USB技术浅析 _USB

《带你遨游USB世界》中，我们已经初步介绍了USB的整体架构，本文将从以下几个方面继续介绍USB的内容。

USB3.0有什么新特性？
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一、USB3.0USB是史上定义出的最成功的PC外围互连技术，并且已经迅猛地被引入到CE和Mobile领域。仅仅在2006年，就有超过20亿USB设备出产，而现在已经有超过60亿的USB产品被安装。
而随着技术创新的不断前进，新式设备，媒体格式，以及便宜的大容量存储在不断涌现。他们都要求更高的带宽来维护用户期望的用户体验。高清摄像机将会具有上百GB的存储内容需要迁移到PC端供用户编辑，查看以及打包存储。现有的设备，如数码相机继续创新并增加其容量来容纳更多的非压缩图像。从数码相机里下载上百甚至上千个10MB或者更大的原始图片将会是一个十分耗时的过程，除非传输速率得到提高。此外，用户应用要求在PC和这些不断复杂化的外设之间更高的连接带宽。USB 3.0通过增加更高的传输速率来匹配这些新式应用和设备，从而解决这些需求。
目前市场上有大量在使用的个人电脑只支持USB 2.0 。还有USB 2.0外围设备使用数量较多。USB3.0需要保持向后兼容性。从硬件上来看，实际usb3.0和usb2.0已经是两种设备，在A型座的usb口上，我们能明显看到，usb2.0仍旧使用的是GND，D+，D-，VBUS 。在3.0中则使用的是一对USB3_TX差分线，USB3_RX差分线，GND，BUS 。所以在物理上我们要明确，实际上USB2.0和USB3.0已经不是一个设备。虽然USB3.0仍然延续了大部分2.0的概念。
1.Usb3.0的通讯流程Usb3.0在框架层级是向后兼容USB 2.0的。在传输的类型上，仍旧是控制传输，中断传输，批量传输，同步传输四种。然而，USB 2.0和超高速协议还是有一些根本性的差异：
1）USB 2.0使用三部分事务交易（令牌，数据和握手），而超高速对这相同的三部分的使用是不相同的。对于输出（OUTs），令牌被列入数据包；而对于输入（INs），令牌则被握手所取代。
2）USB 2.0不支持突发（bursting）而超高速支持连续突发（continuous bursting）。
3）USB 2.0是一个半双工广播（broadcast）总线，而超高速是双重单工（dual-simplex）单播（unicast）总线，这就允许同时进行IN和OUT事务交易。
4）USB 2.0使用轮询模型，而超高速使用异步通知。
5）USB 2.0没有流（Streaming）的能力，而超高速支持对批量端点的流（Streaming）。
我们来看一次IN传输：
主机和设备应遵守传输类型和端点特性的限制。主机通过发送一个确认包（IN）到设备发起一次传输。这个确认包包含了将包路由到预想的端点的寻址信息。主机告诉设备它可以发送的数据包的数量，以及预计从设备接收到的第一个数据包的序列号。作为回应，端点会以适当的序列号发送数据包回主机。确认包还暗含地确认，以前的数据包被成功收到。
请注意，即使主机需要为每个接收到的数据包发送确认包，设备仍然可以发送被请求数量的数据包，而不必等待任何确认包。
超高速输入（IN）事务交易协议中如下图所示。一个超高速总线上的输入（IN）传输由一个或多个IN事务交易组成，并在出现下列任何情况之一时完成：
1）所有的传输数据成功被接收。
2）端点用比端点的最大数据包大小要小的数据包响应。
3）端点回应一个错误。

文章插图

Out 传输也类似：

文章插图

从上面的模型我们可以看出，相比于usb2.0的轮询式的发包，一方面usb3.0的异步发包模式明显效率提高很多，可以不必等待设备回应，连续发包。另一方面由于usb3.0是点对点的发送数据，所以处在空闲的其他usb设备可以一直保持低功耗状态，直到有数据到来。而在usb2.0的轮询模式上，由于每一个设备都需要对总线上的地址做判断，所以空闲设备无法进入低功耗模式。
2.突发事务超高速USB协议允许主机连续发送数据到设备，或者从设备连续接收数据，只要设备可以接收或者发送数据。设备在无需中间确认包（intermediate acknowledgement packet）的情况下可以发送或者接收的包的个数，在该端点的端点伴侣描述符（endpoint companion descriptor）中报告。报告端点的maximum burst size多于一个包的端点被认为是支持"突发"事务。
在进行突发传送时，适用于下面的规则：
1）在接收一个确认包之前，一个突发中可以发送的包个数的最大值，被限制为：端点的最大突发的大小【maximum burst size】（和上一个被端点或主机接收到的ACK TP或ERDY的NumP字段值的最小值，减去端点或主机在被上一个ACK TP确认过的包之后已经发送的包的个数。注意，每当端点被初始化时，主机可以重新将能够发送/接收的最大DPs的个数初始化为端点最大突发的大小【maximum burst size】。