-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich im Allgemeinen auf TFT-Bildschirme und im Speziellen auf ein
Bildspeicherüberwachungssystem.
-
Flachbildschirme, wie Plasma- oder TFT-Bildschirme
werden in zunehmendem Maße
als Anzeigesysteme in der Industrie und Wirtschaft verwendet. Dabei
werden sie auch in zunehmendem Maße aufgrund ihrer vorteilhaften
Bauform in sicherheitsrelevanten Bereichen eingesetzt. Beispiele
hierfür
sind z.B. Anzeigen zur Überwachung
von Prozesssteuerungen von Produktionsanlagen oder von Einrichtungen
im Schienenverkehr. Problematisch bei solchen Anzeigen mittels Plasma-
oder TFT-Bildschirmen ist, dass die den Bildschirmen zugeordnete Ansteuerlogik
meist mit einem Bildspeicher arbeitet. Hierdurch besteht jedoch
die Gefahr, dass nicht sichergestellt werden kann, ob das angezeigte
Bild ein vom Kontrollrechner aufbereitetes Bild oder nur die wiederholte
Wiedergabe eines Bildes auf dem Bildspeicher ist.
-
Das von dem Rechner über die
Videokarte aufbereitete Videosignal wird im Bildschirm über einen
Analog-Digital-Wandler vom Bildschirmkontroller in einen Bildspeicher
geschrieben. Entsprechend den erforderlichen Signalen des verwendeten
Displays wird dann die Bildinformation vom Bildschirmkontroller
aus dem Bildspeicher gelesen, aufbereitet und zum Display weitergeleitet.
Werden über
den Analog-Digital-Wandler keine neuen Informationen zur Verfügung gestellt,
liest der Displaykontroller nur noch die Informationen aus dem Bildspeicher.
-
Um dieses Fehlverhalten zu erkennen,
wird üblicherweise
ein sich ständig änderndes
Bild von der Rechnereinheit erstellt und auf dem Bildschirm angezeigt.
Sind in dem Feld keine Veränderungen
zu erkennen, kann das Kontrollpersonal hieran eine Fehlfunktion
der Videokarte erkennen.
-
Diese Art der Überwachung der Videokarte ist
für sicherheitsrelevante
Anwendungen jedoch nicht ausreichend. Der beste Weg wäre, für den Fall von
sicherheitsrelevanten Anwendungen bei der Ansteuerkarte (bzw. TFT-Controller)
völlig
auf einen Bildspeicher zu verzichten. Dieses ist jedoch nicht möglich, da
die vorhandenen Rechnersysteme nicht die von den Displays benötige Auflösung erzeugen können.
-
WO 46/05305 A1 gibt eine programmierbare Schaltung
zur Steuerung einer Flüssigkristallanzeige an,
bei der Veränderungen
des Bildschirminhalts möglichst
unabhängig
von den Funktionszyklen der Steuerschaltung ohne Beachtung besonderer
Zeitbedingungen erfolgen. Diese programmierbare Steuerschaltung
weist unter anderem eine Zwischenschaltung von Treiberstufen für zwei BUS-Strukturen
auf, von denen die eine zum Datenaustausch mit einem Rechner dient,
während über die
andere der Datenaustausch mit mindestens einem adressierbaren Speicher
erfolgt, der der Flüssigkeitsanzeige
zugeordnet ist.
-
Aus
DE 40 09 446 A1 ist eine Vorrichtung sowie
ein Verfahren zum Überprüfen von
Sichtgerätesteuerungen
auf Fehlerfreiheit in sicherungstechnischen Anlagen bekannt, die
unabhängig
ist von der Mitwirkung des Menschen an der Fehleraufdeckung. Diese
Vorrichtung umfasst eine Sichtgerätesteuerung, die eingangsseitig
an einen sicherungstechnischen Rechner angeschlossen ist und von
dort mit Daten zur Darstellung des Prozessgeschehens verfolgt wird.
Die am Ausgang der Sichtgerätesteuerung ausgegebenen
Videosignale gelangen, außer
auf den Monitor, auch auf einen Zähleingang einer Zählschaltung.
Die Zählschaltung
erhält über eine
Verbindungsleitung von der Sichtgerätesteuerung einen entsprechenden
Zählanstoß und über eine
weitere Verbindungsleitung eine Information über die zeitliche Dauer des
Zählvorgangs.
-
DE 197 03 574 A1 beschreibt ein Verfahren zur
sicheren Darstellung eines Bildes auf einem Monitor. Dabei werden
einem Bildaufbereitungsrechner Informationen zugeführt, aus
denen der Bildaufbereitungsrechner in einem ersten internen logische
Kanal ein erstes Bild erzeugt. Das erste Bild wird in einem ersten
Bildspeicher abgelegt und unter Verwendung eines Bildwiederholspeichers
auf dem Monitor angezeigt. In einem zweiten internen logischen Kanal
erzeugt der Bildaufbereitungsrechner aus den Informationen ein zweites
Bild und legt dieses in einem zweiten Speicher ab. Die Überprüfung der
Sicherheit der Darstellung erfolgt dadurch, dass der Inhalt des
Bildwiederholspeichers mit dem Inhalt des ersten Bildspeichers und
unabhängig
davon mit dem Inhalt des zweiten Bildspeichers verglichen wird.
-
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Bildschirmüberwachungssystem
sowie -verfahren anzugeben, das eine Fehlfunktion der Ausgabe der
Daten an den Bildschirm aufzeigt, sobald sie auftritt und dabei
eine größtmögliche Kompatibilität mit den
unterschiedlichsten Rechner- und Bildschirmsystemen aufweist.
-
Diese Aufgabe wird in erfindungsgemäßer Weise
durch den Gegenstand der Ansprüche
1 und 9 gelöst.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die vorliegende Erfindung
baut auf der Erkenntnis auf, dass eine automatische Überwachung
der zyklischen Datenübertragung
von dem Grafikkontroller an den Bildspeicher es in einfacher und
zuverlässiger
Weise ermöglicht,
diese Überwachung
durchzuführen.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet
das Bildspeicherüberwachungs
system mindestens einen Bildspeicher zum Abspeichern von Bilddaten.
Darüber
hinaus beinhaltet dieses System eine Steuereinrichtung mit einer
Empfangseinrichtung zum Empfangen von Bilddaten, einer Schnittstelle
zum zyklischen Übertragen
der empfangenen Bilddaten an den Bildspeicher sowie zum zyklischen Abrufen
der gespeicherten Bilddaten aus dem Bildspeicher und einer Ausgabeeinrichtung
zur Ausgabe der aus dem Bildspeicher abgerufenen Bilddaten an eine
Anzeigeeinrichtung. Zusätzlich
beinhaltet das Bildspeicherüberwachungssystem
mindestens eine Überwachungseinrichtung
zur Überwachung
der zyklischen Bilddatenübertragung
zwischen der Schnittstelle und dem Bildspeicher, wobei die Überwachungseinrichtung über eine
Detektionseinrichtung verfügt
-zum Messen eines Zeitintervalls zwischen aufeinanderfolgender Bilddatenübertragungen
der Schnittstelle an den Bildspeicher, wobei die Überwachungseinrichtung
ein Warnsignal generiert, für
den Fall, dass das von der Detektionseinrichtung gemessene Zeitintervall
einen vorgesehen Wert überschreitet.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
beinhaltet das Bildschirmüberwachungssystem
mindestens einen Bildspeicher zum Abspeichern von Bilddaten. Des
Weiteren beinhaltet das Bildspeicherüberwachungssystem mindestens
eine Steuereinrichtung mit einer Empfangseinrichtung zum Empfangen
von Bilddaten, einer Schnitt stelle zum zyklischen Übertragen
der empfangenen Bilddaten an den Bildspeicher sowie zum zyklischen
Abrufen der gespeicherten Bilddaten aus dem Bildspeicher und einer
Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe der aus dem Bildspeicher abgerufenen
Bilddaten an eine Anzeigeeinrichtung. Zusätzlich verfügt das Bildspeicherüberwachungssystem über eine Überwachungseinrichtung
zur Überwachung
der zyklischen Bilddatenübertragung
zwischen der Schnittstelle und dem Bildspeicher, wobei die Überwachungseinrichtung mittels
einer ersten Datenleitung ein Bitmuster an der Empfangseinrichtung
einspeist, das die empfangenen Bilddaten überlagert, und mittels einer
zweiten Datenleitung, die die an der Ausgabeeinrichtung ausgegebenen
Bilddaten überwacht,
wobei die Überwachungseinrichtung
ein Warnsignal generiert, für
den Fall, dass die an der Ausgabeeinrichtung ausgegebenen Bilddaten
ein anderes Bitmuster aufweisen als das an der Empfangseinrichtung
eingespeiste Bitmuster.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für eine Bildspeicherüberwachung
angegeben, das das Empfangen von Bilddaten mittels einer Empfangseinrichtung,
zyklisches Übertragen
der empfangenen Bilddaten an einem Bildspeicher und Abspeichern
der empfangenen Bilddaten in dem Bildspeicher, zyklisches Abrufen
der gespeicherten Bilddaten aus dem Bildspeicher sowie die Ausgabe
der aus dem Bildspeicher abgerufenen Bilddaten an eine Anzeigeeinrichtung
mittels einer Ausgabeeinrichtung beinhaltet. Darüber hinaus beinhaltet das Verfahren
das Überwachen
der zyklischen Bilddatenübertragung
an dem Bildspeicher, wobei das Überwachen
der zyklischen Bilddatenübertragung
das Messen eines Zeitintervalls zwischen aufeinanderfolgenden Bilddatenübertragungen
an den Bildspeicher beinhaltet, wobei ein Warnsignal generiert wird
für den
Fall, dass das gemessene Zeitintervall einen vorgesehenen Wert überschreitet.
-
Anhand der in der beiliegenden Zeichnung dargestellten
bevorzugten Ausführungsformen
wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Es zeigt:
-
1 eine
schematische Darstellung eines Bildspeicherüberwachungssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
1 zeigt
anhand einer schematischen Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das Bildspeicherüberwachungssystem besteht im
Wesent lichen aus einer Steuereinrichtung 110, einem Bildspeicher 100 sowie einer Überwachungseinrichtung 150 und
einem Mikrokontroller 180.
-
Die Steuereinrichtung 110 beinhaltet
dabei eine Empfangseinrichtung 120 zum Empfangen von Bilddaten,
eine Schnittstelle 130 zum zyklischen Übertragen der empfangenen Bilddaten
an den Bildspeicher sowie zum zyklischen Abrufen der gespeicherten
Bilddaten aus dem Bildspeicher und eine Ausgabeeinrichtung 140 zur
Ausgabe der aus dem Bildspeicher abgerufenen Bilddaten an eine Anzeigeeinrichtung.
-
Zum Übertragen der Bilddaten an
den Bildspeicher ist die Steuereinrichtung 110 mit dem
Bildspeicher 100 mittels Daten- und Steuerleitungen verbunden.
Die Bilddaten werden dabei bidirektional übertragen. Entsprechend sind
die Steuerleitungen bevorzugterweise bidirektional ausgestaltet.
Alternativ werden die Bilddaten Steuerdaten über getrennte unidirektionale
Leitungen von der Steuereinrichtung zum Bildspeicher und vom Bildspeicher
zur Steuereinrichtung übertragen.
-
Die Empfangseinrichtung 120 ist
bevorzugterweise die Schnittstelle zu einem Analog-Digital-Wandler,
die die analogen Bildsignale in digitale Bilddaten für die Steuereinrichtung 110 umwandelt.
-
Bevorzugterweise handelt es sich
bei der Steuereinrichtung 110 um einen handelsüblichen Grafikkontroller für TFT- (Thin
Film Transistor) oder Plasma-Bildschirme. Der Grafikkontroller ist
dabei bevorzugterweise sowohl für
digitale als auch analoge Bildschirme ausgestattet.
-
Als Bildschirmspeicher werden bevorzugterweise
handelsübliche
Videospeicherbausteine bzw. synchrone DRAM-Bausteine (Dynamic Random
Access Memmory) verwendet.
-
Bei der Überwachungseinrichtung 150 handelt
es sich bevorzugterweise um ein sogenanntes Complex Programmable
Logic Device (CPLD).
-
In der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Überwachungseinrichtung 150 zur Überwachung
der zyklischen Bilddatenübertragung
zwischen der Schnittstelle und dem Bildspeicher mit den Steuerleitungen
zwischen der Steuerein richtung 110 bzw. der Schnittstelle 130 und
dem Bildspeicher 100 verbunden. Bevorzugterweise verfügt die Steuereinrichtung 110 über Memory
Row Address Strobe (RAS), Memory Column Address Strobe (CAS) Memory
Write Enable (WE) sowie Memory Clock (MCLK) Signalausgänge und
der Bildspeicher 100 über
entsprechende Signaleingänge.
-
Bevorzugterweise ist die Überwachungseinrichtung 150 dabei
mit den Steuerleitungen für
das Memory Row Address Strobe (RAS) Signal, Memory Column Address
Strobe (CAS) Signal, Memory Write Enable (WE) und oder Memory Clock
(MCLK) Signal verbunden.
-
Alternativ stehen weitere Steuerleitungen der
Steuereinheit 110 zum Steuern des Bildspeichers 100 zur
Verfügung,
die von der Überwachungseinrichtung 150 für das Überwachen
der Schreibzyklen verwendet werden.
-
In einer weiteren Alternative der
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Überwachungseinrichtung 150 über Datenleitungen mit
einem Mikrokontroller 180 verbunden.
-
Bei der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird der Bildspeicher 100 daraufhin überwacht,
dass neue Bilddaten in den Bildspeicher 100 geschrieben
werden. Der Bildspeicher wird dabei dafür verwendet, um digitale Bilddaten zwischenzuspeichern.
Die Überwachungsschaltung stellt
hierbei fest, ob die Bilddaten tatsächlich in den Bildspeicher
geschrieben werden.
-
Durch das Überwachen der Signale RAS, CAS
und WE wird mittels der Überwachungseinrichtung 150 detektiert,
ob ein neuer Schreibzyklus in den Bildspeicher initialisiert wird.
Hierfür
ist, wie bereits oben erwähnt,
die Überwachungseinrichtung
mit den jeweiligen Steuerleitungen verbunden. Diese Steuerleitungen
zwischen Bildspeicher und Grafikkontroller werden dabei bevorzugterweise
auf folgende Art von der Überwachungseinrichtung 150 ausgewertet.
-
Die verknüpften Signale RAS, GAS und
WE werden hierzu bevorzugterweise einzeln oder zusammen auf einen
asynchronen Reset-Eingang einer Zählerstufe der Überwa chungseinrichtung
gegeben. Die Zählerstufe
ist dabei bevorzugterweise ebenfalls in der Überwachungseinrichtung integriert und
wird mittels eines weiteren Steuersignals der Steuereinrichtung
hochgezählt.
Hierbei wird das Panel-Horizontal-Synchronisationssignal (PHS) und alternativ
das Panel-Vertikal-Synchronisationssignal (PVS) der Steuereinrichtung
verwendet. Das PHS-Signal ist dabei das horizontale Synchronisationssignal
für den
Bildschirm. Hierfür
ist die Überwachungseinrichtung über eine
entsprechende Datenleitung mit dem Ausgang für das PHS-Signal verbunden.
-
Mit jedem Ausgabezyklus der aus dem
Bildspeicher abgerufenen Bilddaten an die Anzeigeeinrichtung wird
der Zähler
durch das PHS-Signal erhöht.
Erfolgen parallel dazu auch Schreibzyklen in den Bildspeicher, wird
die Zählerstufe
durch eines der Signale RAS, CAS und WE oder durch alle zusammen
zurückgesetzt.
Solange also neue Schreibzyklen vom Grafikkontroller in den Bildspeicher
erfolgen, wird die Zählerkette
zurückgesetzt.
Fehlen Schreibzyklen, so gibt es einen Zählerüberlauf.
-
Der Zählerüberlauf wird dem Mikrokontroller 180 über die
Datenleitung zwischen der Überwachungseinrichtung
und dem Mikrokontroller mitgeteilt. Der Mikrokontroller ist bevorzugterweise
programmierbar und verfügt über eine
Speichereinheit, in der ein entsprechendes Programm abgelegt ist, das
die von der Überwachungseinrichtung übertragenen
Warnsignale und Fehlermeldungen auswertet.
-
Alternativ wird ein externer Signalgeber
verwendet, um sicherzustellen, dass ein Signal zum Hochzählen der
Zählerstufe
an die Zählerstufe
weitergeleitet wird, auch wenn die Steuereinrichtung ausgefallen
ist.
-
In einer Alternative zur bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Steuereinrichtung 110 anstatt
mit den Steuerleitungen zwischen der Steuereinrichtung und dem Bildspeicher mit
der Empfangseinrichtung 120 über die Datenleitung 160 verbunden.
Zusätzlich
ist die Überwachungseinrichtung 150 über eine
zweite Datenleitung 170 mit der Ausgabeeinrichtung 140 der
Steuereinrichtung verbunden.
-
Mit dieser Überwachungsschaltung wird bei der
Empfangseinrichtung ein definiertes Testmuster bevorzugterweise
auf den kleinsten Bitwert (LSB) der Bilddaten eingespielt. Dieses
Bitmuster wird in den Grafikkontroller 110 eingelesen und
in den Bildspeicher
100 geschrieben (Test LSB IN). Die
Bilddaten werden vom Grafikkontroller 110 wieder ausgelesen und
an den Bildschirm 190 gesendet. An der Ausgabeeinrichtung
der Steuereinrichtung 110 wird das Testmuster (Test LSB
OUT) mittels der Datenleitung 170 wieder zurück zur Überwachungseinrichtung 150 geführt. In
der Überwachungseinrichtung
werden die Bitmuster (Test LSB IN und Test LSB OUT) miteinander
verglichen. Stimmen die Bitmuster nicht überein, so wird dieser Fehler über die
Datenleitung zum Mikrokontroller dem Mikrokontroller 180 mitgeteilt.
-
Der Mikrokontroller kann daraufhin über seine
Software auf den Fehlerfall reagieren, entweder dadurch, dass er
bestimmte Wammeldungen entsprechend einem abgespeicherten Warnmeldeschlüssel an
einen oder mehrere Adressen über
ein Computernetzwerk sendet, an das das Bildspeicherüberwachungssystem
bevorzugterweise angeschlossen ist, oder entsprechende weitergehende Aktionen
wie z.B. die Abschaltung von bestimmten Systemen einleitet.
-
Das Bitmuster ist bevorzugterweise
ein ständig
gleiches Muster. Bei einer alternativen Version wird ein sich kontinuierlich änderndes
Muster verwendet. Dieses Muster wird entweder in der Empfangseinrichtung 120 den
Bilddaten überlagert
oder es werden die Bilddaten mit diesem Muster überschrieben. Alternativ wird
dieser Überlagerungs- oder Überschreibevorgang
in einem der Empfangseinrichtung 120 vorgelagerten Codiereinrichtung durchgeführt.
-
Für
den Fall, dass die Bilddaten – und
hierbei bevorzugterweise der kleinste Bitwert (LSB) – mit dem
Bitmuster überschrieben
werden, genügt
es, dass über
die Datenleitung 170 die Werte (Test LSB OUT) ausgelesen
und mit dem eingespeisten Bitmuster (Test LSB IN) verglichen werden.
-
Für
den Fall, dass die Bilddaten mit dem Bitmuster überlagert werden, muss das
Bitmuster in der Ausgabeeinrichtung oder in einer ihr nachgeschalteten
Decodiereinrichtung von den Bilddaten wieder getrennt und mittels
der Datenleitung 170 an die Überwachungseinrichtung 150 weitergeleitet
werden. Alternativ werden über
die Datenleitung 160 die mit dem Bitmuster überlagerten
Bilddaten zu der Überwachungseinrichtung 150 zurückgeführt und
für den
Vergleich mit den Bilddaten aus der Ausgabeeinrichtung in einem
Speicher – bevorzugterweise
einem Schieberegister – zwischengespeichert.
-
Wie bereits oben erwähnt, werden
bei der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung Steuersignale des Bildspeichers ausgewertet.
Dabei wird in vorteilhafterweise überprüft, in welchem Verhältnis die
Lese- und Schreibzugriffe auf den Bildspeicher stehen, und daraus
die einwandfreie Funktion des Grafikkontrollers abgeleitet. Bei
einer eventuellen Fehlfunktion des Grafikkontrollers treten Schreibzugriffe
im Verhältnis
zu den Lesezugriffe sehr viel weniger auf. Dieses wird über eine
Zusatzschaltung ausgewertet, so dass dann eine entsprechende Fehlermeldung
generiert werden kann. Eine Fehlfunktion wird daher sicher und innerhalb kürzester
Zeit erkannt. Warnsignale bzw. Fehlermeldungen können dabei über einen Netzwerkanschluss an
entsprechende Kontrollstellen bzw. an das Kontrollpersonal direkt übermittelt
werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass Ausfälle bei
Anzeigesystemen für
sicherheitsrelevante Systeme innerhalb kürzester Zeit detektiert werden.
Eine manuelle oder optische Überwachung
des Anzeigesystems bzw. des Grafikkontrollers ist damit nicht mehr
notwendig.
-
In einer weiteren Alternative der
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Eifindung ist die Überwachungseinrichtung 150 sowohl
mit den Steuerleitungen WE, RAS, CAS oder Memory Clock Output (MCLK)
verbunden als auch über
die erste Datenleitung 160 mit der Empfangseinrichtung
und der zweiten Datenleitung 170 mit der Ausgabeeinrichtung 140.
Durch diese Kombination der Überwachung
der Lese- und Schreibzugriffe auf den Bildschirmspeicher mit der
Einspeisung des Testbitmusters zu den Bilddaten ist eine Überwachungskette vorhanden,
die sowohl den Schreibzugriff als auch den Lesezugriff des Grafikkontrollers
auf dem Bildschirmspeicher überwacht.
Durch sie kann auch überwacht
werden, wie lange es dauert, bis übermittelte Bilddaten an den
Bildschirm ausgegeben werden. Dies ist ebenfalls durch die Überwachungseinrichtung 150 überprüfbar und
mit entsprechenden Warnmeldungen kombinierbar.