USB Type-C拓展DisplayPort and USB2.0（基于PD通讯开源资料）
本帖最后由 Liuhl1998 于 2022-4-8 15:51 编辑我们的电脑现在大多都只有一个Type-C端口，不能挂载多余的外设，为了解决这一问题，便产生了Type-C扩展坞。拓展坞是常用于笔记本电脑的一种外置设备，可以扩展、丰富笔记本的外接端口，使得笔记本可以连接多个外置设备（例如显示器、U盘、SD卡、TF卡、投影仪等）。
说到Type-C拓展坞就不得不提及USB PD,想必大家一听到USB PD都会下意识想到PD快充，实际上USB PD还有Alternate Mode等拓展功能，并且是Type-C拓展坞最核心的知识点。下面便基于CH543D进行了拓展设计，实现单口Type-C转Display Port口和USB 2.0口（简易版），效果演示如下：
CH543D拓展坞方案的数据协商过程是在USB PD快充的基础上增加了VDM的数据处理，同样是在CC线上进行（确定主机端和设备端）。通过VDM协商后，便能实现单口Type-C转Display Port和USB 2.0，具体的协商过程如下：
1、上图为USB PD快充的协议流程（相关解析请查阅上篇**）。当PD快充在CC线上完成后，主机将会对设备发送VDM类请求，如下图：
上图为VDM协商的具体流程，相关解析如下：
1、主机会先发送 Disc IDENT类请求（0xff008001/0xff00A001）,设备进行响应回复Good CRC和ACK（0xff008041/0xff00A001）。
2、主机收到ACK响应后回复Good CRC，然后进行下一步请求Disc SVID（0xff008002/0xff00A002），设备进行响应回复Good CRC和ACK（0xff008042/0xff00A042）。
3、主机收到ACK响应后回复Good CRC，然后进行下一步请求Disc Mode（0xff018003/0xff01A003），设备进行响应回复Good CRC和ACK（0xff018043/0xff01A043）。
4、主机收到ACK响应后回复Good CRC，然后进行下一步请求Enter Mode 1（0xff018104/0xff01A104），设备进行响应回复Good CRC和ACK（0xff018144/0xff01A144）。
5、主机收到ACK响应后回复Good CRC，然后进行下一步请求DP Stat POS 1（0x ff018110/0x ff01A110），设备进行响应回复Good CRC和ACK（0xff018150/0xff01A150）。
6、主机收到ACK响应后回复Good CRC，然后进行下一步请求DP Configure POS 1（0x ff018111/0x ff01A111），设备进行响应回复Good CRC和ACK（0xff018151/0xff01A151）。
基本的协议架构参考上述，下面开始进行实践，硬件采用的是：“沁恒微电子”的CH543D芯片，CH543D 内置了 USB Power Delivery 控制器和 PD BMC PHY 收发器，支持 USB type C、BC、PD2.0、PD3.0、PPS，还支持 12V 高压电源。PD通讯时需要的BMC编解码、4B5B编解码、CRC校验也都有集成，这样的话使用CH543来实现USB PD通讯是比较简单的。
在原理图中使用了Type-C公口，并在端口出外加1.2K下拉电阻做E-mark处理（CH543内置5.1K下拉电阻和外置1.2K下拉电阻并联后为1K下拉电阻，E-mark处理可提升兼容性），若使用Type-C母口，需做正反插检测处理（差分信号需要进行切换）。
原理图中USB 2.0母口和Type-C母口直接相连，通过USB PD协议沟通确认数据的主从关系后，便可以实现一个USB 2.0通讯接口（本文为拓展坞的简易版，只采用了USB 2.0。感兴趣的小伙伴可以尝试升级为USB 3.0通讯口）。
另外，值得注意的是原理图中采用了多组差分线，可以有效的保证视频传输时的稳定和高效性。另外Display Port拉电阻的处理是重点，并做了HPD检测处理。为了达到节约成本的同时提高性能，在应用中增加了USB 2.0母口，同时省略了一个Type-C下载母口（图中Type-C下载用JP1排针进行代替），如此一来就能实现拓展坞的基本功能。
VDM消息包含：Header + VDM Header + 消息内容，在VDM消息中：Header下的Message Type都是一致的为：0x0f只能判断消息是否属于VDM，不能区分VDM的具体类型（如下图）。
为了能区分VDM的具体数据类型，所以在工程中增加了解析VDM Header的结构体：_VDM_Hdr_Struct。结构体中的Command可以用来区分VDM具体类型，代码如下：
/* VDM Header*/
typedef struct{
UINT16 ModeIndex:3;
UINT16 :2;
UINT16 SVDMVer:2;
UINT16 StructuredVDM:1;
UINT16 Command:5;
UINT16 :1;
UINT16 CommandType:2;
UINT16 SVIDH8:8; //00 ff
UINT16 SVIDL8:8;
} _VDM_Hdr_Struct;
typedef union {
_VDM_Hdr_StructVDMHdrStruct;
UINT8 VDMHdrData;
} _Union_VDM_Hdr;
VDM数据类型可以区分后，下面来讲解VDM通讯流程。前面有提及VDM是基于USB PD快充的（有关USB PD快充的知识点，请参考“PD快充也没那么神秘”），接下来将会围绕着VDM进行讲解。因为VDM接收／发送的消息“相对固定”，所以在工程中用数组方式进行了固定处理，代码如下：/* VDM */
UINT8CACK_Disc_Ident[ ] =
{
0xc9,0x1f,0x00,0x6c,
0xa8,0x5e,0x02,0x00,
0x10,0x01,0x02,0x50,
0x39,0x00,0x00,0x11
};
UINT8CACK_Disc_SVID[ ] = {0x00,0x00,0x01,0xff};
/* 四线，仅支持模式C */
#if 1
//VDM 模式列表
UINT8CACK_Disc_Mode[ ] = {0x05,0x04,0x00,0x00};
//VDM DP状态
UINT8CACK_DP_Stat_Pos_1[ ] ={0x0a,0x00,0x00,0x00};
#else
/* 两线，支持C D模式，prefer D模式 */
UINT8CACK_Disc_Mode[ ] = {0x05,0x0C,0x00,0x00};
UINT8CACK_DP_Stat_Pos_1[ ] = {0x1a,0x00,0x00,0x00};
#endif
UINT8C DPAttention_Table[ ] = //VDM DP拔插状态
{
0x06,0x81,0x01,0xff,
0x8a,0x00,0x00,0x00
};
UINT8C DPAttention_Table_1[ ] = //VDM DP拔插状态
{
0x06,0x81,0x01,0xff,
0x0a,0x00,0x00,0x00
};
接下来严格按照VDM的协商流程（参考VDM协商流程图），完成相关通讯。软件如下： switch(Union_Header->HeaderStruct.MsgType)
{
case SourceCap:
PD_PHY_STAT.SendingRequest = 1;
break;
case Accept:
break;
case Reject:
break;
case PS_RDY:
break;
case GetSinkCap:
MsgID++;
PD_PHY_STAT.SendingSinkCap = 1;
break;
case SourceCap_VDM:
Union_VDM_Hdr = (_Union_VDM_Hdr *)&PD_RX_BUF;
switch(Union_VDM_Hdr->VDMHdrStruct.Command)
{
case 1:
MsgID++;
PD_PHY_STAT.SendingACK_Disc_Ident = 1;
break;
case 2:
MsgID++;
PD_PHY_STAT.SendingACK_Disc_SVID = 1;
break;
case 3:
MsgID++;
PD_PHY_STAT.SendingACK_Disc_Mode = 1;
break;
case 4:
MsgID++;
PD_PHY_STAT.SendingACK_Enter_Mode = 1;
break;
case 16:
PD_PHY_STAT.SendingACK_DP_Stat_Pos_1 = 1;
MsgID++;
break;
case 17:
PD_PHY_STAT.SendingACK_DP_Configure_Pos_1 = 1;
MsgID++;
break;
}
break;
default :
break;
至此CH543D的VDM操作就结束了，通过以上操作便可以实现单口Type-C转Display Port口和USB 2.0口，感兴趣的小伙伴可以在此基础上继续升级改造（例如USB 3.0、U盘、SD卡、TF卡、投影仪等）。附件是硬件、软件资料，小伙伴们可以按需下载。 本帖最后由 Liuhl1998 于 2022-4-8 09:34 编辑
相关资可以联系楼主 本帖最后由 Liuhl1998 于 2022-4-12 10:13 编辑
； 膜拜巨佬，之前就有想法用CH543做DP ALE相关的应用，不过由于知识匮乏做不出来。看到大佬的Demo想询问下大佬几个问题：1、DisplayPort拉电阻部分具体有什么要求嘛，比如要上拉还是下拉，阻值控制多少。2、若要使用C口母座，如何通过CC通信来控制MUX芯片实现正反插识别（协议层）。最后再次感谢大佬对于DP ALE方面应用的贡献！！！ iamOJZ 发表于 2022-4-15 21:55
膜拜巨佬，之前就有想法用CH543做DP ALE相关的应用，不过由于知识匮乏做不出来。看到大佬的Demo想询问下大 ...
拉电阻部分是参考DP手册以及网络文档而来的，图中经给出详细的电路，比较准确，可以直接使用。使用母口时：两根CC都将连接至母口上，但是通讯时只会有一根CC进行通讯，通过检测CC1/CC2哪一根进行通讯来判断正反插。电平控制模拟开关来切换差分线。没明白您指的协议层是想知道哪一方面，不好意思。 我的问题，一开始我以为是通过PD协议来获取DFP的方向来判断。后面看了一些例程才知道，PD协议只能判断当前端口的方向(也就是大佬所说根据连接到CC1/CC2来判断正反)，然后MUX只要当CC2连接的时候开启翻转功能就行，我在大佬demo的基础上加了一个MUX(PI3USB305)，不过样品没到还没验证。关于这个芯片还有一些问题，我看官方的keil pak并没有这个型号，然后WCHTOOL也没有这个型号（文档说更新3.3版本，但是官网上的只有3.2），话说大佬你是咋编译工程和烧录芯片的啊。 11111111 优质的创作者您好，我正在使用沁恒的CH543开发PD协议中的alternate model模块，即typec转dp功能，我在开发过程中使用到了您的代码，但学识有限，有一些不太明白的地方，**能接收您的指教，谢谢。
个人邮箱：binary_world@163.com
微信：Hello_Btf_World 本帖最后由 woshiwoshi 于 2023-9-6 11:45 编辑
您好，我看了你前面的几篇关于使用ch543作为pd controller开发typec转dp的程序的代码，受益匪浅，首先感谢博主的分享。在了解了你写的代码之后，我尝试进行了复现，目前能够实现电源协商模块，但是在接着开发typec转dp模块时遇到了一些问题，请问能否予以解答，谢谢。如蒙赐教，不甚感激。
谢谢 楼主是大佬。膜拜！！ 感谢楼主分享。
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