x2100支持雷电3接口的探讨

codetrick

近日在论坛上见到有不少人表示希望x2100的USB-c口可以支持雷电3功能，俺也想着学习一下USB type-c的技术规范，看看在x2100上做出雷电3支持的方案会是怎样的。

（本职工作非电工，如有错漏，纯属业余）

首先了解一下USB type-c是怎样支持别的协议的（所谓alternate mode）。USB-c的针脚定义，网上很容易可以搜到，这里就不附了。简单来说，USB-c接口，包含有一对USB 2.0信号，2对4路的USB3 SS差分信号，其中2路TX、2路RX。USB 3.1只能用到其中一对（1路TX1路RX），而USB 3.2可以用上全部4路。剩下来是一些供电的针脚，还有一路控制信号（CC），两路旁路信号（SBU）。所谓USB-c alt mode，就是通过CC控制信号来动态地重定义那4路差分信号，用于别的用途。

比如标准的DP，需要2-4路单向的差分信号，以及一路AUX信号。USB-c控制芯片通过CC针脚跟外接的显示器握手后，可以将4路差分信号MUX到从显卡来的DP信号，就可以以USB-C线缆为介质传输DP信号了。

如果在基础的USB-C上，只需要DP alt mode的话，那还是比较简单的。除了芯片组里的USB主控和引出的USB2/3信号外，还需要板载USB type-c controller（比如德州仪器TPS65982）、USB type-c Alt mode mux（比如德州仪器 HD3SS460）。Alt mode mux一边接USB-c口，另一边同时接有USB3 SS信号和DP信号。USB type-c controller负责CC针脚上的模式协商，如果确定是USB3模式，就把SS信号接上；如果确定进入DP模式，就把DP信号接上。USB type-c controller本身运行的固件决定模式协商和PD状态的逻辑，然后通过i2c总线跟PCH/CPU通信。

如果需要雷电3 alt mode的话，就麻烦一些，需要用intel的雷电3芯片，比如JHL7xxx之类的。雷电3本身支持承载DP信号、4xPCIe信号。这种承载跟USB-c不一样，是把其它协议的数字信号重新包装成雷电3的数据包，传输到对面后再解包转成原协议。如果说USB-c是“被动式”支持其它协议，那雷电3就是“主动式”支持其它协议。全功能的雷电3口需要把这些其它协议的信号都接到雷电3芯片。也就是说，除了USB-C controller、mux、USB主控（集成在芯片组里）以外，还要加一个雷电3芯片，并且把PCIe和DP信号从CPU接出来。

上面是CPU/芯片组里没有雷电3控制器的情况。我们知道10代CPU里面集成了雷电3支持。这个支持是什么样的呢？现在的intel CPU把处理器和芯片组（PCH）封装到一起。在芯片组里集成有USB2/3控制器，而在10代处理器里集成了一个USB-C子系统和雷电3控制器。俺在10代处理器的数据表里看到这样一张示意图：



TCSS就是type c sub-system的缩写，DE是display engine，iTBT是integrated thunderbolt，底下的Phy就是指物理针脚。可以看到，这里内置的雷电控制器本身就已经接入PCIe信号和DP信号，也带有MUX。也就是说，如果从处理器接出USB-C，目测只需要外挂一个USB-c controller芯片就可以同时支持USB 3.1+雷电3+DP。x2100采用这样的方案应该是最佳的。

由于以前几代intel处理器没有集成雷电3支持，所以对USB-c的支持是如前所述从芯片组引出来的USB3信号加上mux和USB-c控制器实现的。如果x2100从x210小改而来，如果要对走线改动比较小的话，可能还是继续从芯片组引出USB3。这样除非再有加入雷电3芯片，引出PCIe这样大的改动，雷电3支持是不会有了。

早些时候还看到有坛友说新的这个USB-C接口只会支持DP alt mode，不支持USB。这种情况对x210主板的改动就更小了，放在原来DP口的位置的话，连USB3信号都不用引出来，只要在接口附近加一个USB-c控制芯片一个MUX就搞定了，走线基本上就不用改了。

码了这么些字，一方面是帮助大家厘清USB-C和DP与雷电之间的关系，另一方面也是希望HOPE老大可以向我们透露一下，x2100上的USB-c口会是哪种方案。

lone2000

支持折腾~

bsssss

雷电3

17m19

探讨有益

stevenjtx

支持探讨。。。支持折腾

huzhi28251

纯属探讨

zyp527

真是希望可以走雷电3的方式啊，按说10代既然支持，那么从处理器直接引出虽然会改主板，但需要采购的芯片反而会更少吧？这样是否成本会更低呢？估计需要老大衡量一下是改板子成本低还是采购多余芯片成本低了

zhyf_01

不用想了，210没雷电

wqnfs - 大王叫我来巡山

探讨有益健康。

7yu

是说没雷电，说有usb-c，是不是全功能的没透漏啊

365521

不是全功能，已经讲得很清楚了。可以数据、视频传输，没有雷电、充电。

jsxyhyj

不用探讨了，不会加的。 其实大改一下当成新产品来做也不错的

zhangyongtao - 液晶屏改装

不是全功能
不能充电
但是USB功能+视频输出是保留的啊   
不过欢迎这种技术贴。 理性讨论。

codetrick

QUOTE:

zhangyongtao 发表于 2019-10-13 12:46
不是全功能
不能充电
但是USB功能+视频输出是保留的啊   

也就是说硬件上的实现估计是主贴里列举的第二种，用独立的USB-C控制芯片和MUX芯片实现usb-c alt mode。

当然开发上的成本肯定是分为硬件和固件两块。假如用第一种实现方案，但是省去固件开发成本而不支持雷电，那在后续还是可以补上的。

前面回帖的各位说不用探讨，没有意义，我是不同意的。折腾到底才是论坛的精神。就说x2100本身不支持雷电，那我们自己考虑设计m.2板子通过雷电协议把PCIe信号接出来，是不是有探讨的价值呢？

zhangyongtao - 液晶屏改装

QUOTE:

codetrick 发表于 2019-10-13 13:08
也就是说硬件上的实现估计是主贴里列举的第二种，用独立的USB-C控制芯片和MUX芯片实现usb-c alt mode。
...

具体应该等最终看厂家的设计

HOPE

没时间大改，那样要重新打板测试，起码要加三四个月甚至半年。没这时间精力的。

keen005

建议在X310项目中加雷电3

慕容公子2

310哈哈！

广土被杀了

310支持雷电的话预购量估计还是会大一点，没准就能凑够一两百片了。
因为屏幕更大所以也有空间自己魔改大触摸板
现在不少便携式显示器都会预期type-c提供5V3A的供电来实现一线通，lz对于type-c供电/充电有什么思路么

277266

白费力气，白费心思！

cs900601

我从网上找了张USB-C连线上走DisplayPort的示意图，好像大概知道楼主所说的“Alt Mode Mux”是啥了，应该就是下图中橙色的框那个部分吧。


不过，具体到CPU与USB-C插座之间到底连接了什么，还是没有太多概念。所以就找了个常用的设备（就是目前所用的笔记本，XPS 9550）的框图

XPS 9550用的是五年以前的6代CPU了，所以应该不像十代（楼主举的例是Ice Lake，不知道Comet Lake是啥样）那样自带了将USB信号和PCIe信号给Mux到一起的雷电3控制器。
因为没有自带雷电3控制器，所以CPU与雷电3的USB-C接口之间有个叫“Intel Alpine Ridge”的芯片，这个芯片就是个雷电3控制器，其代号也正是楼主所说的“JHL6540”。

以及，从这张图上来看，USB 3.0直接接到CPU上可能是因为它们的速度已经超过CPU与PCH之间的连接的速度了（？）


又有张图更详细地讲了到底是CPU上和Alpine Ridge的哪几根针脚相接的（不过这张图是XPS 9350的，用的是低压U，不像9550是标压）：
（图的出处：https://www.notebookcheck.net/up ... peeds.189743.0.html）


9550/9350上，CPU与USB-C之间只有一个JHL6540，这个芯片应该就担当了USB-C的雷电3的Alternative Mode与DisplayPort的Alternative Mode的功能？
不知道现在的X2100主板上是怎么个情况。
（我也不懂，请轻拍

【钢蛋】

雷电外接显卡比较梦幻

codetrick

QUOTE:

cs900601 发表于 2019-12-19 18:12
我从网上找了张USB-C连线上走DisplayPort的示意图，好像大概知道楼主所说的“Alt Mode Mux”是啥了，应该就 ...

哈哈，发这个帖子两个月来，你是第一个认真来讨论技术问题的。

你去看9550的原理图第37页（这里有下载），是雷电3控制芯片。最上面是PCIe x2，像你说的连到CPU。中间左边是sink port 0/1，是从CPU来的核显的DP信号；右边source port，连接到第36页的HDMI接口输出，这个应该是用来reroute外置显卡信号的。底下的TBT ports，可以看到2路TX、2路RX连接到USB-C接口，然后有一对USB2和一对DP_AUX连到usb-pd controller（39页）。

逻辑上看，这个芯片在PCIe总线上，根据设置模式的不同，可以作为usb host controller，或者dp alt mode，或者hdmi alt mode，或者承载pcie信号。

你再看第39页，用的usb-pd controller正好是我主贴里说的TPS65982。它负责把USB-C针脚定义里面的SBU、USB2等根据当前的模式mux到其他旁路信号。

codetrick

看到HOPE大大x2100即将出货的消息，心情十分激动，遂仔细观察了一下主板的高清照片，也为这个帖子画个尾声。

靠近usb-c接口看到有两个芯片：一个是TPS65987D，这个是我主贴里提到的usb type-c controller；一个是TUSB1046A-DCI，这个是usb-c / dp mux。这个芯片用来切换usb-c模式和dp模式，支持1对usb ss和4路DP。USB最高支持到10Gbps，也就是USB 3.1 Gen 2。

codetrick

另外再提一句，国外大神网友给x210插上了块台式机用的雷电pci-e扩展卡，率先实现了x210对雷电3的支持。

HOPE

QUOTE:

codetrick 发表于 2020-4-28 01:46
看到HOPE大大x2100即将出货的消息，心情十分激动，遂仔细观察了一下主板的高清照片，也为这个帖子画个尾声 ...

对，支持4路dp，最大输出4K，60Hz。

zzzz2006

LG  24MD4KL 23.7" UltraFine™ 4K 显示器 兼容macOS 有两个雷电3接口，两个雷电3接口（输入x1,输出x1，兼容USB Type-C），并且说明书上说“*带USB Type-C™接口的Mac或者Ipad Pro,可通过包装内的USB Type-C ™ 线连接显示器的USB Type-C ™接口”，是不是可以利用2100的Type-C接口连接显示器

dancefans - T70-2

我买的雷电3列阵盒有生之年能用上吗

zyp527

QUOTE:

dancefans 发表于 2020-4-28 11:35
我买的雷电3列阵盒有生之年能用上吗

用不上了，留给你孩子吧

aniuman

T700上的雷电太好使了，不知道X2100那天也可以上雷电