JP5046585B2 - 情報の入手可能性が改良された航空機フラットパネル表示システム - Google Patents
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Description
航空機上にあるフラットパネル航空計器表示器のような安全上重要なシステム(safety critical systems)では,航空機乗組員に対する重要データ(critical data)の表示に関する2つの主要な関心事は,データ完全性(これについては,タイトルが,「グラフィック画像の完全性を有する改良航空機フラットパネル表示システム」であり,かつこの出願の基礎となっている前記共有の同時係属出願で議論されている。)と,情報の入手可能性(information availability)である。データ完全性は,例えば上記特許出願で議論された方法で完全性検査機能(ICF)を利用することによって確保可能である。しかし,不一致が相次いで検出される場合,完全性検査機能は,この情報に「失敗」というフラグを付し,この不一致の情報がこれ以上閲覧されないようにし,航空機乗組員がフラットパネル表示器上の潜在的に誤っている情報に基づいて航空機を操作しないようにする。これは,1つの問題を解決するが,航空機乗組員がこの種の情報を使用可能でないならば,潜在的に別の問題を生じさせ得る。
しかしながら,表示データのアンチエイリアシングは,表示される画像ラインをスムーズにするために各線,弧などに沿った点の部位と,隣接するピクセル(つまり,計算されるデータ点に隣接するピクセル)の強度レベルを計算する必要があるので,極端に計算集約的(computationally intensive)であり,一般に,毎秒8000億命令を要する。
これらの理由により,顕著に簡略化された比較器プロセッサの使用が可能になる。データ処理及び比較機能を提供する比較器プロセッサでは,表示用画像を生成するグラフィックスレンダリングプロセッサよりも,必要とされる処理能力と実行命令がはるかに少ないからである。その結果,比較器の迅速なFAA認可が達成可能になる。
ビデオ送信器52は,選択されたデータ試験点(data test points)(ここでは,「光点(points of light)」と呼ぶ。)との比較のため,及びレンダリングされたデータを表示画面12上に画像化するために,レンダリングされたビデオデータを比較器プロセッサ32に提供する。
比較器プロセッサ32は,レンダリングコンピュータ34によって生成されるグラフィック的にレンダリングされた情報が表示器12上で画像化される前に,レンダリングコンピュータの表示データの意味のある部分集合を動作中に検証し(operatively verify),これによって,レンダリングコンピュータ34の現時点で及び継続的にエラーのない動作及び信頼性(current and continued error-free operation and reliability)を動的に保証する。
検証プロセスに曝される表示データ(これらのデータ点は,「光点(points of light)」として言及されることがある。)の部分集合(subset)は,特に,表示データの画像パラメータの意味のある断面と集合を定義し(define a meaningful cross-section and set of the display data image parameters),これによって,対象とするように,エラーのないデータ信頼性の進行中の確認(the intended ongoing confirmation of error-free data reliability)を達成し,かつ保証するように選択される。
第1に,比較器プロセッサ32は,所定の有限数の表示点(光点)のみに対する表示データを処理及び生成するのに動作可能であり,そのハードウエア及びソフトウエアは,同様に,制限された処理動作用に特注設計及び構成されている。
レンダリングコンピュータ34は,表示器12上の全てのピクセル位置のそれぞれで,グラフィック表示のための色及び強度データを生成しなければならないが,これとは違って,比較器プロセッサ32は,限定された所定数の表示ピクセルに対する色及び強度データを生成するのみである。
アンチエイリアシング処理ルーチンは,非常に複雑であり,プロセッサ集約的である。比較器プロセッサ32でのアンチエイリアシング処理を省略することにより,特注設計されたハードウエア及びソフトウエアの構成及び動作が大幅に単純化される。
レンダリングコンピュータ34は,航空機乗組員が航空機を操縦する際に頼りにする,アンチエイリアシングされた,英数字的及びグラフィック的に示された全ての情報を表示器12上で画像化するのに必要なデータを生成することが要求される。一方,比較器プロセッサ32は,レンダリングコンピュータ34によって生成される表示データの精度を検証するための試験又は完全性検査点(test or integrity check points)として使用される,限定数(例:100−300程度)の特定のデータ点のみに対する表示データを生成する。
例えば,グラフィック画像化された対気速度インジケータの回転可能なポインタ上に3つの光点(2つの端と,ポインタの長さ方向に沿った等距離位置若しくは中央又はその他の所定の位置に対応する。)を定義することができる。ポインタの位置又は回転された方向(position or rotated orientation)は,対気速度の変化に伴って変化し,これら3つのデータ点が画像化される特定の表示ピクセル位置(display pixel locations)は,同様に変化する。
クロッキングデータは,光点のカラーデータ(color data)と,レンダリングコンピュータ34によって生成される対応する画面表示位置(screen display location)用のカラーデータとの比較の同期を取るために利用される。光点用のデータバイト(data bytes)は,表示画像データが表示器12に提供されたときに表示器12上にレンダリングされる順序でFIFO76にロードされる。このレンダリングは,例えば表示フィールドの各水平トレースラインを順にスキャニングするか,これを横切ってトレースすることによって行われる。
ビデオ受信器70からのクロック信号は,表示器12の完全な画像化スキャンを集合的に定義するアドレス位置のそれぞれに渡って(through each of the address locations that collectively define a complete imaging scan of the screen display 12),カウンタ82を繰り返し稼動させる。このとき,24ビット比較器84は,現在アドレス(current address)をカウンタ82から受け取り,FIFOに格納されている次に入手可能な光点のデータの対象とする表示アドレスをFIFO76から受け取る。
試験アドレスカウンタ86は,FIFOに格納されている次の光点用のアドレス及びカラーデータが比較器84でのアドレス比較とカラー比較器88でのカラーデータ比較のためにスタックの先頭に配置されるように,FIFO76の配列を行う。カウンタ82が,レンダリングコンピュータの画像化データの画面データアドレス全体の順序付け(sequence through the screen data addresses)を継続する。
検出されたデータのエラーに関連したグラフィック表示の部分又は画像化されたゲージ又はインジケータを修正又は上書きすることによって,その表示が不正確であるか,不正確であるかも知れないということを示すことができる。修正又は上書きは,例えば,大きな「X」,「失敗」,「エラー」といった記号を表示部分又は画像化されたインジケータの一面に又はこれを横切ってレンダリングすることによって,又はその色を通常のものとは変えることによって,行うことができる。
グラフィックスレンダリング機能204は,共有メモリ216内の共通のアドレス空間にマッピングされている(mapped into the common addressing space in the shared memory 216),ビデオグラフィックスプロセッサ206内へのレンダリングが最後に行われたメモリ位置(memory location)を完全性検査機能202に知らせる。
好ましくは,凸形状オブジェクトの全ての辺が試験された点について右回りを形成する場合は,点は,凸形状の内部にあるか,凸形状によって覆われる。同様に,点が何れかの辺に沿っているか,その辺について左回りである場合は,点は,凸形状の外にある。
この好ましいアプローチでは,画像ピクセルの部分集合(a subset of the image pixels)を簡素に表現するために完全性検査機能202内で同じ入力データが,使用される。
間違った警報がなされる確率1E−17を達成したいとする。正しい画像中の11個のサンプルが3回連続して不一致になる確率は,0.3^(3×11)=0.56E−17になる。従って,11個は,許容できる不一致サンプル数であると分かる。
この場合,20個のサンプルのうちの9個が正しい数値に一致する確率は,1/(4096^9)*20!/9!=0.21E−19である。この結果を,ビデオグラフィックスプロセッサ206によって生成されるが,完全性検査機能202が検出しない不一致パターンの確率であるとみなすことができる。
上記例では,データリフレッシュレートが50ミリ秒なのでデータリフレッシュが毎時72000回行われる。従って,20個の光点のうちの9個が正しいときに合格とする基準によると,間違ったエラーがなされる確率又はエラーが検出されない確率は,毎時1E−12より良いであろう。
上記例は,小さいサンプルサイズに基づいたエラー検出に信頼性があることを示し,さらに,ビデオグラフィックスプロセッサ206内での種々のフィルタリングアルゴリズムにより,全ての点の検出が可能でない場合には,より大きな数のサンプルを最小限のコレクトパス基準(correct pass criteria)で利用できることを示す。
glOrtho(left,right,bottom,top,near,far);
glClearColor(red, green, blue, alpha);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
/* graphics that are draw with vertex calls */
glPushMatrix()
glRotatef(angle, rx, ry, rz);
glTranslatef(tx, ty, tz);
glScalef(sx, sy, sz);
SetState(state);
foreach primative in ( GL_POINTS GL_LINE_LOOP GL_LINE_STRIP
GL_TRIANGLES GL_TRIANGLE_STRIP GL_TRIANGLE-FAN
GL_QUADS GL_QUAD_STRIP GL_POLYGON)
glBegin(primative)
foreach vertex in verticies
glColor4f(red, green, blue, alpha);
glTexCoord2f(s, t)
glVertex3fV(vertex);
endfor
glEnd()
endfor
glPopMatrix()
glFinish();
glPushMatrix()
glRotatef(angle, rx, ry, rz);
glTranslatef(tx, ty, tz);
glScalef(sx, sy, sz);
foreach image to be drawn
glRasterPos3f(x, y, z); /* set position based on current state of matrix stack */
glBitmap( width, height, xorig, yorig, xmove, ymove, bitmap);
glWindowPos2f(pixelX, pixelY); /* set position in pixel coordinates */
glBitmap( width, height, xorig, yorig, xmove, ymove, bitmap);
glRasterPos3f(x, y, z); /* set position based on current state of matrix stack */
glCopyPixels( x, y, width, height, type);
glWindowPos2f(pixelX, pixelY) ;
glCopyPixels( x, y, width, height, type);.
glRasterPos3f(x, y, z); /* set position based on current state of matrix stack */
glCopyPixels( x, y, width, height, type);
glWindowPos2f(pixelX, pixelY) ;
glCopyPixels( x, y, width, height, type);
glRasterPos3f(x, y, z); /* set position based on current state of matrix stack */
glDrawPixels( width, height, format, type, pixels);
glWindowPos2f(pixelX, pixelY) ;
glDrawPixels( width, height, format, type, pixels);
endfor
glPopMatrix()
300:第1ビデオグラフィックスプロセッサ 302:第2ビデオグラフィックスプロセッサ 304:表示パネル 306:完全性検査機能 308:ビデオスイッチ 310:グラフィックスレンダリング機能 312:比較器
Claims (24)
- 入力される航空機及び環境センサデータに基づく航空機飛行情報をビットマップ表示器上に画像化するための航空計器表示システムであって,
前記表示器は,その全体に渡る位置に存在する個別にアドレス可能であって,かつ前記表示器上に画像を生成するために動作可能な複数のピクセルで形成され,
前記システムは,グラフィックスビデオ画像化情報を生成する第1ビデオグラフィックスプロセッサを備え,前記第1ビデオグラフィックスプロセッサは,関係する潜在的故障スレッドを有し,
グラフィックスレンダリング機能を提供するために前記第1ビデオグラフィックスプロセッサに動作可能に接続されるグラフィックスレンダリングプロセッサ手段と,
前記第1ビデオグラフィックスプロセッサの機能が適切であることを検証する完全性検査機能を提供するために前記グラフィックスレンダリングプロセッサ手段に動作可能に接続される完全性検査プロセッサ手段とを備え,
前記第1ビデオグラフィックスプロセッサは,前記グラフィックスビデオ画像化情報から,航空機の動作中に航空機の航空機乗組員によって使用される前記航空機飛行情報のグラフィック表示を生成し,
前記完全性検査プロセッサ手段は,前記グラフィック表示の完全性に基づいて切り替え制御信号の出力を提供し,
第1及び第2入力と,出力とを有するビデオスイッチ手段を備え,
前記第1入力は,前記完全性検査プロセッサ手段から前記制御信号を受け取ってそれに対応するために前記完全性検査プロセッサ手段に動作可能に接続され、
前記第2入力は,前記グラフィックスビデオ画像化情報を受け取るために前記第1ビデオグラフィックスプロセッサに動作可能に接続され,
前記出力は,切り替え用の前記制御信号に応答して前記表示器にグラフィック表示を提供するために,前記表示器にグラフィック表示可能な情報を提供するために前記表示器に動作可能に接続され、
前記完全性検査プロセッサ手段と,前記ビデオスイッチ手段への入力の間に動作可能に接続され、グラフィックスビデオ画像化情報を生成する第2ビデオグラフィックスプロセッサを備え,
第2ビデオグラフィックスプロセッサは,前記第1ビデオグラフィックスプロセッサとは異なる潜在的故障スレッドを有し,
前記ビデオスイッチ手段の出力は,前記制御信号に応答して前記第1ビデオグラフィックスプロセッサにより生成されたグラフィックスビデオ画像化情報と前記第2ビデオグラフィックスプロセッサにより生成されたグラフィックスビデオ画像化情報とを切り替え、これによって、共通の故障スレッドを避け,前記完全性検査プロセッサ手段が前記第1ビデオグラフィックスプロセッサに対して不一致条件を検出したときでも前記グラフィック表示を提供し、これによって重要な表示データの入手可能性が維持される航空計器表示システム。 - 第1ビデオグラフィックスプロセッサによって提供されるグラフィックスビデオ画像化情報は,第2ビデオグラフィックスプロセッサによって提供されるグラフィックスビデオ画像化情報と同じである請求項1に記載の航空計器表示システム。
- 第1ビデオグラフィックスプロセッサによって提供されるグラフィックスビデオ画像化情報は,第2ビデオグラフィックスプロセッサによって提供されるグラフィックスビデオ画像化情報と実質的に同じである請求項1に記載の航空計器表示システム。
- 第1及び第2ビデオグラフィックスプロセッサは,関係するシステムアーキテクチャーが異なる請求項1に記載の航空計器表示システム。
- 第1及び第2ビデオグラフィックスプロセッサは,種類が異なる請求項1に記載の航空計器表示システム。
- 第1及び第2ビデオグラフィックスプロセッサは,ブランドが異なる請求項1に記載の航空計器表示システム。
- 第2ビデオグラフィックスプロセッサによって生成されるビデオ画像化グラフィックス情報は,第1ビデオグラフィックスプロセッサに生成されるビデオ画像化グラフィックス情報の所定の部分集合である請求項1に記載の航空計器表示システム。
- 第1ビデオグラフィックスプロセッサに生成されるビデオ画像化グラフィックス情報は,高品位のグラフィックスビデオ画像化情報からなり,前記部分集合は,低品位のグラフィックスビデオ画像化情報からなる請求項7に記載の航空計器表示システム。
- 第1ビデオグラフィックスプロセッサに生成されるビデオ画像化グラフィックス情報は,航空機の位置及び方向オーバーレイを含む三次元地形マップと共に対気速度及び高度テープを有するEADIのアンチエイリアシングされた画像からなる請求項7に記載の航空計器表示システム。
- 前記ビデオ画像化グラフィックス情報の所定の部分集合は,アンチエイリアシングされていない,対気速度及び高度テープを有するEADIの単純なライン表示と,航空機の位置及び方向の単純な表示からなる請求項9に記載の航空計器表示システム。
- 前記システムは,完全性検査プロセッサ手段と,ビデオスイッチ手段の間に動作可能に接続され,前記ビデオスイッチ手段から表示ビデオ画像化データを受け取り,前記完全性検査プロセッサ手段から画像検査点データを受け取る比較器プロセッサをさらに備え,
前記比較器プロセッサは,前記ビデオ画像化データと,前記画像検査点データを比較し,それによってグラフィック描画された航空機飛行情報を評価して,第1ビデオグラフィックスプロセッサによって提供される前記ビデオ画像化データの正当性が確認されないときに前記完全性検査プロセッサ手段が前記制御信号を生成することを可能にする請求項1に記載の航空計器表示システム。 - 第1ビデオグラフィックスプロセッサによって提供されるグラフィックスビデオ画像化情報は,第2ビデオグラフィックスプロセッサによって提供されるグラフィックスビデオ画像化情報と同じである請求項11に記載の航空計器表示システム。
- 第1ビデオグラフィックスプロセッサによって提供されるグラフィックスビデオ画像化情報は,第2ビデオグラフィックスプロセッサによって提供されるグラフィックスビデオ画像化情報と実質的に同じである請求項11に記載の航空計器表示システム。
- 第1及び第2ビデオグラフィックスプロセッサは,関係するシステムアーキテクチャーが異なる請求項11に記載の航空計器表示システム。
- 前記システムは,完全性検査プロセッサ手段と,ビデオスイッチ手段の間に動作可能に接続され,前記ビデオスイッチ手段から表示ビデオ画像化データを受け取り,前記完全性検査プロセッサ手段から画像検査点データを受け取る比較器プロセッサをさらに備え,
前記比較器プロセッサは,前記ビデオ画像化データと,前記画像検査点データを比較し,それによってグラフィック描画された航空機飛行情報を評価して,第1ビデオグラフィックスプロセッサによって提供される前記ビデオ画像化データの正当性が確認されないときに前記完全性検査プロセッサ手段が前記制御信号を生成することを可能にする請求項5に記載の航空計器表示システム。 - 前記システムは,完全性検査プロセッサ手段と,ビデオスイッチ手段の間に動作可能に接続され,前記ビデオスイッチ手段から表示ビデオ画像化データを受け取り,前記完全性検査プロセッサ手段から画像検査点データを受け取る比較器プロセッサをさらに備え,
前記比較器プロセッサは,前記ビデオ画像化データと,前記画像検査点データを比較し,それによってグラフィック描画された航空機飛行情報を評価して,第1ビデオグラフィックスプロセッサによって提供される前記ビデオ画像化データの正当性が確認されないときに前記完全性検査プロセッサ手段が前記制御信号を生成することを可能にする請求項6に記載の航空計器表示システム。 - 前記システムは,完全性検査プロセッサ手段と,ビデオスイッチ手段の間に動作可能に接続され,前記ビデオスイッチ手段から表示ビデオ画像化データを受け取り,前記完全性検査プロセッサ手段から画像検査点データを受け取る比較器プロセッサをさらに備え,
前記比較器プロセッサは,前記ビデオ画像化データと,前記画像検査点データを比較し,それによってグラフィック描画された航空機飛行情報を評価して,第1ビデオグラフィックスプロセッサによって提供される前記ビデオ画像化データの正当性が確認されないときに前記完全性検査プロセッサ手段が前記制御信号を生成することを可能にする請求項7に記載の航空計器表示システム。 - 前記システムは,完全性検査プロセッサ手段と,ビデオスイッチ手段の間に動作可能に接続され,前記ビデオスイッチ手段から表示ビデオ画像化データを受け取り,前記完全性検査プロセッサ手段から画像検査点データを受け取る比較器プロセッサをさらに備え,
前記比較器プロセッサは,前記ビデオ画像化データと,前記画像検査点データを比較し,それによってグラフィック描画された航空機飛行情報を評価して,第1ビデオグラフィックスプロセッサによって提供される前記ビデオ画像化データの正当性が確認されないときに前記完全性検査プロセッサ手段が前記制御信号を生成することを可能にする請求項8に記載の航空計器表示システム。 - 入力される航空機及び環境センサデータに基づく航空機飛行情報をビットマップ表示器上に画像化するための航空計器表示システムであって,
前記表示器は,その全体に渡る位置に存在する個別にアドレス可能であって,かつ前記表示器上に画像を生成するために動作可能な複数のピクセルで形成され,
前記システムは,ビデオグラフィックスプロセッサと,完全性検査機能及びグラフィックスレンダリング機能を提供するために前記ビデオグラフィックスプロセッサに動作可能に接続されたプロセッサ手段とを備え,
前記完全性検査機能は,基準として描画され得る,各グラフィックス画像の所定の画像に対する複雑チェックサムを格納する手段を備え,
前記システムは,前記ビデオグラフィックスプロセッサに前記所定の格納された画像の少なくとも1つを描画するように命じる手段をさらに備え,
前記完全性検査機能は,描画された画像に対する画像チェックサムを計算し,基準からのずれを判断するために,このチェックサムと,前記画像に対応した格納された複雑チェックサムと比較し,
前記システムは,前記ずれの何れもビデオグラフィックスプロセッサによる正しい画像を描画することの失敗であることを認識する手段をさらに備える航空計器表示システム。 - 前記プロセッサ手段は,分離された完全性検査機能手段と,グラフィックスレンダリング機能手段からなる請求項19に記載の航空計器表示システム。
- 前記プロセッサ手段は,共通の完全性検査機能とグラフィックスレンダリング機能手段からなる請求項19に記載の航空計器表示システム。
- 前記複雑チェックサムは,CRCからなる請求項19に記載の航空計器表示システム。
- 前記プロセッサ手段は,分離された完全性検査機能手段とグラフィックスレンダリング機能手段からなる請求項22に記載の航空計器表示システム。
- 前記プロセッサ手段は,共通の完全性検査機能とグラフィックスレンダリング機能手段からなる請求項22に記載の航空計器表示システム。
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