Технологии Plug&Play видеосистем.

Технологии Plug&Play видеосистем.

Для идентификации мониторов ассоциацией VESA был предложен стандарт DDC (Display Data Chanel), который позволяет определять мониторы различных производителей, и, кроме того, позволяет получать и другую информацию о параметрах и характеристиках любого монитора. Разработка стандарта DDC была обусловлена развитием технологии Plug&Play, которая подразумевает, что внешнее устройство должно “сообщить” о себе основные сведения для того, чтобы операционная система обеспечила правильное конфигурирование и настройку оборудования путем поиска и установки наиболее подходящего драйвера устройства. Для оптимальной настройки изображения необходимо учитывать размер экрана, тип монитора, его цветовые характеристики, поддерживаемые режимы (разрешающая способность), параметры входных сигналов, а, кроме того, желательно знать поддерживается ли монитором система энергосбережения DPMS.

В стандарте DDC вся информация о мониторе передается из монитора в ПК по последовательному интерфейсу, состоящему из двух линий: линии синхронизации и линии данных.

При разработке DDC в качестве основы был применен интерфейс I²C,  линия синхронизации интерфейса в DDC получила название DDC_CLK. На этой линии формируется последовательность импульсов, тактирующих передачу данных. Для передачи каждого байта на линии DDC_CLK генерируется девять импульсов: 8 – для передачи битов байта и 1 – бит подтверждения – ACK (квитирующий бит). Тактовые сигналы формируются устройством, запрашивающим информацию (ведущим устройством), т.е. видеокартой ПК. Частота импульсов DDC_CLK может быть любой – ограничен только ее верхний предел величиной 100 кГц. Однако последние версии стандарт DDC уже позволяют передавать данные с частотой до 400 кГц.

Линия данных интерфейса DDC получила название DDC_DATA. На этой линии сигнал устанавливается либо в “высокий”, либо в “низкий” уровень, в зависимости от передаваемых данных, с частотой следования тактовых импульсов DDC_CLK. Считывание информации, выставленной на DDC_DATA, происходит при каждом тактовом импульсе на DDC_CLK.

Уровни напряжений сигналов DDC_DATA и DDC_CLK – до 5 В, т.е. “высокому” уровню соответствует напряжение 5В, а “низкому” уровню сигналов соответствует напряжение около 0В.                 

Началом цикла передачи байта данных на интерфейсе DDC является условие  Start – сигнал DDC_DATA переводится из высокого уровня в низкий при высоком уровне сигнала DDC_CLK.

Завершается цикл передачи байта переводом сигнала DDC_DATA из низкого уровня в высокий при высоком уровне сигнала DDC_CLK – это условие Stop.

При передаче данных состояние сигнала DDC_DATA может изменяться только при низком уровне сигнала DDC_CLK. Биты данных стробируются фронтом импульсов DDC_CLK. После передачи 8 битов передающее устройство (монитор) на один такт освобождает линию данных для получения подтверждения о приеме байта принимающим устройством (компьютером). Принимающее устройство во время этого девятого такта формирует бит ACK, устанавливая сигнал на DDC_DATA в низкий уровень.  При запросе от ПК, монитор передает 128 байтов данных, которые содержат следующую информацию:

 - фирма-производитель монитора;

 - модель монитора;

 - дата изготовления;

 - серийный номер;

 - система команд управления;

 - размеры экрана;

 - тип монитора;

 - параметры входных сигналов;

 - поддерживаемые режимы энергосбережения стандарта DPMS;

 - дисплейная гамма;

 - цветовые характеристики люминофоров;

 -поддерживаемые стандартные режимы работы;

 - параметры нестандартных поддерживаемых режимов.

Для размещения и хранения всей этой информации в мониторе предусмотрено применение микросхемы памяти – ПЗУ, точнее сказать, микросхемы электрически перепрограммируемого ПЗУ (EEPROM, E²PROM, FLASH). В качестве таких микросхем обычно используются микросхемы семейства 2421 и 240х (2401, 2402 и т.д.), реже применяются микросхемы семейства 93Cx6 (93С06, 93С46, 93С66 и т.д.). Несмотря на значительный объем полученной информации о характеристиках и параметрах монитора, операционные системы семейства Windows пользователю сообщают лишь наименование фирмы производителя монитора и его модель. Более подробную информацию о мониторе можно получить только с помощью специализированных утилит или программ, которые часто поставляются вместе с мониторами на дискетах или CD-ROM. Ассоциацией VESA было предложено несколько вариантов стандарта DDC: DDC1, DDC2B, DDC2A/B. Эти стандарты в дальнейшем дорабатывались и совершенствовались, и на сегодняшнее время существуют несколько версий (ревизий) каждого из стандартов.

                В стандарте DDC1 предполагается однонаправленная передача данных из монитора в ПК. Из монитора в этом случае передается только информация о характеристиках монитора, т.е. передается стандартный блок из 128 байтов. Для передачи данных используется отельный провод соединительного кабеля монитора, т.е. на стандартном 15-контактном разъеме D-SUB линии DDC_DATA соответствует отдельный контакт – № 12. Сигнал же DDC_CLK передается по линии кадровой синхронизации VSYNC (контакт № 14). Совмещение сигналов VSYNC и DDC_CLK на одной линии возможно потому, что эти сигналы имеют совершенно различные значения частот: DDC_CLK – десятки кГц, а VSYNC – десятки Гц.      DDC2В – это стандарт двунаправленной передачи данных между монитором и ПК. В этом стандарте сигналу DDC_CLK соответствует отдельный контакт на разъеме (контакт №15)  и отдельный провод в интерфейсном кабеле. Передача данных осуществляется с использованием одной из системы команд: EDID, ExtEDID, VDIF.

                Стандарт DDC2A/B аналогичен стандарту DDC2B. Базируется он на интерфейсе Access Bus, который в свою очередь является расширением интерфейса I²C. Скорость передачи данных – не менее 8 Кбайт/сек.

                В стандартах DDC2В и DDC2A/В обеспечивается не только передача данных о характеристиках монитора в ПК, но и имеется возможность изменять пользовательские (а в некоторых случаях и сервисные) параметры монитора программным путем, т.е. при помощи соответствующих программ и утилит. Этими программами пользователь может изменять размеры и положение изображения, цветовые характеристики и геометрические искажения растра, не касаясь панели управления монитора. В этом случае происходит запись параметров изображения в FLASH-память монитора.

                Для того, чтобы при запуске системы автоматически определялся тип подключенного монитора, необходимо соблюсти следующие условия:

 - необходимо использовать монитор с поддержкой одного из рассмотренных стандартов;

 - необходимо использовать видеоадаптер с поддержкой того же стандарта, что и монитор;

 - необходимо использовать соответствующую операционную систему (или программу), например, Win’95 или Win’98 и др..

При выборе аппаратуры также строит обратить внимание на то, с помощью какой системы команд происходит передача данных (EDID, ExtEDID, VDIF). Эта информация должна содержаться в документации пользователя (User Manual) на монитор и видеоадаптер, правда, современные системы являются, в подавляющем большинстве случаев, многофункциональными и не требуют особого внимания от пользователя.

Как уже упоминалось выше, для хранения информации о характеристиках и параметрах монитора используются микросхемы энергонезависимой памяти, которые достаточно часто еще используются и для хранения пользовательских настроек параметров изображения. В качестве такой FLASH-памяти наиболее широкое распространение получила микросхема серии ST24ху21. Возможные обозначения микросхем этой серии: ST24LC21B, ST24LW21, ST24FC21, ST24FW21. Все эти микросхемы имеют емкость хранимой информации 1Кбит с организацией 128х8 бит.

Базовое обозначение микросхем этой серии ST24ху21, где вместо “x “ставится буква “L” для стандарта VESA DDC1 и буква “F” – для стандарта VESA DDC2. Вместо “y” может ставиться буква “C”, если сигналу управления записью (WC) соответствует контакт 7 (его функцию фактически выполняет сигнал VCLK), и буква “W”, если сигнал WC расположен на контакте 3.

                При запросе от операционной системы или прикладной программы монитор выдает 128 байтов данных, которые имеют вполне определенную структуру, характерную для всех мониторов (в скобках указаны адреса в шестнадцатеричном виде):

 - первые восемь байтов с адресами от 00 до 07 (00h – 07h) – заголовок блока данных, представляющий собой стандартную последовательность данных: 00, FF, FF, FF, FF, FF, FF, 00;

 - следующие два байта с адресами 08 и 09 (08h – 09h) указывают производителя монитора – каждой фирме-производителю присваивается свой уникальный код, например, компании ViewSonic соответствует код 5Ah 63h;

 - байты с адресами 10 и 11 (0Ah – 0Bh) определяют модель монитора (код изделия), например, монитору ViewSonic E641 соответствует код 41h 34h;

 - следующие четыре байта с адресами от 12 до 15 (0Ch – 0Fh) соответствуют серийному номеру монитора, т.е. для каждого монитора в этих байтах хранится совершенно уникальная информация. Если серийный номер не определен, то в этих байтах прописываются нули;

 - семнадцатый байт блока данных с адресом 16 (10h) определяет дату изготовления, точнее, неделю изготовления монитора. Если дата не определена, то в этом байте прописывается нулевое значение;

 - восемнадцатый байт с адресом 17 (11h) определяет год производства монитора. Исчисление года начинается с 1990 года, поэтому, если в этом байте записывается значение 06h, то это соответствует 1996 году и т.д.;

 - девятнадцатый байт по адресу 18 (12h) указывает, какая версия системы команд EDID используется для управления и передачи команд и данных;

 - следующий байт данных по адресу 19 (13h) определяет номер ревизии системы команд EDID той версии, которая указана в предыдущем байте;

 - далее байт с адресом 20 (14h) описывает типы входных сигналов, с которыми работает данный монитор. Формат этого байта представлен в табл. 1.

Таблица  1

-          байт с адресом 21 (15h) определяет максимальный размер изображения по горизонтали в сантиметрах, например, если в этом байте хранится шестнадцатеричное значение 1Bh, то это соответствует десятичному числу 27, т.е. максимальный размер по горизонтали для этого монитора составляет 27см (270мм);

-          байт с адресом 22 (16h) определяет максимальный размер изображения по вертикали в сантиметрах, например, если в этом байте хранится шестнадцатеричное значение 14h, то это соответствует десятичному числу 20, т.е. максимальный размер по вертикали для этого монитора составляет 20см (200мм);

-          следующий байт, расположенный по адресу 23 (17h) описывает дисплейную гамму этого монитора. Для того чтобы вычислить значение дисплейной гаммы необходимо значение, записанное в этом байте увеличить на 100, а затем полученное значение разделить на 100. Например, в  данной ячейке записано шестнадцатеричное значение B6h, которое после преобразования его в десятичную систему счисления принимает вид 182, теперь для вычисления дисплейной гаммы используем формулу (182+100)/100. В итоге получаем 282/100, т.е. значение дисплейной гаммы равно 2.82;

-          байт с адресом 24 (18h) определяет, какие режимы энергосбережения стандарта DPMS поддерживаются данным монитором, а также тип этого монитора. Формат этого байта описывается в табл. 2.

                        Таблица 2

-          байты с 25 по 34 (19h – 22h) описывают цветовые характеристики люминофоров трех цветов. Этими байтами для каждого цвета определяются координаты цветности (координаты X и Y для Red, Green, Blue и White). Каждому цвету соответствует две координаты: X и Y, причем каждая координата каждого цвета описывается десятью битами. Младшие биты (0 и 1) координат X и Y для красного и зеленого цветов хранятся в байте 25 (19h), младшие биты координат X и Y для синего и белого цветов хранятся в байте 26 (1Ah). Форматы этих двух байтов приведены в табл. 3. Байт 27 (1Bh) содержит биты 2-9 координаты Х для красного цвета. Байт 28 (1Сh) содержит биты 2-9 координаты Y для красного цвета. Байт 29 (1Dh) содержит биты 2-9 координаты X для зеленого цвета. Байт 30 (1Eh) содержит биты 2-9 координаты Y для зеленого цвета. Байт 31 (1Fh) содержит биты 2-9 координаты X для синего цвета. Байт 32 (20h) содержит биты 2-9 координаты Y для синего цвета. Байт 33 (21h) содержит биты 2-9 координаты X для белого цвета. Байт 34 (22h) содержит биты 2-9 координаты Y для белого цвета;

             Таблица 3

-          байты 35 и 36 (23h и 24h) определяют, какие стандартные режимы поддерживаются монитором. Каждый разряд этих байтов соответствует какому-либо режиму, т.е. этими байтами определяется 16 стандартных режимов работы монитора. Логическая единица в каком–либо разряде этих байтов, говорит о том, что соответствующий режим поддерживается данным монитором. Формат этих двух байтов описывается в табл. 4.

                    Таблица 4

-          байт с адресом 37 (25h) описывает режимы, определенные производителем монитора или дополняет список стандартных режимов, описанных в предыдущих двух байтах. Назначение байта 37 зависит от состояния младшего (0) бита этого же байта. Если этот бит установлен в лог.”0”, то байт дополняет список стандартных режимов, а если установлен в лог. “1”, то описывает режимы, определяемые производителем. Формат этого байта данных представлен в табл. 5.

     Таблица 5

-          группа байтов данных с адресами от 38 до 53 (26h – 35h) используются для идентификации стандартных режимов работы и их временных параметров. В этом блоке проводится идентификация восьми режимов (по 2 байта на каждый режим);

-          группа байтов данных с адресами от 54 до 125 (36h – 7Dh) используется для детального описания режимов работы и их временных параметров. В этом блоке описывается четыре режима (по 18 байтов на каждый режим). Для каждого режима определяется разрешающая способность, частоты строчной и кадровой разверток, размеры изображения по горизонтали и вертикали, длительность строки и длительность кадра, длительность импульсов гашения и импульсов обратного хода, длительности бордюров, типы входных сигналов, тип развертки;

-          байт с адресом 126 (7Eh) является флагом расширений;

-          последний байт с адресом 127 (7Fh) является байтом контрольной суммы, используемым для проверки правильности передачи данных. На рис. 1  изображено распределение основных областей данных информации о параметрах монитора в блоке, состоящем  из 128 байтов.

Рис. 1. Структура информации основных областей данных определяющих параметры монитора.