lvds interface что это

МИР ПЕРИФЕРИЙНЫХ УСТРОЙСТВ ПК

технический журнал для специалистов сервисных служб

В предыдущем номере мы начали обзор внешних интерфейсов LCD-матриц, с помощью которых обеспечивается взаимодействие основной платы монитора с LCD-панель. В первой части статьи мы отметили, что на сегодняшний день известно четыре таких интерфейс, причем два из них (параллельный интерфейс и TMDS) мы рассмотрели достаточно подробно. Сегодня мы продолжим тему, и на очереди следующие два интерфейса: LVDS и RSDS.

Интерфейс LVDS

Интерфейс LVDS на текущий момент времени является самым распространенным интерфейсом из всех используемых в мониторах настольного типа и в матрицах для ноутбуков. По сравнению с TMDS, интерфейсом LVDS обеспечивается более высокая пропускная способность, что и привело к тому, что LVDS, фактически, стал стандартом внешнего интерфейса для современной LCD-панели.

LVDS (TIA/EIA-644) – Low Voltage Differential Signaling (низковольтная дифференциальная передача сигналов) – это дифференциальный интерфейс для скоростной передачи данных. Интерфейс разработан фирмой National Semiconductor в 1994 году. Технология LVDS отражена в двух стандартах:

Кроме того, этот интерфейс часто используется под торговой маркой FPD-Link TM. Вторым владельцем авторских прав на эту шину является компания Texas Instruments, которая выпускает ее под фирменной торговой маркой FlatLinkTM.

Интерфейс LVDS позже дорабатывался с целью увеличения пропускной способности и повышения надежности передачи данных, а также он выпускался другими разработчиками под разными торговыми марками, что внесло некоторую неясность в классификацию интерфейсов и складывается впечатление, что имеется множество различных шин. Так, например, разновидностями и торговыми марками интерфейса LVDS являются:

Интерфейс LVDS во многом схож с интерфейсом TMDS, особенно в плане архитектуры и схемотехники. Здесь мы также имеем дело с дифференциальной передачей данных в последовательном виде. А это означает, что интерфейс LVDS подразумевает наличие трансмиттеров и ресиверов, осуществляющих точно такое же преобразование данных, как и в TMDS (о чем достаточно подробно рассказывалось в первой части статьи). Поэтому остановимся лишь на особенностях, отличающих интерфейс LVDS от интерфейса TMDS.

LVDS способен передавать до 24 битов информации за один пиксельный такт, что соответствует режиму True Color (16.7 млн. цветов). При этом исходный поток параллельных данных (18 бит или 24 бита) конвертируется в 4 дифференциальные пары последовательных сигналов с умножением исходной частоты в семь раз. Тактовая частота передается по отдельной дифференциальной паре. Уровни рабочих сигналов составляют 345 мВ, выходной ток передатчика имеет величину от 2.47 до 4.54 мА, а стандартная нагрузка равна 100 Ом. Данный интерфейс позволяет обеспечить надежную передачу данных с полосой пропускания свыше 455 МГц без искажений на расстояние до нескольких метров.

Трансмиттер LVDS состоит из четырех 7-разрядных сдвиговых регистров, умножителя частоты и выходных дифференциальных усилителей (рис.18).

Рис.18

Достаточно часто в литературе, в документации и на схемах можно встретить и несколько другое обозначение сигналов интерфейса LVDS. Так, в частности, широко применяется такое обозначение, как RX0+/-, RX1+/-, RX2+/-, RX3+/- и RXC+/-.

Входной сигнал CLK представляет собой сигнал пиксельной частоты (Pixel Clock) и он определяет частоту формирования сигналов R/G/B на входе трансмиттера. Умножитель частоты умножает частоту CLK в 7 раз. Полученный тактовый сигнал (7xCLK) используется для тактирования сдвиговых регистров, а также передается по дифференциальным линиям CLKP/CLKM.

7-разрядный параллельный код загружается в сдвиговые регистры трансмиттера по стробирующему сигналу, вырабатываемому внутренней управляющей логикой трансмиттера. После загрузки начинается поочередное «выталкивание» битов на соответствующую дифференциальную линию, и этот процесс тактируется сигналом 7xCLK.

Таким образом, на каждой из четырех дифференциальных линий данных (Y0P/YOM, Y1P/Y1M, Y2P/Y2M, Y3P/Y3M ) формируется 7-разрядный последовательный код, передаваемый синхронно с тактовыми сигналами на линии CLKP/CLKM.

Обратное преобразование последовательного кода в параллельный осуществляется ресивером, входящим в состав LCD-панели, а поэтому вполне естественно, что ресивер, фактически, является зеркальным отражением трансмиттера.

Интерфейс LVDS используется для передачи как 18-разрябного цветового кода (3 цвета по 6 бит на каждый), так и 24-разрядного цвета (3 базовых цвета по 8 бит). Но в отличие от интерфейса TMDS, здесь каждому цвету не выделяется отдельная дифференциальная пара, т.е. каждый дифференциальный канал LVDS предназначен для передачи отдельных битов разных цветов. Кроме сигналов цвета, на LCD-панель должны передаваться еще:

— сигнал строчной синхронизации (HSYNC);

— сигнал кадровой синхронизации (VSYNC);

— сигнал разрешения данных (DE).

Эти управляющие сигналы также передаются по дифференциальным каналам, предназначенным для передачи данных, т.е. по линиям YnP/YnM. Таким образом, существует два варианта формата данных, передаваемых на LCD-матрицу.

Первый вариант соответствует 18-разрядному цветовому коду, и при этом на вход трансмиттера подается 21 разряд данных. Второй вариант – это 24-разрядный цветовой код, при котором на входе трансмиттера должно быть 27 бит данных. Разница между двумя этими вариантами, формально, небольшая и она отражена в табл.3.

Таблица 3.

18-разрядный цвет

24-разрядный цвет

Общая схема, поясняющая архитектуру интерфейса LVDS, представлена на рис.19.

Рис.19

То, какие разряды цвета и служебные сигналы будут передаваться по дифференциальной линии, определяется сигналами, подаваемыми на вход соответствующего сдвигового регистра трансмиттера. При этом, конечно же, необходимо понимать, что ресивер, расположенный на LCD-панели, будет осуществлять преобразование в обратном порядке и на его выходе будет получен точно такой же формат данных. А это все означает, что вполне конкретная LCD-панель оказывается привязанной к конкретной управляющей плате монитора. Такая привязка LCD-панели к управляющей плате, конечно же, неудобна большинству производителей, т.к. отсутствует какая-либо унификация. Именно поэтому, де-факто, практически всеми производителями LCD-дисплеев и LCD-панелей использовался вполне определенный формат входных данных, позволявший к любой плате подключать любую панель. Этот формат данных стал основой стандарта, разработанного ассоциацией VESA, и на сегодняшний день можно говорить, что LVDS превратился в унифицированный интерфейс, в котором однозначно прописан протокол передачи, формат входных данных, соединительный разъем и цоколевка разъема. На этот стандарт мы и будем опираться, так как выпускаемые сейчас панели соответствуют именно ему, и встретить уникальные LVDS-интерфейсы практически невозможно.

Итак, стандартный вариант распределения входных сигналов трансмиттера между его сдвиговыми регистрами представлен на рис.20.

Рис.20

В результате, протокол передачи данных по дифференциальным каналам интерфейса LVDS выглядит так, как это показано на рис.21.

Рис.21

Как показывает внимательный анализ рис.20 и рис.21, интерфейс отличается высокой универсальностью, в результате чего, фактически, решен вопрос совместимости LCD-панелей и управляющих плат. Причем разработчик монитора имеет возможность практически не заботиться о согласовании разрядности цвета скалера и LCD-панели. Так, например, если разработчик решил применить более дешевую LCD-панель (с 18-битным кодированием цвета), то в интерфейсе не задействуется дифференциальный канал RX3, в результате чего старшие разряды цвета просто-напросто «обрубаются». А вот при разработке более дорогой модели монитора, в которой применяется LCD-панель с 24-битным кодированием, производитель использует ту же самую управляющую плату и даже не изменяет программный код ее микропроцессора, и просто подключает эту панель через полнофункциональный интерфейс – и все работает. Кроме того, производитель монитора в своем изделии может использовать любую матрицу любого производителя, лишь бы он была оснащена интерфейсом LVDS и имела бы соответствующий форм-фактор (который, к слову сказать, тоже стандартизируется). Конечно же, широкий модельный ряд мониторов не всегда получают таким примитивным образом, но и недооценивать этот метод тоже не стоит. Положительным моментом использования LVDS является еще и то, что все это дает широкие возможности сервисным специалистам при ремонте LCD-мониторов.

В принципе, интерфейс LVDS может использоваться для передачи любых цифровых данных, о чем говорит широкое применение LVDS в телекоммуникационной отрасли. Однако, все-таки, наибольшее распространение он получил именно как дисплейный интерфейс. Для увеличения пропускной способности этого интерфейса, компания разработчик (National Semiconductor) расширила интерфейс LVDS и удвоила количество дифференциальных пар, используемых для передачи данных, т.е. теперь их стало восемь (см. рис.22).

Рис.22

Это расширение получило название LDI – LVDS Display Interface. Кроме того, в спецификации LDI улучшен баланс линий по постоянному току за счет введения избыточного кодирования, а стробирование производится каждым фронтом такового сигнала (что позволяет вдвое повысить объем передаваемых данных без увеличения тактовой частоты). LDI поддерживает скорость передачи данных до 112 МГц. В документации данная спецификация встречается также и под наименованием OpenLDITM, а у отечественных специалистов отклик в душе нашел термин «двухканальный LVDS».

Интересно отметить, что в интерфейсе LVDS (LDI) имеется 8 дифференциальных пар, предназначенных для передачи данных, и две дифференциальные пары тактовых сигналов, т.е. в LDI имеется два, практически, независимых полнофункциональных канала, передача данных в каждом из которых тактируется собственным тактовым сигналом. Напомним, что в двухканальном TMDS оба канала передачи данных тактируются единым тактовым сигналом.

Естественно, что наличие двух каналов позволяет вдвое увеличить пропускную способность интерфейса, так как за один пиксельный такт можно предать информацию о двух пикселях. При этом один канал предназначен для передачи четных точек экрана (канал Even), а второй – для нечетных точек экрана (канал Odd).

Использование одноканального или двухканального LVDS определяется такими характеристиками LCD-панели и монитора, как:

— частота кадровой развертки, т.е. определяется режимом работы.

Разъем интерфейса LVDS на сегодняшний день можно считать стандартным, т.е. количество контактов разъема и порядок распределения сигналов по контактам является одинаковым для всех LCD-панелей любого производителя. Единственное отличие разъемов может заключаться в их конструктивном исполнении:

— разъем для плоского ленточного кабеля или традиционный разъем для обычных соединительных проводов;

— наличие или отсутствие экрана;

— наличие или отсутствие дополнительных заземляющих контактов на краях разъема;

— разъемы с разным шагом между контактами и т.п.

Стандартный разъем LVDS считается 30-контактным, хотя по его бокам могут присутствовать еще два или четыре контакта, выполняющих «заземляющую» функцию. Эти контакты в стандартном варианте не нумеруются, а обозначаются как «Frame» и соединены со схемной «землей». Однако иногда на схемах вы можете столкнуться с тем, что разъем LVDS обозначен, как 32-контактный. В этом случае следует помнить, что крайние контакты (1 и 32), как раз, и являются контактами «Frame», без учета которых интерфейс сразу же превращается в стандартный 30-контактный разъем. Порядок распределения сигналов интерфейса LVDS по контактам соединительного разъема и их традиционное обозначение представлены в табл.4.30-контактный разъем является полнофункциональным и предназначен для двухканального LVDS. В LCD-панелях с небольшим размером экрана (15-дюймов), чаще всего, используется одноканальный LVDS, т.к. его пропускной способности вполне достаточно. В этом случае задействуется та часть интерфейса, которая соответствует нечетному каналу LVDS, при этом линии четного канала могут вообще отсутствовать.

Источник

Разбор работы LVDS портов и DMA на отечественном DSP 1967ВН028

В продолжение моих заметок, посвященных разбору функционала процессора от фирмы Миландр 1967ВН28, рассмотрим способы общения с внешними устройствами. В данном процессоре есть возможности общения по следующим информационным каналам. Порты LINK (LVDS) и также имеется параллельный интерфейс, предназначенный для работы с внешней памятью. В данной заметке разберем работу с интерфейсом LINK. Этот интерфейс на отладочной плате выведен на разъемы DVI и процессор имеет всего 4 таких приемопередающих линий. Стоит отметить что этот интерфейс поддерживает одновременный прием и передачу (полный дуплекс). Чтобы эффективно работать с транспортировкой массива данных задействуем каналы DMA. Из одного канала DMA будем грузить данные в передающую линию интерфейса LINK и для первого опыта соединим передающий канал одного из LINKов с его же принимающей стороной, где уже другим каналом DMA организуем прием. Разъем DVI для работы с определенным LINK портом при определенной разрядности передачи выбирается исходя из представленных в паспорте отладочной платы таблиц 8 и 9. Таблички приведены ниже.

Стоит отметить что при некоторых вариантах соединения доступен только 1-битный формат приема/передачи, это связано с тем что не на все разъемы подведено по 4 линии данных.

Теперь перейдем ближе к делу, для начала стоит обратить внимание на конфигурационные порты. В спецификации на микросхему написано что за управлением приемником отвечает регистр LRCTLx, а для передатчика аналогичные функции выполняет регистр LTCTLx ниже приведено их описание.

Оба регистра не могут изменяться в процессе обмена. Запись в оба этих регистра возможна только при сброшенном нулевом разряде.

Так же необходимо сконфигурировать порт внешними сигналами.

На имеющейся у меня отладочной плате эти параметры устанавливаются движковыми переключателями SA14 и SA15. Я выставил TIMR0E в единицу, остальное по идее никак в данной ситуации не интересует.

Пойдем далее, было бы неплохо определиться с выбором канала LINK и каналов DMA. К сожалению, выбрать, бросив монетку у нас не получится ибо в зависимости от выбора LINKа мы можем либо иметь возможность передавать и в формате 4 бит и 1 бит, или только в формате 1го бита.

Далее DMA, в этом процессоре DMA работает не так как например в Cortex, где мы просто указываем «откуда взять и куда положить», а потом добавляем управляющее слово которое пускает процесс. Здесь управляющая структура DMA отдельно задается на приём и на передачу. Управляющей структурой для DMA являются регистры блока управления передачей TCB.

Как пишут в документации, каждый TCB (он же DCx) регистр имеет длину 128 бит и разделен на четыре 32-битных

— регистр индекса (DI);

— регистр X количества и приращения (DX);

— регистр Y количества и приращения (DY);

— регистр управления и указателя цепочки (DP);

Эти четыре регистра образуют 128 разрядный регистр TCB, в который можно загрузить настройки как выровненное счетверенное слово из внутренней памяти посредством цепочки (о том как работает цепочка будет сказано ниже) или с помощью ядра. Для инициирования нового обмена, после завершения текущего, программа должна записать новые параметры в регистры TCB.

Теперь перейдем к выбору LINK и каналов DMA. Все в той же спецификации на микросхему есть полезная табличка.

Так как цифра два – хорошая цифра, то решено выбрать второй LINK. Сразу по табличке видим, что для его передатчика используется канал DMA 6, а для его приемника применяется канал 10. Так же по табличкам 8 и 9 видим что нам подходят разъемы XS4, XS5.

Теперь подробнее про управляющие регистры DMA:

Регистр DI

Данный 32-разрядный регистр содержит начальный адрес блока данных и используется для прямого доступа к памяти. Он может указывать на адрес внешней памяти или внутренней памяти.

Регистр DX

Этот 32-разрядный регистр имеет два поля:

DXM – младшие биты (с 0-го по 15-й или с 0-го по 21-й) хранят значение модификатора адреса (DX_MODIFY), которое используется для изменения адреса после каждой транзакции;

DXC – старшие биты (с 16-го по 31-й или с 22-го по 31-й) хранят значение количества слов (DX_COUNT) в блоке данных, который необходимо передать. Например, если необходимо передать 16 слов данных, непрерывно размещенных в памяти, порциями по 4 слова в каждой передаче, то параметр DXC будет равен 16, а значение DXM будет равно 4. Длина операнда (порции данных) в регистре DP устанавливается равной счетверенному слову.

Существуют ограничения, которые следует принимать во внимание при программировании TCB:

— указатель DI должен содержать адрес, выровненный на границе операнда, определяемого в регистре DP;

— Значение DXM должно быть кратно размеру операнда;

— Значение DXC должно быть кратным длине операнда.

Выбор длины полей модификатора и количества определяется типом обмена, задаваемым полем TY в регистре DP.

Регистр DY – применяется при реализации двумерной передачи но он нам сейчас не понадобится, потому опустим.

Регистр DP – Это настроечный регистр задающий режим работы передатчика\приемника канала. На табличке ниже описание его разрядов.

Теперь о цепочке, как говорилось выше у регистров ТСВ есть вариант загрузки значения от ядра или из внутренней памяти посредством цепочки. В режиме цепочки при разрешении последующей передачи, процессор автоматически перезагружает ТСВ и выполняет следующее задание. Как видно из таблички мы можем работать в режиме однократной передачи установив бит CHEN в ноль. В этом режиме DMA выполнит прием или передачу блока данных в соответствии с настройками регистров DI и DX. В случае если разрешено прерывание сгенерирует прерывание по завершению работы и остановится.

Если же есть необходимость передать не один блок данных, или принимать непрерывный поток данных, то стоит разрешить загрузку следующей цепочки настроек для TCB. Это реализуется установлением бита CHEN в единицу, также необходимо записать в первые 18 битов регистра DP указатель на область памяти в которой хранятся настройки для следующей цепочки. При таком раскладе по завершению работы канал DMA будет сразу получать новые настройки и продолжать работу.

Теперь, когда все, казалось бы, уже выяснено приведу получившийся у меня код, он выполняет однократную передачу пакета данных своему приемнику. Отдельно отмечу, что link работает только с квадрословами, поэтому для DMA других вариантов настроек при работе с link быть не может.

Применим все это дело теперь на практике. Сначала реализуем однократную передачу блока данных от процессора к самому себе.

Сначала выделим память под буфер приема и буфер передачи

Далее выключим все LVDS порты и каналы DMA

Теперь включаем Link передатчика, а затем выдержав драматическую паузу включаем приемник. Это делается, с целью чтобы приемник до того, как окажется в надежных руках передатчика не наелся помех.

Настраиваем и включаем DMA приемника и передатчика. Бит CHEN остается в нуле, т.к. нас сейчас интересует однократный прием/передача. Первые 18 битов регистра DP (xr3) так же оставляем нулевыми, так как указатель на следующую цепочку нам сейчас не нужен.

Далее останавливаемся в бесконечном цикле

Теперь посмотрим насколько все работает, запустив отладчик.

В массиве передачи лежат данные.

Массив, в который мы передаем изначально пуст

Когда же мы доходим до пустых операторов то там появляются передаваемые данные

Как видно передача произошла корректно. В следующий раз рассмотрим передачу по LVDS между процессорами, благо на отладочной плате у меня их два. А на этом закончу, спасибо за внимание.

Источник

Интерфейс LVDS и его применение

В последнее время среди всевозможных шинных и интерфейсных решений все чаще выделяют скоростной и достаточно неприхотливый интерфейс LVDS. Его применение позволяет достичь скорости передачи до 400–600 Мбит/c по одной паре, причем практически без применения всевозможных экзотических элементов. В этой статье рассматривается не только сам интерфейс LVDS, но и вопросы его применения, построения LVDS-каналов и интеграцию их в состав устройства. Причем основное внимание уделяется не предельным показателям, достигнутым в лабораторных условиях, а именно рекомендациям по проектированию реальных решений на основе доступных компонентов, которые могут быть применены в реальных устройствах, чтобы помочь разработчикам в решении проблем.

Проблема как передать данные из точки А в точку В существовала всегда. С развитием электроники она только расширилась и переросла в проблему как передать требуемый объем данных на требуемое расстояние с требуемой скоростью. Мощность устройств растет, скорость обмена и разрядность растут. Расстояние для скоростной шины уже давно является достаточно серьезной проблемой. Современные микросхемы и построенные на их базе устройства развивают все большую мощность и скорость обработки. С увеличением скорости и разрядности все острее встает проблема обмена данными как между микросхемами, так и между модулями в составе устройства. Существующие методы предлагали либо многоразрядные параллельные шины с достаточно «капризными» сигнальными системами, либо, в случае с междумодульным и междусистемным обменом — всевозможные ухищрения, вплоть до дорогих оптических систем передачи.

Как вариант транспорта для межмодульного и межкорпусного обмена мы рассмотрим стремительно набирающий популярность интерфейс LVDS. Созданный как достаточно специфический стандарт обмена для подключения LCD-матриц в мобильных компьютерах, интерфейс LVDS показал себя недорогим и удобным решением. В его силах организация сверскоростного обмена между микросхемами на плате, минимизация количества линий за счет перевода из параллельной в последовательную передачу по LVDS, обеспечение скоростного межмодульного соединения на расстояние до нескольких метров по кабелю, организация скоростных шинных решений.

При этом LVDS-каналы не требуют каких-либо специфических и дорогостоящих материалов, а просто огранизуются на обычной печатной плате и работают по недорогим кабелям, таким как, например, широко известный и доступный кабель CAT5.

Рис. 1. Метод передачи интерфейса LVDS

Метод передачи

Интерфейс LVDS использует дифференциальную передачу сигналов с малыми сигнальными уровнями. На рис. 1 показана схема передачи одного канала LVDS. Передатчик управляет дифференциальной линией. В линию выдается токовая посылка с током 3,5 мА. Нагрузкой линии служат параллельно включенные дифференциальный LVDS-приемник и 100 Ом резистор. Сам приемник имеет высокое входное сопротивление, и основное формирование сигнала происходит на нагрузочном резисторе. При токе линии 3,5 мА на нем формируется падение напряжения 350 мВ, которое и детектируется приемником. При переключении направления тока в линии меняется полярность напряжения на нагрузочном резисторе, формируя состояния логического нуля и логической единицы.

Используемая схема передачи имеет целый ряд преимуществ.

LVDS-интерфейс имеет высокую скорость передачи данных. Определенная стандартом максимальная скорость составляет до 622 Мбит/с, что сравнимо с оптическим интерфейсом. При этом реальное быстродействие LVDS-канала ограничивается двумя факторами: скоростью подачи и съема данных и параметрами среды передачи.

Используемый дифференциальный метод передачи сигналов позволяет максимально снизить влияние внешних наводок. Малое изменение напряжения, симметричные линии передачи и низкое нарастание напряжения (1 В/нс) обусловливают малый уровень наводок от самого интерфейса. В свою очередь, малый уровень перекрестных наводок и низкая чувствительность к внешним наводкам позволяют использовать высокую плотность соединений как на печатной плате, так и в кабеле. Метод передачи LVDS не зависит от напряжения питания и работает при напряжении питания передатчика и приемника 5 В, 3 В или 2,5 В. При этом сопряжение устройств с разным напряжением питания не является проблемой.

Используемый метод передачи позволяет также существенно снизить энергопотребление интерфейса. На 100 Ом нагрузке LVDS при падении напряжения 400 мВ составляет 1,2 мВт. Для сравнения, интерфейс RS-422 имеет рассеиваемую мощность на нагрузке порядка 90 мВт, что в 75 раз больше.

Следует отметить и простоту терминирования сигнальных LVDS-линий — для этого требуется всего один резистор для каждой пары, и все. Для сравнения, другие скоростные методы требуют пары резисторов, один из которых подключается на землю, а второй к питанию, причем зачастую не напрямую, а через специальный источник.

LVDS-стандарт

LVDS-интерфейс описывается двумя стандартами: ANSI/TIA/EIA-644 и IEEE 1596.3. TIA-644 — общий стандарт. Он описывает электрическую часть интерфейса — выходные и входные параметры приемника. Стандарт не включает в себя функциональное описание, протокол обмена или полные характеристики кабеля, поскольку все это зависит от приложения.

Таблица. Основные электрические параметры LVDS-интерфейса

Статьи по: ARM PIC AVR MSP430, DSP, RF компоненты, Преобразование и коммутация речевых сигналов, Аналоговая техника, ADC, DAC, PLD, FPGA, MOSFET, IGBT, Дискретные полупрoводниковые приборы. Sensor, Проектирование и технология, LCD, LCM, LED. Оптоэлектроника и ВОЛС, Дистрибуция электронных компонентов, Оборудование и измерительная техника, Пассивные элементы и коммутационные устройства, Системы идентификации и защиты информации, Корпуса, Печатные платы

Источник

• ← психопаспорт в какой последовательности смотреть
• elementary что нужно знать на этом уровне →