可重編程的 DisplayPort 固件

DisplayPort在計算機行業(yè)中正在變得日益普及。它是一種免專利費的數(shù)字顯示接口標(biāo)準(zhǔn)，有替代模擬VGA的可能。隨著越來越多的計算機開始支持DisplayPort，顯示器、電視、投影儀和所有其他擁有DVI、HDMI、LVDS或VGA接口的外圍設(shè)備對DisplayPort接口的需求也在增長。

大多數(shù)現(xiàn)有的DVI和HDMI接口都是專門設(shè)計用于雙模式DisplayPort源的電平轉(zhuǎn)換電路。不過，雙通道DVI、LVDS和VGA接口均需要協(xié)議轉(zhuǎn)換。例如，對于VGA接口，視頻信號必須從高速數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為低速模擬信號，這使得VGA接口成為一種非常復(fù)雜的設(shè)備。通常，協(xié)議轉(zhuǎn)換DisplayPort接口中的固件引擎掌管著這種轉(zhuǎn)換。

固件在協(xié)議轉(zhuǎn)換型DisplayPort接口中的作用
固件是驅(qū)動著協(xié)議轉(zhuǎn)換的芯片中的引擎。幾項重要的任務(wù)取決于由固件所實現(xiàn)的狀態(tài)機。當(dāng)電纜接口插入到信號源時，只有經(jīng)過幾個重要的步驟之后，視頻才能成功地傳輸?shù)?ldquo;接收端”（或接收機）并正確顯示。固件掌管著以下幾件事情：

● 通過一種叫做HPD（熱插拔檢測）的信號和一種叫做AUX CH（備用信道）的邊帶信道，建立起與信號源的通信；

● 完成鏈路訓(xùn)練；

● 在實際傳輸中，監(jiān)測主鏈路中的錯誤；

● 從接收端讀取EDID信息，并傳遞給信號源；

● 轉(zhuǎn)換HPD信息，并將其返回信號源；

DisplayPort信號源內(nèi)部有自己的狀態(tài)機，用于和接收端對話。電纜接口的固件必須正確地與信號源交互，以確保正確的操作。圖1所示的狀態(tài)圖用于在DisplayPort 1.1a規(guī)范中所推薦的鏈路訓(xùn)練。注意，規(guī)范中給出的所有固件指南都只是推薦，而并不一定就是實施或?qū)崿F(xiàn)該功能的唯一途徑。提供圖像源的不同供應(yīng)商會以自己的方式來實現(xiàn)這些細(xì)節(jié)，這就會造成互操作性問題。

圖1 DisplayPort 1.1a規(guī)范中推薦的鏈路訓(xùn)練狀態(tài)機

當(dāng)前的業(yè)界難題
DisplayPort規(guī)范是相當(dāng)新的，而且正在演化。每種支持DisplayPort的GPU可能都有不同的DisplayPort源實現(xiàn)，這意味著，當(dāng)協(xié)議轉(zhuǎn)換型DisplayPort接口插入到GPU1中時，可能一切正常，但是它或許會因為GPU2的DisplayPort實現(xiàn)而無法用于GPU2。例如：GPU2訪問接口的內(nèi)部寄存器的次序可能與GPU1不相同；或者在GPU輸出視頻之前，GPU2可能需要某些特定的數(shù)據(jù)，而GPU1則不需要。

這種情況說明了規(guī)范符合性與設(shè)備互操作的差別的邊界情況，在新標(biāo)準(zhǔn)被采用的初期非常常見。這種問題會逐漸減少，因為在互操作性測試中所積累的知識會幫助標(biāo)準(zhǔn)機構(gòu)引入新的符合性測試。

另一項不確定因素是當(dāng)前正在使用的大量不同的舊式顯示器和顯示板的操作存在差異性。因此，與一種顯示器匹配良好的接口可能無法用于另一種顯示器，即使是相同的計算機在通過DisplayPort來傳輸數(shù)據(jù)。到目前為止，沒有任何當(dāng)前已生效的確定性測試或設(shè)計要求能確保接口的互操作性達到100%。

讓我們來考慮幾個因?qū)崿F(xiàn)的不同而出現(xiàn)互操作性問題的案例。

幾個案例
案例1：圖1顯示了DisplayPort 1.1a規(guī)范所推薦的一種鏈路訓(xùn)練序列。鏈路訓(xùn)練序列由兩個階段組成：時鐘恢復(fù)階段和符號鎖定階段。推薦的訓(xùn)練序列要求在時鐘恢復(fù)階段成功之后再進入符號鎖定階段。

我們曾遇到過信號源不采納這種推薦的案例。在該案例中，在成功地完成時鐘恢復(fù)階段之后，信號源又發(fā)起另一個時鐘恢復(fù)階段。其結(jié)果可能是鏈路訓(xùn)練失敗，因為接口可能會對信號源的工作序列做出不同的假設(shè)。為了克服這種互操作性問題：

1、規(guī)范可以更具體一些，闡明和/或規(guī)定一種特定方式的訓(xùn)練序列，這可能需要在標(biāo)準(zhǔn)機構(gòu)內(nèi)部針對規(guī)范進行長達數(shù)月的協(xié)商才能達成一致。

2、可以增加一項符合性測試，其實現(xiàn)需要幾個月的時間。

3、一種實際而有效的方式是通過接口固件中的小改動來克服這種差異。最簡單的實用方式是增強接口的固件。

案例2：當(dāng)協(xié)議轉(zhuǎn)換型DisplayPort接口另一端的顯示器連接或斷開連接時，DisplayPort規(guī)范要求，接口應(yīng)當(dāng)向信號源回送中斷。我們發(fā)現(xiàn)，有些DisplayPort源驅(qū)動希望接口解除認(rèn)定HPD信號，而不是生成中斷，所以VGA接口用于這種源時，運轉(zhuǎn)將不正常。

這一問題的解決方案是，或者升級信號源驅(qū)動，或者更換接口中的固件，以適應(yīng)信號源的這種行為。在2010年3月，NXP公司公布了針對市場上大量產(chǎn)品實現(xiàn)的一份調(diào)查。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，被測的4種接口解決方案中的兩種不能正確地處理該接口，而根據(jù)DisplayPort規(guī)范，大多數(shù)DisplayPort信號源都不能針對顯示器的斷開/連接過程給出正確的響應(yīng)。

為此，VESA增加了符合性測試，針對協(xié)議轉(zhuǎn)換型接口的這種特定的顯示器探測問題來檢查不符合性。調(diào)節(jié)接口中的固件就是一種實際的解決方案。

案例3：有些DPCD寄存器預(yù)留供今后使用，而新的DP源/驅(qū)動器可能會在某些時刻訪問這些寄存器。因此，固件可能需要升級。例如，下列寄存器預(yù)留用于不同的用途：
00090h- 000FFh, 00109h- 001FFh：預(yù)留
0x247, 00249h – 0025Fh, 00262h – 0026Fh：預(yù)留，用于測試自動化擴展
00280h - 002FF：預(yù)留
0x303   0x5FF：預(yù)留，用于源設(shè)備的特定用法
0x403   0x5FF：預(yù)留，用于接收端設(shè)備的特定用法
0x503   0x5FF：預(yù)留，用于分支設(shè)備的供應(yīng)商特有用法
0x601   0x6ff ：預(yù)留的寄存器
0x700h  0x67fff：預(yù)留的寄存器
可編程性提供了便捷的解決方案
所有這些問題的一種解決方案是協(xié)議轉(zhuǎn)換型DisplayPort接口內(nèi)部固件的靈活性。

圖2 通過AUX端口進行Flash編程

今天，市場上現(xiàn)有的大多數(shù)DisplayPort轉(zhuǎn)VGA的接口解決方案都通過使用ROM或者通過將確定的固件轉(zhuǎn)換成硬件，實現(xiàn)了某種確定的固件。NXP PTN3392是一個值得關(guān)注的例外，它的內(nèi)部有一塊集成的閃存，可以使用新的固件聯(lián)機進行重編程。它不需要任何附加硬件，編程是通過DisplayPort的AUX信道完成的（如圖2所示）。上面提到的3種案例分析都可以通過這種設(shè)備來加以解決/支持。這種方法解決了在這個領(lǐng)域中出現(xiàn)的互操作性問題，簡化了接口制造商的工作，并為最終客戶提供了無縫式的體驗。