嵌入式DisplayPort带来更高的显示效率

VESA 开发了 eDP 来取代老化的低压差分信号 （LVDS） 标准，如今 eDP 已广泛用于笔记本电脑和一体机系统。与 LVDS 相比，eDP 的主要优势包括由于其更高的数据速率而减少了信号线、与亚微米芯片工艺的兼容性、减少了对无线服务的干扰，以及它能够适应新功能。

自首次发布以来，eDP 标准经历了一系列修订，添加了 DisplayPort 未共享的新功能，因为 eDP 已发展为针对电池供电的嵌入式显示系统。例如，2010 年 eDP 版本 1.2 发布，增加了对辅助通道的显示和背光功能的控制。2011 年，eDP 1.3 版引入了面板自刷新 （PSR）。

虽然 eDP 最初是为笔记本电脑和一体机系统设计的，但它正变得越来越针对更小尺寸的系统进行优化，包括平板电脑和 PC 智能手机应用。eDP 版本 1.4 于 2012 年 12 月发布，增加了新的可选功能，旨在解决这种更广泛的外形尺寸并进一步降低系统功耗。

降低显示相关系统功耗的重要性

今天，移动设备是电子行业的主要驱动力。每年都会推出新的移动设备，这些设备具有更高的处理能力、更好的显示、更小更轻的外形尺寸以及更长的电池寿命。考虑到典型的 CPU 空闲时间，平均显示器消耗大约 75% 的系统功率。虽然系统芯片功耗的降低是通过缩小半导体工艺几何尺寸来实现的，但显示功耗的降低是通过背光和 LCD 技术的改进以及新的像素结构来实现的。

然而，最近向更亮、更高分辨率显示器发展的趋势正在推动显示功率的提高。第二代 iPad 配备 1024x768 显示屏和 25 瓦时电池，而最新的 iPod 配备 2048x1536 显示屏（像素增加 400%）和 42.5 瓦时电池（功率增加 70%），两者都提供10小时电池寿命。更高分辨率的显示器需要额外的像素驱动电路和更高数据速率的显示接口，以及更快的图形处理单元 （GPU） 渲染和显示图像处理电路。

这种显示功率挑战导致了平台级别的许多新架构开发。降低显示功率意味着更长的电池寿命和更少的电池容量要求，因此更小、更轻、更便宜的系统。显示部署不再被视为简单的渲染设备，而是更加集成到整体系统设计中。新的 eDP v1.4 将许多这些概念结合在一起，如以下讨论中所述。

面板自刷新 （PSR）

在 eDP v1.3 中引入的 PSR 功能通过允许部分 GPU 和显示接口在静态显示图像条件下进入低功耗状态，提供了一种降低与显示相关的系统功耗的方法（参见图 1）。当系统进入 PSR 模式时，内置在 LCD 时序控制器 （Tcon） 中的远程帧缓冲区执行例行显示刷新任务，卸载 GPU 和显示接口。本地帧缓冲区随后可由 GPU 更新为新的静态图像（例如当闪烁的光标打开或关闭时），或者系统可以退出 PSR 模式以显示不断变化的图像（例如在播放视频）。由于大多数显示器每秒刷新 60 次，因此 PSR 允许 GPU 电路和显示接口在系统运行的大部分时间保持在低功耗状态，

图 1： PSR 功能通过允许部分 GPU 和显示接口在静态显示图像条件下保持低功耗状态来帮助降低功耗。

具有选择性帧更新的 PSR

最新版本的 eDP 通过启用对 Tcon 帧缓冲区中视频帧的选定区域的更新来增强 PSR 机制。使用 eDP v1.3，每次图像的任何部分发生更改时，都必须更新整个帧。使用 eDP v1.4，只有帧的新部分需要更新（参见图 2）。这可以让 GPU 显示界面在更短的时间内保持活动状态，从而进一步降低系统功耗。

图 2：最新版本的 eDP 支持 PSR 选择性更新过程，进一步降低系统功耗。

支持 PSR 的其他 eDP v1.4 功能

高级链路电源管理

在 eDP v1.4 中，管理显示界面的能力得到了改进，大大减少了从低功耗状态唤醒的时间，这对于最大限度地提高 PSR 选择性更新过程的效率很重要。以前版本的 eDP 需要超过 100 微秒的时间来唤醒和重新训练数据链路。在 eDP v1.4 中，如果支持新的 PSR 模式，从待机唤醒最长为 0.5 微秒，从低功耗睡眠状态唤醒的时间为 20 微秒。

视频定时同步

在 DisplayPort 和早期版本的 eDP 中，显示器到 GPU 的同步是通过 DisplayPort 主链路执行的，这是使用特殊控制代码传输视频数据的高速数据通道。在 eDP v1.4 中，还通过低速辅助通道提供帧同步。这使得 eDP 主链路操作的快速突发能够执行远程帧缓冲区的及时选择性更新。

显示流压缩

包括 DisplayPort 和早期版本的 eDP 在内的显示接口通过显示接口发送未压缩的像素数据。图像压缩传统上仅限于将媒体传送到系统或存储。为了进一步节省功耗，eDP v1.4 引入了一种显示流压缩算法，可降低显示接口的数据速率。与典型的视频或图像压缩算法相比，显示流压缩算法针对高数据吞吐量、低延迟和低门数进行了优化，并针对 2 倍至 5 倍范围内的低压缩率，具体取决于图像类型。例如，通过使用最小 2 倍压缩比配置，可以将显示互连带宽减半，而图像内容通常不会丢失。在更新显示器的 PSR 帧缓冲区时，也可以使用显示流压缩，从而进一步节省功耗。它还可用于支持未压缩主链接功能之外的显示分辨率。

区域背光控制

eDP v1.2 于 2010 年发布时，引入了通过辅助通道控制 LCD 背光调制频率和亮度的功能，从而无需额外的背光控制接口。在 eDP v1.4 中，区域背光控制提供了独立设置显示背光区域不同部分的选项。这使 GPU 可以根据显示内容主动使显示的选择性部分变暗，从而提高节能效果。一个辅助事务最多可以控制 15 个背光区域。

辅助通道上的多点触控

触敏显示器在许多较小的嵌入式显示系统中很常见，并将在 PC 中变得更加普遍。最新版本的 eDP 增加了通过辅助通道将多点触控数据从显示器传输到主机的能力。多点触控数据传输使用与 USB 人机接口设备规范兼容的框架。通过取消通常用于此目的的专用 USB 接口，可以节省电气连接和电力。

降低差分电压摆幅

在 eDP v1.4 之前，该标准使用与 DisplayPort 相同的接口信号电压幅度。如今，eDP v1.4 将主链路的最小差分电压幅度电平从 400 mV 降低到 200 mV，适用于小型嵌入式外形尺寸的短传输距离。这将接口驱动功率降低了 75%，因为功率与幅度的平方成正比。链路训练幅度步长也增加了额外的灵活性，有助于提高对不同传输介质（包括玻璃上芯片）的适用性。

提高链路速率灵活性

eDP v1.4 中的另一个新增功能是主链路数据速率的更大灵活性。以前版本的 eDP 将链路速率选择限制为每通道 1.62 Gbps、2.7 Gbps 和 5.4 Gbps（主链路数据通道），这与 DisplayPort 相同。当前版本的 eDP 现在包括七种标准速率，可进一步提高能效。

使用 DisplayPort，将 1080p 60 Hz 显示格式从 24 位颜色增加到 30 位颜色需要将双通道 2.7 Gbps 配置更改为四通道 2.7 Gbps 配置或双通道 5.4 Gbps 配置。以太情况表示接口带宽和功率增加了 100%，而数据内容仅增加了 25%（将添加额外的虚拟位以弥补差异）。在同一应用程序中使用 eDP v1.4，速率可以从 2.7 Gbps 提高到 3.24 Gbps，导致链路速率仅增加 20%。

还支持可自定义的链接速率，为显示器定义了一组新的寄存器来声明此功能，以及自定义链接速率频率。除了进一步的功率优化之外，这还增加了应用程序的多样性，因为可以根据特定的系统时序要求调整链路速率。它还支持链路速率调整，以减轻对系统无线服务的射频干扰。

使用 eDP v1.4 进行系统部署

最新版本的 eDP v1.4 提供更高的灵活性和更低的系统功耗，将有助于推动 eDP 进入新的应用程序并将其确立为通用嵌入式显示接口。鉴于当前 eDP 标准发布和采用的周期，预计使用 eDP v1.4 中的一些新功能的系统将在两到三年内出现在市场上。更高分辨率的笔记本电脑和平板电脑可能会首先使用这种功耗优化的界面。

审核编辑：郭婷