Black Box erklärt: DDC - Das unbekannte Wesen BLACK BOX

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1 White with FC black diamond White with process black diamond Box erklärt: White with 5th black diamond DDC - Das unbekannte Wesen BLACK BOX / blackbox.com black-box.de

2 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitiung Was ist DDC genau? Wie werden die EDID-Informationen abgerufen? Was wird übertragen? DDC-Unterstützung durch Extender und Umschalter Fazit... 1 Wir kümmern uns! Sollten Sie Frage haben zu den Applikationen, unseren Produkten, oder diesem Whitepaper, sprechen Sie mit dem Box Tech Support: 0811/ oder besuchen Sie black-box.de und klicken Sie auf Talk to a Tech. Wir rufen Sie kostenlos zurück - in Sekundenschnelle. 0811/ black-box.de Seite 2

3 1. Einleitung Plug&Play ist heutzutage in aller Munde. Alle neueren Betriebssysteme unterstützen es. Es bedeutet nichts anderes, als dass das Betriebssystem automatisch erkennen kann, was angeschlossen ist bzw. angeschlossen wird. Das gilt auch für verbundene Monitore. Der Rechner muss nun aber irgendwie erkennen, was für ein Monitor angeschlossen ist. Am wichtigsten hierbei sind die unterstützten Bildschirmmodi. Bei älteren Röhrenmonitoren sind die Bildschirmmodi meist kein Problem, da diese fast alles darstellen können, solange eine maximal Auflösung nicht überschritten wird. Ganz anders sieht die Sache bei den heute verbreiteten TFT-Monitoren aus. TFTs beherrschen meist nur bestimmte Auflösungen bzw. können nur diese interpretieren. Auch die Bildwiederholrate ist hier ein wichtiger Punkt. TFTs beherrschen typischerweise nur 50 Hz oder 60 Hz Bildwiederholrate. Jeder andere Wert führt dazu, dass der Bildschirm schwarz bleibt. Die Entwicklung der Grafikkarten schreitet immer weiter voran. Sie beherrschen alle möglichen und unmöglichen Auflösungen. Um das Problem eines schwarzen Bildschirms zu umgehen, erfragt das Betriebssystem die Fähigkeiten des Monitors und stellt die verfügbaren Bildschirmauflösungen entsprechend ein. Windows beispielsweise tut das während des Bootvorgangs. Das heißt aber auch, dass das Anstecken eines anderen Monitors während des laufenden Betriebs dazu führen kann, dass der neu angesteckte Monitor schwarz wird (wenn er den bisher eingestellten Bildschirmmodus nicht beherrscht). Ganz davon abgesehen, dass manche Grafikkarten es auch nicht mögen, wenn während des Betriebs umgesteckt wird. In einem solchen Fall hilft nur noch ein Reboot bzw. das Ein-/Ausschalten des Computers. Dieser Vorgang der Kommunikation zwischen Computer und Monitor wird DDC genannt. Für diese Kommunikation sind in den VGA bzw. DVI-Steckern entsprechende Kontakte vorgesehen. 2. Was ist DDC genau? DDC steht für Data Display Channel und wurde von der VESA (Video Electronics Standards Association) als Standard definiert. Auch wenn der Begriff DDC häufig dafür verwendet wird, beschreibt er nur die Schnittstelle, nicht die übertragenen Daten. Die übertragenen Daten werden als EDID (Extended Display Identification Data) bezeichnet und weiter unten näher beschrieben. Wenn man sich die Steckerbelegung eines Monitors ansieht, erkennt man recht schnell, dass es einen Pin gibt, der mit DDC Daten bezeichnet ist. Zusätzlich gibt es noch einen Pin DDC Takt. Diese DDC-Leitungen bilden zusammen einen I²C-Bus (Inter-Inter Chip). I²C wurde von Philips entwickelt und wird meist innerhalb von Geräten zur Kommunikation zwischen Komponenten bzw. zwischen einem Prozessor und Peripherie eingesetzt. 0811/ black-box.de Seite 3

4 Belegung VGA Belegung DVI-I 1 Rot 1 Daten 2-2 Grün 2 Daten Blau 3 Schirm Daten 2/Daten 4 4 (Reserve) 4 Daten 4-5 Masse Digitalsignale 5 Daten 4+ 6 Masse Rot 6 DDC Takt 7 Masse Grün 7 DDC Daten 8 Masse Blau 8 Vertikale Synchronisation 9 nicht belegt, kein Pin (selten +5V) 9 Daten 1-10 Masse Synchronsignale 10 Daten ID0 oder digitale Masse (optional) 11 Schirm Daten 1/Daten 3 12 DDC Daten 12 Daten 3-13 Horizontale Synchronisation 13 Daten Vertikale Synchronisation V 15 DDC Takt 15 Masse (zu + 5V) 16 Hotplug Detect 17 Daten 0-18 Daten Schirm Daten 0/Daten 5 20 Daten 5-21 Daten Schirm Takt 23 Takt + 24 Takt - C1 Rot (analog) C2 Grün (analog) C3 Blau (analog) C4 Horizontale Synchronisation C5 Masse (analog) Tabelle 1: Pinbelegung VGA und DVI-I 0811/ black-box.de Seite 4

5 Es gibt folgende von der VESA herausgegebenen Standards: - DDC1 Die EDID Informationen werden ständig an die Grafikkarte gesendet. Die 128 Byte langen Daten enthalten Informationen; welche VESA Standardauflösungen und welche DPMS-Modi (Display Power Management Signaling) unterstützt werden. - DDC2B Hier ist eine bidirektionale Kommunikation möglich. Das heißt der Monitor kann auf gezielte Anfragen der Grafikkarte antworten. - DDC2AB - wie DDC2B, jedoch ist die Übertragung weiterer Daten zur Steuerung des Monitors möglich. Die meisten heute verfügbaren Monitore unterstützen zumindest DDC2B. Bei DDC2AB kann die Datenübertragung auch dazu verwendet werden, um z.b. die Helligkeit des Monitors mittels einer zusätzlichen Software einzustellen. Damit generell überhaupt eine Datenübertragung funktionieren kann, muss das entsprechende DDC Protokoll sowohl vom Monitor als auch von der Grafikkarte unterstützt werden. Windows beispielsweise liest die EDID-Informationen aus und bestimmt dadurch im Rahmen von Plug&Play die möglichen Bildschirmeinstellungen. Unter Linux können die ausgelesenen Informationen dazu verwendet werden, um entsprechende Modelines zu erzeugen. Linux kann dann anhand der Modelines die Grafikkarte in einen für den Monitor optimalen Modus schalten. 3. Wie werden die EDID-Informationen abgerufen? Um die EDID-Informationen zu erhalten, ist von allen Hersteller gemäß den VESA Vorgaben eine entsprechende Erweiterung im BIOS der Grafikkarte durchgeführt worden. Dazu wurde der Interrupt 10h um eine Funktion erweitert, die die Status bzw. Informationsabfrage durch die Grafikkarte ermöglicht. (Kleiner Hinweis: Der Aufruf von Interrupts wird in der Programmierung verwendet, um auf die Hardware bzw. BIOS-Funktionen des Computers zuzugreifen oder diese zu starten. Unter Windows ist es nicht so ohne weiteres möglich, direkt auf einen Hardware-Interrupt zuzugreifen.) 3.1 Was wird übertragen? Wie oben erläutert, werden über die DDC-Leitungen die EDID-Informationen übertragen. Diese können je nach Gerät Datenblöcke mit 128 Byte oder 265 Byte enthalten. Neuere Monitore unterstützen EDID Version 1.3 (128 Byte Datenblöcke). Es gibt noch eine EDID Version 2.0, die jedoch nicht rückwärts kompatibel zur Version Byte Datenblöcke) ist. Diese Datenblöcke enthalten dann zusätzliche Informationen, die für die neueren Monitore benötigt werden (nur bei bestimmten Flachpanels). Der Standard erlaubt die Verwendung mehrerer Datenblöcke, meist wird jedoch nur ein Datenblock verwendet, da dieser ausreichend Informationen überträgt. 0811/ black-box.de Seite 5

6 FF FF FF FF FF FF A C 0E B 78 EE 2E E5 A4 57 4A 9C BF EE F A A E E FD B 1F B 00 0A FC 00 4C E 58 0A FF A Rohdaten Größe Beschreibung 00 FF FF FF FF FF FF 00 8 Byte Header; kennzeichnet den Beginn des Datenblocks 38 A3 2 Byte Der Monitorhersteller ist NEC; Diese ID wird von Microsoft vergeben Byte Produkt ID; wird vom Hersteller vergeben Byte Numerische Seriennummer (32-Bit) 2C 0E 2 Byte Dieser Monitor wurde in Woche 44 des Jahres 2004 her- gestellt Byte EDID-Version Byte Der Monitor arbeite mit digitalem Videoeingang 22 1B 2 Byte Monitorbreite ist 34 cm und -höhe ist 27 cm 78 1 Byte Gamma ist 2,2 EE 1 Byte Monitoreigenschaften; Dieser Monitor unterstützt Standby, Suspend, Active-Off, ist ein RGB Monitor, verwendet den Standardfarbraum (srgb) und unterstützt keine GTF- Standard-Modi (VESA Standard Timings) und hat ein 2E E5 A4 57 4A 9C eigenes Standardtiming 10 Byte Farbcharakteristik des Monitors um srgb darstellen zu können (z.b. Weißpunkt) 0811/ black-box.de Seite 6

7 Rohdaten Größe Beschreibung BF EE 80 3 Byte Folgende Auflösungen werden unterstützt: 720 x 70Hz 640 x 60Hz 640 x 67Hz 640 x 72Hz 640 x 75Hz 800 x 56Hz 800 x 60Hz 800 x 72Hz 800 x 75Hz 832 x 75Hz 1024 x 60Hz 1024 x 70Hz 1024 x 75Hz 71 4F A A E E 1152 x 75Hz 18 Byte Zusätzlich verwendbare Auflösungen: 1152 x 76Hz 1280 x 60Hz 18 Byte Genaue Timing Beschreibung: 123,3MHz Pixelclock, Horizontal 1280 aktive Pixel, Vertikal 1024 aktive Pixel, H-Blanking 408 Pixel, V-Blanking 42 Linien, H-Sync Breite 112 Pixel, V-Sync Breite 3 Linien, H-SyncOffset 48 Pixel, Y-SyncOffset 1 Linie, Bildschirmbreite 338 mm, Bildschirmhöhe 270 mm, kein rechter oder oberer Rand, Positiver HSync 0811/ black-box.de Seite 7

8 Rohdaten Größe Beschreibung FD B 1F 18 Byte Arbeitsbereich des Monitors: 45 0B 00 0A FC 00 4C Bildwiederholrate: 56 Hz 75Hz Zeilenfrequenz: 31 khz 69kHz Pixelclock: max 110MHz 18 Byte Produktname: LCD1770NX E 58 0A FF Byte Produkt-Seriennnummer: 4X009489TB A Byte Keine zusätzlichen Datenblöcke mehr 34 1 Byte Checksumme Tabelle 3: Aufschlüsselung eines 128 Byte EDID-Datenblocks Die genaue Aufschlüsselung bzw. den weiteren Aufbau der EDID Information finden Sie auf der VESA-Homepage. Wie Sie leicht aus obiger Aufschlüsselung erkennen können, beinhaltet die EDID Datenblock deutlich mehr als nur die reine Liste der Auflösungen. Die Liste der unterstützten Auflösungen ist natürlich wichtig und wird von verschiedenen Betriebssystemen verwendet. Es gibt jedoch manche Monitore, die auch eine EDID-Erweiterung unterstützen. In diesem Fall werden 2x 128 Byte Datenblöcke übertragen. Beispielsweise unterstützt Windows x 128 Byte oder 2x 128 Byte oder 1x 256 Byte Datenblöcke. Der EDID 1.3 Standard lässt eine Anzahl von bis zu insgesamt 255 Datenblöcken zu. Bisher wurden aber nie mehr als 2 Datenblöcke verwendet. 4. DDC-Unterstützung durch Extender und Umschalter Das DDC und die EDID Datenblöcke dienen dazu, die angeschlossenen Geräte (meist Monitore) zu identifizieren und deren Fähigkeiten (z.b. Auflösungen) zu erkennen. Beim direkten Anschluss des Monitors an den Computer können die Informationen problemlos abgerufen werden. Anders sieht es aus, wenn der Monitor über Extender (z.b. KVM-Extender) oder Umschalter angeschlossen wird. Die meisten dieser Geräte unterstützen kein DDC, das bedeutet, das Betriebssystem bietet nur ein paar Standardauflösungen mit den Standardfrequenzen an. Bei Röhrenmonitoren ist das meist kein Problem, da diese fast alles darstellen können solange die Zeilenfrequenz nicht überschritten wird. Bei TFT-Monitoren sieht die Sache schon anders aus. Diese können nur eine Bildwiederholrate in einem bestimmten Bereich anzeigen. 0811/ black-box.de Seite 8

9 Ist nun beim Computer eine Frequenz/Bildwiederholrate eingestellt, die der TFT-Monitor nicht anzeigen kann, bleibt der Bildschirm dunkel. Typischerweise sehen Sie dann bei besseren Monitoren eine Meldung Out Of Range oder No Connection. Das bedeutet nicht, dass der Extender oder Umschalter defekt ist. Dieses Problem kann meist umgangen werden, indem auf dem Computer eine zum Monitor kompatible Auflösung und Bildwiederholrate eingestellt wird. Es gibt aber auch Grafikkarten, die beim Boot die EDID-Informationen abfragen. Werden keine EDID-Informationen empfangen, schaltet sich die Grafikkarte aus Stromspargründen ab. Somit zeigt auch ein nachträglich direkt angeschlossener Monitor nichts an. Dieses Verhalten ist eher bei Servern zu finden, da der Zugriff meist remote (TCP/IP) ohne angeschlossenen Monitor erfolgt. Emuliertes DDC Eine Möglichkeit, das Abschalten der Grafikkarte zu verhindern, ist das sogenannte emulierte DDC. Hierbei ist ein DDC-Chip im Extender oder Umschalter eingebaut, der von der Grafikkarte abgefragt werden kann. Die EDID-Information im Chip hat aber nichts mit dem am anderen Ende angeschlossenen Monitor zu tun. Mit der gespeicherten Information wird der Grafikkarte vorgegaukelt, dass der Monitor alle möglichen Videomodi unterstützt, quasi ein Ich kann alles vom Monitor. Damit wird die automatische Abschaltung der Grafikkarte verhindert. Dennoch kann es passieren, dass ein Videomodus eingestellt werden, der von z.b. einem TFT-Monitor nicht verstanden bzw. unterstützt wird. Transparentes DDC Eine andere, bessere Möglichkeit ist die transparente Übertragung der EDID-Information, zum Beispiel von einem Monitor über einen Extender zum Rechner. Es kann aber durchaus einmal vorkommen kann, dass der Monitor vom Extender abgesteckt oder die Verbindung zwischen dem Sender und Empfänger des Extenders unterbrochen wird. Für diesen Fall ist bei den besseren Extendern auch ein DDC-Chip eingebaut, der die EDID-Informationen des zuletzt angeschlossenen Monitors zwischenspeichert (anders als beim emulierten DDC). Somit wird also mit einem quasi-transparentem DDC gearbeitet. Eine solche Variante ist immer einer ständig transparenten DDC-Verbindung ohne Zwischenspeicherung vorzuziehen. Bei Umschaltern ist der Fall ähnlich gelagert. Hier ist keine voll transparente Übertragung möglich, da sich mehrere Rechner einen Monitor teilen und sich diese bei DDC Anfragen gegenseitig stören würden. Der Umschalter liest beim Einschalten die EDID- Information aus dem Monitor aus und speichert diese Information in den DDC-Chips der einzelnen Computerports. Somit erkennen die angeschlossenen Rechner auch immer den angschlossenen Monitor. Sehr gute Umschalter (z.b. Box 4Site) bieten auch die Möglichkeit den einzelnen Computerports unterschiedliche EDID- Informationen zuzuweisen oder eine gespeicherte EDID-Information zu verwenden, wie sie bei emuliertem DDC verwendet wird. 5. Fazit DDC ist heutzutage bei der Verwendung moderner Betriebssysteme aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Meist kommt man mit DDC nur indirekt in Berührung, nämlich beim Plug&Play des Monitors. Es gibt diverse freie und kommerzielle Software, um die EDID-Informationen auszulesen und in einer verständlichen Form darzustellen. Diese Informationen können manchmal bei der Fehlersuche sehr hilfreich sein. Dipl.-Ing.(FH) Karl Loncarek (Key Account Manager) Box Network Services 0811/ black-box.de Seite 9