Display Port圖像顯示接口概述及組成部分

1、DisplayPort概述

DisplayPort是由美國視頻電子協(xié)會(VESA:Video Electronics StandardsAssociation)在2006年5月提出的一種新型的數(shù)字顯示接口規(guī)范，主要用于在源端Source和設備端Sink(如電腦顯示器)之間傳輸視頻、音頻、USB以及其它格式的數(shù)據(jù)信息。DisplayPort規(guī)范采用免費授權方式，旨在取代VGA、DVI和LVDS，提供高性能的視頻傳輸通道。用戶可以通過使用適配器兼容目前的VGA/DVI顯示設備。

DisplayPort包括三個獨立相關的標準：外圍DisplayPort(external DisplayPort interface)標準和兩個內部(internal interfaces)DisplayPort標準:embedded DisplayPort (eDP)。2010年起,在移動PC和PC顯示器市場,external DisplayPort interface取得了一些進展。eDP主要用于移動和嵌入式設備。

DisplayPort是首個采用微封包數(shù)據(jù)傳輸(Micro-PacketArchitecture，Ethernet/USB/PCIExpress均采用該數(shù)據(jù)傳輸)的顯示接口標準，支持內部和外部顯示連接，不同于其它基于差分對標準有單獨的時鐘信號，DisplayPort采用的微封包將時鐘信號嵌入在數(shù)據(jù)包中。DisplayPort可以用較少的Pin傳輸更大的數(shù)據(jù)量，支持高分辨率顯示輸出。同時，微封包的數(shù)據(jù)傳輸可以在不改變接口的情況下，提供更好的可擴展性能。DisplayPort可同時傳輸音頻和視頻，也可以單獨傳輸音頻或者視頻。視頻信號路徑中每個顏色通道支持6位，8位， 12位，16位，音頻路徑可以有多達8通道24位48 kHz的非壓縮的PCM音頻，或可以在音頻流中封裝壓縮的音頻格式。一個雙向的、半雙工的輔助通道攜帶了主鏈接用的設備管理和設備控制數(shù)據(jù)，如VESAEDID、MCCS和DPMS標準。

DisplayPort信號不兼容DVI或HDMI。然而，雙模式DisplayPort被設計用來通過該通信端口傳輸單鏈接DVI或HDMI1.2/1.4的協(xié)議，需要通過使用一個外部無源連接器來實現(xiàn)，選擇所需的信號，并將電氣信號從LVDS轉換為TMDS。DisplayPort連接器在主鏈路可以有1、2、或4路差分數(shù)據(jù)對(通道)，每通道可以在自定時器運行于162、270、或540MHz的基礎上其原始碼率為1.62、2.7或者5.4 Gbit/s。數(shù)據(jù)為8b/10b編碼，即每8位的消息被編入10比特符號中。因此，解碼后每通道的有效數(shù)據(jù)傳輸速率是1.296、2.16、4.32 Gbit/s(有效帶寬80%)。

Display Port圖像顯示接口，不僅支持全高清 (1920×1080) 分辨率，還能支持4k分辨率(3840×2160)，以及最新的8k分辨率(7680×4320)。

Display Port圖像顯示接口不僅傳輸率高，而且可靠穩(wěn)定，其接口傳輸?shù)男盘栍蓚鬏攬D像的數(shù)據(jù)通道信號以及傳輸圖像相關的狀態(tài)、控制信息的輔助通道信號組成，具體包含DisplayPort數(shù)據(jù)傳輸主要通道(MainLink)、輔助通道(AUXChannel)與連接(Link Training)。

2、DisplayPort接口信號

DisplayPort由三部分組成，分別為主鏈路、輔助信道和熱插拔信號檢測(HPD)。

主鏈路(Main Lane)：主鏈路是單向、高帶寬、低延遲信道，用于傳輸同步串行數(shù)據(jù)流，如未壓縮的視頻和音頻。主鏈路由4條線路(Lane)組成，每一條線路都是一對差分線。根據(jù)實際需要，DisplayPort可以分別使用1、2或4條線路。每一條線路都支持多種傳輸速率:1.62Gbps、2.7Gbps、5.4Gbps或8.1Gbps，4條線路則可以實現(xiàn)最高32.4Gbps的傳輸速率。在這種高帶寬的支持下，DisplayPort可以滿足各種多媒體、特別是視頻應用的需求。任何色深、分辨率和畫面刷新頻率都可以自由轉換。每一條線路都是數(shù)據(jù)線，這意味著DisplayPort沒有單獨的時鐘通道。實際上，DisplayPort在主鏈路上采用的是ANXI8B/10B編碼，時鐘信號是從數(shù)據(jù)串流中提取出來。這個有別于DVI和HDMI的特點，大幅降低了DisplayPort產(chǎn)品EMI設計難度。同時，由于DisplayPort傳輸線路采用交流耦合，發(fā)送端和接收端有不同的共模電壓，這使芯片可以擁有更小的特征尺寸，也方便DisplayPort與其它新興高速數(shù)字接口(如TYPE-C)連接、耦合，兼容。

輔助通道(AUX CH)：輔助通道是由一對交流耦合差分線組成的雙向、半雙工通道，用于傳輸小帶寬需求的數(shù)據(jù)，鏈路管理和設備控制。其中，源端設備為主、終端設備為從。所有通訊都必須由源端設備發(fā)起，終端設備也可以透過熱插入信號來提出通訊請求。輔助通道是1Mbit/s半雙工，雙向通道，用于鏈路管理(狀態(tài)信息)和設備控制。同時對傳輸延遲做了嚴格要求：通訊必須在500us內完成。輔助通道AUX(Auxiliary)的用途包括讀取擴展顯示識別數(shù)據(jù)(EDID)，以確保DP信號的正確傳輸;讀取顯示器所支持的DP接口的信息，如主要通道的數(shù)量和DP信號的傳輸速率;進行各種顯示組態(tài)寄存器的設定;讀取顯示器狀態(tài)寄存器。接收(sink)設備可以切換HPD信號來提示源設備啟動一個AUX請求事務來讀取DPCD鏈接/接收狀態(tài)寄存器位，包括IRQ_HPD向量寄存器位。只有先保證AUX的信號正確才能使DP接口信號正確傳輸，而不同DP協(xié)議的液晶模組對AUX輸出信號的幅值有不同的要求。目前，在液晶模組檢測設備對液晶模組進行檢測時，針對不同DP協(xié)議的液晶模組，需要設計各種AUX輸出幅值相匹配的液晶模組測試裝置，明顯提高了液晶模組的測試成本。

熱插拔信號檢測(HPD):HPD信號是一條sinkto source單向通道，用于檢測上層設備和下層設備是否連接，進而實現(xiàn)線路的連接和中斷。一、用作sink檢測，接3.3V或拉高說明sink存在，拉低超過2ms說明sink不存在;二、作為sink設備的中斷請求，當拉低0.5ms~1ms時，說明sink設備發(fā)出中斷，此時source通過AUX讀取sink的DPCD寄存器獲知中斷類型。

3、DisplayPort

數(shù)據(jù)傳輸前流程

DP source和sink之間的信息傳送通過對sink上的DisplayPort配置數(shù)據(jù)(DPCD)寄存器進行讀寫來實現(xiàn)。通過讀取DPCD中的特定寄存器，source將知曉sink的性能。在建立數(shù)據(jù)link，即link訓練期間，source對DPCD進行寫操作，以指明目標link的配置，另外sink也將各個link訓練階段的結果寫到此處。在數(shù)十個DPCD寄存器中調用每個位的詳細含義非常具有挑戰(zhàn)性。因此，對于DP調試程序的生產(chǎn)率來說重要的是，所用工具能夠輕松地根據(jù)VESADP技術規(guī)范等標準的常用術語解析AUX讀寫操作中的DPCD內容。

擴展顯示標識數(shù)據(jù)(EDID)是一個結構化數(shù)據(jù)塊，定義了DP接收裝置的性能。它定義了構造、型號名稱、屏幕尺寸和顏色格式。在連接到sink之后，source首先要執(zhí)行的操作之一就是讀取sink的EDID數(shù)據(jù)。對DP source和sink之間的通信起到重要作用的是EDID定義了sink以及sink支持的視頻模式的原始分辨率。在選擇將要發(fā)送給sink的內容的格式時，該數(shù)據(jù)是source的基礎。分辨率、所用視頻模式、顏色格式、音頻格式等。通過改變測試sink的EDID，工程師可以輕松驗證sink的靈活性。易于使用的EDID編輯器可向用戶說明各個比特位，是另外一種非常重要且節(jié)省時間的工具。

根據(jù)source需要發(fā)送給sink的內容以及從EDID和DPCD讀取來的sink性能，source可確定發(fā)送內容的格式以及用于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)link配置。一個良好設計的source將嘗試優(yōu)化link的使用，以達到將功耗降至最低等目的。因此其目標是使用盡可能少的信道和盡可能低的電壓擺動。在link訓練期間，source使用其首選配置啟動實際訓練過程，在link建立之前通過迭代法對其進行改變。一旦link建立，source便可開始發(fā)送內容本身。用戶可以在AUXChannel Monitor的幫助下評估通信記錄，進而驗證link培訓過程是如何執(zhí)行的。此外，工具的易用性將有助于工程師保持注意力集中。因為一對具有多流功能的source和sink之間的link訓練過程可包含上百個讀寫操作，諸如突出顯示數(shù)據(jù)以便于閱讀、過濾數(shù)據(jù)以專注于基礎數(shù)據(jù)等功能至關重要。通過改變sink或source的性能因素，工程師可以驗證其DUTsink或DUTsource是否按預期工作。VESA定義的LinkCompliance Test中的各種測試事實上可驗證sink或source是否按實現(xiàn)良好互操作性所需的方式進行工作。一個良好的工具允許編輯和保存性能數(shù)據(jù)，供以后使用。

4、AMD XilinxDisplay Port接口方案

使用Xilinx DisplayPort 解決方案有兩種方式：

1、在FPGA或者SOC的PL端調用DisplayPortTX 和RX 子系統(tǒng)的IPcore，它們是完全符合VESADisplayPort V1.2和V1.4的規(guī)范要求;

2、MPSOC的PS端集成符合VESADisplayPort V1.2a標準的硬核DP接口，可以達到4K@30的顯示能力，使用它可以減小FPGA資源的消耗。

5、AMD Xilinx Display Port硬件設計

下面以Display Port1.2為例子簡介硬件設計要求。DP信號是一個交流耦合、100歐姆的差分信號接口。交流耦合電容必須添加，推薦封裝0402;共模電感的選擇要注意其是否支持足夠高的數(shù)據(jù)速率;ESD盡量選擇寄生電容小的器件。

Xilinx DisplayPort1.2 TX IP需要外加SN75DP130，SN75DP130器件是一款單通道 DisplayPort (DP) 轉接驅動器，可重新生成 DP 高速數(shù)字鏈路。該器件符合 VESA DisplayPort 標準版本 1.2，支持 4 通道主鏈路接口，允許每個通道以 5.4Gbps 的 HBR2 速率發(fā)送信號。器件會補償 PCB 相關頻率損耗和開關相關損耗，以在源設備和接收設備之間提供最佳 DP 電氣性能。主鏈路信號輸入具有可配置均衡器和可選升壓設置。主鏈路輸出提供四種初級差分輸出電壓擺幅 (VOD) 和四種初級預加強設置。

Xilinx DisplayPort1.2 RX IP需要外加SN65DP159(RGZ package)，該器件為確保信號完整性， SNx5DP159 器件實現(xiàn)了多個特性。 SNx5DP159 接收器支持自適應和固定均衡，以便消除電路板走線或電纜因帶寬受限而引起的碼間串擾(ISI) 抖動或損耗。用作重定時器時，內置的時鐘數(shù)據(jù)恢復 (CDR) 功能可清除輸入端高頻和視頻源的隨機抖動。發(fā)送器提供多種功能不僅有利于達到合規(guī)要求，還能夠減少系統(tǒng)設計問題，例如去加重功能可補償驅動長電纜或高損耗電路板走線時的衰減。 SNx5DP159 器件還包含使用 Vsadj 引腳上的外部電阻器實現(xiàn)的TMDS輸出幅值調節(jié)功能，以及源端選擇功能和輸出轉換速率控制功能。器件的運行和配置可通過引腳設置或 I2C編程。

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審核編輯：湯梓紅