- USB 3.0是什么?你能用它來(lái)干什么?
- 超高速USB 3.0的標(biāo)識(shí)
- 新的電纜結(jié)構(gòu)
- 超高速USB信令方案
- 超高速USB的應(yīng)用和獲益
USB 3.0是什么?你能用它來(lái)干什么?
USB 3.0推廣小組成立于2007年英特爾信息技術(shù)峰會(huì)。6個(gè)成員公司(惠普、英特爾、微軟、NEC、ST-NXP Wireless、德州儀器)起草 了最初的規(guī)范,并與其他參與公司共同成立了由200名業(yè)內(nèi)專(zhuān)家組成的組織,以確保在規(guī)范發(fā)布時(shí)能夠獲得廣泛的支持。這個(gè)規(guī)范在 2008年10月完成,任何希望采用它的公司都可以在2008年11月中旬獲得該規(guī)范。
圖1 超高速USB 3.0的標(biāo)識(shí)
超高速USB與舊版本之間最明顯的區(qū)別是速度提高了10倍以上:從480Mb/s提高到了5Gb/s。雖然USB 2.0高速,甚至USB全速 (12Mb/s)和低速(1.5Mb/s)已經(jīng)可以滿足許多應(yīng)用,但是USB連接仍然可能成為其他應(yīng)用中的大瓶頸。
此外,超高速USB將繼續(xù)激發(fā)業(yè)界的創(chuàng)新思想,以開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用和設(shè)備來(lái)利用更好的性能獲益。5Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸率應(yīng)該能夠?yàn)?未來(lái)5年以上的時(shí)間提供發(fā)展空間。
新的電纜結(jié)構(gòu)
傳輸速度的增加給現(xiàn)有的USB 2.0電纜帶來(lái)了挑戰(zhàn)。超高速USB需要屏蔽差分對(duì)(SDP)電纜來(lái)確保信號(hào)完整性并最小化電磁干擾 。同時(shí),電纜的最大長(zhǎng)度也從USB 2.0的5m減少到超高速USB的3m。
物理層的電子信令方案也從簡(jiǎn)單的雙線制轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N雙單工(dual-simplex)數(shù)據(jù)通路。這是通過(guò)完全分離的連接實(shí)現(xiàn)的,而不再 是現(xiàn)有USB 2.0中的雙線接口。這樣做的目的是能夠在3m電纜上實(shí)現(xiàn)5Gb/s的傳輸速率。此外,雖然需要為滿足電子信令方案而做出 更改,但主機(jī)卻不用提供新的波形因數(shù)插頭或插座;如果可能,在外圍設(shè)備上也無(wú)須做出更改。
圖2 超高速USB電纜橫截面顯示了與2.0的差別
超高速USB信令方案
為了將風(fēng)險(xiǎn)降至最低,推廣小組確定新的信令方案應(yīng)該與PCI-Express相似。這種連接保留了邊帶功能而無(wú)須額外增加電線,并且 給接收端提供了檢測(cè)連接/斷開(kāi)的功能。
超高速USB和PCI-Express的信令方案存在很大的差別。超高速USB不使用公共時(shí)鐘架構(gòu)。它在兩個(gè)邊帶上都需要擴(kuò)展頻譜,還需 要接收端提供均衡功能。時(shí)間抖動(dòng)的處理也采用了不同的方式。同時(shí),這種方案也沒(méi)有提供邊帶引腳用來(lái)進(jìn)行連接/斷開(kāi)檢測(cè),鏈路 重置,電源管理控制或喚醒。
另一項(xiàng)關(guān)鍵的改變是提高了總線電源效率。這非常有利于延長(zhǎng)便攜式設(shè)備的電池壽命,這一點(diǎn)同時(shí)適用于主機(jī)和外圍設(shè)備。這 種規(guī)范定義了極好的電源特性,特別是對(duì)于空閑鏈路而言。上行和下行端口都能夠使鏈路進(jìn)入低功耗狀態(tài)。本地電源管理控制使用 多個(gè)鏈路功耗狀態(tài)以進(jìn)一步改善電源效率。另一種節(jié)能方法無(wú)須再對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行輪流檢測(cè)。
超高速USB標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵是盡可能地提供對(duì)USB 2.0的向上兼容性。如前所述,超高速USB的信令方案是通過(guò)不同的導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)的,這 一點(diǎn)不同于USB 2.0。
這一點(diǎn)給電纜和接頭工作組帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn):他們需要在插座和插頭上新增5根導(dǎo)線,還需要保證現(xiàn)有的USB 2.0插頭能夠插 入超高速USB插座中,超高速USB 3.0插頭可以插入U(xiǎn)SB 2.0插座中,而且在所有情況下鏈路都能夠正常工作。
解決方案:在現(xiàn)有插頭和插座的插入面新增5條導(dǎo)線。這樣就提供了與USB 2.0相同的機(jī)械接口,提供了完整的后向兼容性(見(jiàn)圖 3~圖5)。
圖3 超高速USB標(biāo)準(zhǔn)A型插座和插頭
圖4 超高速USB標(biāo)準(zhǔn)B型插頭和插座
圖5 超高速USB Micro-B型插座和插頭
現(xiàn)有的Micro-B型插座(見(jiàn)圖5)無(wú)法提供空間用于新增5條導(dǎo)線,因此需要進(jìn)行較大的更改,用同時(shí)提供2.0和3.0接口的方案。這種 連接器應(yīng)該只用于小型的便攜式設(shè)備。為了避免不正確的插入,超高速USB Micro-A和AB型連接器與Micro-B型連接器在咬合栓和輪 廓方面是不同的,但在其他方面則完全相同。
與機(jī)械后向兼容性一樣,這樣做的目的是保留大量的設(shè)備驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施。相同的數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)型、中斷、塊狀和等時(shí)存儲(chǔ)設(shè)備都保 留了下來(lái)。最后,這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)保留了現(xiàn)有USB的易用性。
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應(yīng)用和獲益
更高的傳輸速率減少了從計(jì)算機(jī)向便攜式消費(fèi)類(lèi)設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)時(shí)的等待時(shí)間。最終用戶(hù)在使用帶有大量?jī)?nèi)容的設(shè)備時(shí),比如音 樂(lè)播放器、視頻播放器、數(shù)碼相機(jī)以及可攜式攝像機(jī),希望得到極好的快速同步體驗(yàn)。
文件大小的急劇增加推動(dòng)了存儲(chǔ)容量的增加。10年以前,普通的數(shù)碼相機(jī)的圖片大小為1M。5年之后,這個(gè)數(shù)字變?yōu)?M左右。今 天,許多照相機(jī)都產(chǎn)生14M大小的照片,而照相手機(jī)則是8M。推動(dòng)這種發(fā)展的動(dòng)力是存儲(chǔ)容量的增加,以及完美地存儲(chǔ)整個(gè)一周假 期內(nèi)所有的照片的需求。可攜式攝像機(jī)也是同樣。它們提供照相功能(分辨率通常會(huì)低于一般的獨(dú)立照相機(jī),但是分辨率也同樣在 增長(zhǎng)),以及包括HD MPEG2在內(nèi)的高品質(zhì)視頻。這兩種錄制類(lèi)型都需要頻繁地傳輸,也就是說(shuō),需要頻繁地將這些文件上傳到其他 位置以便重新拍攝。
同時(shí),目前存在著一種過(guò)渡——要求能夠隨身攜帶可播放更加豐富存儲(chǔ)內(nèi)容的設(shè)備。DVD正在從標(biāo)準(zhǔn)清晰度電影(5.7GB)向高清 晰度電影過(guò)渡(25GB)。
越來(lái)越多的內(nèi)容能夠隨身攜帶,首先是基于flash存儲(chǔ)器的音樂(lè)播放器,原來(lái)只能播放60min的音樂(lè),現(xiàn)在逐漸過(guò)渡到有80GB存儲(chǔ) 空間(可存放20 000首歌曲)的基于硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的播放器。
接著,這種轉(zhuǎn)變出現(xiàn)在能夠隨時(shí)播放視頻的便攜式媒體播放器(PMP)上,下一代PMP將能夠播放高清晰度電影。最后,新的商業(yè) 模式(也就是類(lèi)PVR設(shè)備中新視頻發(fā)布的“本地緩存”,可以下載到便攜式播放器中)會(huì)使得高速連通性成為大量文件傳輸?shù)那疤釛l件 。
超高速USB會(huì)應(yīng)用到哪些領(lǐng)域?所有需要與計(jì)算機(jī)執(zhí)行“快速數(shù)據(jù)即時(shí)同步”的大容量存儲(chǔ)設(shè)備中。即時(shí)同步的目標(biāo)是不超過(guò) 90s,超過(guò)這個(gè)時(shí)間,許多最終用戶(hù)會(huì)覺(jué)得難以忍受。
許多這種類(lèi)型的便攜式設(shè)備使用了flash存儲(chǔ)器。容量將繼續(xù)增長(zhǎng),這是由消費(fèi)者的需求,flash容量的急劇增長(zhǎng)以及成本的降低所 引起的。
因此,基于flash的外圍設(shè)備將受益并最終需要高得多的超高速USB數(shù)據(jù)傳輸速率。其中,包括最常見(jiàn)的USB外圍設(shè)備——無(wú)處不 在的flash驅(qū)動(dòng)器!表1總結(jié)了從USB全速到高速,再到超高速USB的用戶(hù)體驗(yàn)。
需要與個(gè)人計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行大量文件或較大文件快速移動(dòng)的多媒體應(yīng)用將會(huì)從超高速USB中獲益良多。它為那些需要在計(jì)算機(jī) 和便攜式消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品之間同步多媒體數(shù)據(jù)的用戶(hù)提供了滿意的帶寬。