21ic电子技术开发论坛 › 单片机与嵌入式系统 › 侃单片机论坛 › USB Type-C拓展DisplayPort and USB2.0（基于PD通讯开源 ...
返回列表 发新帖我要提问

[国产单片机] USB Type-C拓展DisplayPort and USB2.0（基于PD通讯开源资料）

[复制链接]
 楼主| Liuhl1998 发表于 2022-3-31 20:41 | 显示全部楼层 |阅读模式
pd, DP, 拓展坞
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：
复制

  1. 

  2. /* VDM Header*/
    

  3. typedef struct  {
    


  4. 

  5.         UINT16 ModeIndex:3;
    

  6.         UINT16 :2;
    

  7.         UINT16 SVDMVer:2;
    

  8.         UINT16 StructuredVDM:1;
    

  9.         
    

  10.         UINT16 Command:5;
    

  11.         UINT16 :1;
    

  12.         UINT16 CommandType:2;
    


  13. 


  14. 

  15.   UINT16 SVIDH8:8; //00 ff
    

  16.   UINT16 SVIDL8:8;
    

  17. } _VDM_Hdr_Struct;
    

  18. typedef union {
    

  19.         _VDM_Hdr_Struct  VDMHdrStruct;
    

  20.         UINT8 VDMHdrData[4];
    

  21. } _Union_VDM_Hdr;
    


  22.

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：
复制
  1. /*       VDM       */
    

  2. UINT8C  ACK_Disc_Ident[ ] = 
    

  3. {
    

  4.         0xc9,0x1f,0x00,0x6c,
    

  5.         0xa8,0x5e,0x02,0x00,
    

  6.         0x10,0x01,0x02,0x50,
    

  7.         0x39,0x00,0x00,0x11        
    

  8. };
    

  9. UINT8C  ACK_Disc_SVID[ ] = {0x00,0x00,0x01,0xff};
    

  10. /* 四线，仅支持模式C */
    

  11. #if 1
    

  12.  //VDM 模式列表
    

  13. UINT8C  ACK_Disc_Mode[ ] = {0x05,0x04,0x00,0x00};
    

  14. //VDM DP状态
    

  15. UINT8C  ACK_DP_Stat_Pos_1[ ] ={0x0a,0x00,0x00,0x00};
    

  16. #else
    

  17. /* 两线，支持C D模式，prefer D模式 */
    

  18. UINT8C  ACK_Disc_Mode[ ] = {0x05,0x0C,0x00,0x00};
    

  19. UINT8C  ACK_DP_Stat_Pos_1[ ] = {0x1a,0x00,0x00,0x00};
    

  20. #endif
    

  21. UINT8C DPAttention_Table[ ] =                                                //VDM DP拔插状态
    

  22. {
    

  23.         0x06,0x81,0x01,0xff,
    

  24.         0x8a,0x00,0x00,0x00
    

  25. };
    

  26. UINT8C DPAttention_Table_1[ ] =                                                //VDM DP拔插状态
    

  27. {
    

  28.         0x06,0x81,0x01,0xff,
    

  29.         0x0a,0x00,0x00,0x00
    

  30. };
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：
复制
  1.  switch(Union_Header->HeaderStruct.MsgType)
    

  2.                                         {
    

  3.                                                 case SourceCap:
    

  4.                                                                  PD_PHY_STAT.SendingRequest = 1;
    

  5.                                                                  break;
    

  6.                                                 case Accept:
    

  7.                                                                  break;
    

  8.                                                 case Reject:
    

  9.                                                                  break;
    

  10.                                                 case PS_RDY:
    

  11.                                                                  break;
    

  12.                                                 case GetSinkCap:
    

  13.                                                                  MsgID++;
    

  14.                                                                  PD_PHY_STAT.SendingSinkCap = 1;          
    

  15.                                                                  break;
    

  16.                                           case SourceCap_VDM:
    

  17.                                                           Union_VDM_Hdr = (_Union_VDM_Hdr *)&PD_RX_BUF[2];
    

  18.                                                     switch(Union_VDM_Hdr->VDMHdrStruct.Command)
    

  19.                                                                 {
    

  20.                                                                         case 1:
    

  21.                                                                                 MsgID++;
    

  22.                                                                                 PD_PHY_STAT.SendingACK_Disc_Ident = 1;        
    

  23.                                                                                 break;
    

  24.                                                                         case 2:
    

  25.                                                                                 MsgID++;
    

  26.                                                                           PD_PHY_STAT.SendingACK_Disc_SVID = 1;        
    

  27.                                                                                 break;
    

  28.                                                                         case 3:
    

  29.                                                                                 MsgID++;
    

  30.                                                                           PD_PHY_STAT.SendingACK_Disc_Mode = 1;
    

  31.                                                                                 break;
    

  32.                                                                         case 4:
    

  33.                                                                                 MsgID++;
    

  34.                                                                           PD_PHY_STAT.SendingACK_Enter_Mode = 1;
    

  35.                                                                                 break;
    

  36.                                                                         case 16:
    

  37.                                                                                 PD_PHY_STAT.SendingACK_DP_Stat_Pos_1 = 1;
    

  38.                                                                                 MsgID++;
    

  39.                                                                                 break;
    

  40.                                                                         case 17:
    

  41.                                                                                 PD_PHY_STAT.SendingACK_DP_Configure_Pos_1 = 1;
    

  42.                                                                           MsgID++;
    

  43.                                                                           break;                
    

  44.                                                                 }        
    

  45.                                                                  break;        
    

  46.                                                 default :
    

  47.                                                 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。

本帖子中包含更多资源

您需要 登录 才可以下载或查看，没有账号？注册

×
回复 赏

举报

评论

b513247209
好久没看到这么牛X的文章咯。  发表于 2024-3-21 14:06
wuzhanxiang
厉害了啊，好久没看到这么好的文章了  发表于 2022-12-4 23:18

相关帖子
 楼主| Liuhl1998 发表于 2022-4-6 13:23 | 显示全部楼层
本帖最后由 Liuhl1998 于 2022-4-8 09:34 编辑

相关资可以联系楼主
回复 赏

举报

 楼主| Liuhl1998 发表于 2022-4-11 10:00 | 显示全部楼层
本帖最后由 Liuhl1998 于 2022-4-12 10:13 编辑

  ；
回复 赏

举报

iamOJZ 发表于 2022-4-15 21:55 | 显示全部楼层
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！！！
回复 赏

举报

 楼主| Liuhl1998 发表于 2022-4-19 10:41 | 显示全部楼层
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。
回复 赏

举报

iamOJZ 发表于 2022-4-19 15:05 | 显示全部楼层
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。
回复 赏

举报

评论

woshiwoshi
@Liuhl1998 ：提示该用户不存在  发表于 2023-8-30 23:50
Liuhl1998
+ V：CS957914743  发表于 2022-4-19 16:00
 楼主| Liuhl1998 发表于 2022-8-11 17:14 | 显示全部楼层
11111111
回复 赏

举报

woshiwoshi 发表于 2023-8-23 22:55 | 显示全部楼层
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[/email]
微信：Hello_Btf_World
回复 赏

举报

woshiwoshi 发表于 2023-8-30 23:49 | 显示全部楼层
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
回复 赏

举报

b513247209 发表于 2024-4-8 11:24 | 显示全部楼层
楼主是大佬。膜拜！！
回复 赏

举报

Ivan007 发表于 2024-9-26 09:29 | 显示全部楼层
感谢楼主分享。
回复 赏

举报

返回列表 发新帖
高级模式
B Color Image Link Quote Code Smilies
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

Liuhl1998

16

主题

109

帖子

33

粉丝
快速回复 在线客服 返回列表 返回顶部