Evolution automobiler Fahrer- Informationssysteme
Vom Tacho zum Fahrer-Informationssystem
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Literatur
[1] Homepage von Fujitsu Microelectronics Europe: http://emea.fujitsu.com/
microelectronics
[2] Mierse, M.:Doppelter Durchblick. „Carmine“ – der Dual-Grafikcontroller für Embedded Anwendungen. Elektronik 2006, H. 2, S. 40ff.
[3] Müller, M.:Arbeitspferd für den industriellen Grafik-Alltag. Elektronik 2006, H. 21, S. 44ff.
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 | Dipl.-Inf. Matthias Bräuer arbeitet in der Business-Unit Automotive and Industrial bei Fujitsu Microelectronics Europe GmbH in Langen als Senior Manager Automotive Marketing. Er studierte an der Universität Dortmund Informatik. Seinen beruflichen Werdegang begann er bei Philips Semiconductors. Dort war er zwölf Jahre in der ASIC-Entwicklung tätig. Seit zehn Jahren ist er bei Fujitsu beschäftigt, derzeit verantwortlich für die Entwicklung von 32-bit-Microcontrollern und für das Marketing von Fujitsu Automotive- Microcontrollern in Europa. microcontroller_info@fme.fujitsu.com |
 | Dipl.-Ing. Oliver Glenz ist bei Fujitsu Microelectronics Europe im Kunden- Support 32/16 bit MCU Hardware/Software Next-Generation-Applikationen tätig. Er studierte Elektrotechnik an der FH Darmstadt. Seit 2005 ist er im Bereich Mikrocontroller Applikation bei Fujitsu. |
 | Dipl.-Wirtsch. Ing. Vitor Ribeiro ist bei Fujitsu Microrelectronics Europe als Senior Produkt Marketing Engineer für Automotive Mikrocontroller tätig. Nach seinem Studium der Nachrichtentechnik absolvierte er erfolgreich ein Studium zum Wirtschafts-Ingenieur im Bereich Absatzwirtschaft und Marketing. Zu seinen beruflichen Stationen zählen neben der Entwicklung elektronischer Baugruppen auch die Applikationsunterstützung und das Marketing bei führenden Distributoren und Halbleiterherstellern. |
Auf der Demonstrations-Plattform für virtuelle Armaturenbretter sind die grundsätzlichen Möglichkeiten und Funktionen der beschriebenen Kombination des Mikrocontrollers MB91F467D und des MB86276-Grafikcontrollers bereits exemplarisch realisiert (Bild 4 und Bild 5). Konkret umgesetzt sind neben einem virtuellen Armaturenbrett, die Darstellung der Videobilder einer Rückfahrkamera oder eines Fahrerassistenzsystems sowie eine Kurzanleitung zur Bedienung von Radio, Sitzverstellung, Klimaanlage oder weiteren Komfortfunktionen. Vorstellbar ist auch die komplette Digitalisierung der Betriebsanleitung für alle Fahrzeugfunktionen. Auf Grund der dann anfallenden Datenmengen bietet sich die Komprimierung der Bilddaten mit einem bekannten Kompressionsverfahren an. Im konkreten Fall wird die Möglichkeit der Speicherung im JPEGFormat als effiziente Methode zur schonenden Nutzung des internen und externen Flash-Speichers gezeigt.
Für alle erhältlichen Mikro- und Grafikcontroller stehen Hard- und Software-Entwicklungswerkzeuge zur Verfügung wie Starterkits für die unterschiedlichen Derivate, HW-Emulationssysteme, Compiler und eine komfortable Entwicklungsumgebung. Diese können von Fujitsu direkt oder von einem Distributor bezogen werden. Die Software-Entwicklungstools lassen sich nach einer einfachen Registrierung kostenfrei nutzen. Ein breites Angebot an Soft- und Hardware-Tools von Drittanbietern rundet das Entwicklungspaket ab.
Die Fahrer-Informationssysteme der Kategorien 1 bis 5 können in leicht abgewandelter Form selbstverständlich auch im industriellen Umfeld und in der Medizintechnik genutzt werden. Vorstellbar ist z.B. eine universelle Display-Einheit, die über eine der vom MB91F467D zur Verfügung gestellten Kommunikationsschnittstellen (CAN, RS232, I2C, SPI) einfach in ein bestehendes System integriert wird. Der Mikrocontroller übernimmt hierbei die Datenverarbeitung und Steuerung des Grafikcontrollers und kann zusätzlich die Verarbeitung von Eingabegeräten wie Tastatur oder Touchscreens übernehmen.
Die Evolution vom zuvor beschriebenen hybriden, also elektromechanischen Ansatz, zum rein virtuellen Armaturenbrett (Bild 3, Kategorie 5), also zu einem Display, auf dem gegebenenfalls auch die Rundinstrumente grafisch dargestellt werden können, ermöglicht es, eine Vielzahl schnell anpassbarer Design-Varianten mit einem Maximum an Informationsdarstellung zu kombinieren. Eine von Fujitsu entwickelte Evaluierungsplattform für virtuelle Anzeigeeinheiten demonstriert die Umsetzung auf Basis einer Kombination von Mikro- und Grafikcontroller aus dem eigenen Hause. Der eingesetzte Mikrocontroller ist der bereits beschriebene MB91F467D in Verbindung mit dem Grafikcontroller MB86276, der die Darstellung und Umsetzung des digitalen und vollständig virtuellen Armaturenbretts übernimmt. Diese Lösung verzichtet gänzlich auf bewegliche Bauteile wie Schrittmotoren und ersetzt darüber hinaus LEDs als Anzeige und Beleuchtungselemente.
Die Verbindung des MB91F467D mit dem MB86276 wird über ein paralleles 32 bit breites Bus-Interface realisiert, das beispielsweise auch für den Anschluss des Bildspeichers genutzt werden kann. Überschreitet die Menge der anzuzeigenden Bilddaten die Kapazität des internen Mikrocontroller-Flash-Speichers, so können diese alternativ auch in einem externen Flash-Speicher abgelegt und bei Bedarf vom Mikrocontroller an den Grafikcontroller gesendet werden. Diese Variante gewährleistet schnelle Updates der Bilddaten zur Laufzeit, um Änderungen im Grafikdesign einzupflegen und umgehend auf Kundenwünsche reagieren zu können.
Für kostenoptimierte Systeme steht auch eine serielle I2C-Anbindung zur Verfügung, die ebenfalls eine vollständige Steuerung des Grafikcontrollers ermöglicht. Dies geht selbstverständlich zu Lasten der maximalen Bandbreite. Zur Programmierung und Steuerung des Grafikcontrollers stellt Fujitsu eine optimierte Grafikbibliothek zur Verfügung, die den gesamten Funktionsumfang des MB86276 in einer komfortablen Grafik-API zugänglich macht.
Der MB86276 als 2D-Grafikcontroller integriert mehrere Hardwarebeschleuniger und bietet Alpha-Blending (Transparenzsteuerung), Anti-Aliasing und Chroma-Keying. Nutznießer ist der Mikrocontroller, der von komplizierten und rechenintensiven Grafikberechnungen entlastet wird. Mit einer maximalen Auflösung von 1280 × 768 Pixeln, Unterstützung für zwei separate Anzeigeinstrumente und einem flexiblen Display-Timing lassen sich die unterschiedlichsten, marktgängigen Displays anschließen und ansteuern. Sechs Grafikebenen (Layer) und eine „Alphaplane“ bieten die Möglichkeit, Überblendungen zwischen den einzelnen Bildebenen und die Erzeugung von Animationen effizient vorzunehmen. Eine integrierte Videoschnittstelle mit nachträglicher Bildskalierung ermöglicht die Erfassung und Darstellung von Videobildern aus unterschiedlichsten Quellen.
Bei den PPGs handelt es sich um PWM-Einheiten, bei denen jeder Kanal mit einem eigenen Timer, einem Periodendauer- und einem Pulsbreiten- Register ausgerüstet ist. Jeder PWM-Ausgang lässt sich so mit individueller Periodendauer und Pulsbreite betreiben. Für die weitere Betrachtung ist die externe Busschnittstelle von Bedeutung, da sich hier eine einfache Möglichkeit zur Anbindung externer Speicher wie SDRAM, SRAM oder Flash eröffnet. Aber auch Erweiterungen der Peripherie wie die Ansteuerung eines FlexRay- oder Grafikcontrollers sind schnell und einfach realisierbar. Wem der MB91F467D mit seinen 208 Pins zu groß und der Funktionsumfang zu mächtig erscheint, kann auf den „kleinen Bruder“ zurückgreifen. Mit dem MB91F467C steht ein funktionskompatibler Baustein im 144-Pin- Gehäuse bereit.
Die Mitglieder der MB91460-Familie gibt es in vielfältigen Varianten bezüglich Funktionsumfang und Speicherausstattung. Die Entwicklungsarbeit mit diesen Bausteinen erleichtert ein umfassendes Eco-System von Drittanbietern, die Treiber-Unterstützung der wichtigsten Betriebssysteme wie OSEK und Autosar ist dabei genauso selbstverständlich wie die Bereitstellung proprietärer Treiber für die wichtigsten Kfz-Hersteller. Sowohl das Autosar-OS als auch die benötigte MCAL-Schicht stehen für die wichtigsten Vertreter der MB91460-Familie bereits heute zur Verfügung und sukzessive werden weitere existierende aber auch neu entwickelte Varianten portiert.
Auch bei den elektromechanischen Armaturenbrettern blieb die Entwicklung nicht stehen und die Automobilhersteller tragen dem Wunsch des Fahrers Rechnung, mehr Informationen leichter und schneller erfassbar zur Verfügung gestellt zu bekommen. Dies führte fast zwangsläufig zur Kombination elektromechanischer Armaturenbretter mit anfangs kleinen monochromen Punktmatrix-LC-Anzeigen (Bild 3, Kategorie 2). Für den Fahrer bedeutete dies im Wesentlichen ein Plus an Sicherheit, können doch nun Fehlermeldungen und Betriebsdaten des Bordcomputers zentral angezeigt werden. Durch die Einführung grafischer LC-Anzeigen wird die Bedienung des Autoradios unterstützt, zudem eröffnet es die Möglichkeit Piktogramme und auch Richtungspfeile des Navigationssystems leicht lesbar im Sichtfeld des Fahrers anzuzeigen (Bild 3, Kategorie 3, 4a und 4b). Diese Kombi-Instrumente sind heute weitestgehend Standard und der Einsatz von farbigen TFT-Displays führt zu einem häufigeren Einsatz von Mikround speziellen Grafikcontrollern. Hier gibt es eine klassische Arbeitsteilung, wobei z.B. der MB91F467D nicht nur die komplette Steuerung des Kombi- Instrumentes übernimmt, sondern auch die Initialisierung und Ansteuerung des Grafikcontrollers (z.B. MB86276 „Lime“ von Fujitsu) bewerkstelligt. Die Anbindung des „Lime“ kann sowohl parallel als auch seriell erfolgen. Entscheidend ist einerseits die geforderte Verarbeitungsleistung und andererseits die Menge der zu verarbeitenden Daten oder die Vielfalt der grafischen Elemente und deren Bewegungsdynamik.
- Vom Tacho zum Fahrer-Informationssystem
- Literatur
