链路层

1—DP接口：概念

2—DP协议：框架

前面我们对DP协议的整个框架有了一个了解，知道了在链路层流数据被打包成“微包”，在SST（单流传输）模式中称为“传输单元”（TU），在MST（多流传输）模式中称为MTP（多流传输包）。

今天我们关于DP协议的讲解先从基于链路层的SST模式讲起。

链路层提供的两个主要的服务：

主链路上的等时传输服务

等时传输服务基于微包架构，将视频和音频流映射到主链路符号上，遵循一套规则，以便在接收设备中正确地重构原始格式和时间基准的流。

通过AUX CH进行链路和设备管理服务

链路服务用于发现、配置和维护链路。

链路层根据流/链路策略制定者的指示或请求提供服务（参见图1，颜色框记得看哦）。

流策略制定者管理流的传输。
链路策略制定者管理链路，并负责保持链路同步。

首先，DisplayPort（一种显示接口）有两种工作模式（SST和MST），它可以根据不同的需求调整自己传输数据的方式。这里面主要涉及两个重要的调整参数：

通道数量：DisplayPort可以选择用4条、2条或者1条通道来传输数据。通道越多，理论上能传输的数据量就越大，支持的显示分辨率和刷新率就可能越高。
每通道数据速率：每条通道传输数据的速度有三种选项，分别是每秒5.4千兆位（Gbps）、2.7Gbps或者1.62Gbps。速率越高，同样时间内能传输的信息就越多，但这也取决于DisplayPort设备（比如显示器和电脑显卡）的能力以及连接它们的线缆质量。

为了确保两边（DisplayPort源设备和接收设备，比如电脑和显示器）能够正常、高效地传输数据，它们会先进行一次“对话”：

接收器能力发现：接收设备（比如显示器）会告诉源设备（比如电脑显卡）自己最多能支持多少通道、每通道能支持多快的数据速率。
链路训练：源设备根据接收设备的能力，选择一个最合适的配置（比如用多少条通道、每条通道多快的数据速率），并通过调整自己的设置来匹配这个配置。

通过这个过程，DisplayPort的两边就能找到一个最适合当前连接的传输方式，确保画面能够流畅、清晰地显示。

其次，DisplayPort能传输一个主要的视频流，还能附带一些其他的数据包，而且它不管在什么模式下，都有发送、接收数据以及传输和接收各种“流”的基本能力。

当然DisplayPort（一种显示接口标准）主要是用来传输一个没有被压缩的视频流，就像一条主要的公路，只走一辆车（这里的“车”就是视频流）。但它还有一个额外的功能，就是可以在这个主要视频流旁边，附带一些其他的小数据包，比如音频流数据包，就像是给这辆车带了些“行李”。不过，主要的还是那条“公路”上的那辆车——也就是那个未压缩的视频流。

最后不管它是用SST（单流传输）模式还是MST（多流传输）模式，都是有下面这几个能力。

uPacket TX功能：DisplayPort能发送数据的能力，就像是发送一封电子邮件。这里的“uPacket”就像是邮件里的内容，而“TX”就是发送（Transmit）的意思。
uPacket RX功能：DisplayPort能接收数据的能力，就像是接收一封电子邮件。这里的“RX”就是接收（Receive）的意思。
Stream Source/Sink：DisplayPort既能发送数据（就像是水的源头），也能接收数据（就像是水的汇集处）。这里的“流”就像是水流，可以是视频流、音频流等。所以，这个功能就是用来传输和接收这些“流”的。

DisplayPort是一种用于连接显示设备（如显示器、电视等）的接口标准。在SST模式下，它允许一个源设备（如电脑）发送一个视频流到一个或多个接收设备（如显示器）。

常见的设备类型：

源设备：这是产生视频信号的设备，比如电脑或游戏主机。源设备具有发送视频流的功能（uPacket TX），是DisplayPort网络的起点，就像是树的根部。
接收设备：这是接收并显示视频信号的设备，比如显示器或电视。接收设备具有接收视频流的功能（uPacket RX），是DisplayPort网络的终点，就像是树的叶子。
重复器：这是一个中继设备，它可以接收一个视频流并将其原样发送到下一个设备。重复器只有一个输入端口和一个输出端口，它不会改变视频流的内容。
转换器：这些设备可以将其他类型的接口（如HDMI、VGA）转换为DisplayPort接口，或者将DisplayPort接口转换为其他类型。转换器也只有一个输入端口和一个输出端口。
复制器：这是一个特殊的设备，它可以接收一个视频流，并将其复制到多个输出端口。复制器通常用于需要将一个视频信号分发到多个显示设备的场景。
开关设备（输出和输入）：这些设备允许从一个或多个输入端口中选择一个视频流，并将其发送到输出端口。输出开关设备只有一个uPacket TX功能（或传统TX功能），但可以有多个输出端口；而输入开关设备有多个uPacket RX功能（或传统RX功能），但只有一个输出端口。
复合接收设备：这是一个接收设备，但它还具有复制器的功能，即可以接收一个视频流并将其复制到多个下游端口。复合接收设备通常用于具有多个输入端口的显示器或电视。

下面这几张图，很好的展示了设备的链接关系：

每个具有uPacket TX或uPacket RX功能的DisplayPort设备都必须有一个链路策略制定者，用于管理链路的通信。
源设备在发起或处理流数据时，需要读取其下游设备的链路能力和DPCD（DisplayPort配置数据），以及接收设备的EDID（扩展显示标识数据）能力。
接收设备和复合接收设备还必须有一个EDID，用于描述设备的显示能力和其他特性。

在SST模式下，DisplayPort设备可以通过单个链路或多个链路连接成不同的拓扑结构，如菊花链或树形结构。

根设备：在DisplayPort网络中，源设备被视为根设备，因为它是网络的起点。
叶设备：接收设备被视为叶设备，因为它是网络的终点。
分支设备：除了源设备和接收设备之外的其他设备（如重复器、转换器、复制器和开关设备）都被视为分支设备。

下面再介绍一下EDID和DPCD。

EDID就像是显示器的“身份证”，里面包含了显示器的各种信息，比如它支持哪些分辨率、刷新率等。当源设备（比如电脑）想要连接到一个显示器时，它会先读取这个显示器的EDID，然后根据这些信息来调整输出的视频信号，以确保显示器能够正确显示。

在SST模式下，如果源设备通过一个分支设备（比如复制器）连接到多个显示器，那么分支设备就需要用下游接收设备（也就是那些显示器）的EDID来回复源设备。这意味着，分支设备需要知道它下游连接的所有显示器的信息，并根据这些信息来告诉源设备应该发送什么样的视频信号。

DPCD是DisplayPort设备之间用来通信的一种数据，它包含了设备的各种配置信息，比如支持的链路通道数量、数据传输速率等。在SST模式下，分支设备也需要理解并更新自己的DPCD，以及它下游设备的DPCD。

比如，如果一个中继器设备本身能够支持四个主链路通道，但它下游的链路只能支持两个通道，那么它就必须告诉源设备，它只能支持两个通道。这样，源设备就不会尝试发送超过两个通道的数据，从而避免数据传输出现问题。

那对于复制器设备来说，它可能会连接到多个显示器。那么，当源设备想要读取EDID或DPCD时，复制器设备应该如何处理呢？

这取决于复制器设备的具体实现。比如，如果复制器设备只连接了一个显示器，那么它就可以直接回复这个显示器的EDID。如果连接了多个显示器，复制器设备可能会选择其中一个显示器的EDID来回复。

但无论复制器设备选择哪种方式，它都需要在用户手册或标签上清楚地说明它的处理方式，以便用户能够理解并正确使用。

此外，为了避免混淆和错误，建议复制器设备在选择下游端口进行EDID和DPCD访问时，保持一致性。

到这里我们就简单了解链路层SST模式的一些简要知识，下面接着看看等时传输服务

在SST（单流传输）模式下，DisplayPort（一种显示接口标准）的链路层有一种特殊的服务，叫做“等时传输服务”。这个服务就像是一个“快递小哥”，它负责把音视频流从源头（比如电脑）准确无误地、并且和原来一样同步地送到终点（比如显示器或音响）。

这个“快递小哥”都做了哪些工作呢？

打包和解包：它会把音视频流分成一个个的小包裹（数据包），然后再一个个地送到终点。到了终点后，它还会把这些小包裹重新组装起来，恢复成原来的音视频流。
填充和去填充：有时候，为了确保音视频流能够连续不断地传输，它会在小包裹之间加上一些填充物（额外的数据）。到了终点后，它会把这些填充物去掉，只留下真正的音视频流。
帧定位和解帧：它还会在每个小包裹上标上序号，这样终点就能知道每个小包裹的顺序，然后把它们按照正确的顺序组装起来。
跨链路偏斜和去偏斜：如果音视频流需要通过多个链路（就像是多条路）来传输，它会确保每个链路上的小包裹都能同步到达终点，不会出现有的快有的慢的情况。
流时钟恢复：它还会像一个时钟一样，确保音视频流的传输速度始终保持一致，不会出现快慢不一的情况。
插入主流属性数据：它还会在小包裹里加上一些额外的信息，比如音视频流的类型、分辨率等，这样终点就能知道应该如何显示或播放这些音视频流。
可选插入带有ECC的二级数据包：有时候，它还会在小包裹里加上一些额外的数据包，比如音频流数据包或CEA861-E信息帧数据包（这些是关于音视频流的额外信息）。为了确保这些数据包在传输过程中不会出错，它还会加上一种叫做“错误校正码”（ECC）的东西。

通过这些工作，“等时传输服务”确保了音视频流能够准确、同步地从源头传输到终点，让我们在显示器或音响上能够看到和听到和原来一样的音视频内容。

现在来讲讲AUX CH。

AUX CH（辅助通道）是DisplayPort接口中的一个特殊通道，它可以让设备之间进行双向通信，但每次只能有一个设备在说话（发送数据），另一个设备在听（接收数据）。这就像是我们打电话一样，一方在说话，另一方在听，然后可以互换角色。

在DisplayPort接口中，源设备（比如电脑）通常是AUX CH的主机，也就是发起通话的一方，我们称之为AUX CH请求者。而接收设备（比如显示器）则是AUX CH的从机，也就是回应通话的一方，我们称之为AUX CH回复者。

当源设备和接收设备通过DisplayPort接口连接起来时，它们会先检查对方是否准备好进行通信。如果接收设备准备好了，源设备就会把AUX CH的状态设置为“等待通话”（AUX IDLE状态）。这时候，源设备就像是在等电话响一样，准备发起通话。

当源设备想要发送数据时，它就会通过AUX CH向接收设备发起请求。这时候，源设备的状态会变为“正在通话中，等待回复”（AUX 请求命令待处理状态），而接收设备的状态会变为“正在接听电话，准备回复”（AUX 回复命令待处理状态）。

接收设备在收到请求后，会尽快回复源设备。它们之间有一个约定好的时间限制，就像是我们打电话时，如果对方太久没有回应，我们就会知道可能是电话出了问题或者对方没有听到。如果接收设备不能在规定的时间内回复，它就会回到“等待通话”的状态，而源设备也会知道没有收到回复，并可以重新发起请求。

AUX CH的状态和仲裁机制就像是电话系统中的规则和流程，它们确保了设备之间能够有效地进行通信，避免了同时说话造成的混乱，也避免了因为没有人说话而导致的沉默。这样，我们就可以通过DisplayPort接口，在源设备和接收设备之间顺畅地传输数据了。