HDMI/DVI 显示器热插拔与检测原理（HPD）

 HDMI(19Pin)/DVI（16 pin）的功能是热插拔检测（HPD），这个信号将作为主机系统是否对HDMI/DVI是否发送TMDS信号的依据。HPD是从显示器输出送往计算机主机的一个检测信号。热插拔检测的作用是当显示器等数字显示器通过DVI接口与计算机主机相连或断开连接时，计算机主机能够通过HDMI/DVI的HPD引脚检测出这一事件，并做出响应。 在传输信号上来讲，HDMI与DVI完全兼容，只是接口封装不一样而已，下面以HDMI为例讲述HPD的原理和实现方式。下图为HDMI与DVI接口图。
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                                                        HDMI（左）与DVI（右）接口图

1．显示器通过HDMI联机
当计算机主机通过HDMI接口的HPD引脚检测到显示器与计算机主机相连时，主机中的图形显示系统（显卡）发出一个信号，要求计算机的通过HDMI接口中的显示器数据通道DDC（DDC I2C总线）读取显示器DDC存储器中存储的EDID数据（扩展显示器识别数据），如果检测到显示器的工作模式范围与显卡相适应，则主机系统可以激活显卡 TMDS信号发送电路（数字视频信号发送电路）。

2．显示器断开HDMI连接
当计算机主机通过HPD引脚检测到显示器的HDMI接口与计算机主机断开时，主机中的图形显示系统（显卡）发出一个信号，通知计算机的操作系统中断显卡TMDS信号发送电路（安装在显卡上）的工作。

3．计算机主机对HPD信号的要求
当计算机主机上的显卡检测到DVI接口HPD引脚电压大于2V时，判断为显示器通过DVI接口与主机连接：当检测到HPD引脚电压小于0.8V时，则判断为显示器与主机之间的DVI连接已经断开。

4．HPD信号的实现

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                    显示器HPD与PWR外围图

        如上图，当计算机通过HDMI接口与显示器相连接时，主机通过HDMI的第18脚（PWR_CON_PIN18）将＋5V电压加到显示器的DDC存储器（EDID数据存储器）向DDC存储器供电，确保即使显示器不开机，计算机主机也能通过HDMI接口读取EDID数据。
主机开机后产生 5V_SYS并通过第18脚向显示器供电，此时显示器接收到5V电压后通过内部电路使HDMI接口第19脚HPD转变为高电平，并驱动Q1使CE导通，致使HPD_GPU也转变为高电平，主机（显卡控制器）检测到HPD为高电平时，判断显示器通过HDMI与主机连接，并通过HDMI接口的第15、16脚 DDC通道（I2C）读取显示器中的EDID数据，并使主机显卡中的TMDS信号发送电路开始工作。
当显示器与主机之间的HDMI连接断开时，主机一侧的HDP信号为低电平，主机显卡中的TMDS信号发送电路停止工作。

附加：
1、DDC是显示器与电脑主机进行通信的一个总线标准，其全称是：DISPLAY DATA CHNNEL。它的基本功能就是将显示器的电子档案资料信息，诸如可接收行场频范围、生产厂商、生产日期、产品序列号、产品型号、标准显示模式及其参数、所支持的DDC标准类别、EDID的版本信息等等。高版本的DDC标准总线还可以允许电脑主机直接调节显示器的基本参数，诸如亮度、对比度、行场幅度的大小、行场中心位置、色温参数等等。

2、EDID数据标准：EDID(Extended Display Identification Data Standard) 就是显示器通过DDC传输给电脑主机的标准数据信息，至今已发布到第三版本，即EDID Version 3，前面分别有EDID Version 1.0，Revision 0，EDID Version 1，Revision 1，EDID Version 2，Revision 0，EDID Version 2，Revision 1等版本。就数据信息量而分，EDID分为128 BYTE和256 BYTE，将来也许会有更多数据信息量的新版EDID公布。

3、TMDS是最小化传输差分信号的英文缩写。
Silicon Image公司开始采用面板连接、数字可视接口(DVI)和高清多媒体接口(HDMI)的形式向显示行业推广其所有权标准——最小化传输差分信号 (TMDS)。在该情况下，发射端混合了具有在铜导线上降低EMI特性的更高级编码算法，从而使得接收端具有健壮的时钟恢复性能。

  HPD(Hot Plug Detection)，在HDMI的一对联接中，为热插拔的实现而设计的。简单地说，当发送端接入接受端时，接受端会回应HPD信号给发送端，进而发送端会启动DDC通道，而读取接受端EDID的信息，然后进行HDCP的交互，如果双方认证成功，则视频、音频正常工作，否则联接失败，不同系统会有不同的处理。

    例如，如果EDID信息不支持HDMI，则发送端只发送视频信息，而没有音频信息，这时候的HDMI就只相当于DVI了；如果HDCP认证不成功，有的系统会出现雪花屏幕和噪音，有的系统会由高分辨率（1080I、720P）降低为低分辨率（480I、480P）而输出，这样一来，HDTV就不再是HD了，而变成了普通的SD。

    An Important element to proper interpretation of EDID is "Hot Plugging". The following presents a recommendation for achieving consistent results during a Hot Plugging event.

    DVI 1.0 define a HPD signal function that indicates to the host whether a  monitor is connected. HPD is designed to be powered by the DDC +5V coming from the host, and to be independaent of whether the monitor is powered or not. In this way, a host device can detect the monitor and read its characteristics from EDID without the monitor being powered. On a PC, this feature allows the system to load the correct display configuration without delaying the boot process.

    In short, in this context, HPD serves as an indication that the EDID is available to be read, however HPD may also have alternative uses. It does no imply any other state of readiness. The relevant definitions from the DVI 1.0 specification are:

    a. HPD - Signal is driven by monitor to enable the system to identify the presence of a monitor;

    b. The monitor is required to provide a voltage of greater than +2.4V on the HPD pin of the connector only when the EDID data structure is available to be read by the host.

    Implementation Notes: As an example for hot plug support, a simple monitor implementation of HPD support could be a pull up resistor to the EDID power supply. After HPD goes active, the host is only expected to read EDID and determine that a valid display mode is available and supported.

    Note --- Whenever the EDID information in a device changes for any reason(e.g. if the EDID was updated, or is capable of dynamically changing its information content), the receiving device pulses HPD low for at least 100ms. This recommendation follows from the HDCP repeater implementation requirement that HDCP repeater pulse HPD low for at least 100ms to indicate the connection of new device or disconnection of an existing one.