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Moderne Graphics Display Controller

Höhere Sicherheit durch Integration

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

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Kontrolle des Videoinhaltes

Zur Kontrolle des Videoinhaltes stehen im Display Controller SC1701 folgende Funktionen zur Verfügung:

Prüfen der Bilddaten mit Hilfe von Cyclic-Redundancy-Check-Prüfsummen (CRC)
-Überwachen des Videoinhaltes anhand einer Signatur
-Erkennen eines eingefrorenen Videos
Beaufsichtigen eines Fensters oder des gesamten Frames (Global bzw. Local Panic)
Berechnen der Helligkeit
Berechnen des Histogramms

Die nachfolgenden Beispiele erklären die einzelnen Funktionen.

Prüfen der Bilddaten mit Hilfe von CRC-Prüfsummen

Die CRC-Werte eines Video-Frames können an verschiedenen Positionen in der Bildverarbeitungskette innerhalb des Display Controllers SC1701 errechnet und mit den CRC-Werten der mitgelieferten Signaturen verglichen werden: am Eingang der Colormatrix oder anschließend vor der Gammakorrektur oder am Ende der Kette vor der Dithering-Einheit. Falls ein CRC-Wert vom angeschlossenen Display-Panel zu Verfügung steht, beispielsweise von einem Display-Treiber-IC, kann er mit dem CRC-Wert des ausgegebenen Bildes zusätzlich verglichen werden. Dadurch ist eine lückenlose Überwachung der Videokette einschließlich der Quelle und gegebenenfalls des Display-Panels durch eine entsprechende Konfiguration der integrierten Steuereinheit möglich.

Überwachung des ankommenden Videoinhaltes anhand einer Signatur

Die zentrale Grafikeinheit generiert aus dem Bildinhalt bildgenaue Zielsignaturen eines oder mehrerer Display-Regionen (Fenstern) und sendet die Werte zum Display Controller mit Hilfe einer sicheren Datenkommunikation. Bei APIX 3 erfolgt das über das Side-Band. Der Display Controller berechnet seine eigene Signatur basierend auf dem empfangenen Video und vergleicht das Ergebnis mit der empfangenen Signatur, die er über den Kommunikationskanal bekommen hat. Stimmen die Ergebnisse nicht überein, sendet der Display Controller eine Nachricht über den sicheren Datenkanal zur Grafikeinheit zurück und löst eine Sicherheitsfunktion aus. Er kann zugleich eine Funktion am Display auslösen, zum Beispiel eine Alarmanzeige. Der Vergleich erfolgt in Echtzeit und ist in bis zu 16 frei wähl¬baren Regionen innerhalb des Video-Frames möglich.

Eine besondere Verarbeitung für den Vergleich von Signaturen aus unterschiedlichen Quellen oder aus Quellen mit verlustbehafteten komprimierten Signalen wurde implementiert. Diese ermöglicht es, Bilder und deren Signaturen zu vergleichen, die nicht zu 100 Prozent übereinstimmen. Ermöglicht wird es durch Berechnung eines »Identity Hash«. Innerhalb einer vorher definierten Toleranz wird keine Sicherheitsfunktion oder Fehlermeldung ausgelöst. Dieser Vergleich kann in bis zu acht verschiedenen Regionen innerhalb des Video Frames erfolgen. Das Phänomen der leicht ungleichen Bildinhalte tritt gerade bei Verwendung des VESA DSC Kompressionsverfahrens auf, obwohl ein solches Verfahren deterministisch arbeitet. Eine Bildregion kann nach der Kompression leichte Variationen aufweisen, sowohl in Abhängigkeit der sich verändernden Nachbarpixel als auch der Blockgrenzen, die diese Bildregion durchlaufen.

Überwachung des Videos durch einen Frame-Zähler

Voraussetzung für diese Funktion ist, dass die Grafikeinheit einen optischen Frame-Zähler in die Austastlücke des Videos einbettet, bevor das Video an den Display Controller gesendet wird. Der Display Controller vergleicht dabei kontinuierlich den Frame-Zähler und löst im Fehlerfall – zum Beispiel bei einem eingefrorenen Video – eine Funktion auf dem Display und der Grafikeinheit aus.

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Beaufsichtigen eines Fensters oder des gesamten Frames – Global oder Local Panic Mode

Auch die integrierten Panic-Modes sind wesentliche Funktionen, denn sie ermöglichen in einem Notfall-Modus die Darstellung von bestimmten Inhalten wie einer visuellen Warnung, entweder bei völligem Signalverlust auf dem
Videolink und entsprechendem Frameverlust (Global) oder innerhalb eines bestimmen Fensters (Local). Diese Funktionen werden mit Hilfe eines Alive-Sender-Signals und eines Watchdogs ermöglicht.

Berechnen der Helligkeit

Die Berechnung der mittleren Helligkeit des vorher definierten Vorder- und Hintergrundes dient der Ermittlung eines unzulässigen Bildes. Im Fall eines anzuzeigenden Alarmsignals muss sichergestellt werden, dass dieses nicht durch einen helleren Hintergrund oder eine Farbe unauffällig wirkt.

Berechnen des Histogramms

Diese Funktion ermöglicht die Erkennung und Unterdrückung von Inhalten, die störend sein könnten. Zu hohe Helligkeitswerte können das Auge des Fahrers blenden oder ablenken. Wichtige Informationen könnten dadurch nicht an den Fahrer übermittelt werden.

Überwachung der Datenkommunikation

Der Display Controller SC1701 ermöglicht eine abgesicherte Kommunikation des ankommenden Datenstroms. Auftretende Übertragungsfehler werden über die sogenannte APIX-3-Automotive-Shell mit einem integrierten zyklischen Redundanz-Check (CRC) und einer Wiederholung der Übertragung begegnet (re-transmit). Zusätzlich stehen Diagnosefunktionen und Selbsttests zur Verfügung, um Kabelbrüche oder Alterung der Kabel und Steckverbindungen zu erkennen, um dann entsprechende Kompensationsroutinen einzuleiten oder rechtzeitig an den Service zu melden.

Systemüberwachung

Zur allgemeinen Systemüberwachung stehen Eigendiagnose-Funktionen sowie Maßnahmen für die Überwachung von Betriebsspannung, Takt-Versorgung, Chip-Temperatur und anderen Parametern zur Verfügung.

Außerdem wird der integrierte Speicher durch erweiterte Schutzmechanismen beaufsichtigt sowie dessen eingebaute Fehlerkorrektur zu Hilfe genommen. Zur Vermeidung von unzulässigen Zugriffen können Register gesperrt (lock/unlock), GPIO-Register bitgenau schreibgeschützt und spezielle Einmalschreibregister verwendet werden. Außerdem lässt sich nach dem Bus-Matrix-Verfahren kontrollieren, welche Funktion auf welchen Speicher oder Peripherie zugreifen darf.

Verschlüsselung nach HDCP

Neben der Videokompression nach dem VESA-DSC-Standard (Video Electronics Standards Associoation – Display Stream Compression) wird für verschiedene Display-Anwendungen, zum Beispiel beim Central Information Display, eine Verschlüsselung des Videostromes notwendig. Videoinhalte müssen in bestimmten Bereichen geschützt werden, sodass der Einsatz von HDCP 1.4 und in Zukunft HDCP 2.3 notwendig wird. Der Display Controller SC1701 ermöglicht die Entschlüsselung eines Videostroms nach HDCP. In diesem Fall wird direkt nach dem Empfang über APIX 3 der Videostrom entschlüsselt und gegebenenfalls dekomprimiert und zur weiteren Verarbeitung weitergereicht.

Konfigurationswerkzeuge

Für die Einrichtung und Konfiguration des Display Controllers SC1701 steht eine PC-basierte Umgebung zur Verfügung. Mit Hilfe der Entwicklungsumgebung Developer Studio Next (Bild 3)werden alle benötigte Sequenzen und Abläufe erstellt und anschließend in den Speicher des Display Controllers übertragen.

Remote Framework

Das Entwerfen einer Remote-Cockpit-Anzeige-Architektur erfordert, dass Software von der Anzeige in die Grafikeinheit migriert wird. Für diese Aufgabe steht eine vollständige Software-Unterstützung zur Verfügung, um sämtliche Anzeigefunktionen und Peripheriegeräte über die APIX-Verbindung zu steuern. Das sogenannte SoC Remote Framework steht für die Entwicklungsphase auf Linux oder Windows PC bereit. Der modulare C-Code ermöglicht eine einfache Portierung auf das eingebettete Zielsystem.

Der Autor

Stefan Drouzas

ist verantwortlich für das Produkt-Management der Automotive SoC und Display Controller im Bereich IoT und Graphics Solutions bei Socionext Europe. Nach seinem Abschluss als Dipl.-Ing. im Jahr 2001 hatte er verschiedene Positionen in der Halbleiter-Industrie als Entwickler und Experte im Technischen Marketing mit Schwerpunkt Video- und Display-Anwendungen.