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1、TB-064,第十三章,USB 3.0 初步規範,13-1USB 3.0 系統設計 13-2USB 3.0 架構 13-3極速資料流模式 13-4USB 3.0 纜線與接頭 13-5裝置架構 13-6結論,USB 3.0 新增了 5 個接觸點，其中兩條為訊號輸出，兩條訊號輸入，並採用傳送列表區段來進行資料封包。新的接觸點將會並排在目前 4 個接觸點的後方。USB 3.0 暫定的供電標準為 900mA，且支援光纖介質的傳輸。USB 3.0 的設計向下相容 USB 2.0 與 USB 1.1 版本，並且使用了更有效的協議來節省功率消耗。此外，Intel 的 xHCI 已經可以支援 USB 3.0
2、的介面，及向下兼容 USB 2.0 的介面。,USB 3.0 系統設計,13-1,USB 3.0 的設計為可以向下相容之前的 USB 裝置，為了解決相容和速度的問題，所以採用了雙匯流排的系統架構。USB 3.0 內部連接是讓 USB 3.0 與 USB 2.0 裝置連接到 USB 3.0主機及與 USB 3.0 主機通訊的方法。基本架構技術與 USB 2.0 一樣。其中，包含了具備單一主機在階梯1與集線器在較低階的階梯式星狀拓樸架構，以提供匯流排至裝置的連接特性。針對連接 USB 3.0 或 USB 2.0 裝置至 USB 3.0 匯流排上，USB 3.0 的連接模式提供了向下與向上相容性。,
3、13-1-1USB 3.0 實體介面,USB 3.0 實體介面是包含 USB 2.0 電氣特性、機械特性以及此介面的極速實體規格。USB 3.0 纜線有 8 個主要接觸點：3 組訊號線對給 USB 資料線路，以及一個電源對。USB 3.0 的纜線中將具備與 USB 2.0 完全分開的專用接收與傳送線路，因此，USB 3.0 將可以達到真正的全雙工。USB 3.0 插座（上游埠與下游埠兩種）是與 USB 2.0 連接器接頭是向下相容的。而 USB 3.0 纜線與接頭是不傾向與 USB 上游埠插座相容。SSTX 和 SSRX 就是 USB3.0 的專用接收與傳送的線路。,13-1-2USB 3.0
4、 電源,架構在 USB 纜線上的電源分配處理了 USB 裝置如何消耗由其所有連接的下游埠之埠口所提供的電源。USB 3.0 電源的分配是與 USB 2.0 是類似的，但對於在極速的裝置操作來說，提高了供應的電源額度。電源管理處理了主機、裝置、集線器與 USB 系統軟體如何互動地去提供匯流排電源的有效操作方式。而 USB 2.0 匯流排的電源管理部分是沒有改變的。,13-1-3USB 3.0 系統配置,USB 3.0 支援 US B裝置（所有類型的裝置）能夠在任何時刻從 USB 3.0 主機連接與拔離。因此，系統軟體必須支援在實體匯流排拓樸上的動態變化。而 USB 3.0 裝置的連接與脫離偵測的
5、架構單元是與 USB 2.0 一樣的。此外，針對極速匯流排規格中，提供了增強用來管理配置與電源的許多機制。這種獨立，雙匯流排架構允許每一個匯流排是分開獨立動作的，並且提供 USB 裝置連接至此裝置所能使用的最高速度的USB 匯流排上。,13-1-4USB 3.0 架構總覽,1.最高速度：USB 3.0 的最高傳輸速度是 5Gbps。2.雙向傳輸：實體層可達到雙向 5 Gbps 全雙工（full duplex）連結。3.高供電能力：USB 3.0 的供電能力提高到 900mA 左右。4.高效能：USB 3.0 採用中斷模式。5.新規格：採用封包路由（packet-routing）技術，並且僅容許
6、終端裝置有資料要傳送時才進行傳輸。,USB 3.0 架構,13-2,1.極速內部連接指裝置被連接至主機，且與主機通訊是透過極速匯流排。2.裝置極速裝置是訊息交換的來源端或是接收端。它們實現了所需的裝置端，及用來實現介於主機與在裝置邏輯功能之間的訊息交換的極速通訊層。3.主機極速主機是訊息交換的來源端或是流洩端。它實現了所需的主機端，且極速通訊層可透過匯流排來實現訊息交換。此外，其擁有極速資料啟動排程與極速匯流排的管理，並且所有裝置都連接至主機本身上。,13-2-1實體層,實體層定義了埠的 PHY 部分，介於下游外接埠（在主機或集線器）以及在裝置的上游外接埠之間的實體連接。極速實體連接是由兩個不
7、同的差動對，一個傳送路徑與一個接收路徑。而一般的信號資料傳輸率可達 5 Gbps。,13-2-2鏈結層,極速鏈結是指兩個埠的邏輯與實體連接。而被連接的埠稱之為鏈結伙伴（Link-Partners）。埠具備實體與邏輯等兩部分。鏈結層定義了埠的邏輯部分與介於鏈結伙伴之間的通訊。,13-2-3協定層,協定層定義了介於主機與裝置之間的端對端（end-to-end）通訊規則。極速協定提供了介於主機與裝置端點之間的應用程式資料訊息交換。而這通訊之間的關係稱之為管線。所有的協定層通訊能透過封包的交換來實現。封包是具備特定控制序列之資料位元組序列。這特性控制序列可作為鏈結層所管理之界定符。主機所傳送的協定封包
8、是經由中間所連接介入的集線器，然後直接到周邊裝置上。它們不會跨過匯流排路徑，且此路徑不是在主機與目標裝置之間的直接路徑的一部分。而周邊裝置預期其已經被任何所接收到的協定層封包所標定起來。因此，裝置所傳送的協定層封包很輕易地經由集線器串流到上游的主機端。,13-2-4強健性,具備差動驅動器、接收器與遮蔽層的信號完整性機構設計。標頭與資料封包的 CRC 保護。鏈結層的標頭封包重試，可確保其傳送的可信賴度。資料封包的端對端協定的重試，以確保其可信賴的傳送。連接與拔離的偵測，以及來源的系統層配置。從介於裝置功能之間的反向互動以確保獨立的資料與控制管線之建構。,13-2-4-1錯誤偵測 13-2-4-2
9、錯誤處理,13-2-5極速電源管理,裝置會送出非同步的就緒通知給主機知曉。封包被路由，允許鏈結並不須包含轉換成低功率狀態或是（及）仍維持在低功率狀態資料通訊。遇到位於低電源狀態周邊埠的封包，則會導致這些埠以轉換事件的指示去跳轉出低電源狀態。多個主機或裝置可在遞增的存在延遲時間下，以累進較低的電源來驅動鏈結狀態。,13-2-6裝置,13-2-6-1周邊裝置13-2-6-2集線器（HUB）,13-2-7主機,偵測 USB 裝置的插上與拔離。管理主機介於主機與 USB 裝置的控制流。管理主機介於主機與 USB 裝置的資料流。收集狀態與動作的統計資料。提供所連接上的 USB 裝置的電源。,13-2-8
10、資料流模式,介於主機與裝置之間的資料與控制交換是透過單向或雙向管線集的其中一種來實現的。介於主機軟體與在裝置上的特定端點之間所產生的資料傳輸。裝置可具備超過一個以上的啟動管線。包含兩種管線：資料流與管線流。預設的控制管線會存在著，以用來提供裝置的配置，狀態與控制資訊的存取。管線支援 USB 2.0 定義的四種傳輸類型（巨量、控制、中斷與等時）。針對極速規格，巨量傳輸類型具有延伸特性，稱之為資料流。,極速資料流模式,13-3,13-3-1極速通訊流,在 USB 3.0 中，端點的特性（最大封包大小、突發量大小等）是在端點描述元及極速端點伙伴（Endpoint Companion）描述元中回報的。
11、極速管線是在裝置的端點與在主機的軟體之間的聯結。此管線表示了在主機上的軟體（透過記憶體緩衝區）與在裝置上的端點之間，移動資料的能力。此外，也具備了定義在 USB 2.0 規格中，相同的動作。但與 USB 2.0 最大的差異是當在極速非等時端點是忙碌時，其會回傳尚未就緒（Not Ready，NRDY）來回應，當其想要再一次服務時，則必須送出端點就緒（End-point Ready，ERDY）。,13-3-2極速協定總覽,極速協定採用全雙工實體層，且極速協定支援了所有 USB 2.0 傳輸類型。極速全雙工實體層允許資訊能以雙向來同時傳送與接收。但極速協定更允許傳送器在接收到交握之前，可以送出多個資
12、料封包 極速是以一對一廣播封包，下游埠封包能藉由主機與目標裝置之間所指定的路徑來送出，而上游埠封包能藉由裝置與主機之間所指定的方向來送出。極速封包包含了路由的資訊，集線器可以使用來決定哪一個下游埠封包需要去跨越以到達裝置上。極速資料交易是透過主機所下達的要求，及其後所跟隨的裝置的回應來初始化。極速封包是以 14-bytes 封包標頭為開始的。,極速封包是以 14-bytes 封包標頭為開始的。但有些封包僅包含標頭而已。所有標頭是以封包類型資訊來開始的，以決定如何去操作封包。而此標頭是由 16-bits CRC（CRC-16）檢核碼來保護，並以 2-bytes 鏈結控制字元組作結尾。,四種基本封
13、包類型 鏈結管理封包（LMP）資料交易封包（TP）資料封包（DP）等時時間戳封包（ITP）,13-3-3極速傳輸概念,資料突發當端點是 OUT 傳輸，主機能輕易地控制突發量。當端點是 IN 傳輸，主機能透過在這送出至裝置的確認封包欄位中，針對每一資料交易為主的端點，來限制突發量。極速 IN 傳輸在此 IN 傳輸中，主機與裝置將遵守傳輸類型與端點特性的限制。主機可以藉由送出確認封包（IN）給裝置來初始 IN 傳輸。極速 OUT 傳輸在此 OUT 傳輸中，主機與裝置將遵守傳輸類型與端點特性的限制。每一個資料封包包含了用來路由此封包到預期端點所需之定址資訊。,USB 3.0 纜線與接頭,13-4,1
14、3-4-1連接器,裝置架構,13-5,底層是用來傳送與接收的匯流排介面。中間層掌握了介於匯流排與在裝置的不同端點之間的路由資料。如同 USB 2.0，端點是最後資料的提供者或消費者。因此，其可視為資料的來源區或是流洩區。端點的特性，如端點的傳輸類型、最大資料負載及封包的數量（突發量）。這突發量是在端點描述元中，所敘述的在同一時刻接收或送出的封包數量。頂層是提供給串列匯流排裝置功能性，如滑鼠或影像攝影機介面。,結論,13-6,USB 3.0 規格已經正式發表，執行速度已可達 5Gpbs。而目前已經有 Gennum、Synopsys 與 Symwave 等半導體公司分別推出符合 USB 3.0 規格產品。其中，Gennum 宣布推出符合 USB 3.0 規格的整合式實體層和控制器產品，目前能以 IP 形式提供授權。Synopsys 表示將針對特定客戶，提供 USB 3.0 實體層、控制器和驗證 IP。Symwave 也推出可用的 USB 3.0 晶片組USB 3.0 至 SATA 控制器。此外，LeCroy 亦相對推出Voyager USB 3.0 協定分析儀及協定產生器。,
