认识AUX协议 到AUX通信检测

之前有位读者让聊聊AUX协议，可能是因为之前讲DP，没有深入这部分，于是今天专门在节前整理点资料，聊聊这个。

一、AUX协议

1 访问链路伙伴

DisplayPort 1.4 TX子系统核心通过AXI4-Lite主机接口进行配置。主机处理器接口利用DisplayPort AUX通道读取连接的Sink设备的寄存器空间，并确定链路性能。

访问Sink设备的DPCD和EDID信息需通过读写寄存器空间0x100至0x144实现。有关DPCD寄存器空间的详细信息，请参阅VESA DisplayPort标准v1.4。

在执行任何AUX通道操作前，必须先在寄存器0x10C中设置正确的时钟分频值（复位后仅需设置一次）。该寄存器值应等于s_axi_aclk的工作频率。例如，若s_axi_aclk运行在135 MHz，则寄存器值应设为135（十六进制'h87）。此寄存器用于为AUX通道采样时钟提供适当的分频功能（AUX通道必须工作在1 MHz）。向AUX_COMMAND寄存器写入操作将触发AUX事件。一旦AUX请求事务启动，在REPLY_RECEIVED状态位设置为1（表示Sink已返回响应）之前，主机不应写入任何控制寄存器。

2 AUX写事务

AUX写事务通过以下步骤启动：

1. 设置AUX_ADDRESS寄存器
2. 将数据写入AUX_WRITE_FIFO
3. 向AUX_COMMAND寄存器写入操作码0x08

写入命令寄存器后即开始AUX通道事务。主机需等待检测到回复接收事件或回复超时事件，这些事件通过读取INTERRUPT_STATUS中断状态寄存器检测（可采用中断服务程序ISR或轮询模式）。

当检测到回复时，主机应读取AUX_REPLY_CODE寄存器，并检查返回值是否为0x00——该代码表示AUX通道已成功确认事务。

下图展示了AUX写事务的完整流程。

3 AUX读事务

AUX读事务通过以下步骤准备： 将事务地址写入AUX_ADDRESS寄存器

将命令和要读取的字节数写入AUX_COMMAND寄存器

启动传输后，主机应等待中断或轮询INTERRUPT_STATUS寄存器以确定何时收到回复。

当检测到REPLY_RECEIVED信号时，主机可从AUX_REPLY_DATA寄存器读取请求的数据字节。该寄存器提供对深度为16字节的FIFO缓冲区的单地址接口。读取此寄存器会自动推进内部读指针以准备下一次访问。

下图展示了AUX读事务的完整流程。

4 AUX通道I2C事务命令

该子系统支持特殊的AUX通道命令，旨在使通过AUX进行的I2C事务执行更快更简便。在此模式下，主机绕过外部I2C主/从接口，直接通过写入寄存器集来发起命令。

执行这些事务的序列与原生AUX通道事务完全相同，仅需更改写入AUX_COMMAND寄存器的命令。支持的I2C命令总结如下表：

通过组合使用这些命令，主机可以模拟I2C事务。下图展示了I2C事务的流程。

由于I2C事务可能显著慢于AUX通道事务，主机应准备好在执行上述状态机期间接收多个AUX_DEFER回复代码。

AUX-I2C命令定义如下：

MOT定义
命令字段中的"事务中位"(Middle Of Transaction bit)：

• MOT=1时：I2C总线不发送STOP信号，保持先前状态
• MOT=0时：当前命令结束或异常中止时强制I2C总线进入IDLE状态

部分ACK
对于I2C写事务，Sink核心可响应部分ACK（ACK响应后跟随实际写入I2C从设备的字节数）。

特殊AUX命令：

1. 仅写地址/仅读地址命令

• 向I2C从设备发送地址和读/写信息（无数据传输）
• 正常或异常终止先前活动的事务
• 无长度字段通过AUX通道传输
• 用途：
• 生成方式：使用命令寄存器的Bit[12]配合I2C WRITE/READ命令

4. 写状态命令

• 无长度信息
• 用途：当源端在AUX-I2C写操作中收到部分ACK或延迟响应时，确认已写入I2C从设备的数据字节数
• 生成方式：使用命令寄存器的Bit[12]配合I2C WRITE STATUS命令

IIC超时机制
Sink控制器在事务启动后监控IIC总线，要求1秒内出现IIC停止信号。若未收到停止信号，则视为IIC超时，Sink控制器将发出停止条件释放总线，避免总线锁死。

5 AUX事务生成

AUX事务的生成如下表所述：

6 I2C读延迟/超时处理

当Sink核心对I2C突发读操作发出DEFER响应时，源核心可采取以下操作：

1. 重新发出相同命令（相同设备地址和长度）并等待响应
2. 中止当前读操作：

• 读取不同I2C从设备
• 发出写命令
• 执行MOT=0的仅地址读/写

7 I2C写部分ACK处理

当Sink对I2C突发写操作发出部分ACK响应时，源核心可采取以下操作：

1. 使用写状态命令轮询I2C传输状态
2. 重新发出相同命令（相同设备地址/长度/数据）并等待响应
3. 中止当前写操作：

• 写入不同I2C从设备
• 发出读命令
• 执行MOT=0的仅地址读/写

8 I2C写延迟/超时处理

当Sink核心对I2C突发写操作发出延迟响应时，源核心可采取以下操作：

1. 使用写状态命令轮询I2C传输状态
2. 重新发出相同命令（相同设备地址/长度/数据）并等待响应
3. 中止当前写操作：

• 写入不同I2C从设备
• 发出读命令
• 执行MOT=0的仅地址读/写

9 AUX IO位置配置

DisplayPort源端的AUX IO可位于IP内部或外部，通过GUI界面选择AUX IO位置。当AUX IO位于IP内部时，支持单向/双向IO类型。

二、如何检测 AUX通道

• 文档：https://tmetrix.com/wp-conten...
• 视频：https://youtu.be/IHCXLBdOxyk

（一）AUX通道基础

1. 拓扑结构

• Source设备：AUX主设备（Requester），发起请求事务。
• Sink设备：AUX从设备（Replier），响应回复事务。
• 物理层：
• 单差分对，半双工双向通信
• 1 Mbps速率，采用曼彻斯特-II编码

2. 核心功能

功能类型

具体服务

链路服务

链路能力读取、链路配置（训练）、链路状态读取

设备服务

EDID读取（显示器身份信息）、MCCS支持（显示器命令控制集）、Sink事件通知

Sideband消息

支持多流传输（MST）状态报告与错误通知（如远程节点通信）

（二）AUX协议实例解析

示例1：读取Sink DPCD（DisplayPort配置数据）

• 请求帧：90 02 19 00
• 含义：从DPCD地址0x00218读取1字节数据

• 响应帧：00

  参考规范：DP v1.2a 2.9.3.1节（地址映射表）

• 解析：TEST_REQUEST寄存器值（全0表示无测试请求）

示例2：写入Sink DPCD

• 请求帧：80 01 02 04 22 38 38 38 38
• 0x00102 = 0x22 → 训练模式设为Pattern 2，加扰禁用
• 0x00103 = 0x38 → Lane 0电压/预加重配置（电平0，预加重3级）
• 含义：向DPCD地址0x00102写入5字节数据：
• 响应：ACK（操作成功）
  

 
> **关键字段**：`TRAINING_PATTERN_SET`、`TRAINING_LANE0_SET`

示例3：边带消息交互（MST场景）

1. Step 1: 请求写入

• 目标地址：0x01000（边带消息区）
• 头部解析：消息长度=2，路径消息标识，序列号=0
• 请求：80 10 00 04 10 02 CB 01 D5

1. Step 2: 查询中断状态

• 请求：读取0x02003（中断状态寄存器）
• 响应：0x10 → DOWN_REP_MSG_RDY=1（下行回复消息就绪）

1. Step 3: 读取回复消息

   注意：需多次事务完成长消息传输（End_Of_MT=0表示未结束）

• 请求：从0x01410读取16字节
• 响应：00 22 93 1a ... → 含MST消息片段（链路计数=1，消息长度=21）

（三）监控工具方案

方案1：DPA-400独立监控设备

• 设备组成：DPA-400主机 + Unigraf "Y"型电缆 + AUX监控GUI软件
• 拓扑连接：串联在Source与Sink之间
• 核心优势：
• 通用性强，支持任意DP设备
• 必需场景：MST分支器与Sink之间的监控

方案2：DPR-120内置AUX监控

• 设备组成：DPR-120测试仪 + 调试控制器GUI（含AUX Monitor标签页）
• 拓扑连接：直接连接DP Source设备
• 核心优势：
• 集成链路一致性测试（CTS）与AUX监控功能
• 减少物理连接，简化MST调试（如流分配监控）

（四）典型应用场景

（五）工具对比总结

三、DPA-400 是什么？

🔍 DPA-400 是什么？

DPA-400 是 Unigraf 公司推出的专业硬件设备，主要用于 DisplayPort（DP）接口的 AUX 通道流量监控与分析。它是工程师在研发、调试和兼容性测试中深入解析 DP 通信协议的关键工具。

⚙️ 核心功能与技术特性

1. 基本定义与核心功能

• AUX 通道监控：
• DPCD 寄存器读写操作
• MST（多流传输）边带信道通信
• EDID（显示器标识数据）读取
• HDCP 1.3/2.3 认证消息解码
• 实时捕获 DP 链路的 AUX 通道通信数据
• 支持监控：
• 时间戳记录：
• 所有通信事件附带精确时间戳
• 支持信号交互时序分析

2. 技术特性

• 广泛兼容性：
• 支持 DP 1.0 至 DP 2.1 全版本（含 DP 2.1 的 20Gbps 单通道速率）
• 兼容 USB Type-C 的 DisplayPort Alt Mode
• 数据解析能力：
• 原始数据与解析后数据双模式显示
• 术语与 VESA 标准及 Unigraf 测试报告一致
• 支持生成 HTML 格式日志
• 信号完整性保障：
• 分流设计最小化对高速信号的影响

🛠️ 应用场景与设备特点

3. 应用场景

• 芯片验证：监控 Source/Sink 设备底层交互
• 软件调试：追踪 DPCD 寄存器变更及 HDCP 认证流程
• 互操作性测试：解决设备兼容性问题（如 MST 拓扑异常）
• 事件时序分析：测量 HPD 信号响应时间等关键事件

4. 设备特点

• 便携易用：
• USB 供电，尺寸仅 10.5×13×3.5cm
• 可搭配笔记本电脑移动使用
• 独立硬件：
• 无需外部电源或复杂适配器
• 即插即用设计

💎 总结

DPA-400 是专为 DisplayPort 协议深度分析设计的工具，通过高精度捕获 AUX 通道数据，帮助工程师实现：

• 硅前验证中的"无猜测"问题定位
• 系统调试及合规性测试
• DP 2.1 与 USB-C Alt Mode 的前沿开发支持
  其精准的协议分析能力使其成为 DP 生态开发的核心工具。

四、DPA-400 VS UCDx00

📊 核心功能对比

🔧 详细差异解析

1. 功能定位

• DPA-400：
• 专注协议层诊断，捕获AUX通道原始数据（DPCD寄存器操作/EDID读取/HDCP握手）
• 分析通信时序和逻辑错误
• UCD-400：
• 作为认证级测试平台，支持DP 1.4a链路层CTS测试
• 执行HDCP 2.3合规性认证和8K/4K视频模式验证

2. 硬件能力

• DPA-400：
• 无视频处理能力，USB供电
• 便携性强（10.5×13×3.5cm）
• UCD-400：
• 集成视频发生器/分析仪，支持DSC/FEC/LTTPR
• 需外接电源（272×170×60mm）

3. 软件生态

• DPA-400：
• 配套 AUX Monitor GUI，提供时间戳日志和DPCD解析
• UCD-400：
• 搭载 UCD Console GUI，整合EDID编辑/HDCP控制/自动化测试套件
• 支持TSI API用于产线集成

4. 行业认证

• DPA-400：
• 无官方认证，属调试辅助工具
• UCD-400：
• 获VESA认证（DP 1.4a LL CTS）和DCP认可（HDCP 2.3 CTS）

⚖️ 选择建议

• 选 DPA-400 当：
• 需深度排查协议交互问题（如DPCD写入失败、MST拓扑异常）
• 需要便携式协议层调试工具
• 选 UCD-400 当：
• 需执行合规认证（如送检VESA/DCP）
• 需验证高带宽视频性能（如8K/DSC）或HDCP认证

💎 总结：
DPA-400是"协议显微镜"，UCD-400是"全能测试站"。两者互补而非替代，大型实验室常同时配备以覆盖从底层调试到标准认证的全流程需求。

END

作者：Hcoco
文章来源：TrustZone

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