SyStem-on-Chip-plattform verbindet endgeräte- und automobilteChnik Texas Instruments nutzt die Electronica, um neue Innovationen erstmals dem Publikum zu präsentieren.

Der US-amerikanische Halbleiterhersteller verriet ATZelektronik bereits im Vorfeld der Messe die technischen

Hintergründe eines neuen Cockpit-Konzepts. Hinter einer gekrümmten Scheibe bereitet eine SoC-(System-

on-Chip)-Plattform alle Daten grafisch auf, die ein DLP-Chip dann an die Rückseite projiziert – schärfer

und effizienter als bei herkömmlichen Systemen. Dank der OMAP-Architektur lassen sich auf der Plattform

aktuelle Techniktrends aus der Konsumelektronik schneller integrieren.

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InteraktIves InfotaInment-konzept

Es genügt schon lange nicht mehr, beim Fahren nur auf ein Display zu schauen. Der Informationsbedarf einer vernetzten Mobilität ist derart hoch, dass mittlerweile mehrere Bildschirme genutzt werden müssen. Weil sich die Anforderungen an die Geschwindigkeit der Datenverarbei-tung wie auch die Darstellungsqualität der Informationen an den Bedürfnissen der Kon sumelektronik orientieren, bereiten sie den Automobilentwickler große Sorgen. Zwar könnten sie auf am Markt verfüg-bare Pro zessoren und Speicherbausteine zurückgreifen und damit immer nah am Trend der Konsumelektronik entwickeln. Doch eignen sich diese Halbleiter nur bedingt für den Einsatz im Automobil.

Mit einem interaktiven Infotainment-konzept, ❶, präsentiert der US-ameri-kanische Halbleiterhersteller Texas Instru-ments (TI) jetzt eine Möglichkeit, wie sich die beiden unterschiedlichen In novations-zyklen, die der Konsumwelt und die der Autobranche, in einem System unterbrin-gen lassen. Sie haben dazu eine futuris-tisch anmutende Mittelkonsole entworfen, die gleich zwei wesentliche Entwicklungs-trends der Konsumelektronik umsetzt. Zum einen dient eine gekrümmte licht-durchlässige Scheibe, hinter der mittels der Rückprojektion die Informationen angezeigt werden, als Display. TI nutzt dazu den selbst entwickelten digitalen Bildgebungschip DLP (Digital Light Pro-cessing), ❷.

Auf diesem mikroelektromechanischen Bauelement befindet sich ein rechteckiges Feld mit bis zu zwei Millionen schwenk-bar angeordneten, mikroskopisch kleinen Spiegeln. Diese neigen sich je nach an -gelegter Spannung zur Lichtquelle (An) oder davon weg (Aus). Das als Bitstrom-codierte Bild, das am Halbleiter an liegt, schaltet jeden Spiegel mehrere tausend Mal pro Sekunde ein oder aus. Die Farbe erhält das System über einen Farbfilter, der das Licht in die Teilfarben Rot, Grün und Blau zerlegt.

archItektur der zweI GeschwIndIGkeIten

Den Ingenieuren gelang es mit dem DLP-Verfahren nicht nur, die Darstellungsqua-lität zu verbessern. Die Rückprojektion

erlaubt vor allem das Gestalten von Frei-raumdisplays, die dem Innenraumdesig-ner mehr Freiheitsgrade ermöglicht. Die Rückprojektion hat zudem den Vorteil einer geringeren Stromaufnahme gegen-über herkömmlichen TFT-Bildschirmen. Die Interaktivität, die bei herkömmlichen Displays in der Regel kapazitiv bezie-hungsweise resistiv erfolgt, haben die TI-Entwickler mittels eines optischen Verfahrens gelöst. Ein Infrarotsensor er -kennt die jeweilige Aktion in kürzester Zeit. Die Reaktionszeit unterscheidet sich dabei nicht von denen anderer Verfahren. Sie hängt nämlich im Wesentlichen von der programmierten Software ab.

Um die hohe Verarbeitungs- und Dar-stellungsgeschwindigkeit des gesamten Systems zu gewährleisten, setzt der Halb-leiterhersteller für sein Infotainment-Sys-tem auf leistungsstarke Prozessoren, wie sie unter anderem in anderen Industriebe-reichen zum Einsatz kommen. Zentrales Element ist dabei die OMAP-Prozessor-technik. Es handelt sich dabei um eine SoC-Plattform (System-on-Chip) auf der ein ARM-Prozessor neben weiteren Pro-zessor-Subsystemen, beispielsweise ein DSP (Digitalen Signal Prozessor), ein Image-Signal-Prozessor (ISP) sowie auch ein Hardwarebeschleuniger, untergebracht sind.

❶ Das Infotainment-System von Texas Instruments ist eine Konzeptstudie

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Damit will das Unternehmen die beiden bisher getrennt aufgebauten Funktions-bereiche Konsumwelt und Automobilum-gebung modular vernetzen. Während das OMAP-Modul Funktionen wie Mensch-

Maschine-Schnittstelle, eMail, Internet wie auch andere Medien nah am Trend aktueller Kommunikationssysteme um -setzt, übernimmt die Automotive-Einheit zentrale Funktionen, die nicht dem

schnellen Entwicklungszyklus unterlie-gen. Dazu zählt vor allem die Konnekti-vität (GPS, Most, CAN/LIN). Diese Ar -chitektur für die zentrale Kommunikati-onseinheit (Headunit) ist nötig, um den automobilen Kern von der mit dem Fah-rer interagierenden Mensch-Maschine-Schnittstelle und den Applikationen größ-tenteils zu trennen. Damit laufen die Rechenprozesse von Navigation, Telefo-nieren und Medienwiedergabe sowie die Funktionen für die Darstellung auf dem Display auf einem schneller austausch-baren Applikationsprozessor. Beide Mo -dule sind über eine Firewall miteinander verbunden.

früh GemeInsam entwIcklunGszIele festleGen

Jörg Schambacher, Manager Embedded Processing Automotive EMEA bei Texas Instruments, mahnt allerdings, dass sol-

❸ Blockschaltbild der Infotainment-Einheit; etwa 30 % der Bauteile stammen aus der Unterhaltungselektronik, wurden aber für den Einsatz im Auto modifiziert

❷ Der Bildgebungs-chip DLP (Digital Light Processing) projiziert die farbigen Bilder auf die gekrümmte Scheibe des Displays

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che Systeme erst dann effizient umgesetzt werden können, wenn es eine sehr enge Zusammenarbeit zwischen Automobil- und Halbleiterhersteller gibt und diese zu einem sehr frühen Zeitpunkt – oft schon bei der Definition des Konsumprodukts – stattfindet. Für den Halbleiterhersteller ist dies eine wichtige Strategie. Denn auch wenn die OMAP-Architektur ursprünglich für Anwendungen im Mobilfunksegment entwickelt wurde, künftig will man sich mit der Marke stärker in der Industrieelek-tronik und in der Kraftfahrzeugtechnik engagieren. Laut TI-Chef Rich Tem pleton seien dort langfristig bessere Ge schäfte zu erwarten. Insbesondere vor dem Hinter-grund, dass bei Smartphones und Tablets die Produktzyklen derzeit extrem kurz sind – und Hersteller von Industrieelektro-nik und Automobilzu lieferer sich typi-scherweise längerfristig an Zulieferer binden.

Dass die Autohersteller dabei wesentlich höhere Anforderungen an die Belastbar-keit der Bauteile stellen, ist nur eine der Herausforderungen für die Halbleiterbran-che. Neben der Elektromagnetischen Ver-träglichkeit (EMV) wird vor allem die Funktionssicherheit gegenüber verschiede-nen Temperaturprofile überprüft. Die ein-gebetteten Systeme müssen darüber hin-aus noch weitere Funktionen aufweisen, wie beispielsweise die Diagnosefähigkeit. Der im Infotainment-System, ❸, verbaute Class-D-Verstärker TAS5414B-Q1 verfügt

über eine solche Eigendiagnose, mit der unter anderem ein Kurzschluss ange-schlossener Leitungen erkannt wird. In Varianten für Endverbrauchergeräte ist diese Funktion nicht vorhanden, weil sie nicht benötigt wird.

Doch automobiltaugliche Halbleiter müssen noch weitere zusätzliche Eigen-schaften aufweisen. So sind die Anforde-rungen an die Ausfallsicherheit selbst bei anscheinend noch so trivialen Anwendun-gen besonders hoch. Die Folgen, wenn beispielsweise das rückwärtige Kamerabild eines Einparksystems auch nur für eine kurzen Augenblick auf dem Bildschirm einfriert – weil etwa ein Signal gestört wird – wären dramatisch, wenn in dieser Zeit jemand hinters Auto tritt und der Fah-rer sich nur auf das Videobild verlässt. Die Ausfallsicherheit soll dann künftig über die ASIL-Zertifizierung gewährleistet werden.

Schambacher zählt aber noch weitere Entwicklungsschritte auf, die von beiden Industriebereichen gelöst werden müssen. Neben der Infrastruktur müssen dringend herstellerübergreifende Standards definiert werden. Das gilt insbesondere vor dem Hintergrund, dass Sicherheits- beziehungs-weise Effizienzaspekte die Vernetzung in hohem Tempo vorantreiben werden. Damit spielen Sicherheitsmaßnahmen gegen Attacken von außen eine ebenso große Rolle. Unter allen Umständen muss eine Manipulation an sicherheitskritischen

oder die Nutzung einschränkender Sys-teme gewährleistet sein.

Aus diesem Grund nutzen die Entwick-ler von Texas Instruments zwar die Basis-technik, generieren daraus allerdings einen Spin für den Einsatz im Automobil. Das Ziel ist es, ein Produkt zu entwickeln, welches möglichst vielfältig eingesetzt werden kann. Und auch wenn einige Halbleiter den Automobilvorgaben genü-gen, müssen sie noch qualifiziert werden. Für künftige Fahrzeuggenerationen wie etwa Elektroautomobile erwartet das Unternehmen eine erweiterte Infrastruk-tur. Wesentlich mehr Daten müssen verar-beitet werden. Zudem kommen dreidi-mensionale Navigationssysteme zum Ein-satz, die auch das Höhenprofil darstellen und darüber auch detaillierte Informatio-nen über die Reichweite liefern. Dann werden im Fahrzeug noch mehr Displays verbaut – unter anderem Dualview-Bild-schirme, die getrennt Fahrer und Beifahrer informieren.

Der von Texas Instruments entwickelte OMAP kann bis zu drei Full-HD-Displays ansteuern. In der kommenden Generation werden es sogar noch mehr sein, sagt Schambacher. Zudem wird die Anzeige-frequenz 100 Hz betragen. Wenn dann die Full-HD-Variante mit 200 Hz arbeitet, muss eine Datenrate von mehreren Giga-bits pro Sekunde ver arbeitet werden.

Andreas Burkert

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