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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Sicherung der Anzeige von Graphiken auf einem Sichtgerät. Die Erfindung
findet insbesondere auf Überwachungssysteme
Anwendung, vor allem auf Eisenbahn-Überwachungssysteme.
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Bei Überwachungssystemen werden
im allgemeinen auf einem Bildschirm Graphikelemente angezeigt, die
für den
Zustand der Objekte eines überwachten
Systems repräsentativ
sind. Im Fall der Überwachung
des Eisenbahnnetzes können
diese Elemente zum Beispiel den Zustand einer Weiche oder eines
Lichtsignals darstellen. Klassischerweise gibt es für jeden
der Zustände
ein und desselben dargestellten Objekts verschiedene Graphikelemente.
Somit wird es ein Graphikelement geben, das ein Lichtsignal im Zustand "grün" darstellt, ein Graphikelement
für den
Zustand "rot", eines für den Zustand "orange blinkend" usw.
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Ziel dieser Anzeige ist es, einen
menschlichen Bediener bei der Fällung
von Entscheidungen in Echtzeit zu unterstützen, wobei bestimmte dieser
Entscheidungen Konsequenzen der Art haben können, dass Menschenleben in
Gefahr sein können.
Daher ist es erforderlich, sich zu vergewissern, dass die Anzeige
auf diesen Bildschirmen exakt mit der Realität übereinstimmt. Hierfür ist es
folglich von entscheidender Bedeutung, eventuelle Ausfälle der Übertragungskette
zu berücksichtigen,
welche die für
das Senden eines Anzeigebefehls verantwortliche Steuereinheit mit
dem Bildschirm verbindet, auf dem die Anzeige erfolgt.
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Folglich muss die Anzeige sicher
sein; das heißt,
man muss die Übereinstimmung
der tatsächlichen Anzeige
auf einem Bildschirm im Vergleich zu den Anzeigebefehlen kontrollieren.
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Eine erste Lösung besteht darin, jedes Graphikelement
zweimal anzuzeigen. So minimiert man durch Redundanz der Information
die Fehlermöglichkeiten.
Der Bediener, der sieht, dass zwei verschiedene Graphikelemente
angezeigt werden, die jedoch demselben angeforderten Graphikelement
entsprechen, wird sofort gewarnt, dass ein Problem im Überwachungssystem
aufgetreten ist und dass die angezeigte Information nicht richtig
ist. Allerdings ist eine solche Lösung insofern nicht befriedigend,
als sie einen Eingriff des Bedieners im Bestätigungsprozess der Information
erfordert. Außerdem
kann die Redundanz der Information auf dem Bildschirm die Klarheit
ihrer Lesbarkeit beeinträchtigen.
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Eine zweite Lösung wird in einem Artikel
unter der Überschrift "Verfahrensgesicherte
Meldebildanzeige für
den Fdl-Arbeitsplatz bei der Deutsche Bahn AG" veröffentlicht,
der 1994 in der deutschen Zeitschrift Signal und Draht erschienen
ist. Das vorgestellte Prinzip beruht auf einer Software- und Hardware-Redundanz. Zwei Computer
erzeugen nämlich
parallel einen virtuellen Anzeigebefehl. Wenn der Vergleich zwischen
den beiden Ergebnissen der beiden Befehle korrekt ist, dann wird
der reale Befehl von einem der beiden Computer erzeugt.
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Dieses Verfahren weist zwei bedeutende
Nachteile auf:
- – Einerseits ermöglicht es
nicht, die eigentliche Anzeige sicher zu machen (nur die Erzeugung
des Anzeigebefehls ist sicher);
- – Andererseits
ist es kostspielig, weil es zwei Computer erfordert.
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Eine dritte Lösung wird im Europäischen Patent
EP 0 443 377 unter dem Titel "Dispositif d'affichage infaillible
de diagramme" [Vorrichtung
zur fehlersicheren Diagrammanzeige"] vorgestellt. Für jedes anzuzeigende Graphikelement
werden zwei Anzeigebefehle erzeugt. Der erste Befehl schreibt in
den sogenannten sichtbaren (das heißt, mit dem Sichtgerät verbundenen)
Speicherbereich, während
der zweite Befehl in den sogenannten unsichtbaren (das heißt, nicht
mit dem Sichtgerät
verbundenen) Speicherbereich schreibt. Nur der unsichtbare Bereich
wird erneut gelesen. Wenn sein Inhalt tatsächlich mit dem erwarteten Ergebnis
des Anzeigebefehls übereinstimmt,
dann geht man davon aus, dass der Inhalt des sichtbaren Teils korrekt
ist.
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Auch diese Lösung hat den Nachteil, dass
sie nur die Zuverlässigkeit
der Erzeugung der Anzeigebefehle sichert und nicht die eigentliche
Anzeige. Wenn nämlich
ein Fehler nur einen Teil des Speichers betrifft (was meistens der
Fall ist), bei dem es sich nicht um den erneut gelesenen Teil handelt,
dann wird dieser Fehler nicht erkannt.
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Eine vierte Lösung wird in der deutschen
Patentanmeldung
DE 3411015 vorgestellt.
Hierbei werden die im Bildspeicher erneut gelesenen Daten codiert
und anschließend
mit einem Referenzcode verglichen.
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Auch diese Lösung ist unzureichend, denn
sie fügt
einen neuen Mechanismus (die Codiervorrichtung) hinzu, ohne seine
Sicherheit zu gewährleisten.
Wenn nämlich
ein Fehler gleichzeitig bei den erneut gelesenen Daten und in der
Codiervorrichtung (oder im Bezugscode) auftritt, erfolgt keine Erkennung.
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Überdies
erfordert diese Lösung
einen periodischen Kontrollmechanismus. Nun ist jedoch bekannt, dass
die Mehrzahl der Fehler punktuelle Fehler sind. Wenn T die Zeitperiode
der periodischen Kontrollen ist, ist die Wahrscheinlichkeit, dass
ein solcher punktueller Fehler erkannt wird, somit 1/T, was in einem
System, in dem ein hoher Sicherheitsgrad gefordert ist, äußerst unzureichend
wäre.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung
besteht darin, die Übereinstimmung
der Anzeige der Graphikelemente auf einem Bildschirm im Vergleich
zu den gesendeten Anzeigebefehlen zu überprüfen, ohne dass der Eingriff
eines menschlichen Bedieners in den Bestätigungsprozess erforderlich
ist und ohne dass Hypothesen bezüglich
des Zuverlässigkeitsgrades
der verschiedenen Hardware- und Software-Komponenten aufgestellt werden.
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Darüber hinaus ermöglicht die
Erfindung auch, die Erkennung von Doppelfehlern zu gewährleisten.
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Um dies zu erreichen, beinhaltet
die Erfindung ein [Verfahren], das die Übereinstimmung der Anzeige eines
Graphikelements auf einem Sichtgerät im Vergleich zu einem Anzeigebefehl überprüft, wobei
das Sichtgerät
von einem Anzeigecontroller gesteuert wird, der eine Interpretationsvorrichtung,
einen lokalen Speicher, einen Bildspeicher, eine Vergleichsvorrichtung
und eine Codiervorrichtung aufweist, und wobei dieses Verfahren
die folgenden geordneten Schritte aufweist:
- – Empfang
des Anzeigebefehls durch die Interpretationsvorrichtung;
- – Schreiben
eines durch diesen Anzeigebefehl bestimmten anzuzeigenden Graphikelements
an einen Ort des lokalen Speichers, der ebenfalls durch den Anzeigebefehl
bestimmt ist;
- – Kopie
des anzuzeigenden Graphikelements in den Bildspeicher und Anzeige
auf dem Sichtgerät.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, dass es überdies
die folgenden späteren
und geordneten Schritte aufweist:
- – Vergleich
durch die Vergleichsvorrichtung zwischen einerseits dem Inhalt des
Bildspeichers an der dem genannten Ort entsprechenden Adresse und
andererseits eines im lokalen Speicher enthaltenen und durch den
Anzeigebefehl bestimmten Soll-Graphikelements;
- – Senden
des Ergebnisses des Vergleichs und eines im lokalen Speicher enthaltenen
und durch den Anzeigebefehl bestimmten komplementären Graphikelements
an die Steuereinheit, wobei das Ergebnis und das komplementäre Graphikelement
von der Codiervorrichtung codiert werden;
- – Ermittlung
einer Diagnose durch die Steuereinheit in Abhängigkeit vom codierten Ergebnis
für das
codierte komplementäre
Graphikelement und mindestens einen Bezugswert, der von der Steuereinheit
in Abhängigkeit
vom Anzeigebefehl bestimmt wird.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung kann außerdem eines
oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
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Das Soll-Graphikelement und das komplementäre Graphikelement
werden von der Interpretationsvorrichtung beim Empfang des Anzeigebefehls
bestimmt und nach Abschluss dieser Bestimmung in den lokalen Speicher
geschrieben.
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Die Menge der möglichen Sollelemente und die
Menge der möglichen
komplementären
Graphikelemente werden zuvor im lokalen Speicher abgelegt.
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Das komplementäre Graphikelement ist das Graphikelement,
das vom Soll-Graphikelement nur durch die kritischste graphische
Information abweicht.
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Die Steuereinheit führt beim
Empfang des codierten Ergebnisses und des codierten komplementären Graphikelements
die folgenden Schritte aus:
- – Vergleich
zwischen dem codierten Ergebnis und dem codierten komplementären Graphikelement;
- – Vergleich
zwischen dem codierten Ergebnis und einem Bezugswert, der von der
Steuereinheit in Abhängigkeit
vom Anzeigebefehl bestimmt wird.
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Gegenstand der Erfindung ist auch
ein Anzeigecontroller, welcher die Ausführungsform des beschriebenen
Verfahrens ermöglicht;
das heißt,
ein Anzeigecontroller, der die Überprüfung der Übereinstimmung
der Anzeige einer Graphik auf einem Sichtgerät im Vergleich zu einem Anzeigebefehl
ermöglicht,
der von einer Steuereinheit gesendet wurde, wobei dieser Anzeigecontroller
folgendes aufweist:
- – Eine Interpretationsvorrichtung,
die über
Vorrichtungen zum Empfangen des Anzeigebefehls und zum Schreiben
eines anzuzeigenden Graphikelements verfügt, das durch den Anzeigebefehl
in einem lokalen Speicher bestimmt ist;
- – Eine
Vorrichtung zum Kopieren des anzuzeigenden Graphikelements, das
im lokalen Speicher abgelegt ist, in einen Bildspeicher, um auf
dem Sichtgerät
angezeigt zu werden;
wobei der Anzeigecontroller dadurch
gekennzeichnet ist, dass er außerdem
folgendes aufweist: - – Eine Vergleichsvorrichtung,
um das anzuzeigende Graphikelement, das im lokalen Speicher abgelegt
ist, mit einem Soll-Graphikelement zu vergleichen, das ebenfalls
im lokalen Speicher abgelegt ist;
- – Eine
Codiervorrichtung, um einerseits das aus der Vergleichsvorrichtung
hervorgegangene Ergebnis und andererseits ein komplementäres Graphikelement,
das im lokalen Speicher enthalten ist, zu codieren;
- – Eine
Vorrichtung, um die Ergebnisse der Codiervorrichtung an die genannte
Steuereinheit zu übertragen, die
auf diese Weise in der Lage ist, die Übereinstimmung der Anzeige
des Graphikelements zu überprüfen.
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Die vorliegende Erfindung sowie ihre
Vorteile werden beim Lesen ihrer Beschreibung unter Bezugnahme auf
die im Anhang beigefügten
Abbildungen klarer verständlich
werden.
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1 stellt
eine Ausführungsform
der Erfindung dar.
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Die 2a und 2b stellen zwei Graphikelemente
dar.
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Auf 1 sendet
die Steuereinheit CU einen Anzeigebefehl DC an einen Anzeigecontroller
DU. Dieser Anzeigebefehl wird innerhalb des Anzeigecontrollers von
einer Interpretationsvorrichtung I angenommen.
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Dieser Anzeigebefehl DC kann als
Parameter unter anderem den Typ des anzuzeigenden Objekts, einen
eventuellen Untertyp und den Zustand dieses Objekts haben. Die Interpretationsvorrichtung
I bestimmt daraufhin das anzuzeigende Element Ea ausgehend
von den im Anzeigebefehl enthaltenen Parametern und einer Datenbank
B, welche Parameter enthält,
mit deren Hilfe die Graphikbausteine für jeden Typ und Untertyp von
Objekten sowie die mit jedem Zustand verbundenen Besonderheiten
erzeugt werden können.
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Der Typ des Objekts nimmt auf große Klassen
Bezug wie, im Fall von Eisenbahn-Überwachungssystemen, beispielsweise
Weichen, Lichtsignale usw. Der Untertyp ist zum Beispiel eine bestimmte
Art von Weiche oder Lichtsignal. Wie zuvor gesagt, entsprechen ein
und demselben Objekt (selber Typ und Untertyp) verschiedene Graphikelemente
in Abhängigkeit
von den verschiedenen Zuständen,
die dieses Objekt annehmen kann.
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2 stellt
ein Beispiel solcher Graphikelemente dar. Die 2a und 2b stellen
dasselbe Objekt dar (selber Typ und Untertyp), jedoch mit zwei verschiedenen
Zuständen.
Das Lichtsignal von 2a ist
zum Beispiel rot: Die mit z bezeichnete Zone ist gestrichelt. Das
Lichtsignal von 2b ist
zum Beispiel grün,
und die mit z bezeichnete Zone ist nicht gestrichelt.
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Das auf diese Weise bestimmte Graphikelement
Ea wird nun in einen lokalen Speicher M
geschrieben. Der Inhalt dieses Speichers wird automatisch und auf
eine außerhalb
des Rahmens dieser Erfindung liegende Weise in den Bildspeicher
MV geschrieben und auf dem Sichtgerät V angezeigt. Typischerweise
wird dieser automatische Schritt von einer besonderen Software durchgeführt, die
allgemein als "Driver" (Treiber) bezeichnet
wird und die für
die Architektur des Anzeigecontrollers und das Sichtgerät V spezifisch
ist.
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Die einfachste Ausführungsform
besteht darin, die Graphikbausteine des Graphikelements in einem Graphikformat
zu codieren, das im Bildspeicher MV geschrieben werden kann. Es
kann sich zum Beispiel um eine Codierung des Typs Bitmap handeln,
bei dem jede elementare Codierungseinheit (zum Beispiel 1 Byte für ein Bild
mit 256 Farben) einem Pixel, d. h., einem Bildpunkt, entspricht.
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Selbstverständlich ist es möglich, die
Erfindung auf andere Formattypen auszuweiten, wobei die Anforderung
dann darin besteht, dass dieses Format in der Driver-Software enthalten
sein oder in das geeignete Format konvertiert werden muss, damit
es im Bildspeicher geschrieben werden kann.
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Der Anzeigebefehl DC kann auch eine
Lokalisierungskennung enthalten, welche den Ort in einem Bereich
Z1 des lokalen Speichers M bestimmt, in
dem das Graphikelement Ea geschrieben werden
soll. Es gilt als vereinbart, dass jeder Ort dieses Bereichs Z1 des lokalen Speichers M einem anderen Ort
im Bildspeicher MV entspricht und folglich einem anderen Ort auf
dem Sichtgerät
V.
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Im Anschluss an dieses Schreiben
des Graphikelements Ea im lokalen Speicher
M kann eine Interpretationsvorrichtung einen Überprüfungsbefehl CC an eine Vergleichsvorrichtung
Comp senden.
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Beim Empfang dieses Überprüfungsbefehls
CC liest die Vergleichsvorrichtung Comp den Inhalt des Bildspeichers
MV an der Adresse, die dem durch den Anzeigebefehl DC bestimmten
Ort entspricht. Für
den Fall, dass kein Fehler aufgetreten ist, ist das Graphikelement
Er, das erneut gelesen wird, dasselbe wie
das Graphikelement Ea, das von der Interpretationsvorrichtung
I in den lokalen Speicher M geschrieben wurde.
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Sie liest außerdem ein sogenanntes Soll-Element
Ec, das im lokalen Speicher M in einem Bereich
Z2 enthalten ist, der sich von dem unterscheidet,
in den die Graphikelemente Ea von der Interpretationsvorrichtung I
geschrieben werden (Bereich Z1). Dieses
Soll-Element Ec wird durch den Anzeigebefehl
DC bestimmt. Für den
Fall, dass kein Fehler aufgetreten ist, ist das Soll-Graphikelement
Ec identisch mit dem Graphikelement Ea, das von der Interpretationsvorrichtung
I in den lokalen Speicher M geschrieben wurde.
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Die Vergleichsvorrichtung Comp führt einen
bitweisen Vergleich der beiden Graphikelemente Er und Ec durch. Es kann sich zum Beispiel um ein
bitweises logisches "UND" handeln. Das aus
diesem Komparator hervorgegangene Ergebnis ist folglich ein Graphikelement
c, das für
den Fall, dass kein Fehler aufgetreten ist, mit dem Graphikelement
Er identisch ist.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die
Zeit, nach der das Graphikelement Er im
Bildspeicher MV lesbar ist, nicht bestimmt ist. Diese Zeit hängt nämlich einerseits
von der Driver-Software und andererseits von den Zeitquanten ab,
während
derer ein Lesezugriff auf den Bildspeicher bedingt durch eventuelle
konkurrierende Zugriffe möglich
ist.
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Infolgedessen kann der Komparator
Comp eine durch einen Timeout-Parameter
parametrierte Verweilzeit anwenden, nach der das Graphikelement
Er gelesen wird. Mit anderen Worten, diese
Verweilzeit ermöglicht
die Synchronisation zwischen dem Zugriff auf den Bildspeicher und
dem Überprüfungsprozess.
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Das Graphikelement c, das sich aus
dem Vergleich ergibt, wird anschließend an einen Codierer Cod gesendet,
dessen Ziel es ist, eine Fehlerprüfcodierung mit Hilfe einer
Funktion f durchzuführen.
Diese Codierung f ist vorzugsweise eine zyklische Redundanzcodierung
des Typs CRC (auf Englisch "Cyclic
Redundancy Code" oder "Cyclic Redundancy
Check").
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Dieselbe Funktion f wird verwendet,
um ein sogenanntes komplementäres
Graphikelement
zu
codieren. Dieses komplementäre
Graphikelement wird im lokalen Speicher M gelesen, und zwar im selben
Bereich Z
2 wie dem, wo bereits das Soll-Graphikelement
E
c gelesen wurde. In gleicher Weise wie
das Soll-Graphikelement
E
c ist es durch den Anzeigebefehl DC bestimmt.
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Nach einer ersten Ausführungsform
enthält
der Bereich Z
2 des lokalen Speichers M die
Menge der verschiedenen möglichen
Graphikelemente. Die Bestimmung des Soll-Graphikelements E
c oder des komplementären Graphikelements
erfolgt
innerhalb dieser Menge durch die Parameter des Anzeigebefehls DC
(Typ, Untertyp, Zustand ...).
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Nach einer zweiten möglichen
Ausführungsform
bestimmt die Interpretationsvorrichtung I das komplementäre Graphikelement
zur gleichen Zeit, wie sie das anzuzeigende Graphikelement E
a bestimmt, und schreibt diese beiden Elemente
in den Bereich Z
2 des lokalen Speichers
M. In gleicher Weise wie beim Graphikelement E
a wird
das komplementäre
Graphikelement
mit
Hilfe der Datenbank B bestimmt. Der größeren Klarheit wegen ist darauf
hinzuweisen, dass das anzuzeigende Graphikelement zweimal geschrieben
wird: einmal in den Bereich Z
1 (E
a) und einmal in den Bereich Z
2 (E
c). Diese beiden zusätzlichen Schreibvorgänge sind
in
1 durch die gestrichelten
Pfeile dargestellt.
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In dieser zweiten Ausführungsform
enthält
der Bereich Z
2 des lokalen Speichers immer
nur zwei Graphikelemente (E
c und
)
und kann somit eine viel geringere Größe haben als im Fall der ersten
Ausführungsform.
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Das komplementäre Graphikelement ist ein Graphikelement,
das sich von dem vor ihm angezeigten unterscheidet. Vorzugsweise
ist dies ein Graphikelement, das sich von letzterem nur durch die
kritischste Graphikinformation unterscheidet, das heißt, typischerweise
jener, die dem Zustand des betreffenden Objekts entspricht.
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Wenn man das Beispiel von 2 nimmt, ist das in 2b dargestellte Graphikelement
das komplementäre
Element zu dem in 2 dargestellten.
Denn der Unterschied besteht nur in der Farbe der Zone z, und dies
ist die sensibelste Information, weil gerade sie die meiste semantische
Information transportiert.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass für jedes
gegebene Graphikelement das komplementäre Graphikelement auf eindeutige
Weise bei der Erstellung des Systems bestimmt wird. Diese Entsprechungen
sind im Bereich Z2 des lokalen Speichers
(Ausführungsform
1) oder in der Datenbank B (Ausführungsform
2) abgelegt.
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Eine in der Zentraleinheit CU untergebrachte
Diagnosevorrichtung D empfängt
folglich das aus dem Komparator kommende und durch die Codierfunktion
f codierte Graphikelement c sowie das komplementäre Graphikelement
,
das ebenfalls durch diese Codierfunktion f codiert wurde. Typischerweise
werden diese beiden Informationen mit Hilfe einer einzigen Nachricht
m gesendet.
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Die Diagnoseeinheit D ist in der
Lage, f(c) und f(
)
sowie f(c) und einen Bezugswert f
1 zu vergleichen. Dieser
Bezugswert stammt aus einer Tabelle T, welche eine Entsprechung
zwischen diesen Bezugswerten und den Parametern herstellt, welche
das anzuzeigende Graphikelement bestimmen. Mit anderen Worten, die Zentraleinheit
CU ist in der Lage, für
jedes Objekt und jeden Zustand den Wert von f(c) zu bestimmen, den
sie erwarten muss.
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Für
den Fall, dass sich f(c) vom entsprechenden Bezugswert f
1 unterscheidet, oder für den Fall, dass f(
)
gleich f(c) ist, bedeutet dies, dass ein Fehler im Prozess aufgetreten
ist und infolgedessen, dass die auf dem Sichtgerät V angezeigte Information
nicht mehr korrekt ist. Daraufhin kann ein Alarm ausgelöst werden.
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Ergänzend kann ein dritter Vergleich
zwischen f(
)
und einem zweiten, auf dieselbe Weise wie der erste bestimmten Bezugswert
f
2 implementiert werden. Dieser dritte Vergleich
ermöglicht
es, die Sicherheit der Übertragungsvorrichtung
zu gewährleisten,
welche die Steuereinheit CU mit dem Anzeigecontroller DU verbindet.
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Die nachfolgende Tabelle gibt die
verschiedenen möglichen
Fälle von
Fehlern bei der Verarbeitung eines Anzeigebefehls DC nach dem der
Erfindung entsprechenden Verfahren an.
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Die erste Spalte gibt den Ort des
Fehlers an. Die zweite Spalte gibt die verschiedenen Konsequenzen an,
die ein an diesem Ort auftretender Fehler haben kann: Zum Beispiel
kann ein Fehler im lokalen Speicher M Auswirkungen auf das anzuzeigende
Graphikelement E
a und/oder auf das Soll-Graphikelement
E
c und/oder auf das komplementäre Graphikelement
haben.
Die dritte Spalte gibt schließlich
an, wie der Fehler durch das der Erfindung entsprechende Verfahren
erkannt werden kann.
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Das der Erfindung entsprechende Verfahren
bietet auch die Möglichkeit,
Doppelfehler zu erkennen, das heißt, die Fälle, in denen zwei Fehler gleichzeitig
auftreten. Die nachfolgende Tabelle zeigt einige dieser Fälle:
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