RU224225U1 - Multifunction Display Processor with Architectural Attenuation - Google Patents

Multifunction Display Processor with Architectural Attenuation Download PDF

Info

Publication number
RU224225U1
RU224225U1 RU2023120853U RU2023120853U RU224225U1 RU 224225 U1 RU224225 U1 RU 224225U1 RU 2023120853 U RU2023120853 U RU 2023120853U RU 2023120853 U RU2023120853 U RU 2023120853U RU 224225 U1 RU224225 U1 RU 224225U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
processor
data
central processor
architectural
attenuation
Prior art date
Application number
RU2023120853U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Анатольевич Разумов
Александр Борисович Виноградов
Сергей Витальевич Черкашин
Дмитрий Владимирович Харькин
Алексей Владимирович Клипка
Original Assignee
Акционерное общество "Ульяновское конструкторское бюро приборостроения" (АО "УКБП")
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Ульяновское конструкторское бюро приборостроения" (АО "УКБП") filed Critical Акционерное общество "Ульяновское конструкторское бюро приборостроения" (АО "УКБП")
Application granted granted Critical
Publication of RU224225U1 publication Critical patent/RU224225U1/en

Links

Abstract

Полезная модель относится к вычислительной технике, а именно к процессорным модулям для многофункциональных дисплеев с реализацией архитектурного ослабления (далее процессорный модуль), с возможностью выявления аномального поведения COTS компонентов многофункционального дисплея, при применении графического процессора на базе COTS, и может быть использована в областях, предъявляющих повышенные требования к безопасности, например, в авиации. The utility model relates to computing technology, namely to processor modules for multifunction displays with the implementation of architectural attenuation (hereinafter referred to as the processor module), with the ability to detect anomalous behavior of COTS components of a multifunction display when using a COTS-based GPU, and can be used in areas with increased safety requirements, for example, in aviation.

Description

Полезная модель относится к вычислительной технике, а именно к процессорным модулям для многофункциональных дисплеев с реализацией архитектурного ослабления (далее процессорный модуль), обеспечивающих обработку входной информации, генерацию и выдачу выходной информации и формирование и выдачу изображения в многофункциональных дисплеях, и может быть использована в областях, предъявляющих повышенные требования к безопасности, например, в авиации.The utility model relates to computer technology, namely to processor modules for multifunctional displays with the implementation of architectural attenuation (hereinafter referred to as the processor module), providing processing of input information, generating and issuing output information and generating and issuing images in multifunctional displays, and can be used in the areas that impose increased safety requirements, for example, in aviation.

Многофункциональные дисплеи - это многорежимные устройства отображения различной графической и теле-информации выдаваемой внешними устройствами, системами и датчиками. В большинстве современных многофункциональных дисплеях применяются серийные коммерческие центральные и графические процессоры (COTS) в составе процессорных модулей.Multifunctional displays are multi-mode devices for displaying various graphic and television information produced by external devices, systems and sensors. Most modern multifunction displays use commercial off-the-shelf (COTS) CPUs and GPUs in the processor modules.

COTS - Commercial-Off-The-Shelf (готовый коммерческий компонент). В настоящем документе - сложный цифровой компонент (процессор, графический контроллер и т.д.).COTS - Commercial-Off-The-Shelf (commercial ready component). In this document, a complex digital component (processor, graphics controller, etc.).

Несмотря на то, что аппаратная часть центральных и графических процессоров имеет требуемый уровень надежности, указанные COTS имеют настолько сложную структуру, что невозможно промоделировать или проверить все возможные состояния в статической или динамической работе на предмет ошибок, допущенных при разработке и изготовлении, поэтому существует вероятность проявления их аномального поведения. Кроме этого, центральные или графические процессоры могут содержать различные программные микрокоды, которые, при определенных входных данных, также могут проявить аномальное поведение, способное привести к отображению на экране дисплея недостоверной информации.Although the hardware of CPUs and GPUs has the required level of reliability, these COTS have such a complex structure that it is impossible to simulate or check all possible states in static or dynamic operation for errors made during design and manufacturing, so there is a possibility of occurrence of their abnormal behavior. In addition, CPUs or GPUs may contain various microcodes that, given certain inputs, may also exhibit anomalous behavior that may result in incorrect information being displayed on the display screen.

Ситуация, при которой потребителю выдается недостоверная информация не может быть выявлена оператором самостоятельно, что может привести к катастрофическим последствиям, поэтому существует ряд нормативных документов, например руководство по гарантии конструирования бортовой аппаратуры КТ-254 [1], которые требуют обязательную реализацию ослабления сложных и сверхсложных COTS при разработке изделий, для которых требуется высокий уровень безопасности.A situation in which unreliable information is provided to the consumer cannot be identified by the operator independently, which can lead to catastrophic consequences, therefore there are a number of regulatory documents, for example, a guide to guaranteeing the design of on-board equipment KT-254 [1], which require the mandatory implementation of the weakening of complex and highly complex COTS when developing products that require a high level of safety.

Для повышения безопасности дисплеев создаются резервные схемы, обеспечивающие архитектурное ослабление, которые задействуются для контроля функционирования основной схемы.To improve display security, redundant circuitry is created to provide architectural attenuation and is used to monitor the operation of the primary circuitry.

Известна архитектура процессорного модуля для многофункциональных дисплеев, описанная в патенте Российской Федерации RU 215288 U1 от 07.12.2022 г., МПК G06T 1/00 (2006.01), принятая за прототип. Данная архитектура содержит в себе два канала обработки основного и реализованного на ПЛИС контрольного канала. Основной канал обеспечивает прием данных, необходимые вычисления, формирование изображения и вывод его на экран. С целью выявления аномального поведения центрального процессора в контрольный канал и в центральный процессор передается копия входных данных. Копия входных данных обрабатывается в центральном процессоре по известным алгоритмам. Контрольный канал проводит ту же последовательность операций с копией входных данных, что и центральный процессор. Результат вычислений сравнивается в контрольном канале. По результатам сравнения выдается результирующий сигнал во внешнее оборудование.The architecture of the processor module for multifunctional displays is known, described in the Russian Federation patent RU 215288 U1 dated December 7, 2022, IPC G06T 1/00 (2006.01), adopted as a prototype. This architecture contains two processing channels for the main channel and a control channel implemented on the FPGA. The main channel provides data reception, necessary calculations, image formation and display. In order to detect abnormal behavior of the central processor, a copy of the input data is transmitted to the control channel and to the central processor. A copy of the input data is processed in the central processor using known algorithms. The control channel carries out the same sequence of operations on a copy of the input data as the central processor. The calculation result is compared in the control channel. Based on the comparison results, the resulting signal is output to external equipment.

Недостатками этого устройства является невозможность выявления аномального поведения всего вычислительного тракта, а также ограниченная функциональность, вызванная узконаправленностью графического процессора на базе ПЛИС (Программируемая логическая интегральная схема).The disadvantages of this device are the inability to detect anomalous behavior of the entire computing path, as well as limited functionality caused by the narrow focus of the FPGA (Programmable Logic Integrated Circuit) GPU.

Задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является выявление аномального поведения COTS многофункционального дисплея, при применении графического процессора на базе COTS.The problem that this utility model aims to solve is to identify the anomalous behavior of a COTS multifunction display when using a COTS-based GPU.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей процессорного модуля с архитектурным ослаблением.The technical result consists in expanding the functionality of a processor module with architectural weakening.

Указанный технический результат достигается за счет того, что процессорный модуль для многофункциональных дисплеев с реализацией архитектурного ослабления, содержит центральный процессор, связанный двунаправленными шинами обмена с узлом приема данных, ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) и графическим процессором, графический процессор, соединенный с видео ОЗУ посредством двунаправленной шины обмена, а также узел выдачи данных, соединенный двунаправленной шиной обмена с центральным процессором, причем процессорный модуль содержит дисплейный контроллер, соединенный графическим интерфейсом с графическим процессором и узел контроля данных, соединенный двунаправленной шиной обмена с узлом приема данных и центральным процессором, графическим интерфейсом с дисплейным контроллером, а посредством цифрового интерфейса с узлом выдачи данных, при этом дисплейный контроллер выполнен на базе ПЛИС, а узел контроля на базе программируемой логической интегральной схемы или процессоре с архитектурой отличной от архитектуры центрального процессора.The specified technical result is achieved due to the fact that the processor module for multifunctional displays with the implementation of architectural attenuation contains a central processor connected by bidirectional exchange buses with a data receiving node, RAM (random access memory) and a graphics processor, a graphics processor connected to video RAM via bidirectional exchange bus, as well as a data output node connected by a bidirectional exchange bus to the central processor, wherein the processor module contains a display controller connected by a graphical interface to the graphics processor and a data control node connected by a bidirectional exchange bus to the data receiving node and the central processor, graphical interface with a display controller, and through a digital interface with a data output unit, while the display controller is based on an FPGA, and the control unit is based on a programmable logic integrated circuit or a processor with an architecture different from the architecture of the central processor.

С помощью метода архитектурного ослабления [1], направленного на выявление указанного аномального поведения COTS центрального процессора, графического процессора, ОЗУ и видео ОЗУ, в состав процессорного модуля введен избыточный, независимый от основного вычислительного процесса узел контроля на базе ПЛИС или имеющего отличающуюся архитектуру процессора, который повышает возможность выявления аномального поведения COTS.Using the method of architectural attenuation [1], aimed at identifying the specified anomalous behavior of the COTS of the central processor, graphics processor, RAM and video RAM, a redundant control node, independent of the main computing process, based on an FPGA or having a different processor architecture, was introduced into the processor module. which increases the ability to detect anomalous COTS behavior.

На фиг. 1 представлена блок-схема заявленного процессорного модуля для многофункциональных дисплеев, где:In fig. 1 shows a block diagram of the claimed processor module for multifunction displays, where:

1 - процессорный модуль;1 - processor module;

2 - узел приема данных;2 - data receiving unit;

3 - центральный процессор;3 - central processor;

4 - оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);4 - random access memory (RAM);

5 - видео ОЗУ;5 - video RAM;

6 - графический процессор;6 - graphics processor;

7 - дисплейный контроллер на базе ПЛИС;7 - FPGA-based display controller;

8 - узел контроля данных на базе ПЛИС или имеющего отличающуюся архитектуру процессора;8 - data control unit based on FPGA or having a different processor architecture;

9 - узел выдачи данных;9 - data output unit;

10 - устройство отображение данных;10 - data display device;

11 - внешнее оборудование.11 - external equipment.

Процессорный модуль 1 содержит узел приема данных 2, посредством цифровых интерфейсов соединенный с внешним оборудованием 11, а также два канала обработки данных - основной и контрольный.Processor module 1 contains a data receiving unit 2, connected via digital interfaces to external equipment 11, as well as two data processing channels - the main and control ones.

Основной канал обработки данных состоит из центрального процессора 3, связанного двунаправленными шинами обмена с узлом приема данных 2 и ОЗУ 4, графического процессора 6, соединенного с видео ОЗУ 5 посредством шины обмена и дисплейного контроллера 7, соединенного с помощью графических интерфейсов с графическим процессором 6 и устройством отображения данных 10.The main data processing channel consists of a central processor 3 connected by bidirectional exchange buses to the data receiving node 2 and RAM 4, a graphics processor 6 connected to video RAM 5 via an exchange bus, and a display controller 7 connected via graphical interfaces to the graphics processor 6 and data display device 10.

Контрольный канал состоит из узла контроля данных 8, соединенного двунаправленными шинами обмена с узлом приема данных 2 и центральным процессором 3, графическим интерфейсом с дисплейным контроллером 7, а также с узлом выдачи данных 9 посредством цифрового интерфейса.The control channel consists of a data control node 8, connected by bidirectional exchange buses to a data receiving node 2 and a central processor 3, a graphical interface with a display controller 7, and also to a data output node 9 via a digital interface.

Работа процессорного модуля осуществляется следующим образом.The processor module operates as follows.

Работа основного канала процессорного модуля.Operation of the main channel of the processor module.

Во время работы входные данные от внешнего оборудования 11 по бортовым интерфейсам поступают в узел приема данных 2, где после обработки помещаются в регистры, доступные для считывания центральным процессором 3. Входные данные считываются и помещаются в ОЗУ 4. Центральный процессор 3 производит необходимые вычисления с входными данными, используя при промежуточных расчетах ОЗУ 4 и по результатам расчета формирует команды для построения основного кадра изображения. Сформированные команды через двунаправленную шину обмена передаются в графический процессор 6. Графический процессор 6, на основании команд центрального процессора 3 формирует графический кадр изображения, размещая его в видео ОЗУ 5. В нужный момент времени графический процессор 6 копирует изображение из видео ОЗУ 5 и по цифровому видеоканалу передает в дисплейный контроллер 7. Дисплейный контроллер принимает изображение и с необходимыми временными параметрами передает его в устройство отображения данных 10.During operation, input data from external equipment 11 via on-board interfaces enters the data receiving unit 2, where, after processing, it is placed in registers available for reading by the central processor 3. The input data is read and placed in RAM 4. The central processor 3 performs the necessary calculations with the input data, using RAM 4 during intermediate calculations and, based on the calculation results, generates commands for constructing the main image frame. The generated commands are transmitted through a bidirectional exchange bus to the graphics processor 6. The graphics processor 6, based on the commands of the central processor 3, forms a graphic image frame, placing it in the video RAM 5. At the right time, the graphics processor 6 copies the image from the video RAM 5 and via digital transmits the video channel to the display controller 7. The display controller receives the image and transmits it with the necessary time parameters to the data display device 10.

В процессе работы центральный процессор 3 по двунаправленной шине обмена выдает обработанную информацию в узел выдачи данных 9 и далее информация выдается во внешнее оборудование 11.During operation, the central processor 3, via a bidirectional exchange bus, issues processed information to the data output node 9, and then the information is sent to external equipment 11.

Работа контрольного канала процессорного модуля.Operation of the control channel of the processor module.

С целью выявления аномального поведения центрального процессора 3, графического процессора 6, ОЗУ 4, видео ОЗУ 5 узел приема данных 2 в заранее заданный интервал времени копирует входные данные в специальные регистры, предназначенные для контроля, доступные для считывания центральному процессору 3 и по двунаправленной шине обмена копию входных данных передает в узел контроля данных 8. Центральный процессор 3 считывает входные данные из регистров, предназначенных для контроля, и производит серию контрольных вычислений, включающих в себя операции сложения, умножения, логические операции, а также операции связи с устройствами ввода вывода и ОЗУ, формирует команды для построения контрольных изображений, соответствующих считанным входным данным. Результат операций центрального процессора 3 передается в узел контроля данных 8, команды для построения контрольных изображений передаются в графический процессор 6.In order to detect abnormal behavior of the central processor 3, graphics processor 6, RAM 4, video RAM 5, the data receiving node 2, at a predetermined time interval, copies the input data into special registers intended for control, accessible for reading by the central processor 3 and via a bidirectional exchange bus a copy of the input data is transmitted to the data control node 8. The central processor 3 reads the input data from the registers intended for control and performs a series of control calculations, including addition, multiplication, logical operations, as well as communication operations with input/output devices and RAM , generates commands for constructing reference images corresponding to the read input data. The result of the operations of the central processor 3 is transmitted to the data control node 8, commands for constructing control images are transmitted to the graphics processor 6.

Графический процессор 6 на основании команд центрального процессора 3 формирует графические изображения с добавлением контрольной строки, состоящей из графического изображения значений контрольных данных, в невидимую область изображения и передает их в дисплейный контроллер 7. Дисплейный контроллер 7 извлекает контрольные изображения из невидимой области основного кадра изображения, приводит разрешение и временные параметры основного кадра к необходимым и передает его в устройство отображения данных 10. Извлеченную контрольную строку дисплейный контроллер 7 передает в узел контроля данных 8.The graphics processor 6, based on commands from the central processor 3, generates graphic images with the addition of a control line consisting of a graphic image of the control data values in the invisible area of the image and transmits them to the display controller 7. The display controller 7 extracts the control images from the invisible area of the main image frame, brings the resolution and timing parameters of the main frame to the required ones and transmits it to the data display device 10. The display controller 7 transmits the extracted control line to the data control unit 8.

Узел контроля данных 8 с полученной из узла приема данных 2 копией входных данных, предназначенных для контроля, производит ту же последовательность операций, что и центральной процессор 3, после чего производится сравнение выполненных результатов расчета с результатом расчета, полученным из центрального процессора 3.The data monitoring node 8, with a copy of the input data intended for control received from the data receiving node 2, performs the same sequence of operations as the central processor 3, after which the completed calculation results are compared with the calculation result received from the central processor 3.

Узел контроля данных 8 преобразует полученные от дисплейного контроллера 7 графические изображения значений контрольных данных в формат числового значения и сравнивает с полученной из узла приема 2 копией входных данных.The data control node 8 converts the graphic images of the control data values received from the display controller 7 into a numerical value format and compares it with a copy of the input data received from the receiving node 2.

По результатам сравнения результата расчета центрального процессора 3 и значений графических изображений данных из дисплейного контроллера 7 с данными, рассчитанными в узле контроля данных 8 выдается результирующий сигнал в узел выдачи данных 9 и далее результирующий сигнал контроля выдается потребителям во внешнее оборудование 11.Based on the results of comparing the calculation result of the central processor 3 and the values of graphic images of data from the display controller 7 with the data calculated in the data control unit 8, the resulting signal is issued to the data output unit 9 and then the resulting control signal is issued to consumers in external equipment 11.

Таким образом, введение в состав заявленного процессорного модуля дисплейного контроллера на базе ПЛИС и узла контроля данных, обеспечивающего контроль всего основного канала, участвующего в формировании изображения, независимого от основного вычислительного процесса, позволяет обеспечить архитектурное ослабление COTS центрального процессора, графического процессора, ОЗУ и видео ОЗУ, что позволило исключить узкоспециализированный графический процессор на базе ПЛИС, повысив тем самым многофункциональность процессорного модуля.Thus, the introduction into the claimed processor module of a display controller based on an FPGA and a data control unit that provides control of the entire main channel involved in image formation, independent of the main computing process, allows for architectural weakening of the COTS of the central processor, graphics processor, RAM and video RAM, which made it possible to exclude a highly specialized FPGA-based graphics processor, thereby increasing the versatility of the processor module.

1. Руководство по гарантии конструирования бортовой аппаратуры КТ-254, стр. 66.1. Guide to guaranteeing the design of on-board equipment KT-254, page 66.

Claims (1)

Процессорный модуль для многофункциональных дисплеев с реализацией архитектурного ослабления, содержащий центральный процессор, связанный двунаправленными шинами обмена с узлом приема данных, ОЗУ и графическим процессором, графический процессор, соединенный с видео ОЗУ посредством двунаправленной шины обмена, а также узел выдачи данных, соединенный двунаправленной шиной обмена с центральным процессором, отличающийся тем, что процессорный модуль содержит дисплейный контроллер, соединенный графическим интерфейсом с графическим процессором, и узел контроля данных, соединенный двунаправленной шиной обмена информации с узлом приема данных и центральным процессором, графическим интерфейсом с дисплейным контроллером, а посредством цифрового интерфейса - с узлом выдачи данных, при этом дисплейный контроллер выполнен на базе программируемой логической интегральной схемы, а узел контроля, реализующий архитектурное ослабление сложных цифровых компонентов, на базе программируемой логической интегральной схемы или процессоре с архитектурой, отличной от архитектуры центрального процессора.A processor module for multifunctional displays with the implementation of architectural attenuation, containing a central processor connected by bidirectional exchange buses to a data receiving node, RAM and a graphics processor, a graphics processor connected to video RAM via a bidirectional exchange bus, and a data output node connected by a bidirectional exchange bus with a central processor, characterized in that the processor module contains a display controller connected by a graphical interface to the graphics processor, and a data control unit connected by a bidirectional information exchange bus to the data receiving unit and the central processor, a graphical interface to the display controller, and through a digital interface - with a data output unit, wherein the display controller is based on a programmable logic integrated circuit, and the control unit, which implements the architectural attenuation of complex digital components, is based on a programmable logic integrated circuit or a processor with an architecture different from the architecture of the central processor.
RU2023120853U 2023-08-08 Multifunction Display Processor with Architectural Attenuation RU224225U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU224225U1 true RU224225U1 (en) 2024-03-19

Family

ID=

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012112090A1 (en) * 2011-02-17 2012-08-23 Saab Ab Flight data display
US8264376B1 (en) * 2008-06-06 2012-09-11 Garmin International, Inc. Avionics control and display unit
US20130076540A1 (en) * 2008-06-06 2013-03-28 Garmin International, Inc. Avionics control and display unit
US8743020B1 (en) * 2012-07-26 2014-06-03 Rockwell Collins, Inc. Avionics display architecture with independent processing and monitoring channels
CN102508814B (en) * 2011-09-19 2014-07-02 北京航空航天大学 Extendable core system for universal avionics system
US10304414B2 (en) * 2014-09-05 2019-05-28 Ge Aviation Systems Limited Methods of integrity checking digitally displayed data and display system
US11131987B2 (en) * 2018-03-15 2021-09-28 Xinxin Wang Method and system for preventing and detecting hazardously misleading information on safety-critical display
RU215288U1 (en) * 2022-08-03 2022-12-07 Акционерное общество "Ульяновское конструкторское бюро приборостроения" (АО "УКБП") Processor module for multifunction displays

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8264376B1 (en) * 2008-06-06 2012-09-11 Garmin International, Inc. Avionics control and display unit
US20130076540A1 (en) * 2008-06-06 2013-03-28 Garmin International, Inc. Avionics control and display unit
WO2012112090A1 (en) * 2011-02-17 2012-08-23 Saab Ab Flight data display
CN102508814B (en) * 2011-09-19 2014-07-02 北京航空航天大学 Extendable core system for universal avionics system
US8743020B1 (en) * 2012-07-26 2014-06-03 Rockwell Collins, Inc. Avionics display architecture with independent processing and monitoring channels
US10304414B2 (en) * 2014-09-05 2019-05-28 Ge Aviation Systems Limited Methods of integrity checking digitally displayed data and display system
US11131987B2 (en) * 2018-03-15 2021-09-28 Xinxin Wang Method and system for preventing and detecting hazardously misleading information on safety-critical display
RU215288U1 (en) * 2022-08-03 2022-12-07 Акционерное общество "Ульяновское конструкторское бюро приборостроения" (АО "УКБП") Processor module for multifunction displays

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3182399B1 (en) Methods and systems for monitoring the integrity of a gpu
US10540738B2 (en) Methods and systems for monitoring the subset of GPU components used by an application in safety critical environments
US5014128A (en) Video interface circuit for displaying capturing and mixing a live video image with computer graphics on a video monitor
RU224225U1 (en) Multifunction Display Processor with Architectural Attenuation
RU215288U1 (en) Processor module for multifunction displays
JP2017092757A (en) Image processing system and image processing method
CN101727373A (en) Display card testing device and method
US20200366823A1 (en) Computer readable recording medium can perform image sensing system control method and image sensing system
US20160104263A1 (en) Method And Apparatus Of Latency Profiling Mechanism
TWI435090B (en) Testing structure for shutter glasses, method and system utilizing the same
GB2595485A (en) Hardware-based sensor analysis
CN105405377A (en) Timing control chip non-image detection system and method thereof
US11895326B2 (en) Alternating frame processing operation with predicted frame comparisons for high safety level use
IE904102A1 (en) A screen capture circuit
CN116107939A (en) Expansion card and electronic equipment
WO2023033804A1 (en) Hardware-based sensor analysis
CN117612463A (en) Time sequence detection method, system, equipment and medium for vehicle-mounted screen
JP2504947B2 (en) Display device inspection device
JP3053903B2 (en) Control rod removal monitoring device
CN115297273A (en) Video processing method, device and system, electronic equipment and storage medium
CN110784610A (en) Image display device, image display method, and storage medium
JPH03123390A (en) Display inspecting device
JP2019118133A5 (en)
EP0334526A2 (en) Condition connection for a parallel component processor and method
JPH045688A (en) Self-diagnostic system for display controller