USB Type-C拓展DisplayPort and USB2.0（基于PD通讯）_ch543d

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文章）。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）。

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：

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_Struct  VDMHdrStruct;
	UINT8 VDMHdrData[4];
} _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“上篇文章”），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       */
UINT8C  ACK_Disc_Ident[ ] = 
{
	0xc9,0x1f,0x00,0x6c,
	0xa8,0x5e,0x02,0x00,
	0x10,0x01,0x02,0x50,
	0xdb,0x00,0x00,0x11	
};
UINT8C  ACK_Disc_SVID[ ] = {0x00,0x00,0x01,0xff};
/* 四线，仅支持模式C */
#if 0
 //VDM 模式列表
UINT8C  ACK_Disc_Mode[ ] = {0x05,0x04,0x00,0x00};
//VDM DP状态
UINT8C  ACK_DP_Stat_Pos_1[ ] ={0x0a,0x00,0x00,0x00};
#else
/* 两线，支持C D模式，prefer D模式 */
UINT8C  ACK_Disc_Mode[ ] = {0x05,0x0C,0x00,0x00};
UINT8C  ACK_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：

Recv2 = Union_Header->HeaderStruct.SpecRev;
Union_VDM_Hdr = (_Union_VDM_Hdr *)&PD_RX_BUF[2];
 
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;		
}	

 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。

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