen bestimmte Entschlüsselungsmechanismen vorweisen, um geschützte Inhalte anzeigen zu dürfen, zum Beispiel nach dem High-Bandwidth-Digital-Content-Protection-Standard (HDCP). In manchen Fällen müssen Displays ein Mindestmaß an Schutz gegen Manipulationen vorweisen.

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Domain Computing Architecture

Ein vielversprechender Ansatz, diesen Anforderungen im Fahrzeug gerecht zu werden ist, die Domain Computing Architecture. Diese Architektur ermöglicht es innerhalb eines Bereiches, also einer Domäne, mehrere Displays von einer zentralen Einheit (einem HMI-Computer) zu steuern. Sogenannte Remote Displays sind über einen Hochgeschwindigkeits-Videolink mit der zentralen Einheit verbunden, zum Beispiel in einer Stern-Topologie (Bild 1).

Der Videolink ist für die Übertragung der Videodaten zum Display (Up-Stream), aber auch für die Kommunikation vom Display zurück zur zentralen Grafikeinheit zuständig (Side-Band oder Back-Channel). Die hierbei verwendete APIX-Technologie kann all diese Eigenschaften vorweisen und wird aktuell in der dritten Generation, APIX 3, in den Markt eingeführt. APIX 3 ermöglicht Geschwindigkeiten bis zu 12 Gbit/s auf dem Up-Stream sowie 187 Mbit/s auf dem Down-Stream. Dabei ist die typische Kabellänge, die im Auto für die Anbindung eines hochauflösenden Displays erforderlich ist, trotz der hohen Bandbreite realisierbar. Die Anbindung eines Displays mittels APIX 3 an eine zentrale Grafikeinheit ermöglicht die Umsetzung des erforderlichen Sicherheitskonzeptes für den Videolink, angepasst an die jeweilige Anwendung.

Lückenloses Sicherheitskonzept

Genauso wichtig ist die Umsetzung des Sicherheitskonzeptes im Display selbst. Speziell für die Sicherheitsanforderungen im Automobilbereich hat Socionext den SC1701 Graphics Display Controller entwickelt. Wegweisend ist dabei die Integration von drei wesentlichen Komponenten: des Kommunikations- und Videolink-Empfängers (APIX 3) mit integrierter Entschlüsselung, der grafischen Verarbeitung und Kontrolle des Videoinhaltes sowie der Ausgabeeinheit zum Display-Panel (Bild 2).

Hierbei handelt es sich nicht um eine einfache Verkettung von isolierten Funktionsblöcken, sondern um eine intelligente Verzahnung und Koordination aller integrierten Funktionen. Diese Koordination wird durch eine integrierte Steuereinheit realisiert, die vom Anwender konfiguriert werden kann und dadurch einen flexiblen Einsatz des Systems für verschiedene Display-Anwendungen ermöglicht.

Die Sicherheitskonzepte, die durch den Einsatz des Display Controllers SC1701 von Socionext realisiert werden können, ermöglichen ein Single-Chip-Design, also ein Design ohne wesentliche Zusatzkomponenten. Dadurch ist es möglich, ein Display-System zu entwickeln, das kompakt und flexibel einsetzbar ist und am Ende nach Automotive Safety Integrity Level (ASIL) B zertifiziert werden kann.

Sicherheitsmerkmale des Graphics Display Controllers SC1701

Um dieses hohe Sicherheitsniveau zu erreichen, muss die gesamte Video-Übertragungskette abgesichert werden, sodass keine Lücke im Sicherheitskonzept entsteht. Falls eine Störung im Anzeigesystem auftritt, muss das System diese selbständig erkennen und entsprechend reagieren.

Bestimmte Anzeigen wie Check-Control, die Ganganzeige im Kombiinstrument und die Bilder, die zum Beispiel aus verschiedenen Kameras stammen können, muss das System verzögerungsfrei und zu jedem Zeitpunkt korrekt anzeigen. Nicht kritisch sind dagegen Geschwindigkeitsanzeige oder Drehzahlmesser, Klima-Bedien-Displays oder Rear-Seat-Entertainment. Sicherheitskritische Informationen aus dem grafikerzeugenden Steuergerät, beispielsweise der Head-Unit, muss die Display-Anbindung garantiert fehlerfrei übertragen. Falls ein Fehler auftritt, muss das System Störungen oder falsche Daten selbständig erkennen und darauf reagieren.