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Oct 30, 2023

DisplayPort: Eine bessere Videoschnittstelle

Im Laufe der Jahre haben wir eine ganze Reihe von Schnittstellen gesehen, die für Computermonitore, Fernseher, LCD-Panels und andere Anzeigezwecke verwendet werden. Wir haben VGA und die große Vielfalt an analogen Geräten erlebt

Im Laufe der Jahre haben wir eine ganze Reihe von Schnittstellen gesehen, die für Computermonitore, Fernseher, LCD-Panels und andere Anzeigezwecke verwendet werden. Wir haben VGA und die große Vielfalt an analogen Schnittstellen, die davor existierten, erlebt, dann DVI, HDMI und irgendwann haben wir angefangen, Geräte mit DisplayPort-Unterstützung zu bekommen. Man könnte also denken, dass es eher das Gleiche ist. Allerdings möchte ich Ihnen sagen, dass Sie DisplayPort wahrscheinlich mehr Aufmerksamkeit schenken sollten – es ist eine Schnittstelle, die in einer Weise leistungsstark ist, wie wir es noch nie zuvor gesehen haben.

Man könnte es so ausdrücken: DisplayPort verfügt über alle Funktionen von Schnittstellen wie HDMI, jedoch besser implementiert, ohne Altlasten und mit einer Reihe von Funktionen, die die robustere Architektur des DisplayPort nutzen. Aus diesem Grund gibt es DisplayPort nicht nur in externen Monitoren, sondern auch in Laptop-internen Displays, USB-C-Port-Display-Unterstützung, Dockingstationen und Thunderbolt aller Art. Wenn Sie eine anzeigefähige Dockingstation für Ihren Laptop besitzen, sei es eine klassische Multi-Pin-Dockingstation oder USB-C, ist DisplayPort höchstwahrscheinlich beteiligt, und sogar Ihr Smartphone unterstützt heutzutage möglicherweise nur DisplayPort über USB-C.

Wie die meisten digitalen Schnittstellen heutzutage sendet DisplayPort seine Daten in Paketen. Das mag nach einer vernünftigen Erwartung klingen, aber keine der anderen gängigen Videoübertragungsschnittstellen verwendet Pakete im herkömmlichen Sinne. VGA, DVI, HDMI und Laptop-Panel-LVDS arbeiten alle mit einem Pixelstrom mit einer bestimmten Taktrate. HDMI ist VGA viel ähnlicher als DP. Mit DisplayPort wird das Video wie jeder normale paketierte Datenstrom behandelt, was die Schnittstelle noch flexibler macht! Physisch gesehen gibt es DisplayPort-Ausgänge für Desktops/Laptops in zwei Varianten: DisplayPort in voller Größe, bekannt für seine Riegel, die das Kabel in jedem Fall festhalten, und MiniDisplayPort, das man häufig bei MacBooks, ThinkPads und GPUs mit begrenztem Port-Platz findet .

Wenn Sie jedoch nicht die volle Bandbreite benötigen, die Ihnen vier Lanes bieten können, kann ein DP-Link nur aus einer oder zwei Hauptlanes bestehen, was zu zwei bzw. drei Diffpairs führt, mit weniger Bandbreite, aber auch weniger Verkabelung. Dies ist perfekt für Laptop- und Embedded-Anwendungen, bei denen sich DisplayPort durchgesetzt hat, und übertrifft mit Sicherheit die HDMI-Anforderung „vier Diffpairs um jeden Preis“. Die Vorteile enden hier nicht, aber ich möchte anmerken, dass DisplayPort auch viel besser hackbar ist – natürlich zeige ich es Ihnen!

Für weitere Vorteile ist der DisplayPort-Seitenbandkanal AUX eine große Verbesserung gegenüber I2C, das wir als Seitenbandschnittstelle für VGA und HDMI verwendet haben. Es handelt sich um eine bidirektionale Single-Diffpair-Verbindung mit niedrigerer Geschwindigkeit, die nicht nur Abwärtskompatibilität mit EDID (Display-Identifikation) und DDC (Display-Steuerung) bietet, sondern auch für die DisplayPort-Link-Trainingskommunikation verwendet wird und Entwicklern die Kontrolle über eine Nummer gibt von Low-Level-Aspekten auf der DP-Senderseite. Der Ton wird auch über AUX übertragen und ist zukunftssicher. Beispielsweise können Funktionen wie CEC über die AUX-Ebene implementiert werden, statt über die Eindraht-Flickerei, die HDMI CEC darstellt.

All diese Aspekte haben zu einer Benutzeroberfläche geführt, die für die moderne Technik recht freundlich ist. Thunderbolt hat insbesondere mit DisplayPort koexistiert – TB1 und TB2 verwenden miniDisplayPort-Anschlüsse, die Sie möglicherweise auf Apple-Laptops kennen und die das Blitzsymbol tragen. Bei TB3 und TB4 existieren diese neben DisplayPort an USB-C-Anschlüssen, und DisplayPort ist ein erstklassiger Gast im Thunderbolt-Ökosystem, wobei DisplayPort-Tunneling eine allgegenwärtige Funktion in Thunderbolt-Peripheriegeräten ist.

DisplayPort ist jedoch nicht nur für Verbrauchermonitore gedacht – erinnern Sie sich an die Flexibilität hinsichtlich der Anzahl der Spuren? Dies allein ist ein großer Gewinn für DisplayPort, wenn es um interne Konnektivität geht, und angesichts der Vielzahl an Funktionen, die es bereits einbettungsfreundlich und stromsparend machen, wurde der eingebettete DisplayPort-Standard (eDP) entwickelt, der in fast allen Bereichen mit DP kompatibel ist Aspekt. Wenn Sie einen Laptop oder ein iPad haben, ist es sehr wahrscheinlich, dass eDP unter der Haube verwendet wird – tatsächlich erwähnten wir eDP zum ersten Mal auf Hackaday, als jemand hochauflösende iPad-Displays wiederverwendete, indem er ein Passthrough-Breakout-Board mit einem herstellte Desktop-eDP-Buchse. Ja, mit DisplayPort ist es so einfach, Laptop- und Tablet-Displays wiederzuverwenden – keine Konverter-Chips, keine sperrigen Adapter, Sie benötigen höchstens einen Hintergrundbeleuchtungstreiber.

eDP erwies sich als praktisch, als wir anfingen, an die Grenzen von FPD-Link zu stoßen, das im Laptop-Panel-Bereich vielleicht als LVDS bezeichnet wurde. Seit Mitte der 2010er Jahre werden Sie kaum noch einen neu entwickelten Laptop finden, der noch über ein LVDS-Panel verfügt, und heutzutage ist alles eDP. Der Vorteil liegt auf der Hand: Wofür LVDS sechs oder acht Diffpairs benötigt, kann eDP mit zwei oder drei Diffpairs bewerkstelligen. Dadurch können Designer günstigere Verkabelung verwenden, Platz auf der Platine freigeben und mit nur vier Paaren extrem hochauflösende Displays ermöglichen. Im Gegensatz zu Laptops mit klassischer LVDS-Implementierung, die I2C nicht für EDID-Zwecke verwenden müssen, stellt der AUX-Kanal EDID kostenlos zur Verfügung – was auch bedeuten kann, dass Ihr Laptop möglicherweise nur dann funktioniert, wenn Sie ein Display mit einer höheren oder niedrigeren als der Werkseinstellung anschließen möchten Auflösung; etwas, das bei LVDS keine Garantie ist.

Oh, und all diese Flexibilität hat nicht nur bei Laptop-Displays geholfen – sie hat DisplayPort auch zu einer perfekten Ergänzung für das Video-Backbone von USB-C gemacht, und zwar bis zu dem Punkt, an dem Sie ein USB-C-Dock mit irgendeiner Art von Videoausgang sehen Anschluss können Sie grundsätzlich sicher sein, dass die Videoausgabe über DisplayPort erfolgt. Wir werden später in den nächsten Wochen ausführlicher auf den DisplayPort-Altmodus eingehen. Bis dahin möchte ich anmerken, dass all diese Stärken von DisplayPort zweifellos zum Aussterben des HDMI-Altmodus beigetragen haben – insbesondere die Möglichkeit, neben DisplayPort eine zusätzliche USB3-Verbindung über dasselbe USB-C-Kabel zu betreiben. Ich möchte Ihnen jedoch versichern, dass das Aussterben des HDMI-Altmodes ein Gewinn für uns alle ist.

Ein weiterer großer Vorteil von DisplayPort besteht darin, dass es sich nicht um HDMI handelt. Wir haben uns alle an HDMI gewöhnt, aber wenn Sie sich schon einmal an entsprechenden technischen Diskussionen beteiligt haben, wissen Sie, dass HDMI ein paar unangenehme Aspekte hat. Der Grund ist grundlegend: HDMI wird von Medieninteressen unterstützt, die sich auf Dinge wie Heimkino und Fernsehen konzentrieren, im Gegensatz zum Personal-Computing-Bereich, aus dem die VESA-Gruppe stammt. Die HDMI-Gruppe gibt an, Wert auf Interoperabilität zu legen, wenn sie beispielsweise gegen den Verkauf bestimmter Produkte protestiert, aber das jüngste HDMI-2.1-Debakel hat uns gezeigt, dass dies nicht wirklich ihr Schwerpunkt ist. Bisher habe ich beobachtet, dass die HDMI-Gruppe dem Wettbewerb abgeneigt ist, Marketing- und Markenüberlegungen wichtige treibende Kräfte bei ihrer Entscheidungsfindung sind und dass sie den Herstellern Lizenzgebühren pro Gerät abverlangt – was für kleine und große Spieler gleichermaßen hoch ist. Ein gutes Produkt zu bringen scheint zweitrangig zu sein.

Weder DP- noch HDMI-Standards sind offen verfügbar – allerdings ist HDMI in Bezug auf NDA weitaus stärker eingeschränkt, sodass AMD nicht in der Lage ist, Funktionen wie FreeSync und höhere Auflösungen in seinen Open-Source-Linux-Treibern speziell in HDMI zu implementieren; DisplayPort wird nicht so stark belastet. Wenn es um Geräte geht, die wir kaufen, insbesondere aus Hackersicht, können bestimmte HDMI-Zertifizierungsanforderungen zu schlechteren Produkten führen, wenn sie enthalten sind. Ein sorgfältig ausgestalteter, durch Geld gedeckter Hebel gegenüber dem Markt ist mit Sicherheit einer der Gründe dafür, dass man bei Verbraucherfernsehern nie DisplayPort-Eingänge sieht, bei denen die HDMI-Gruppe an erster Stelle steht, selbst wenn der Fernseher möglicherweise intern DisplayPort für den Anschluss des Anzeigefelds verwendet.

Natürlich verfügt der Raspberry Pi CM4 möglicherweise über zwei freiliegende HDMI-Anschlüsse, aber wenn Sie bei der Vermarktung Ihres Boards oder des Produkts, in das es eingebaut wird, nicht vorsichtig sind, befinden Sie sich bestenfalls in rechtlicher Schwebe – bei DisplayPort gibt es kein solches Problem. Diese coole Open-Source-HDMI-Capture-Karte für 10 US-Dollar, die wir vor ein paar Monaten vorgestellt haben? Wenn Sie sie herstellen und verkaufen möchten, sprechen Sie besser zuerst mit einem kompetenten Anwalt, und Anwälte, die sich mit Fragen der HDMI-Lizenzierung auskennen, sind nicht alltäglich – was diese Idee für einen Bastler, der nur ein paar Open-Source-Produkte bestellen möchte, unerreichbar macht Boards und verkaufe sie an andere.

Wenn Sie auf Ihrem Board eine DisplayPort-Schnittstelle sehen, wo Sie normalerweise HDMI erwarten würden, liegt das möglicherweise nur daran, dass das Unternehmen beschlossen hat, die HDMI-Lizenzgebühren pro Gerät zu vermeiden, und fest davon überzeugt ist, dass dies eine gute Sache ist. Bedenken Sie Folgendes: Wenn Ihr Monitor über HDMI verfügt, Ihre GPU oder Ihr Laptop jedoch über DisplayPort, sind Sie aus einem sehr interessanten Grund viel besser dran, als Sie vielleicht erwarten.

Wenn es um DisplayPort-Anschlüsse an unseren GPUs und Laptops geht, gibt es eine noch coolere Sache: Schalten Sie sie in den HDMI-Kompatibilitätsmodus, eine Funktion namens DP++. Alles, was Sie brauchen, ist ein Dongle, der über einen logischen Pegelumsetzer verfügt, sodass die Signale nach Bedarf umgeformt werden, diese Signale auf einem HDMI-Anschluss präsentiert und zwei Pins am DisplayPort-Anschluss kurzschließt, um der GPU zu signalisieren, einen Moduswechsel durchzuführen. Oh, und wenn Sie sich fragen, wie AUX im Falle von DP++ mit I2C kompatibel sein könnte – die GPU legt stattdessen einen I2C-Bus auf die AUX-Pins. Wir kaufen diese Dongles als DisplayPort-zu-HDMI-Konverter, aber in Wirklichkeit macht der Dongle nicht viel von sich aus, sondern weist die GPU hauptsächlich an, mit der HDMI-Ausgabe zu beginnen – er ist günstig, effizient und hat als Nebeneffekt einen geringen Stromverbrauch.

Wie Sie jetzt vielleicht sehen, ist DisplayPort eine benutzerfreundliche Schnittstelle, vielleicht viel benutzerfreundlicher, als Sie vielleicht erwartet hätten! Seit seiner Einführung haben Intel und AMD viel auf DisplayPort gesetzt – und mittlerweile ist es im Grunde ein fester Bestandteil tragbarer Geräte, auch wenn man außen keinen DisplayPort-Anschluss sieht. Ganz zu schweigen von eDP oder dem DP-Altmodus – heutzutage ist selbst für einen typischen HDMI-Anschluss Ihres modernen Laptops das Rückgrat DP oder eine untergeordnete Schnittstelle wie die DDI-Schnittstellen von Intel und AMD, die in erster Linie auf die Erzeugung von DP zugeschnitten sind. wobei HDMI so etwas wie ein Bürger zweiter Klasse ist. Schließlich hat DisplayPort genug Vorteile, um eine solch erstklassige Behandlung zu verdienen.

Nun handelt es sich hierbei hauptsächlich um Vorteile von DisplayPort für Verbraucher, aber ich hoffe, dass sie Ihnen Einblicke in die Funktionsweise des modernen DisplayPort geben können. Das nächste Mal möchte ich Ihnen all die neuen Dinge zeigen, die ein Hacker aus DisplayPort herausholen kann – detailliertere Informationen zu eDP, auch bekannt als eingebetteter DisplayPort, ein kleiner Einblick in den AUX-Kanal, das Entwerfen unserer eigenen Leiterplatten mit DisplayPort-Links, und einige der Feinheiten der Verkabelung.