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以及其它格式的數據信息。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據傳輸(Micro-PacketArchitecture，Ethernet/USB/PCIExpress均采用該數據傳輸)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據包中。DisplayPort可以用較少的Pin傳輸更大的數據量，支持高分辨率顯示輸出。同時，微封包的數據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據，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，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路差分數據對(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。數據為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據傳輸速率是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，其接口傳輸的信號由傳輸圖像的數據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數據傳輸主要通道(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據流，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。每一條線路都是數據線，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，時鐘信號是從數據串流中提取出來。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據，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據(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

數據傳輸前流程

DP source和sink之間的信息傳送通過對sink上的DisplayPort配置數據(DPCD)寄存器進行讀寫來實現。通過讀取DPCD中的特定寄存器，source將知曉sink的性能。在建立數據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調試程序的生產率來說重要的是，所用工具能夠輕松地根據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。

擴展顯示標識數據(EDID)是一個結構化數據塊，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數據。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，該數據是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的數據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，諸如突出顯示數據以便于閱讀、過濾數據以專注于基礎數據等功能至關重要。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據，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據速率;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，內置的時鐘數據恢復 (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