eDP简介及与DP之差异

嵌入式DisplayPort(eDP)是视频电子标准协会(VESA)针对行动装置应用，所制定的新一代面板介面，其不仅传输率更胜传统的低电压差动讯号(LVDS)介面，最新1.4版规格增加了许多降低系统功耗的新功能，有望加速扩展eDP行动装置市场的渗透率。

针对嵌入式显示面板的使用需求，个人电脑行业于2008年首次发布了新的图像传输介面标准——嵌入式DisplayPort，又称eDP。eDP逐渐取代旧的低压差动态信号(LVDS)特别是在传输介面FHD(1,920x1,080或1,920x1,200)或超过FHD分析面板。您可以很容易地在各种嵌入式显示面板产品中找到eDP的应用，包含一体成型电脑(All-in-One PC)、笔记电脑或平板电脑等。

eDP是根据DisplayPort随着时间的推移，标准衍生出来，eDP它还为嵌入式显示面板的应用需求开发了许多独特的功能。视频电子标准协会(VESA)最新发布于2012年底eDP 1.4.它包含了许多新低系统功耗的新功能。

大多数人都不太清楚DisplayPort与eDP下一步将比较两者之间的关系和差异，并解释差异eDP独特的功能和优势。

参照DisplayPort标准订定 eDP规格出炉

想要认识eDP，首先要知道什么是什么DisplayPort。介面底层的基本规范和通信协议的定义，eDP完全参照DisplayPort。

那什么是DisplayPort？DisplayPort该系用于计算机行业的新图像传输介面，用于取代当前的个人计算机(PC)视频图形阵列(VGA)与数字图像介面(DVI)高分析高分析度多媒体介面(HDMI)。与旧介面相比，DisplayPort由于交流耦合的使用有很多优点(AC Coupling)低压摆动(Low Voltage Swing)与次微米相容的设计(Submicron)各种图像输出元件可像输出元件中，例如中央处理器(CPU)、绘图处理器(GPU)、应用处理器(Application Processor)等等；在图像信号接收端，也可以直接应用于同样使用次微米工艺、复杂高度集成的缩放控制器(Scalar)液晶面板时脉控晶片(Timing Controller, TCON)上。

DisplayPort(包含eDP)它是唯一一个使用包传输图像和声音信息的图像介面，因此可以继续增加新的功能，同时保持良好的向下相容性。DisplayPort(包含eDP)它是目前性能最好的显示介面，可以传输解析度4K每秒60帧的面板和30位元颜色的数据量也是唯一可以通过集线器的数据(Hub)或菊链(Daisy Chain)，几个监视器的显示介面只能用一个输出装置驱动(eDP没有支持)。DisplayPort也可用于各种外部显示转接器(Dongle)，如DisplayPort转VGA、DVI或HDMI等。

图像处理晶片可用于同一输出实体层支持DisplayPort与eDP。eDP与DisplayPort有很多不同，最大的区别在于eDP特别针对笔记电脑、平板电脑等电池环境，DisplayPort它通常用于外部电源。因此，功耗效率是对的eDP至关重要的是，它不支持多屏幕显示。

与DisplayPort相同 eDP有三个基本架构

下面将简要说明DisplayPort包括的基本结构DisplayPort数据传输的主要通道(Main Link)、附属通道(AUX Channel)与连接(Link Training)。

主要通道传输影音资料

如上述，DisplayPort交流耦合信号可与当前或未来使用的次微米半导体工艺兼容；数据编码协议与通用序列汇流排列(USB)、PCI Express(PCIe)、SATA其他序列数据传输介面相同的8b/10b通过这种编码方法，编码方法，只需要一对差分信号线(Differential Signal Pair)可以同时传输数据和时脉信号，不像LVDS、DVI、HDMI当需要独立时，脉信号线。此外，DisplayPort传输数据被打乱(Scrambled)，此外，完全没有时脉信号，大大降低了使用带有无线连接功能的旧图像传输介面的移动装置系统，常见的射频干扰(RFI)问题是提高了系统无线传输的效率，降低了屏蔽RFI设计要求。此外，DisplayPort传输数据被打乱(Scrambled)，再加上完全没有时脉讯号，大大降低使用旧有影像传输介面的行动装置系统搭载无线连接功能后，常有的射频干扰(RFI)问题是提高了系统无线传输的效率，降低了屏蔽RFI设计要求。

DisplayPort标准连接器包括四对差分信号线，或四个主通道，利用主通道传输图像数据，并可根据显示数据量选择一条、两条或四条通道(Lane)传输资料。此外，DisplayPort定义三种不同的传输速率，每条通道可选择使用1.62Gbit/s、2.7Gbit/s或5.4Gbit/s传输。由于DisplayPort运用8b/10b编码法，编码后会增加一些数据位元，所以实际上可以支持的最高数据传输速率是:

(4通路)x(5.4Gbit/s每通路)x(8/10 Coding Overhead)=17.28Gbit/s。

DisplayPort与其他图像传输介面不同，有一个重要的特点，即传输速率不会显示画素速率(Pixel Rate)更改，它使用固定的传输率，类似于一个普通的数据传输通道，所以它可以用于各种不同的应用程序，如不同脉冲要求的多屏幕显示；此外，与高速传输介面相关的电路设计也可以优化固定传输率。电磁干扰(EMI)与RFI现象也可以预期。

DisplayPort图像数据是微封包(Micro-Packets)形式传输，并给出适当的间隔来适应素描时的脉速(Pixel Clock Rate)；而主要通道同时也传输CEA-861 InfoFrame数据、音源信息取样频率(Audio Stream Sample Rate)信息，音源信息(Audio Streaming)，以及主要流属性数据(Main Stream Attribute Data)，如画素速率、图像格式(Video Framing)与显示器时脉信息(Monitor Timing Data)等信息封包。

AUX通道用于传输设置和指令

DisplayPort连接器还包含一个独立的双向传输辅助通道，称为AUX通道或简称AUX，使用两条差分信号线，单向速率仅为1Mbit/s左右，用来传输设置和控制指令，以后会谈更多eDP上的用途。

AUX用途包括读取延伸显示能力识别信息(EDID)，以确保传输正确的图像格式(如其他介质)LVDS、VGA、DVI与HDMI则是透过I2C传输)；读取显示器支持的内容DisplayPort项目内容，如多少条主要通道、传输速率及其他项目；设定各种显示组态暂存器；读取显示器状态暂存器。

EDID统一制定，与显示介面无关。此外，其他临时存储器位于DisplayPort接收端的DPCD(DisplayPort Configuration Data)暂存器。

有助于加强主通道的可靠性

连接是另一个关于DisplayPort一定要知道的部分。连接是DisplayPort讯号传送端(Transmitter)与信号接收端(Receiver)在正式传输数据之前建立连接的过程。基本上，在连接过程中，传输端会调整不同的电压摆动振幅和其他信号特性(Pre-emphasis)直到调整到接收端的理想位准。通过传输端和接收端AUX彼此沟通，确定连接是否成功，而连接可增加主要通道的可靠度，减低资料错误，并可补偿因不同长度、种类的缆线所导致的电性差异，尤其是传送端与接收端系统板上讯号走线所造成的差异。它还可以补偿电缆、连接器损坏或硬体老化引起的电气变化。连接在DisplayPort在正式传输图像数据之前，连接将传输一系列特殊的数据样式(Pattern)，输出端(Source)四种不同的信号振幅和四种不同的信号特信号特性位准。

整个连接过程大约需要500微秒到几微秒，这取决于调整多少次。

eDP独特的功能介绍

最新的eDP 1.4版本参照DisplayPort v1.2a。虽然DisplayPort是eDP但是eDP没有完全复制DisplayPort所有规范。有些在DisplayPort定义功能，现行eDP就不支援，如用来支援多重显示器的MST(Multi-Stream Technology)即是一例。

接下来针对eDP简单说明独特的功能，包括实体介面(Physical Interface)、供电顺序(Power Sequencing)、连接、图像认证和内容保护，刷新率不同(Variable Frame Rate)、透过AUX通道控制背光或其他面板功能，自动刷新面板(Panel Self Refresh, PSR)、减少主要通道和AUX通道电压摆动、传输速率选择、显示数据压缩AUX传输多点触摸数据和相容性测试。

由于不同的系统组合，实体介面不同

外接式的DisplayPort通过标准化，需要使用标准化连接器DisplayPort电缆连接不同的装置，但是eDP适用于封闭系统，将连接的装置完全由系统原设备制造商完全连接(OEM)控制，因此eDP连接器端子定义没有定义连接器或电缆标准，只是为各种系统组合制定的(Pin Assignment)，这些差异来自于使用多少主通道的显示面板，以及使用哪种形式的背光。

现在市面上大多数的eDP面板采用30接脚连接器，最多支撑两个主通道，同时配备LED驱动晶片，或使用40接脚连接器，最多支持四个主要通道，同样配备LED驱动晶片适用于高分析面板。

例如，若将eDP速率拉到5.4Gbit/s，支持解析度1和920只需要一个主要通道x1,200、60Hz、面板颜色深度为24位元，但如果在主通道传输路径上面板CoG(Chip-on-Glass)该面板可能需要将传输速率降低到1.62Gbit/s正常接收显示，此时，面板需要四个主要通道；如果传输速率没有特殊限制，则不必选择5.4Gbit/s不，也可选2.7Gbit/s为了延长电池寿命，降低整个系统的功耗。在大多数系统设计架构下，一条5.4Gbit/s主通道产生的功耗将超过两个.7Gbit/s主要通道，因5.4Gbit/s对DisplayPort接收端性能要求更高，对等化器的性能要求也更高，方能减低高速传输下，由传输路径所造成的讯号失真影响。  

一般而言，系统厂与面板厂各自选择使用的连接器，结果不会相同，因此主机板的上连接器与面板上连接器的物理特性就不相同，通常会特制每套系统内连接主板与面板间的连接线，以符合每套系统上不同物理特性的需求。根据传输速率、线材长度、空间限制、RFI/EMI需求、LCD时脉控制晶片接收器敏感度等不同的需求，连接线可以是低价的绞线(Twisted Pair)或是价格较高的同轴电缆。  

供电顺序攸关系统反应速度

显示器通常在行动装置进入待机模式(Standby Mode)或低耗电模式时会停止显示，此时面板不供电，因此在离开待机模式时的上电顺序就相当重要；eDP清楚规范上电顺序，以便尽可能缩短在离开待机模式后系统反应时间。  

eDP规范上电与断电时的供电顺序，也定义每一个步骤可允许的时间长度，有些品牌厂甚至定义的时间长度比规格还要短，提高产品的反应灵敏度(如在待机模式触摸触控板后，马上就能显示画面)。  

eDP连接支援Fast Link Training

除支援DisplayPort定义的一般连结之外，eDP还必须支援Fast Link Training。所谓Fast Link Training，作动方式与连结相当类似，只是毋须透过AUX沟通。Fast Link Training就像连结一样，输出端会在传送正常影像画面前先传送训练样本(Training Pattern)，让接收端可以锁住输出讯号，确保连接的品质，但少掉AUX在影像资料输出前验证并传送连结结果的动作。省略这个步骤的主要考量是节省时间，因为AUX是在大约1Mbit/s的低速下传输的，也由于在封闭式系统中，面板毋须与CPU和影像驱动程式互动的问题。  

Fast Link Training意在了解主要通道传输路径的状况，所以输出端即可调整自己的特性(振幅与Pre-emphasis)，而接收端也可调整等化器的特性。输出端与接收端须同时做这些调整动作，而这些特性的调整是以系统平台为基准，不同平台的调整结果不尽相同。  

接收端另一个选择性功能是No Link Training，这考验接收端在没有任何特殊的Training Pattern下，仍可正常锁住输出端讯号的能力。这项功能可以进一步简化系统面的应用，特别是在系统离开低耗电模式时更为明显。No Link Training也是PSR里一个选择性的功能。  

拥有影像认证与内容保护机制

外接式的DisplayPort连接器支援高频宽数位内容保护(HDCP)，可将影音资料加密且输出端还会确认接收端是否是被允许的，即可避免有版权的影音内容在传输过程中，被未授权的数位影像撷取装置截取或复制。  

对嵌入式显示装置而言，在系统内部的影像传输还是需要保护，eDP定义数种影像认证方法来满足这个需求，其中最普遍被使用的方式是ASSR(Alternate Scrambler Seed Reset)。如先前解说，主要通道传送的影像资料是被打乱的，所以可降低RFI与EMI，要达到这种效果，输出端与接收端必须同步作业并了解打乱的顺序(Scramble Sequence)，以正确将资料打乱并重组回来。ASSR使用只有eDP显示器才能使用的Scramble Sequence，如此一来，即可避免非eDP的显示装置连接到eDP输出装置上。  

支援不同显示刷新率

eDP可以动态控制显示面板的刷新频率，此设计旨在显示静止画面时，能减低功耗。在静止画面时，面板刷新频率可从一般每秒六十个画面降至任一个不会产生显示画面异常或闪烁的频率。降低刷新频率可减少功耗，并延长电池寿命，有些面板可以降到40fps或更低。  

另一种会用到不同显示刷新频率的应用是播放电影或进行游戏时。在游戏模式时，画面常须经过图形运算引擎计算后才会显示出来，中间会有递延的时间，在这种情形下，动态调整面板的刷新频率即可让画面显示顺畅，不会失真与延迟。而在播放电影时，可以将24fps的画面调整成48fps播出，消除在传统60fps模式下，因进行3：2下拉(Pull-down)造成的画面不流畅的情形。  

透过AUX通道控制背光或其他面板功能

2010年VESA发表eDP 1.2，加入透过AUX传输控制指令，以控制面板背光与其他功能的能力，这项能力可以减少eDP连接线数的需求(这些线现已在上述的The Physical Interface中都列为选择性的)；同时，eDP 1.2也加入其他新的能力，可减少连接器的端子与连接线数，对于降低系统重量与体积扮演关键的角色。  

透过AUX通道，eDP可以控制以下显示面板的功能：  

．启动或关闭背光源

采用背光亮度调整与背光PWM频率达成。  

．启动或关闭动态背光调整。

系采用色彩引擎、抖动演算法或插入黑色画面进行调整。  

接收端装置里的DPCD暂存器则会宣告该显示面板可以透过专有接脚支援的功能，或可透过AUX通道控制指令支援的功能，如有些品牌厂在部分机种上，会选择由系统端负责动态背光调整，另一部分机种则由面板端负责动态背光调整，此时透过AUX通道来控制背光就给予系统设计更多的弹性。  

PSR能延长行动装置电池寿命

PSR大概是eDP中被讨论最多的新功能。PSR能让系统在显示静止画面时，降低整体系统功耗。由于实际使用情境中，画面静止的情形经常发生，因此PSR能有效延长行动装置的电池寿命。  

若显示面板要支援PSR，面板TCON内必须内建一个缓冲记忆体，在显示静止画面时，TCON会将画面存在缓冲记忆体内，此时影像来源装置(GPU或CPU)会停止传送影像，并切断影像传输介面，此时则由TCON自动将存在记忆体内的画面显示出来，这也是为什么这个功能称作面板自动刷新，且能让系统整体功耗降低的原因。  

PSR功能第一次出现在eDP 1.3规格中，第一代PSR，又称PSR1，在进入静止画面时，若画面中有任何一处有变更，整个画面皆须要更新，影像输出端须重新传送一整个画面，记忆体也须重新存入一整个画面。至eDP 1.4第二代PSR，又称PSR2，仅须更新有变化的部分画面即可，此意味着绘图处理器仅须传送少部分需要被更新的资料。相较于PSR1，绘图处理器须要作动的时间减少，如此一来，即可更进一步减低功耗，PSR2这部分的特性被称为部分更新(Partial Update)。

Partial Update的功能对晶片设计者带来一系列全新的挑战。首先，晶片必须支援一个全新的功能，称作画面同步(Frame Sync)，它能让显示面板在影像输出端断掉主要通道连接时，还可与影像输出端的时脉同步。这个功能是透过AUX传输DisplayPort 1.2a中规范的可调整系统时脉编码(GTC)，来使输出端得与接收端同步；Frame Sync让影像输出端可在适当的时间更新面板缓冲记忆体中所存的资料。  

另一个PSR2增加的功能是进阶连接电源管理(Advanced Link Power Management)，又称ALPM，同样定义在eDP 1.4中。ALPM要求显示装置能非常迅速地离开待机与睡眠状态；500奈秒就须离开待机状态、20微秒就须离开睡眠状态，比大约需要100微秒的No Link Training还要快上许多。  

降低主要通道与AUX电压摆动

在eDP 1.4之前，eDP规范输出端实体(PHY)层的电压摆动程度与DisplayPort输出端相同，因此DisplayPort输出装置仅需鲜少的通讯协定变更，即可转成eDP输出，这提供系统与晶片设计上的弹性。  

这种旧有的设计在许多应用上都比较耗电。在DisplayPort的应用上，输出端支援的差分讯号电压摆动振幅范围很大，从最小400mVpp到大至1.2Vpp皆可支援。然而，在eDP的应用上，400mVpp都比绝大多数接收端所需要的电压摆动大，尤其若仅使用很短的显示连接线时，更是如此。因此eDP 1.4更降低主要通道的振幅到200mVpp，大幅降低高速传输介面的功耗。  

除降低电压摆动振幅之外，eDP 1.4的改版中还增加客制化振幅与Pre-emphasis的调整弹性，更能满足不同主要通道传输路径的特性。eDP 1.4也提供AUX通道在更低振幅下操作的选择，因为AUX是双向传输的通道，这个改动会同时影响接收端与输出端设计。此外，为进一步降低功耗与反应时间(Latency)，在AUX通道开始传输前所传送的同步讯号次数也一并降低。  

传输速率选择更多弹性

eDP 1.4提供更多主要通道传输速率选择的弹性。在1.4版以前，eDP主要通道传输速率跟DisplayPort完全相同，分为1.62Gbit/s、2.7Gbit/s及5.4Gbit/s，而eDP 1.4又增加新的速率选择：2.16Gbit/s、2.43Gbit/s、3.24Gbit/s及4.32Gbit/s。  

不论eDP或DisplayPort，基本上都会选择足够大的频宽与传输通道来传送影像资料，但较高的传输速率意味着更高的功耗，过高的传输速率也是浪费；而eDP 1.4提供更多的传输速率选项，让实际应用时能更优化传输速率选择。  

举例来说，若要传输一个1,920x1,200、24位元彩色的面板资料，设计人员可以用二条主要通道以2.7Gbit/s传输，或用一条主要通道用5.4Gbit/s传输。但实际上，1,920x1,200、24位元彩色面板的资料量仅须用3.7Gbit/s传输即可，而不论用二通道2.7Gbit/s或一通道5.4Gbit/s，均提供4.32Gbit/s充分的频宽。但若同样1,920x1,200的面板把颜色提高至30位元时，所需的频宽会增加到4.625Gbit/s，这时上述的频宽都不够用。在eDP 1.4之前，这种状况就得加倍传输速率，或者提高通道数，由二通道加至四通道，但在eDP 1.4，此时仅须将传输速率由2.7G提高至3.24G，即有5.184Gbit/s足够的频宽传输资料，而在输出端与接收端主要通道介面实体层的功耗都能降低，面板端也可以降低等化器线路的功耗。  

除增加上述更多传输速率的选择之外，eDP 1.4也提供客制化速率的选项，此进阶功能并非应用在一般的eDP显示面板上，而是针对某些特定的系统应用设计。  

增添显示资料压缩功能

另外一个eDP 1.4新增加的功能是支援传输压缩的影像资料，而压缩的方式定义在VESA的DSC(Display Stream Compression)标准中，预计会在2014年3月发表。因输出端压缩与接收端解压缩时，所产生的功耗远比降低资料传输率所节省的功耗小得多，故DSC亦可帮助延长电池寿命。  

若需要的频宽变小，主要通道需要的通道数也同时减少，这意味着更少的线数；同时传输速度慢时，传输品质会比较好，此时也可选择使用较便宜的连接线。另外，在PSR模式时，运用压缩技术可减少须储存的资料量，可使用较小的缓冲记忆体。  

原先在eDP 1.4的规格当中有个压缩资料传输服务(Compressed Display Stream Transport Services)单元，但最后VESA决定用新的DSC规格取代之。  

透过AUX传输多点触控资料

行动装置搭载触控面板已非常普遍，而传统PC配备触控面板的应用也会愈来愈多，如微软(Microsoft)的Windows 8作业系统即支援触控功能。eDP已广泛应用在平板、笔记型电脑及AIO PC中，这些应用也都可支援触控。现在的架构下，多点触控的资料须要透过独立的USB介面传输，未来若透过AUX通道传输多点触控的资料，则可以消除这个USB的介面。然而，此功能并不会很快发酵，因为显示驱动晶片与触控晶片是独立的，拥有各自的介面，因此当这两个晶片整合时，此eDP 1.4的功能才会发挥很大的作用。  

透过AUX通道传输多点触控资料功能，支援USB HID韧体规范，eDP 1.4在接收端定义新的AUX通道DPCD暂存器地址，用来启动多点触控功能，当中包含支援多点触控与其他资料传输相关的设定资料。  

相容性测试规范尚未发布

VESA至今并没有发表eDP 1.4相容性测试规范。VESA在2011年曾经发表eDP 1.3指导原则，其中包含实体层介面与通讯协定层(Link Layer)等指导原则。但实际应用上，系统厂会自行验证eDP系统相关材料，包含输出端、连接线及接收端的相容性与互通性。  

由于eDP的版本众多，不同的系统又有各式的应用，要定义一个能满足所有系统应用的测试规范是相当困难的。不像外接式的DisplayPort，消费者没有机会选择内部连接线与显示面板，因此VESA没有实质的必要定义相容性测试规范，系统制造者须要自行与各自的eDP元件供应商合作，以确保系统能正常操作。