¿Cómo gestiona el USB-C la transferencia simultánea de datos y vídeo?

Question

Algunos adaptadores USB-C ofrecen una salida de video además de una salida USB estándar. Dicho adaptador (por ejemplo con un puerto USB y un puerto HDMI) puede manejar salidas simultáneas: puedo tener video proveniente del puerto HDMI mientras transfiero datos a un disco USB con el mismo adaptador.

Estoy asumiendo que la salida de video proviene de un modo alternativo USB (HDMI en nuestro ejemplo), lo que significa que ambas señales pasan a través del mismo pin. ¿Cómo funciona esto en la práctica?

Answer 1

Este modo en realidad se llama modo DP-ALT, DisplayPort Alternate mode. El cable USB 3.0/1/2 tiene cuatro pares diferenciales de alta velocidad. En operaciones USB normales, solo se utilizan dos pares, los otros dos simplemente están colgando sin usar. En el modo DP-ALT, el sistema host tiene un multiplexor que conecta dos carriles DP en dos pares no utilizados en el conector USB Tipo-C. Más detalles se pueden encontrar en este artículo temprano de anandtech, y aquí hay una ilustración de la idea de cómo se implementa habitualmente:

Existen varios modos para DP+USB, con una variante de DP de 2 carriles, y también un DP de 4 carriles con USB a través de líneas AUX, o solo USB-2.0 a través de cables regulares D+/D-.

Para entrar en este modo, tanto el proveedor como el consumidor deben negociar a través de las líneas CC utilizando el sistema de mensajería PD.

Answer 2

Existe un modo alterno HDMI para USB-C, pero esto no permite el uso simultáneo de dispositivos USB a velocidades mayores a las definidas por USB 2.0. El modo alterno DisplayPort permite el uso simultáneo de dispositivos de video y USB a velocidades que superan las de USB 2.0, esto se logra asignando 2 de las 4 "super velocidad" vías a DisplayPort y las otras 2 de las 4 "super velocidad" vías a USB. Si un dock USB-C tiene puertos HDMI y USB 3.0, entonces la traducción de DisplayPort a HDMI probablemente se realiza mediante circuitos en el dock USB, este parece ser el caso más común.

Hay algunos docks USB-C que tienen una unidad de procesamiento de gráficos, o GPU, en ellos para permitir que las computadoras que no admiten el modo alterno DisplayPort emitan video a pantallas HDMI. Estos docks con una GPU necesitarán controladores para proporcionar video, los docks que usan DisplayPort no requerirán controladores para proporcionar video. La distinción se hará en la documentación del dock, y es fácilmente aparente con la mención de una GPU popular llamada DisplayLink. Ese es un nombre desafortunado ya que DisplayLink y DisplayPort son tan similares. DisplayLink es una especie de GPU USB, DisplayPort es un modo alterno para USB-C que permite la conexión simultánea de pantallas de video y dispositivos USB 3.0.

Existe el modo alterno MHL para USB-C que permite el uso simultáneo de una pantalla y un rendimiento de datos que supera lo que proporciona USB 2.0, pero el modo alterno MHL parece ser raro.

USB4 y Thunderbolt 3 permiten que los datos USB y de video compartan las vías de "super velocidad" de USB-C colocando los datos en paquetes que se dividen entre las 4 vías y tienen el dock reensamblar los paquetes en un flujo para el video y los puertos USB. Esto puede ser confuso ya que un dock USB-C puede admitir uno, otro, ambos o ninguno. Al no admitir ninguno, se aplica lo anterior donde el modo alterno DisplayPort tiene 2 vías para video y 2 vías para datos USB. Si tanto el dock como el host admiten los mismos protocolos, pueden entrar en un modo que dividirá los datos totales de 40 Gbps de manera más eficiente. No hay más ancho de banda total del que permite USB 3.1, pero con Thunderbolt o USB4 puede haber 30 Gbps para uno y aun así quedarán 10 Gbps para el otro. Con USB 3.1, si el video consume 20.01 Gbps, entonces el dock reservará las 4 vías para video y dejará USB a velocidades no mejores que las que proporciona USB 2.0.

Al usar USB4 o Thunderbolt, el ancho de banda total se divide por tiempo, envía datos de video y luego datos USB alternadamente según lo requerido, dando prioridad al video para evitar que se interrumpa o se corte. Al usar USB 3.1 o 3.0, el ancho de banda total se divide por espacio, la vía se dedica al video o USB con prioridad nuevamente en qué obtiene esas vías. USB 3.1 y 3.0 utilizan las vías en pares, una para datos en cada dirección, por lo que si el video necesita más de 2 vías para proporcionar ancho de banda, entonces no hay espacio para que quepa USB en el cable.