USB 2.0與 USB 3.0功能特性對(duì)比分析

簡(jiǎn)介

　　USB由于具備簡(jiǎn)單、成熟、即插即用特征。然而，USB 2.0 480 Mbps的速度無法支持新一代存儲(chǔ)和視頻。因此，移植到一個(gè)更快標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟，這就導(dǎo)致了USB 3.0新協(xié)議的開發(fā)。對(duì)于開發(fā)商而言，挑戰(zhàn)是如何充分利用USB 3.0的潛能。本文將探討使用USB 3.0硬件軟件設(shè)計(jì)問題，本文主要介紹的是手持產(chǎn)品。首先，我們將比較USB 2.0和USB 3.0的性能，以及過渡到USB 3.0模塊影響到的器件。

　　在一個(gè)普通的場(chǎng)景中，在device端，處理器直接連接到USB、存儲(chǔ)器和外設(shè)。記住這種結(jié)構(gòu)，由High-Speed過渡到SuperSpeed，處理器的影響可以概括如下：

　　USB 2.0 VS USB 3.0

　　數(shù)據(jù)速率

　　USB 2.0和USB 3.0的基本區(qū)別是帶寬。USB 2.0所提供的理論帶寬是480Mbps。事實(shí)上，收到的最大吞吐量約為320Mbps (40MBps)，它大致是理論值的三分之二。使用USB3.0，數(shù)據(jù)吞吐量為4.8Gbps。如果我們用相同的比例，那么預(yù)期的數(shù)據(jù)速率是3.2Gbps (400MBps)。然而，許多開發(fā)人員希望能提供更高的吞吐量。圖1顯示了USB 3.0 和USB 2.0用于Buffalo外部存儲(chǔ)磁盤進(jìn)行不同大小文件傳輸?shù)臄?shù)據(jù)率差異。應(yīng)該指出的是，USB 3.0數(shù)據(jù)速率受儲(chǔ)存設(shè)備約束，否則400 Mbps的數(shù)據(jù)速率很容易達(dá)到。

　　圖1可以看出，單個(gè)請(qǐng)求傳輸大小增大了，數(shù)據(jù)傳輸速率也隨之增加了。這是因?yàn)楫?dāng)請(qǐng)求傳輸大小增加時(shí)，請(qǐng)求數(shù)量和因此MSC設(shè)備要處理中斷減少，那么整體性能就更好了。64 KB傳輸過后，數(shù)據(jù)速率達(dá)到飽和(因?yàn)閃indows驅(qū)動(dòng)在一個(gè)SCSI請(qǐng)求中不能請(qǐng)求超過64 KB的數(shù)據(jù))。這些數(shù)據(jù)顯示了中斷在整個(gè)系統(tǒng)性能的重要性和影響。

　　高數(shù)據(jù)率增加了中斷速率和數(shù)據(jù)請(qǐng)求速率，這使處理器負(fù)荷顯著提高。當(dāng)處理器忙于處理USB相關(guān)的實(shí)時(shí)請(qǐng)求時(shí)，增加了延時(shí)，用戶會(huì)看到應(yīng)用處理慢了下來，這并不是一個(gè)滿意的結(jié)果。

　　數(shù)據(jù)流

　　USB 2.0數(shù)據(jù)請(qǐng)求一次只能是一個(gè)方向，與USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)不同，USB 3.0支持同時(shí)讀和寫。這是因?yàn)閁SB 2.0是半雙工協(xié)議，而USB 3.0是全雙工協(xié)議。全雙工通信是通過增加更多連接來支持同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的。它同時(shí)也帶來了成本的增加和軟件的復(fù)雜性。使用USB 2.0，處理器一次只參與傳輸，并且數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和請(qǐng)求處理非常簡(jiǎn)單。但隨著全雙工USB 3.0的到來，現(xiàn)在的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)需要加倍的信息。USB軟件模塊還需要能夠處理同時(shí)的數(shù)據(jù)操作。

　　電源管理

　　封包傳輸協(xié)議改變了(例如，廣播定向)，設(shè)備polling消除了，link的定義和功能級(jí)中間狀態(tài)，使USB3.0電源管理要很不錯(cuò)。我們將討論USB設(shè)備處理器必須要做的事情，因?yàn)榈谌N降低功耗改變了，例如多種中間狀態(tài)。

　　在USB 2.0中，狀態(tài)只有ACTIVE 和SUSPEND。SuperSpeed中有兩個(gè)以上的狀態(tài)：FAST EXIT IDLE 和SLOW EXIT IDL。狀態(tài)越多意味著硬件和軟件兩個(gè)方面都更復(fù)雜。外設(shè)可以使用link級(jí)電源管理發(fā)起省電模式。要獲得實(shí)際利益，處理器需要跟蹤USB接口的空閑時(shí)間，智能采取行動(dòng)。對(duì)于一個(gè)設(shè)備來說電源連接狀態(tài)的入口和出口速率可能很頻繁。例如，同步傳輸允許外設(shè)在服務(wù)間隔進(jìn)入低功耗狀態(tài)。這可以顯著增加處理器負(fù)載運(yùn)行時(shí)間。

　　流支持

　　USB3.0拓展了批量傳輸模式，支持流模式。批量流提供了同頻帶信號(hào)傳輸，通過一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)批量傳送支持多路多個(gè)獨(dú)立邏輯數(shù)據(jù)流協(xié)議。這種作法簡(jiǎn)化了USB設(shè)計(jì)復(fù)雜的類協(xié)議。例如，USB SCSI (UAS)海量存儲(chǔ)類使用批量流代替簡(jiǎn)單的BOT協(xié)議。在BOT中，一次只有一個(gè)pending請(qǐng)求，而在UAS中，一次可能有n-1個(gè)請(qǐng)求，這里n是批量端點(diǎn)中支持的流數(shù)。實(shí)現(xiàn)和維護(hù)一個(gè)復(fù)雜的類協(xié)議也可能使處理器一直很忙。對(duì)于BOT來說單個(gè)平面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就夠了，UAS協(xié)議要求基于優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)外設(shè)端固件。