Brevet FR2978859A1 — publié le 20130208

SYSTEME D'AFFICHAGE SMART-DUAL L'objet de la présente invention concerne un système de visualisation sécurisé notamment un système d'affichage plein écran pour un écran de technologie LCD pour « Liquid Crystal Display » comportant deux demi-écrans d'affichage pouvant être commandés indépendamment l'un de l'autre. L'affichage des données se fait sur une ou plusieurs fenêtres occupant tout ou partie de l'écran. Le système selon l'invention s'applique, par exemple, au niveau des planches de bord d'aéronef. Les planches de bord actuelles comportent essentiellement des écrans de visualisation permettant de fournir aux pilotes les informations nécessaires au pilotage, à la navigation et plus généralement à l'accomplissement de la mission en cours. L'équipage peut interagir au moyen d'interfaces homme-machine avec ces écrans pour sélectionner, contrôler ou modifier les données et les paramètres affichés. Dans le domaine de l'avionique, par exemple, les avions assurant le transport des passagers disposent de cockpits relativement petits où l'intégration réussie des éléments nécessaires au pilotage, à la navigation, à la surveillance et aux communications est essentielle pour assurer la sécurité du vol et optimiser la charge de travail de l'équipage. Actuellement, la technologie permet de réaliser de grands écrans de visualisation, typiquement de diagonale égale ou supérieure à 15 pouces avec une excellente résolution. Pour permettre l'affichage de nouvelles fonctions avioniques, la taille des écrans de visualisation est significativement augmentée par rapport à ce qui existait précédemment. Les cockpits ayant une taille globalement restreinte, les contraintes d'installation conduisent à considérer des systèmes de visualisation comportant 3 grands écrans au plus. Le nombre total d'écran est donc en réduction par rapport à ce qui se faisait auparavant. Ce nombre d'écran réduit pose des problèmes de disponibilité des informations nécessaires au pilotage, à la navigation, en cas de panne simple pouvant occasionner simultanément la perte de plusieurs fonctions affichées sur un même écran. Pour atteindre les objectifs de disponibilité et de sûreté de fonctionnement requis dans le domaine du transport aérien, une solution consiste à proposer des visualisations ayant une architecture interne dualisée. Le problème technique posé est alors de trouver une solution d'architecture permettant de satisfaire à la fois les objectifs de disponibilité, de sûreté de fonctionnement et de performances opérationnelles : garantie de l'absence de panne simple conduisant à la perte de tout l'écran, capacité d'affichage en plein écran, et utilisation optimale des ressources de calcul et de génération graphique disponibles. Les solutions existantes multiplient le nombre d'écrans de petite taille dans un cockpit amenant des coûts supplémentaires, du câblage, du poids. Le nombre d'écrans peut varier de 4 à 8, voire au-delà. Une autre solution explicitée dans la demande de brevet FR 1101386 du Demandeur, consiste à utiliser un système de visualisation à 3 écrans tout en assurant une disponibilité du système avionique. L'objet de l'invention concerne un système de visualisation sécurisé pour objet mobile, tel qu'un aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte au moins les éléments suivants : - un écran E composé d'au moins deux matrices indépendantes El, E2 formées de pixels, chacune des matrices étant commandées par une chaîne graphique indépendante CI, C2, lesdites matrices ayant des entrées indépendantes Il, 12, - une boite à lumière composée d'au moins deux sous-ensembles indépendant BI, B2, chacun rétro-éclairant chaque demi écran El, E2, - deux fonctions bypass TI, T2, une fonction bypass TI, T2 étant associée à une chaîne graphique CI, C2, une fonction bypass étant reliée à une entrée d'une des matrices El, E2, - un module central ayant une fonction de mélange des données provenant des deux chaînes graphiques CI, C2 indépendantes, et une fonction de séparation desdites données, ledit module de séparation étant relié auxdites fonctions bypass TI, T2, - chaque chaîne graphique CI, C2 comprenant des moyens de génération d'images, - un premier bloc AI et un deuxième bloc A2d'alimentation. Le système peut comporter un module de synchronisation assurant 5 la synchronisation entre les deux chaînes graphiques CI, C2. Le système peut aussi comporter un moyen de monitoring reliée auxdites chaînes graphiques CI et C2. Selon un mode de réalisation, le système comporte un troisième bloc d'alimentation alimentant ledit module central. 10 L'écran E est, par exemple, un écran à cristaux liquides composé de deux matrices indépendantes El, E2 de pixels. Selon un mode de mise en oeuvre les moyens de génération d'images de chaque chaîne graphique CI, C2 génèrent des données permettant l'affichage indépendant de deux demi-images sur les deux demi-parties 15 constituant l'écran. Selon un autre mode de mise en oeuvre les moyens de génération d'images d'une seule chaîne graphique CI, C2 génèrent des données permettant l'affichage d'une image pleine écran sur les deux demi-parties constituant l'écran. 20 Chacune des chaînes graphiques génère des données permettant, par exemple, un affichage sur une ou plusieurs fenêtres réparties sur ledit écran ou encore une surface d'affichage correspondant à la totalité dudit écran E. Le système de visualisation selon l'invention est par exemple utilisé dans un avion comprenant un, deux ou trois écrans LCD. 25 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit donnée à titre illustratif et nullement limitatif annexée des figures qui représentent : - La figure 1, un exemple d'architecture d'une visualisation selon 30 l'invention, - La figure 2, un synoptique du principe de fonctionnement d'une visualisation de la figure 1, - La figure 3, une illustration d'un fonctionnement plein-écran - La figure 4, un exemple de fonctionnement en mode full-dual, utilisant deux chaînes d'affichage, - La figure 5, un exemple de fonctionnement en mode plein-écran - La figure 6, un exemple de fonctionnement en mode plein-écran avec vidéo, et - La figure 7, un exemple de fonctionnement en mode plein-écran multifenêtré. Afin de mieux faire comprendre l'architecture du système de visualisation selon l'invention, l'exemple qui suit, est donné dans le cadre d'une application dans le domaine de l'avionique. A titre illustratif, la figure 1 représente un exemple d'architecture d'un dispositif de visualisation selon l'invention. L'architecture s'appuie sur l'utilisation d'un écran E de type LCD ou toute autre technologie similaire constituée d'au moins deux demi-écrans El, E2, chaque demi-écran ayant sa propre entrée respectivement Il, 12. Le panneau dual E est adressé par demi-côté et garantit au niveau de l'écran une absence de mode commun de panne. Un écran est composé, par exemple, de deux matrices de pixels élémentaires qui sont adressés par deux ensembles électroniques de commande ou d'adressage totalement séparés permettant de créer deux images autonomes. A titre d'exemple, la taille de l'écran peut être de 15,4 pouces ce qui correspond à une diagonale d'écran de 39 centimètres. L'écran E est rétro-éclairé par une boîte à lumière, composée de deux sous-ensembles indépendant BI, B2, chacun rétro-éclairant chaque demi écran El, E2. Cette boîte à lumière peut être assurée par des diodes électroluminescentes. Le dispositif de visualisation selon l'invention comprend deux chaînes de génération graphique CI, C2. La chaîne de génération graphique CI comprend des ressources matérielles et logicielles permettant l'acquisition de données, le traitement des données et le traitement graphique associé. CI comprend des moyens d'interconnexion avec le reste du système avionique, des moyens de génération d'images permettant de générer des images sur le demi-écran El ou sur l'écran complet E. Ces moyens de génération d'images sont reliés à un module central ou ensemble 30 et à une fonction by-pass TI qui seront décrits ci-après. De manière similaire, la deuxième chaîne C2 de génération graphique comprend des ressources matérielles et logicielles permettant l'acquisition de données, le traitement des données et le traitement graphique associé. C2 comprend des moyens d'interconnexion 20 avec le reste du système avionique, reliés à des moyens de génération d'images 21 permettant de générer des images sur le demi-écran E2 ou sur l'écran complet E. Ces moyens de génération d'images sont reliés au module central 30 et à une fonction by-pass T2 décrits ci-après. Le dispositif de visualisation selon l'invention comprend des moyens de bypass TI, T2 des signaux issus des deux chaînes d'affichage CI, C2. La fonction de by-pass TI, T2 associée à chacune des chaînes CI, C2 permet notamment d'alterner entre un mode de fonctionnement « full-dual » et un mode de fonctionnement plein-écran de l'écran E. Le dispositif de visualisation selon l'invention comprend un module central 30 permettant de composer des images plein-écran à partir des images générées par chacune des voies graphiques CI, C2 ou à partir des images générées par une seule des deux voies graphiques CI ou C2, éventuellement mélangées avec une source vidéo externe V3. Le module central 30 et les chaînes de génération graphique sont adaptés pour envisager différents modes de fonctionnement : 1) l'image plein écran est générée par une seule chaîne graphique, l'autre chaîne graphique ne générant pas d'image, mais pouvant se substituer à la première en cas de panne de celle-ci ; 2) chaque chaîne graphique génère une ou plusieurs fenêtres réparties sur l'écran. Ces fenêtres sont disjointes et complémentaires, de telle façon que l'ensemble de ces fenêtres couvre l'ensemble de la surface d'affichage du plein écran ; 3) chaque chaîne graphique génère une surface d'affichage correspondant à la totalité du plein écran. Les deux surfaces 30 d'affichage ainsi générées sont superposés et « mélangées » par la fonction mélange, selon un critère de priorité prédéfini ; 4) les modes de fonctionnement précédents 2 et 3 peuvent être combinés pour permettre plus de souplesse d'implémentation des 5 fonctions d'affichage. Ces modes de fonctionnement permettent d'utiliser au mieux les ressources de calcul et les ressources graphiques disponibles, de répartir les traitements sur chacune des voies pour assurer une meilleure performance globale du produit, et/ou pour assurer une ségrégation physique entre deux 10 fonctions d'affichage. Quelques exemples de fonctionnement sont donnés dans les figures 3 à 7. Les moyens de génération d'images de chacune des chaînes génèrent des images représentatives des données nécessaires au pilotage, à la navigation, au contrôle de l'appareil ou à la circulation sur un aéroport. Ces 15 types d'affichage principaux sont connus sous l'abréviation « EFIS » pour « Electronic Flight Instrument System » et l'abréviation anglo-saxonne « ECAM » signifiant « Electronic Centralized Aircraft monitoring ». Les affichages correspondant en fonction des données s'appellent : - données de pilotage : « PFD » acronyme anglo-saxon de « Primary 20 Flight Display », - données de navigation : « ND », acronyme de « Navigation Display », - données de contrôle moteur et gestion d'alarmes : « EWD », acronyme de « Engine Warning Display », - données générales des systèmes avions : « SD », acronyme de 25 « System Display », - données aéroportuaires : « ANF », acronyme de « Airport Navigation Function ». La figure 2 illustre le principe de fonctionnement du dispositif selon 30 l'invention. Un premier bloc d'alimentation PI alimente la chaîne graphique CI, la fonction by-pass TI, le sous-ensemble boite à lumière B1 et le demi-écran El. Le premier bloc alimentation PI est relié à une première alimentation externe Al. De manière similaire, un second bloc d'alimentation P2 alimente la chaîne graphique C2, la fonction by-pass T2, le sous-ensemble boite à lumière B2 et le demi-écran E2. Le bloc alimentation P2 est relié à une deuxième alimentation externe A2. Un troisième bloc d'alimentation 35 qui alimente le module central 30 est relié au bloc d'alimentation PI et/ou au bloc d'alimentation P2. La chaîne graphique CI (respectivement C2) envoie des signaux de commande à une logique de contrôle 13 (respectivement 23), dont la sortie agit directement sur un moyen d'aiguillage 12 (resp. 13) de la fonction by-pass TI (resp. T2). Ces signaux de commande sont la combinaison de signaux externes, transmis par un opérateur, le pilote, par exemple, et de signaux internes, détaillés ci-après. Ils permettent de basculer d'un mode d'affichage plein écran, à un mode d'affichage « full-dual » par demi-écran. Le module central 30 comprend une fonction d'acquisition vidéo 31, une fonction de mélange 32 connu de l'Homme du métier et une fonction de séparation 33. Le module central 30 comprend aussi une fonction synchronisation 34, et une fonction de contrôle-gestion ou monitoring 36, détaillées ci-après. La fonction de synchronisation 34 va cadencer chacune des chaînes graphiques CI, C2. L'ensemble est alimenté par le bloc d'alimentation 35 séparé ou directement par le bloc d'alimentation PI ou le bloc d'alimentation P2. La fonction monitoring 36 est reliée aux chaînes graphiques CI et C2 ; elle les informe du fonctionnement correct du module central 30, en indiquant par exemple si le bloc d'alimentation 35 fonctionne correctement, si la fonction de mélange 32 fonctionne correctement, ou si les moyens ou bloc de séparation 33 fonctionne correctement. Sur la base des données envoyées par la fonction monitoring 36, chaque chaîne graphique CI (respectivement C2) va pouvoir modifier les signaux de commande transmis à la logique de contrôle 13 (respectivement 23), pour repasser automatiquement par exemple en mode full-dual si un dysfonctionnement est détecté. En mode full-dual, la chaîne graphique CI envoie des signaux de commande à la logique de contrôle 13 de telle sorte que les données issues de la chaîne d'affichage vont transiter via le moyen d'aiguillage 12 directement sur l'entrée Il du demi-écran El, en suivant le chemin représenté par la lettre SI sur la figure 2. De manière similaire, la chaîne graphique C2 envoie des signaux de commande à la logique de contrôle 23 de telle sorte que les données issues de la chaîne d'affichage vont transiter via le moyen d'aiguillage 22 directement sur l'entrée 12 du demi-écran E2, en suivant le chemin représenté par la lettre S2 sur la figure 2. En mode d'affichage plein écran, les données issues de la chaîne d'affichage CI et/ou de la chaîne C2 vont être dirigées vers la fonction de mélange 32 pour composer une image de la largeur de l'écran E. La fonction de séparation 33 va couper l'image en 2 parties, LI, L2, chacune des parties LI, L2 correspondant à deux ensembles de données, qui sont transmises respectivement au demi-écran El et au demi-écran E2. De cette façon, on va obtenir un affichage d'une image plein écran. Les données dans ce cas transitent selon les chemins S'l et S'2. Les chaînes graphiques CI, C2 étant cadencées par la fonction de synchronisation 34, il est possible de mélanger ligne à ligne les images générées par chacune des chaînes graphiques au moyen de la fonction de mélange 32, sans introduire de latence entre les chaînes, et donc en garantissant l'affichage d'une image plein écran cohérente. Lorsque l'une des chaînes CI, C2 détecte un dysfonctionnement, par exemple, une perte de la fonction synchronisation, ou lorsqu'elle est informée d'un dysfonctionnement détecté par la fonction monitoring 36, tel que décrit ci- avant, alors la chaîne décide de façon autonome de commuter en mode full-dual et envoie un ordre à la fonction bypass qui lui est associée. De même, si l'une des chaînes reçoit un ordre externe de commutation en mode full-dual, ordre émanant d'un pilote par exemple, elle transmet son ordre à la fonction by-pass indépendamment de la chaîne opposée. La redondance des alimentations et leur distribution adéquate permet de s'assurer qu'en cas de perte de l'une d'elles, il sera toujours possible d'afficher au moins une image sur un demi-écran. La disposition et l'indépendance des chaînes permettent de conserver au moins un demi-écran opérationnel en cas de panne simple de n'importe quel composant du système de visualisation, par exemple en cas de panne d'une alimentation électrique, d'une chaîne graphique, du module central 30, d'une électronique de commande d'une boite à lumière ou d'un demi-écran. Ainsi l'équipage conserve l'affichage des données sur au moins un demi-écran sur deux, ce qui est acceptable sur le plan de la sécurité de vol. Dans un cockpit d'aéronef conçu sur la base de 3 grands écrans, il sera avantageux d'utiliser 3 systèmes de visualisation tel que décrit précédemment, pourvu que l'affichage des données soit prévu dans les cas où un demi-écran est en panne. En effet, un tel cockpit est globalement équivalent à un cockpit de l'état de l'art antérieur basé sur 6 visualisations indépendantes. La figure 3 illustre un mode de fonctionnement plein-écran dans lequel la chaîne graphique CI génère une première fenêtre W1, la chaîne graphique C2 génère les deux autres fenêtres W2 et W3, les données correspondant à la génération de ces trois fenêtres sont rassemblées par la fonction mélange 32, avant d'être réparties sur les deux demi-écrans par la fonction séparation afin de constituer une image plein écran comprenant les fenêtres W1, W2, W3. La figure 4, illustre un autre exemple de mise en oeuvre du système de visualisation selon l'invention fonctionnant en mode full-dual. Dans cet exemple les données DI utilisées par la première chaîne graphique CI permettent un affichage PFD uniquement sur le demi-écran El. Les données D2 pouvant être différentes des données DI et qui sont utilisées par la deuxième chaîne graphique C2 permettent un affichage ND sur le deuxième demi-écran E2. La figure 5 illustre un autre exemple de mise en oeuvre d'un mode de fonctionnement plein-écran, dans lequel les données à afficher sont générées par une seule chaîne graphique, dans cet exemple la chaîne CI, afin de produire un affichage plein écran ND full-screen. Dans cet exemple les données produites par la chaîne CI sont transmises à la fonction mélange et séparation, qui va les transmettre via les fonctions bypass de chacune des chaînes au niveau des entrées Il et 12 des deux demi-écrans afin d'assurer l'affichage plein écran. La figure 6 illustre un autre exemple de mise en oeuvre d'un mode de fonctionnement plein-écran, dans lequel les données à afficher sont générées par une seule chaîne graphique, dans cet exemple la chaîne CI, et combinées à une vidéo externe V3, afin de produire un affichage plein écran ND full-screen avec fond vidéo. Dans cet exemple les données produites par la chaîne CI sont transmises à la fonction mélange, qui reçoit également les données vidéo acquises et transmises par la fonction d'acquisition vidéo 31. Comme dans toutes les variantes du mode d'affichage plein écran, la fonction séparation va séparer l'image en 2 demi-images et les transmettre via les fonctions bypass de chacune des chaînes au niveau des entrées Il et 12 des deux demi-écrans afin d'assurer l'affichage plein écran. Dans l'exemple donné à la figure 6, les deux chaînes d'affichage vont générer des fenêtres complémentaires de tailles différentes. La fenêtre ND générée par la chaîne CI a une taille de 8 pouces par 8 pouces, et la fenêtre WPL générée par la chaîne C2 a une taille de 4 pouces par 8 pouces. Ces deux fenêtres se complètent de façon à former une image plein écran qui occupe la totalité de l'écran E. Le système de visualisation selon l'invention offre notamment les avantages suivants. Le système selon l'invention permet d'offrir un équipement de visualisation ayant à la fois un mode de fonctionnement full-dual et un mode de fonctionnement plein écran, le tout sans introduire de mode commun de panne pouvant conduire sur panne simple à la perte de tout l'écran. Cette solution permet de plus de répartir les traitements de génération graphique sur les deux chaînes disponible, pour constituer au final une seule image plein écran, ce qui permet d'optimiser la performance et de ségréguer physiquement deux fonctions d'affichage. Le système permet en cas de panne simple de n'importe lequel de ces éléments le constituant, l'affichage d'au moins une image sur un demi-écran. Dans le cas d'une implémentation du système dans un avion avec seulement 3 écrans, dit double chaîne, il est ainsi possible d'obtenir une disponibilité identique à celle offerte par les systèmes de l'art antérieur comprenant 6 écrans de visualisation. Chaque visualisation peut en effet fonctionner en mode full-dual, dans lequel chaque chaîne de génération graphique génère une demi-image affichée sur une moitié de l'écran, et ceci complètement indépendamment de l'autre chaîne. De plus, pour satisfaire les besoins d'affichage de nouvelles fonctions, chaque visualisation peut également fonctionner en mode plein-écran, dans lequel chaque chaîne de génération graphique génère une ou plusieurs fenêtres occupant tout ou partie de l'écran complet. REVENDICATIONS1 - Système de visualisation sécurisé pour objet mobile, tel qu'un aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte au moins les éléments suivants : - un écran E composé d'au moins deux matrices indépendantes El, E2 formées de pixels, chacune des matrices étant commandées par une chaîne graphique indépendante CI, C2, lesdites matrices ayant des entrées indépendantes Il, 12, - une boite à lumière composée d'au moins deux sous-ensembles indépendant BI, B2, chacun rétro-éclairant chaque demi écran El, E2, - deux fonctions bypass TI, T2, une fonction bypass TI, T2 étant associée à une chaîne graphique CI, C2, une fonction bypass étant reliée à une entrée d'une des matrices El, E2, - un module central (30) ayant une fonction (32) de mélange des données provenant des deux chaînes graphiques CI, C2 indépendantes, et une fonction (33) de séparation desdites données, ledit module de séparation étant relié auxdites fonctions bypass TI, T2, - chaque chaîne graphique CI, C2 comprenant des moyens de génération d'images (11, 21), - un premier bloc et un deuxième bloc d'alimentation AI, A2. 2 - Système selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une fonction de synchronisation (34) assurant la synchronisation entre les deux chaînes graphiques (CI, C2). 3 - Système selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comporte une fonction de monitoring (36) reliée auxdites chaînes graphiques CI et C2. 30 4 - Système selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comporte un troisième bloc d'alimentation (35) alimentant ledit module central (30).25 5 - Système de visualisation selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit écran E est un écran à cristaux liquides composé de deux matrices indépendantes El, E2 de pixels. 6 - Système de visualisation selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de génération d'images (11, 21) de chaque chaîne graphique (CI, C2) génèrent des données permettant l'affichage indépendant de deux demi-images sur les deux demi-parties constituant l'écran. 7 - Système de visualisation selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de génération d'images d'une seule chaîne graphique (CI, C2) génèrent des données permettant l'affichage d'une image pleine écran sur les deux demi-parties constituant l'écran. 8 - Système de visualisation selon la revendication 1 caractérisé en ce que chacune des chaînes graphiques génère des données permettant un affichage sur une ou plusieurs fenêtres réparties sur ledit écran. 9 - Système de visualisation selon la revendication 1 caractérisé en ce que 20 chacune des chaînes graphiques génère des données permettant une surface d'affichage correspondant à la totalité dudit écran E. 10 - Utilisation du système de visualisation selon l'une des revendications précédentes dans un avion comprenant un, deux ou trois écrans LCD. 25