Fujitsu - Skalierbare Lösung zur Ansteuerung von Kombiinstrumenten

5/11/2018 Fujitsu - Skalierbare Lösung zur Ansteuerung von Kombiinstrumenten - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/fujitsu-skalierbare-loesung-zur-ansteuerung-von-kombiinstrumenten 1/5

Elektronikelektroniknet.de .

12.2011 Dezember € 9,00

Fachmedium fur Entw icklungen in der Kfz-E lektronik und Telem atik



Inhalt

Tite/thema

T r e n d s im C o c k p itAuch im Cockpit moderner Fahrzeuge halt die Digital isierung Einzug. Groflere und

zugleich hoherwertiqe Displays verdeutlichen dies zunehmend, auch oder gerade

in Hybrid- und Elektrofahrzeugen. Ausqelost wird dieser Trend einerseits durch die

gestiegene Erwartungshaltung der Kunden, die an die Benutzerschnittstel len in

ihren Fahrzeugen ahnllche Anspruche bezuqlich Bedienbarkeit und Oualltat stellen

wie in ihren Mobiltelefonen, andererseits durch die gestiegenen technischen Mog-

l ichkeiten, die die Elektronikindustrie bieten kann.

IE d i t o r i a l

3 D ie.staade Zeit"

IW ir ts c h a f t

6 ESGE l ek tr oni ks y st em - und Log is ti k-GmbH :F r is chkor n ve ra n two rt et

Autornotive-Geschaft

6 I nf in eo n /B omb ar di er : P ar tn er sc ha ft im An tr ie bs be re ie h

6 N e tw o rk o fA u t omo ti ve E x ce ll en ce : In no v at io nswe tt bewe rb l au ft

n oeh bis E nde d es Jah res

6 K ompe te nz ze nt rum f ur L ei stu n gs ko nd en sa to re n: TDK -EPC e ro ff ne t

W erk in M ala ga

8 K urzn ach rich ten

8 AUTOSAR-Zusa tzve re inba rung:u tomot ive -Beschrankung entfallt

8 M a rk ta usb lic k: W a eh stu m b ei MEMS-S en so ren

8 F o rs ch u ng sp ro je kt H o tP ow( on : L ei st un gs el ek tr on ik b is 3 00 °C

1 0 A us bild un g: L eh rg an g s ch afft V ersta nd nis f ur E -F ah rz eu ge

1 0 S tu di en pr ei s D ri ve -E :E le kt rom ob il it at b ra ue ht N a ehw ue hs

1 0 E lek tro mo bilita t: S tro m sch la gt B en zin in H on g K on g

4 Elektronik automotive 12.2011

»22

elektroniknet.



1 1 1 1 Kombiinstrument

(Stepper Motor Controller) aIle Vor-

aussetzungen fur hybride Kombiin-

strumente mit bis zu sechs Zeigern

und mittleren Display-Auflosungen,

Bei den Kombiinstrumenten des

oberen Segments werden die Auflo-

sungen derDisplays grolier; gleichzei-

tig mussen diese mehr und komplexere

Grafiken darsteIlen. Die dafur beno-

tigte Rechenleistung liefern die Cor-

tex-Av-SoCs der Emerald-Familie,

T r e n d s im C o c k p i t

MttIerweilewerden auch irn

Auto Komponenten wie

Anzeigelampen, Zahler und

analoge Zeiger durch Displays erganzt

oder ersetzt und das HMI (Human

Machine Interface) mutiert zu einem

GUI (Graphical User Interface).

Bei den Instrumenten unterscheidet

man zwischen hybriden und frei pro-

grammierbaren (oder auch virtuellen)

Varianten. Hybride Versionen kombi-

nieren Zeiger mit Segmentanzeigen

oder kleineren Displays. Bei den freiprogrammierbaren Kombiinstrumen-

ten (FPK) wird auf analoge Zeiger ver-

zichtet und die Anzeige besteht aus

einem einzigen Display.

GUIs bieten vielfaltige Moglichkei-

ten, Informationen darzusteIlen, von

der digitalen Nachbildung analoger

Instrumenten bis hin zu vollig neuen

Konzepten. Die dargebotenen Infor-

mationen konnen an die Situation an-

gepasst werden und uber die Art des

Designs kann auch ein bestimmtes

Markenbild unterstutzt werden.Zur Beherrschung der Komplex itat

und zur Erzeugung von hochwertigen

Graphiken unter Berucksichtigung


Systemlosungen furdie Ansteuerung von

Kombiinstrumenten

Auch im Cockpit moderner Fahrzeuge

halt die Digitalisierung Einzug. GroBere und

zugleich hoherwertlqe Displays verdeutlichen

dies zunehmend, auch oder gerade in Hybrid-

und Elektrofahrzeugen. Ausqelost wird dieser

Trend einerseits durch die gestiegene Erwar-

tungshaltung der Kunden, die an die Benut-

zerschnittstellen in ihren Fahrzeugen ahn-

liche Anspruche bezuqlich Bedienbarkeit und

Oualitat stellen wie in ihren Mobiltelefonen,

anderersei.ts durch die gestiegenen tech-

nischen Moglichkeiten, die die Elektronik-

industrie bieten kann.

Von Andy von Treuberg und Mathias Brauer

vorl automotiver Qualitat, erlaubten

Kosten und immer kurzeren Entwick-

lungszyklen werden neben dedizierten

Hardware- und Software-Kornponen-

ten auchneue Entwicklungswerkzeuge

erforderlich.

a V a r ia b l e G r a f ik l e i s t u n g

fu r u n t e rs c h i e d li c h e

A n f o r d e r u n g e n

Fujitsu Semiconductor bietet skalier-

bare Losungen aus Hardware, Soft-ware, Entwicklungswerkzeugen und

Dienstleistungen. Basierend auf den

Cortex-Cores von ARM hat Fujitsu

zwei Familien definiert (Bild 1), die

das gesamte Anforderungsspektrum

abdecken und eine durchgangige Kom-

patibilitat untereinander sicherstellen.

Die einzelnen Derivate dieser Famili-

en sind jeweils SoCs mit variabler

Prozessor- und Grafikieistung und un-

terschiedlichem Umfang an integrier-

ten Schnittstellen.

Die Cortex-Rd-Familie (in Bild Iorange dargestellt) bietet mit 1,6

DMIPS /MHz , integriertem Speicher,

notwendigen Schnittstellen und SMC

Calypso

Der MB9EF126 (Calypso) bietet

aIle Funktionen fur Instrumente mit

bis zu sechs Zeigern und TFT-LCDs

mittlerer Auflosung (Bild 2). Der

Cortex-Rd-Kern mit 160MHz, kom-

biniert mit 2 Mbyte eingebettetem

Flash-Speicher und 208 Kbyte RAM,

bietet genugend Leistung, aile vorhan-

denen Ressourcen zu betreiben und

zusatzlich - falls notig - noch Grafik-

aufgaben abzuarbeiten. Erganzend

dienen 64 Kbyte Flash-Speicher zurEEPROM-Emulation. Externer Flash-

Speicher kann via "High Speed Quad

SPI" angebunden werden.

elektroniknet.de



Neben den genannten SMC-Modu-

len bietet Calypso weitere im Cluster

benotigte Funktionen: einen Klangge-

nerator fur einfache Tone, zwei FS-

Schnittstellen z.B. zur Ausgabe von

komplexeren Tonen uber externe Mo-dule, eine Real-Time-Clock, die selbst-

standig eine Kalibrierung ihres Taktes

gegen denHaupttakt vornehmen kann,

PWM-Schnittstellen zur Ansteuerung

vonAnzeigeleuchten sowie lO-bit-A/D-

Wandler-Eingange zum Uberwachen

vonAnalogsignalen. Diese A/D-Wand-

Ier-Eingange mit ihren Bereichskom-

paratoren und Filtern sind ein Beispiel

fur dieMaf3nahmen,die getroffen wur-

den, um den CPU-Kern zu entlasten.

DiesesModul kann ohne CPU-Interak-

tion eigenstandig Pulse einer bestimm-ten Lange in einem bestimmten Werte-

bereich detektieren.

Zur Kommunikation mit anderen

Steuergeraten tiber die Fahrzeugbus-

systeme sind bis zu drei CAN-Schnitt-

stellen, LIN, SPI,FC und 10/100-Mbit i

s-Ethernet vorhanden.

Calypso unterstutzt alle AUTO-

SAR Scalability Classes: Es gibt eine

zwolfkanalige MPU (Memory Protec-

tion Unit) und ein dediziertes Timing

Protection Module (TPU) mit bis zu

acht Tirner-Kanalen.

Das im Calypso verwendete 2D-

Grafikmodul Iris wurde zur Beschleu-

nigung von 2D-Grafikoperationen wie

Rotieren, Skalieren, Blenden entwi-

ckelt. Iris enthalt einen Command Se-

quencer, der es erlaubt, unabhangig

von der CPU vorprogrammierte Korn-

mandofolgen abzuarbeiten; die Pixel

Engine zur Ausfuhrung del' genannten

Grafikaufgaben,2 Mbyte Grafikspei-

cher, eine eigene HS-SPI-Schnittstelle

sowie ein Display-Ausgang - wahl-

weise TTL oder RSDS - bei Bedarf

mit Timing Controller (TCON). Dithe-

ring und Gamma Correction werden

eingesetzt zur qualitativen Verbesse-

rung del' ausgegebenen Grafik,

Die Signature Unit dient der funkti-

onalen Sicherheit - die Signatur einer

iibertragenen Grafik kann mit einer

vorher berechneten Signatur verglichen

werden. Dies ist ein Hilfsmittel, urn

z.B. fur die Ganganzeige die notige Si-

cherheitsstufe (ASIL B) zu erreichen.

Iris ist dafur optimiert, mit rnog-

lichst wenig Speicher auszukommen,

mehrere Schritte wie Ausschnitte be-

rechnen, Rotieren, Skalieren und Blen-

den konnen ohne Zwischenspeicherung

e l e k t r o n i k n e t . d e

Kombiinstrument 1111Entwicklung + Test

( U lt ra ) L o w H P r e m i u mt a n d a r d H H Hi d H ig h

S c h rit tm o t o ra n s te u e ru n g S c h ri t tm o t or an s te u e ru n g

1 - 6 a n a lo g e A n ze ig e n 2 - 6 a n a lo g e A n z e ig e n

S t a n d a r d - S y s t e m a r c h i t e k t u r

O p t io n a le A P I X - E rw e i te r u n g

S c h r i t t m o t o r a n s t e u e r u n g

2 - 4 a n a lo g e A n z e ig e n


0 - 4 a n a lo g e A n ze ig e n


o a n a lo g e A n z e ig e n

L0 v e r f U g b a r 0 ; i r d g e r a d e e n tw ic ke lt C :: ~ W ir d g e r a d e s pe z i f i z ie rt

I B il d 1 . llberblkk i i b e r d ie F u ji t s u - Sa C s z u r A n s te u e ru n g v o n K o m b i i n s t ru m e n t en .

erfolgen, run-Iength-dekodierte Bit-

maps werden unterstutzt und mogliche

Pixel-Formate (1,2, 4, 8, 16,24,32 bpp)

sind im Speicher gepackt abgelegt.

Der von Fujitsu angebotene Iris-

Treiber bietet weitere Funktionen, wie

z.B, das Zeichnen von anti-aJiased

Linien oder das Erzeugen von gefull-

ten Rechtecken.

E m e r a l d

Der SoCMB86R12 (Emerald-P)wurde

gezielt fur die Steuerung von High-

End-Kombiinstrumenten entwickelt

(Bild 3). Emerald-P wird

meistens als Hauptbestandteil

einer kompletten Fujitsu-Clus-

ter-Losung mit anderen Fujit-

su-Chips wie demMB9DF126

(Atlas) und dem MB88F333

(Indigo-L) eingesetzt.

In einem Cluster der High-

End-Klasse ist der Emerald-P

fur die komplette grafische

Bearbeitung zustandig und

damit fur den rechenintensi-

veren Teil einer Applikation.

Der SoC besteht aus einem

ARM-Cortex-A9-Kern, einer

ARM-Neon-SIMD-Engine

(Single Instruction, Multiple

Data), einer 3D-Graphics-

Engine (Arges) von Fujitsu,

der Fujitsu-2D-Engine Iris

sowie einem Image-Prozessor

zur Bildoptimierung. Vier Video-Cap-

ture-Einheiten (fur RGB888- und

ITU601/656-Datenstrome), drei unab-

hangige Display-Controller sowie

Schnittstellen fur die gangigsten Au-

tomotive-Anwendungen (z.B. CAN,

MediaLB, LIN, PWM) komplettieren

die Bausteinfunktionen.

Das markanteste Merkrnal des

Emerald-P istFujitsus erste Implemen-

tierung del' APIX-2.0-Schnittstelle

(Automotive Pixel Link) von Inova Se-

miconductors. Diese serielle Hochge-

schwindigkeitsschnittstelle bietet eine

konstante Datenubertragungsrate bis

I U O C 2 c h I I I S o u r c e - ~ I k -I I 3 2 x e x t . ~ 1 8 -C h -D M A I. . I I I ti rn e r 4 c h I I IR Q fN M I ~

S t d . - I / O - IR e l o c a t i o n

F l a s h

2 M b y te

+6 4 K b y te

IR A M

1 9 2 K b y t e

+1 6 K b y te

1 I f 0 8 1 : ~ e r III W a t c h d o g JI:II P l l s r:;;;::]I R e l o a d - T t i m e r ! Il C S V ~ lS S C G P l l ~

I 1 0 c h I

IR T C III B oo t - R O M I I D -C a c he 1

A u t o c a l i b r . II 8 Kb y t e A R M C o r t e x R 4 1 6 K b y t e

II 1 6 0 M H z I

IS o u n d I O C D (H A G ) I - C a c h e

~.==~ T r a c e 8 f 3 2 b i t l 1 6 K b y t e

1 2 4 x P W M 1

I I C O N I1 6 { S M C l Z P D 1 D i s p l a y

C t r !

R G B

i x e l E n g i n e

I R I S S O

I C m d S e q u ·1

2 M b y te

V R A M ID i t h e r i n g IG a m m a

I S i g . U n i t I

1 1 I 2 X 12

5

~ I= 3 X = C A = N~ I 1

1 1 2 X H S -S P I 1 1 3 x S P I 1 1 ~ 1 : : : : : : X I : : : : : : 2 C ~ 1 1

I 1 E th e r n e t 1 1 2 x l IN -U S A R T I 1 1

I B i l d 2 . B lo ck -D i a gr a m m d es C a ly p s o.

Elektronik automotive 12.2011 23



q Q x P W M A R M C o rt ex A 9

1 2 x A I D - W a n d l e r , l r D A

I T r a n s p o rt S t re a m 3 2 K b y te

V i d e o C a p t u re

Gi s p l a y - C o n t r o l l e r ,

1 .4 40 x 5 4 0 P ix e l, R G B / R S D S ,A P I X 2 . 0 3 D -E n g in e A rg e s , A P IX 2 .0

O p e n G L E S 2 . 0

I m a g e D i t h e r i n g D i s p l a y - C o n t r o l l e r ,P r o c e s s o r G a m m a R G B , A P I X 2 . 0

2 D - E n g in e I ri s D i s p l a y - C o n t r o l l e r ,

S I G - E i n h e i t R G B , A P I X 2 . 0

Entwicklung + Test 1111ombiinstrume nt

ler, dem Emerald-P und

anderen Grafik-Control-

lern.

Der Emerald-P-Star-

ter-Kit arbeitet zudem mit

einer Multi-Layer-Tech-nik - bis Zll acht Layer

pro Display-Controller

sind realisierbar -, die es

ermoglicht, parallel ver-

schiedene Frame-Rate-

Frequenzen fur unter-

schiedliche Layer zu be-

nutzen. Das bewahrt sich

besonders in FPKs, weil

die abgebildeten Zeiger

z.B. mit 60 Hz dargestellt

werden mussen, wahrend

die Informationsbereichemit viel niedrigeren

Frame-Raten realisiert

werden konnen, Die Lay-

er-Technik hilft so dabei Rechenleis-

tung einzusparen, weil nur Teilbereiche

neu gerendert werden miissen.

Zur Austattung des Emerald-P ge-

horen, neben der Schnittstelle fur ex-

terne DDR2-800- oder DDR3-1066-

Speicherbausteine, weitere Funktions-

einheiten wie eine Signature Unit und

ein TCON (um die max. Flexibilitat

beim Anschluss von Displays zu er-moglichen). Eine eingebaute Ethernet-

Schnittstelle bietet Datentransferraten

von 10110011000 Mbit/s und findet

ebenso Anwendung in kiinftigen .

Cockpits wie die Transport-Stream-

Schnittstelle, die zwei eingehende se-

rielle Datenstrorne oder einen paralle-

len Datenstrom demultiplexen und im

Speicher ablegen kann.

Das Emerald-P-Starter-Kit stellt

eine flexible Entwicklungsplattform

dar, die in Kombination mit dem von

Fujitsu Semiconductor Embedded So-

lutions Austria GmbH (FEAT) entwi-

ckelten "CGI Studio"-Software-Paket

sowie einigen anderen Entwicklungs-

und Debugging-Werkzeugen den Ent-

wickler in die Lage versetzen, schnell

und prazise robuste HMIIGUI-Appli-

kationen zu erstellen und zu testen.

8 x e x t .

IR Q

E t h e r n e t I I LI N" M ed ia L B M O S T 25 / 5 0 I I

I B i l d 3 . B lo ck -D ia gr a m m d es E m e ra ld .

zu 3.000 Mbit/s imDownstream sowie

eine Upstream-Datenrate von bis zu

187,5 Mbit/s und errnoglicht so eine

robuste Anbindung von hochauflosen-

den Kameras und Display-Einheiten.

Einer der Video-Capture-Kanale er-

moglicht zusatzlich die Videoubertra-

gung von Daten iiber APIX 2.0.

Eine erste Anwendung des Eme-

rald-P zeigte Fujitsu mit seinem ,,360°Wrap Around View"-System, das eine

einstellbare Rundumsicht um ein Fahr-

zeug ermoglicht. Der mit 533 MHz

getaktete ARM-Cortex-A9-Kern des

Emerald-P ermoglicht es, dieVideoda-

tenstrome inEchtzeit aufzunehmen, zu

verarbeiten sowie nahtlos aneinander

zu fiigen. Im Kombiinstrument spielt

APIX 2.0 eine wichtige Rolle bei der

schnellen und zuverlassigen Kommu-

nikation zwischen demMikrocontrol-

I B i l d 4 . G U I -G e st a lt u ng m i t H i l f e d es W e rk ze ug s C G IS tu d i o .


a E n t w i c k l u n g s w e r k z e u g

f u r H M I /G U I - A p p l ik a t io n e n

Gemeinsam mit der Entwicklung der

Controller entstand bei FEAT mit

dem CGI Studio das erste Authoring-

Werkzeug fur 3D- und 2D-GUIs

(Bild 4).

Diese PC-basierte Entwicklungs-

umgebung deckt die Entwicklungs-

schritte einer kompletten Automotive-

Applikation ab, yom Import des Art-

works bis hin zur leichten Implemen-

tierung von Funktionen (CGI StudioScene Composer) und der anschlie13en-

den Verifikation auf dem Host-Rech-

ner (mit dem CGI Studio Player).

Vorgefertigte 3D-Modelle lassen

sich leicht in die Applikation integrie-

ren. Mit dem Scene Composer konnen

anschlie13endDynamik und Animati-

on programmiert und getestet werden.

Auf der Zie1-Hardware ubergibt die

Candera Engine die fur das generierte

GUI benotigten Grafikbefehle an da-

runterliegende Software-Schichten.

CGI Studio unterstutzt durchgangigdie integrierten GPUs aller oben ge-

nannten SoCs mit 2D-oder 3D-Grafik

und beinhaltet die Candera-2D- und

Candera-3D-Engines, wobei letztere

aile OpenGL-2.0-ES-Funktionen un-

terstutzt, Ebenfalls unterstiitzt werden

ein Asset-Management, eine strikte

Trennung von HMIIGUI-Daten und

-Source-Code, Licht- undKamerakon-

figuration sowie Echtzeit-Szenenvisu-

alisierungen. sj

M a t h ia s B r a u e r

i s t D i r ec to r A u to m o t iv e b e i d e r F u ji t s u S e m i -

c on d uc to r E u ro p e G m b H .

A n d y v o n T r e u b e r g

i s t S e n io r A p p lic a tio n s E n g in e e r im G r a ph ic s

C o m p e n te n c e C e n te r d e r F u ji t su S e m i c o n d uc -

to r E u ro p e G m b H .

e l e k t r o n i k n e t . de

Fujitsu - Skalierbare Lösung zur Ansteuerung von Kombiinstrumenten

Documents

Transcript of Fujitsu - Skalierbare Lösung zur Ansteuerung von Kombiinstrumenten