Display协议解析 – DP, eDP, HDMI

 

前言

目前，在视频传输协议以及接口领域，外部接口主要是DP与HDMI两分天下，当然之前出现过很多接口-VGA, DVI等等，最新平台基本以这两个为主；笔记本内部接口就基本上使用eDP作为标准接口来驱动液晶屏了。

那么问题来了，eDP和DP，是完全兼容的么？ eDP，DP，HDMI，这三种接口的显示器，可以插在同一个接口上使用么？

这篇文章，就会从硬件和一部分协议的角度分析一下这三大协议。

（由于每个协议都有众多版本和客制化，本文基本上是针对DP2.0，HDMI 2.1 FRL，eDP 1.4b）

DP

历史

DP1.0协议由VESA发布于2006年，DP起先最大的优点是免费，免授权免认证，因为HDMI的认证授权收费策略，所以很多厂商开发DP就是为了瞄准HDMI而做的，至于后来，由于厂商的偏向性开发，DP协议的带宽发展还走在了HDMI的前面。

分层架构

DP采用了分层架构，具体如下图。本文主要会讨论物理层及一下的内容，链路层及更高层不在本文范围内。

基本角色

DP协议中定义了三种角色：

1. DP Source device。这是链路中信号的发出方，根设备。
2. DP Sink device。这是链路中信号的接收方，叶设备。
3. DP Branch device。这是链路中信号的传递设备，作为中继或者选择、发散设备。这一设备包含很多设备子类，例如repeater，input switch，output switch等等，并且根据不同的branch device选择，DP链路的拓扑也会有很大的区别，具体可以参考协议2.1.4章节。
   从命名上就可以分析出DP的拓扑类似于植物-有一个根，一些茎，很多叶子。这些茎作为传递放将会一个主干后面很多叶子，也可能多个主干接到一个叶子。
   DP-基本信号

DP链路不同于I2C或者JTAG，会有类似于基本信号外加一些特殊信号的组合，DP链路必须有三类信号，这三类信号共同参与链路的建立和通信。 注意下图的链路信号，因为这种设计方式会多次的出现，并且最终导致了显示接口之间的互相使用。

1. Main-link

• 这是一个单向链路，从source发出，它的特点是高带宽、低延迟。它可以用来传递同步的数据流，包含未经压缩的视频和语音信号。
• 作为一个高速链路，link training基本上是必须的，有一种情况可以跳过–当上行的DP设备恢复传输。

1. AUX_CH

• 半双工的双向通道，它是用来管理链路和设备。它是一个AC耦合，双端终端电阻的差分信号，使用Manchester-Ⅱ编码，这一编码可以将时钟内嵌到数据中，因此不需要额外的同步时钟信号。
• 类似于I2C，source device是优先级更高，sink device优先级会是第二。

1. Hot Plug Detect(HPD) signal line

• 这是一个单向的中断信号，由sink device发出。顾名思义，这是用来从设备热插拔使用的。
• 它是一个高有效的信号，也即当这个信号为高的时候代表有设备插入，低的时候代表没有设备插入。因此在upstream device上会默认下拉处理。

• 另外DP还有电源信号，一个pin，最大电流0.5A左右，它是用来给branch device或者sink device供电使用的，只是提供功率的能力设计的比较小。默认电压3.3V，通过AUX信号沟通后可以升高到5V，12V或者18V。
• 由于支持热插拔，DP连接器上的信号和电源也要全部做好防ESD，需要支持Class 2(2000-4000V)。

HDMI

历史

高清多媒体界面（英语：High Definition Multimedia Interface，缩写：HDMI）是一种全数字化影像和声音发送接口，可以发送未压缩的音频及视频信号。HDMI可用于机顶盒、DVD播放机、个人电脑、电视游乐器、综合扩大机、数字音响与电视机等设备。HDMI可以同时发送音频和视频信号，由于音频和视频信号采用同一条线材，大大简化系统线路的安装难度。

2002年4月，日立、松下、飞利浦、索尼、汤姆逊、东芝和Silicon Image七家公司联合组成HDMI组织。HDMI能高品质地传输未经压缩的高清视频和多声道音频数据，最高数据传输速度为5Gbps。同时无需在信号传送前进行数/模或者模/数转换，可以保证最高质量的影音信号传送。

就商业来说，HDMI与DP的区别在于HDMI是一个收费的协议，企业需要每年缴纳会费，并且根据销售数据缴纳相应的授权费用，这样才能够在产品上打印HDMI的标识。

HDMI硬件结构

HDMI的高速信号与DP个数是一样的，但不同的是它采用了TMDS协议，这一协议也是DVI标准所采用的。

TMDS协议框架下，HDMI的四组差分对被用作两种用途——三组数据和一组时钟。 上面这种方式针对HDMI 2.0，在HDMI 2.1 FRL中，为了更高的带宽，四组差分对全部变成了DATA信号，其中之前的CLOCK组内嵌时钟来进行数据同步。

DDC则是I2C总线，值得一提的是它的I2C采用5V电平。

除此之外，HDMI也支持Hot Plug，同样是通过一个引脚进行传递Hot Plug信号。

看看下图，是不是有些眼熟？

除此之外，HDMI的TMDS还需要一些额外的电路来正常工作，具体如下图：

eDP协议解析

2022-09-08 #DP #协议

前言

在现在消费领域的产品中，display变成了用户最关心的性能指标之一，同时随着行业技术的发展，各种协议层出不穷，从早期的DVI、LVDS到现在的DP，HDMI，eDP。 eDP脱胎自DP，顾名思义，最早是为了笔记本内部屏幕来使用的，从信号来看，它是DP的超集，不仅包含DP所有信号，更因为笔记本背光的原因增加了一些信号，同时预留了对于触摸功能信号的支持。 不同于DP，eDP协议并无严格的要求，而是允许各家厂商自己定义某些非必要信号的属性和要求，例如触摸功能可以使用USB协议，也可以使用I2C协议。

历史

eDP(Embedded DisplayPort)是数字显示技术领域的标准协议，其创始者为视频电子标准协会（VESA），创始成员包括戴尔、惠普、三星、飞利浦以及英伟达等。eDP协议是针对DP（Display Port）应用在嵌入式方向架构和协议的拓展，所以eDP协议完全兼容DP协议。相对于DVI/HDMI来说，eDP具有高带宽、整合性好、相关产品设计简单，该接口已广泛应用于笔记本电脑、平板电脑、手机等其它集成显示面板和图像处理器的领域。eDP接口降低设备复杂性，支持关键跨行业应用程序的必要功能，并提供性能可伸缩性，以支持具有更高颜色深度、刷新率和显示分辨率的下一代显示器。

个人电脑产业针对嵌入式显示面板的使用需求，于2008年首次发表一个新的影像传输介面标准–嵌入式DisplayPort，又称eDP。eDP逐渐取代旧有的低电压差动讯号(LVDS)传输介面，尤其是在FHD(1,920×1,080或1,920×1,200)或超过FHD解析度的面板上。你可轻易地在各种拥有嵌入式显示面板的产品中找到eDP的应用，包含一体成型电脑(All-in-One PC)、笔记型电脑或是平板电脑等。

eDP是根据DisplayPort标准衍生出来的，随着时间的演进，eDP也发展出许多针对嵌入式显示面板应用需求的独有功能。视讯电子标准协会(VESA)于2012底发表的最新eDP 1.4，即囊括许多降低系统功耗的新功能，预计支援eDP 1.4的平台将于2015年上市。

eDP的推出，最大的动力来自于行业要求各个接口的低电平趋势和统一化，LVDS这一接口在eDP推出后就迅速被其取代，HDMI目前还在挣扎，但其DDC要求5V电平，未来要么降低电平/功耗，要么慢慢被DP取代。

速度

### 硬件结构 eDP既然脱胎于DP，硬件逻辑上大的链路是一样的，所不同的是eDP有dedicated的背光控制，根据不同情况可能会有最多三个信号支持这一功能。

本文最初有提到，eDP的信号脱胎自DP，不仅包含DP所有的信号，并且为了触摸功能增加了一些自己定义的信号，同时eDP存在40pin，50pin等规格，但其信号种类是基本没有变化的。 下面是一种连接器的例子： Pin Signal Description
1 DCR_EN DCR on/off 2 H_GND High Speed Ground 3 Lane1_N Comp Signal Link Lane 1 4 Lane1_P True Signal Link Lane 1 5 H_GND High Speed Ground 6 Lane0_N Comp Signal Link Lane 0 7 Lane0_P True Signal Link Lane 0 8 H_GND High Speed Ground 9 AUX_P True Signal Auxiliary Ch. 10 AUX_N Comp Signal Auxiliary Ch. 11 H_GND High Speed Ground 12 VCC LCD logic and driver power 13 VCC LCD logic and driver power 14 Aging LCD Panel Self Test Enable
15 GND LCD logic and driver ground 16 GND LCD logic and driver ground 17 HPD HPD signal pin 18 BL_GND Back light ground 19 BL_GND Back light ground 20 BL_GND Back light ground 21 BL_GND Back light ground 22 BL_EN Back light On/Off 23 BL_PWM System PWM signal Input 24 H-sync H-sync for touch noise 25 NC No connect 26 BL_PWR Back light power 27 BL_PWR Back light power 28 BL_PWR Back light power 29 BL_PWR Back light power 30 CM_EN CM on/off 31 TP_DN (NC) USB Data- for Touch (NC for I2C) 32 TP_DP (NC) USB Data+ for Touch (NC for I2C) 33 GND Ground 34 VTSP Touch panel power supply
35 VTSP Touch panel power supply
36 TP_EN Touch function enable (active High) 37 TP_CLK I2C Clock for Touch 38 TP_SDA I2C Data for Touch 39 TP_INT Interrupt for Touch 40 TP_RST Reset for Touch

问题回答

回到本文起初的问题，eDP和DP，是完全兼容的么？ eDP，DP，HDMI，这三种接口的显示器，可以插在同一个接口上使用么？

eDP和DP，并不完全兼容，理论上它们的电平信号是有差异的，不过其在可接受范围内，所以通过正确接线，是可以互相使用的；更麻烦的是AUX链路需要读取ID，对于不认识的ID很有可能会拒绝使用或者功能不正常。

DP和HDMI，不可以直接使用，特别是TMDS版本的HDMI，他们有两个最大的不同，数据链路的设计和AUX链路的电平，HDMI使用了明显偏高的5V上拉，所以不能直接使用，需要使用转接芯片和逻辑电平转换电路才能在电气上互通。

在芯片端，更需要内部集成对于不同协议的支持，不支持的协议接口就算插上当然也认为是没有插了。 很想添加一张芯片端如何支持display的规格在这，但限于某些原因还是不放了，毕竟我不喝茶~~