VESA 開(kāi)發(fā)了 eDP 來(lái)取代老化的低壓差分信號(hào) （LVDS） 標(biāo)準(zhǔn)，如今 eDP 已廣泛用于筆記本電腦和一體機(jī)系統(tǒng)。與 LVDS 相比，eDP 的主要優(yōu)勢(shì)包括由于其更高的數(shù)據(jù)速率而減少了信號(hào)線(xiàn)、與亞微米芯片工藝的兼容性、減少了對(duì)無(wú)線(xiàn)服務(wù)的干擾，以及它能夠適應(yīng)新功能。

自首次發(fā)布以來(lái)，eDP 標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了一系列修訂，添加了 DisplayPort 未共享的新功能，因?yàn)?eDP 已發(fā)展為針對(duì)電池供電的嵌入式顯示系統(tǒng)。例如，2010 年 eDP 版本 1.2 發(fā)布，增加了對(duì)輔助通道的顯示和背光功能的控制。2011 年，eDP 1.3 版引入了面板自刷新 （PSR）。

雖然 eDP 最初是為筆記本電腦和一體機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，但它正變得越來(lái)越針對(duì)更小尺寸的系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，包括平板電腦和 PC 智能手機(jī)應(yīng)用。eDP 版本 1.4 于 2012 年 12 月發(fā)布，增加了新的可選功能，旨在解決這種更廣泛的外形尺寸并進(jìn)一步降低系統(tǒng)功耗。

降低顯示相關(guān)系統(tǒng)功耗的重要性

今天，移動(dòng)設(shè)備是電子行業(yè)的主要驅(qū)動(dòng)力。每年都會(huì)推出新的移動(dòng)設(shè)備，這些設(shè)備具有更高的處理能力、更好的顯示、更小更輕的外形尺寸以及更長(zhǎng)的電池壽命?？紤]到典型的 CPU 空閑時(shí)間，平均顯示器消耗大約 75% 的系統(tǒng)功率。雖然系統(tǒng)芯片功耗的降低是通過(guò)縮小半導(dǎo)體工藝幾何尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但顯示功耗的降低是通過(guò)背光和 LCD 技術(shù)的改進(jìn)以及新的像素結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

然而，最近向更亮、更高分辨率顯示器發(fā)展的趨勢(shì)正在推動(dòng)顯示功率的提高。第二代 iPad 配備 1024x768 顯示屏和 25 瓦時(shí)電池，而最新的 iPod 配備 2048x1536 顯示屏（像素增加 400%）和 42.5 瓦時(shí)電池（功率增加 70%），兩者都提供10小時(shí)電池壽命。更高分辨率的顯示器需要額外的像素驅(qū)動(dòng)電路和更高數(shù)據(jù)速率的顯示接口，以及更快的圖形處理單元 （GPU） 渲染和顯示圖像處理電路。

這種顯示功率挑戰(zhàn)導(dǎo)致了平臺(tái)級(jí)別的許多新架構(gòu)開(kāi)發(fā)。降低顯示功率意味著更長(zhǎng)的電池壽命和更少的電池容量要求，因此更小、更輕、更便宜的系統(tǒng)。顯示部署不再被視為簡(jiǎn)單的渲染設(shè)備，而是更加集成到整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。新的 eDP v1.4 將許多這些概念結(jié)合在一起，如以下討論中所述。

面板自刷新 （PSR）

在 eDP v1.3 中引入的 PSR 功能通過(guò)允許部分 GPU 和顯示接口在靜態(tài)顯示圖像條件下進(jìn)入低功耗狀態(tài)，提供了一種降低與顯示相關(guān)的系統(tǒng)功耗的方法（參見(jiàn)圖 1）。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入 PSR 模式時(shí)，內(nèi)置在 LCD 時(shí)序控制器 （Tcon） 中的遠(yuǎn)程幀緩沖區(qū)執(zhí)行例行顯示刷新任務(wù)，卸載 GPU 和顯示接口。本地幀緩沖區(qū)隨后可由 GPU 更新為新的靜態(tài)圖像（例如當(dāng)閃爍的光標(biāo)打開(kāi)或關(guān)閉時(shí)），或者系統(tǒng)可以退出 PSR 模式以顯示不斷變化的圖像（例如在播放視頻）。由于大多數(shù)顯示器每秒刷新 60 次，因此 PSR 允許 GPU 電路和顯示接口在系統(tǒng)運(yùn)行的大部分時(shí)間保持在低功耗狀態(tài)，

圖 1： PSR 功能通過(guò)允許部分 GPU 和顯示接口在靜態(tài)顯示圖像條件下保持低功耗狀態(tài)來(lái)幫助降低功耗。

具有選擇性幀更新的 PSR

最新版本的 eDP 通過(guò)啟用對(duì) Tcon 幀緩沖區(qū)中視頻幀的選定區(qū)域的更新來(lái)增強(qiáng) PSR 機(jī)制。使用 eDP v1.3，每次圖像的任何部分發(fā)生更改時(shí)，都必須更新整個(gè)幀。使用 eDP v1.4，只有幀的新部分需要更新（參見(jiàn)圖 2）。這可以讓 GPU 顯示界面在更短的時(shí)間內(nèi)保持活動(dòng)狀態(tài)，從而進(jìn)一步降低系統(tǒng)功耗。

圖 2：最新版本的 eDP 支持 PSR 選擇性更新過(guò)程，進(jìn)一步降低系統(tǒng)功耗。

支持 PSR 的其他 eDP v1.4 功能

高級(jí)鏈路電源管理

在 eDP v1.4 中，管理顯示界面的能力得到了改進(jìn)，大大減少了從低功耗狀態(tài)喚醒的時(shí)間，這對(duì)于最大限度地提高 PSR 選擇性更新過(guò)程的效率很重要。以前版本的 eDP 需要超過(guò) 100 微秒的時(shí)間來(lái)喚醒和重新訓(xùn)練數(shù)據(jù)鏈路。在 eDP v1.4 中，如果支持新的 PSR 模式，從待機(jī)喚醒最長(zhǎng)為 0.5 微秒，從低功耗睡眠狀態(tài)喚醒的時(shí)間為 20 微秒。

視頻定時(shí)同步

在 DisplayPort 和早期版本的 eDP 中，顯示器到 GPU 的同步是通過(guò) DisplayPort 主鏈路執(zhí)行的，這是使用特殊控制代碼傳輸視頻數(shù)據(jù)的高速數(shù)據(jù)通道。在 eDP v1.4 中，還通過(guò)低速輔助通道提供幀同步。這使得 eDP 主鏈路操作的快速突發(fā)能夠執(zhí)行遠(yuǎn)程幀緩沖區(qū)的及時(shí)選擇性更新。

顯示流壓縮

包括 DisplayPort 和早期版本的 eDP 在內(nèi)的顯示接口通過(guò)顯示接口發(fā)送未壓縮的像素?cái)?shù)據(jù)。圖像壓縮傳統(tǒng)上僅限于將媒體傳送到系統(tǒng)或存儲(chǔ)。為了進(jìn)一步節(jié)省功耗，eDP v1.4 引入了一種顯示流壓縮算法，可降低顯示接口的數(shù)據(jù)速率。與典型的視頻或圖像壓縮算法相比，顯示流壓縮算法針對(duì)高數(shù)據(jù)吞吐量、低延遲和低門(mén)數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，并針對(duì) 2 倍至 5 倍范圍內(nèi)的低壓縮率，具體取決于圖像類(lèi)型。例如，通過(guò)使用最小 2 倍壓縮比配置，可以將顯示互連帶寬減半，而圖像內(nèi)容通常不會(huì)丟失。在更新顯示器的 PSR 幀緩沖區(qū)時(shí)，也可以使用顯示流壓縮，從而進(jìn)一步節(jié)省功耗。它還可用于支持未壓縮主鏈接功能之外的顯示分辨率。

區(qū)域背光控制

eDP v1.2 于 2010 年發(fā)布時(shí)，引入了通過(guò)輔助通道控制 LCD 背光調(diào)制頻率和亮度的功能，從而無(wú)需額外的背光控制接口。在 eDP v1.4 中，區(qū)域背光控制提供了獨(dú)立設(shè)置顯示背光區(qū)域不同部分的選項(xiàng)。這使 GPU 可以根據(jù)顯示內(nèi)容主動(dòng)使顯示的選擇性部分變暗，從而提高節(jié)能效果。一個(gè)輔助事務(wù)最多可以控制 15 個(gè)背光區(qū)域。

輔助通道上的多點(diǎn)觸控

觸敏顯示器在許多較小的嵌入式顯示系統(tǒng)中很常見(jiàn)，并將在 PC 中變得更加普遍。最新版本的 eDP 增加了通過(guò)輔助通道將多點(diǎn)觸控?cái)?shù)據(jù)從顯示器傳輸?shù)街鳈C(jī)的能力。多點(diǎn)觸控?cái)?shù)據(jù)傳輸使用與 USB 人機(jī)接口設(shè)備規(guī)范兼容的框架。通過(guò)取消通常用于此目的的專(zhuān)用 USB 接口，可以節(jié)省電氣連接和電力。

降低差分電壓擺幅

在 eDP v1.4 之前，該標(biāo)準(zhǔn)使用與 DisplayPort 相同的接口信號(hào)電壓幅度。如今，eDP v1.4 將主鏈路的最小差分電壓幅度電平從 400 mV 降低到 200 mV，適用于小型嵌入式外形尺寸的短傳輸距離。這將接口驅(qū)動(dòng)功率降低了 75%，因?yàn)楣β逝c幅度的平方成正比。鏈路訓(xùn)練幅度步長(zhǎng)也增加了額外的靈活性，有助于提高對(duì)不同傳輸介質(zhì)（包括玻璃上芯片）的適用性。

提高鏈路速率靈活性

eDP v1.4 中的另一個(gè)新增功能是主鏈路數(shù)據(jù)速率的更大靈活性。以前版本的 eDP 將鏈路速率選擇限制為每通道 1.62 Gbps、2.7 Gbps 和 5.4 Gbps（主鏈路數(shù)據(jù)通道），這與 DisplayPort 相同。當(dāng)前版本的 eDP 現(xiàn)在包括七種標(biāo)準(zhǔn)速率，可進(jìn)一步提高能效。

使用 DisplayPort，將 1080p 60 Hz 顯示格式從 24 位顏色增加到 30 位顏色需要將雙通道 2.7 Gbps 配置更改為四通道 2.7 Gbps 配置或雙通道 5.4 Gbps 配置。以太情況表示接口帶寬和功率增加了 100%，而數(shù)據(jù)內(nèi)容僅增加了 25%（將添加額外的虛擬位以彌補(bǔ)差異）。在同一應(yīng)用程序中使用 eDP v1.4，速率可以從 2.7 Gbps 提高到 3.24 Gbps，導(dǎo)致鏈路速率僅增加 20%。

還支持可自定義的鏈接速率，為顯示器定義了一組新的寄存器來(lái)聲明此功能，以及自定義鏈接速率頻率。除了進(jìn)一步的功率優(yōu)化之外，這還增加了應(yīng)用程序的多樣性，因?yàn)榭梢愿鶕?jù)特定的系統(tǒng)時(shí)序要求調(diào)整鏈路速率。它還支持鏈路速率調(diào)整，以減輕對(duì)系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)服務(wù)的射頻干擾。

使用 eDP v1.4 進(jìn)行系統(tǒng)部署

最新版本的 eDP v1.4 提供更高的靈活性和更低的系統(tǒng)功耗，將有助于推動(dòng) eDP 進(jìn)入新的應(yīng)用程序并將其確立為通用嵌入式顯示接口。鑒于當(dāng)前 eDP 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布和采用的周期，預(yù)計(jì)使用 eDP v1.4 中的一些新功能的系統(tǒng)將在兩到三年內(nèi)出現(xiàn)在市場(chǎng)上。更高分辨率的筆記本電腦和平板電腦可能會(huì)首先使用這種功耗優(yōu)化的界面。

審核編輯：郭婷