DisplayPort Alt Mode

Обычный USB-порт передавал данные, а для внешнего экрана компьютер использовал отдельный видеовыход. В тонких устройствах каждый дополнительный разъём занимает место; у док-станции появляются разные кабели к одному компьютеру. Обратимый USB-C получил возможность отдавать часть контактов другим интерфейсам. VESA использовала этот механизм для DisplayPort, сохранив сам видеопротокол и перенеся его электрические линии в новый разъём.

VESA опубликовала DisplayPort Alt Mode в сентябре 2014 года. Работа велась совместно с USB 3.0 Promoter Group: механизм альтернативных режимов принадлежит инфраструктуре USB Type-C, а правила видеотранспорта определяет VESA. Такой раздел ответственности позволяет одному соединению совмещать изображение, USB-данные и питание. При этом наличие USB-C не означает обязательного видео: конкретный порт должен поддерживать альтернативный режим и иметь связь с видеоподсистемой устройства.

Источник изображения может передавать DisplayPort без полноразмерного видеогнезда. На принимающей стороне находится монитор с USB-C либо док с выходами для дисплеев. При необходимости док или адаптер преобразует DisplayPort в другой видеопротокол. Питание по VBUS и низкоскоростные служебные линии остаются самостоятельными частями кабеля; видеопоток использует высокоскоростные пары, отдельно от питания и USB 2.0.

USB-C предоставляет четыре высокоскоростные дифференциальные пары, каждая из которых передаёт сигнал по двум проводникам. Режим DisplayPort может использовать часть из них или все. В распространённом варианте две пары обслуживают DisplayPort, а две сохраняют передачу и приём USB 3.x. Если DisplayPort занимает все четыре пары, высокоскоростному USB на этом соединении не остаётся проводников. USB 2.0 продолжает работать по отдельным D+/D−. Именно устройство линий объясняет различие между доками, у которых одинаковая форма кабеля и разная одновременная скорость периферии.

Питание и направление видеопотока также независимы. Монитор может принимать изображение от ноутбука и одновременно отдавать ему энергию. Источник DisplayPort в этой паре остаётся ноутбуком, а источником питания выступает монитор. Согласование ролей USB Type-C и USB PD позволяет описать такую комбинацию без предположения, что данные всегда идут вслед за электрической энергией.

Сначала стороны устанавливают соединение USB Type-C и определяют ориентацию штекера. Механизм USB Power Delivery позволяет обмениваться служебными сообщениями по линии CC (Configuration Channel, канал конфигурации). Устройства обнаруживают поддержку альтернативного режима, узнают совместимые конфигурации и согласуют вход в DisplayPort Alt Mode. Силовые контакты продолжают выполнять свою функцию, а высокоскоростные контакты получают согласованное назначение. Эти сообщения описывают режим интерфейса; сам видеопоток не передаётся по линии CC.

Коммутатор на стороне порта направляет нужные пары к DisplayPort или USB-контроллеру с учётом ориентации штекера. Основной поток изображения идёт по высокоскоростным парам. Для вспомогательного канала DisplayPort AUX используются контакты SBU (Sideband Use), предназначенные для вспомогательных сигналов, а сведения о подключении дисплея и прерываниях передаются через механизм сообщений на CC. AUX обслуживает управляющий обмен, необходимый для работы видеосоединения. Поэтому кабелю и электронике недостаточно просто иметь одинаковые штекеры: они должны обеспечивать соответствующие пути сигнала.

После согласования назначения контактов источник и приёмник настраивают видеолинию DisplayPort. Выбранная скорость линии и число используемых пар задают её полосу. Параметры изображения дополнительно зависят от разрешения, частоты обновления, глубины цвета и способа представления цветовых компонентов. Сжатие Display Stream Compression может изменить требуемую полосу при поддержке обеих сторон. Видеорежим поэтому нельзя вывести из одного номера Alt Mode: тот описывает размещение и согласование протокола, а DisplayPort задаёт возможности самого видеоканала.

DisplayPort Alt Mode отличается от туннелирования DisplayPort внутри USB4. В Alt Mode пары кабеля непосредственно работают как линии DisplayPort, и распределение между видео и USB определяется выбранной конфигурацией контактов. В USB4 поток DisplayPort входит в общий пакетный транспорт через адаптер и делит полосу с другими туннелями. Кабель может иметь ту же форму USB-C, но внутреннее устройство дока различается. Пакетный транспорт распределяет полосу между потоками, а Alt Mode выделяет физические линии под DisplayPort.

DisplayPort Alt Mode применяется в компьютерах и переносных устройствах с видеовыходом USB-C, в мониторах и док-станциях. Монитор может принимать изображение, содержать USB-хаб (разветвитель для периферии) и отдавать питание компьютеру. Эти функции относятся к разным стандартам и не обязаны появляться вместе. У дисплея с USB-C может отличаться реализованная конфигурация линий, а у компьютера один порт может поддерживать видео, а другой — только USB-данные.

Док может выводить изображение на разъём DisplayPort или преобразовывать поток в HDMI, DVI либо VGA. Такое преобразование выполняет электроника, и результат зависит от её возможностей. Надпись HDMI на выходе дока не показывает, каким протоколом изображение пришло от компьютера. Alt Mode связывает источник DisplayPort с высокоскоростными линиями USB-C; электроника дока определяет доступные видеовыходы.

VESA связывает логотип DisplayPort на изделии USB-C с сертифицированной поддержкой DisplayPort Alt Mode. В техническом описании встречаются обозначения DisplayPort over USB-C и DP Alt Mode; они сообщают о видеорежиме, но не о максимальной мощности зарядки. Версия DisplayPort, количество экранов и поддерживаемые режимы изображения требуют отдельного описания. Одна строка «USB-C» не устанавливает наличие видеовыхода, а обозначение скорости USB-данных не сообщает число доступных видеолиний.

Для соединения с обычным DisplayPort-монитором используют соответствующий кабель или адаптер. Если требуется HDMI, нужно преобразование видеопротокола с поддержкой нужного режима. Механическое совпадение USB-C не заменяет альтернативный режим на источнике. Монитор, который ожидает DisplayPort Alt Mode, не получает изображение от порта, предоставляющего только USB-данные. При этом питание и USB-функции такого соединения могут работать независимо, что объясняет случаи, когда экран не показывает изображение, но устройство заряжается.

При выборе конфигурации с двумя видеолиниями остаётся путь USB 3.x; при выборе четырёх сохраняется только отдельный USB 2.0. Изменение конфигурации может отражаться на доступной полосе встроенного USB-хаба монитора. Возможности кабеля входят в согласование общего тракта: кабель USB-C с одними линиями USB 2.0 не переносит DisplayPort по отсутствующим высокоскоростным парам. USB4-хосты и хабы должны поддерживать DP Alt Mode на нисходящих портах, но конкретный видеорежим всё равно зависит от источника и дисплея.

Alt Mode не задаёт единого обязательного разрешения или частоты для любого USB-C-порта. Эти параметры зависят от версии DisplayPort, скорости линии, числа пар, свойств дисплея и применения сжатия. Предельный пример из анонса стандарта не является характеристикой каждого изделия.

В конфигурации с четырьмя линиями DisplayPort нельзя одновременно обещать USB 3.x по тем же высокоскоростным парам. USB 2.0 остаётся доступным благодаря отдельным контактам. Питание также использует собственные контакты, а его мощность определяется USB Type-C и USB PD.

DisplayPort Alt Mode 2.0, опубликованный в 2020 году, переносит возможности DisplayPort 2.0 в USB-C и уточняет взаимодействие с USB4. Дата этой редакции не означает, что любой порт 2020 года поддерживает её максимальную полосу. Редакции документа, скорость видеолинии и характеристики конкретного оборудования описывают разные уровни реализации.