??簡介 ? ??USB由于具備簡單、成熟、即插即用特征，所以在市場上很流行。然而，USB 2.0 480 Mbps的速度無法支持新一代存儲和視頻。因此，移植到一個更快標準的時機已經成熟，這就導致了USB 3.0新協議的開發。對于開發商而言，挑戰是如何充分利用USB 3.0的潛能。本文將探討使用USB 3.0硬件軟件設計問題，本文主要介紹的是手持產品。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。 ??在一個普通的場景中，在device端，處理器直接連接到USB、存儲器和外設。記住這種結構，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 ? ??數據速率 ? ??USB 2.0和USB 3.0的基本區別是帶寬。USB 2.0所提供的理論帶寬是480Mbps。事實上，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，數據吞吐量為4.8Gbps。如果我們用相同的比例，那么預期的數據速率是3.2Gbps （400MBps）。然而，許多開發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外部存儲磁盤進行不同大小文件傳輸的數據率差異。應該指出的是，USB 3.0數據速率受儲存設備約束，否則400 Mbps的數據速率很容易達到。 ? ?? ? ??圖1可以看出，單個請求傳輸大小增大了，數據傳輸速率也隨之增加了。這是因為當請求傳輸大小增加時，請求數量和因此MSC設備要處理中斷減少，那么整體性能就更好了。64 KB傳輸過后，數據速率達到飽和（因為Windows驅動在一個SCSI請求中不能請求超過64 KB的數據）。這些數據顯示了中斷在整個系統性能的重要性和影響。 ??高數據率增加了中斷速率和數據請求速率，這使處理器負荷顯著提高。當處理器忙于處理USB相關的實時請求時，增加了延時，用戶會看到應用處理慢了下來，這并不是一個滿意的結果。 ? ??數據流 ? ??USB 2.0數據請求一次只能是一個方向，與USB 2.0標準不同，USB 3.0支持同時讀和寫。這是因為USB 2.0是半雙工協議，而USB 3.0是全雙工協議。全雙工通信是通過增加更多連接來支持同時傳輸數據的。它同時也帶來了成本的增加和軟件的復雜性。使用USB 2.0，處理器一次只參與傳輸，并且數據結構和請求處理非常簡單。但隨著全雙工USB 3.0的到來，現在的數據結構需要加倍的信息。USB軟件模塊還需要能夠處理同時的數據操作。 ? ??電源管理 ? ??封包傳輸協議改變了（例如，廣播定向），設備polling消除了，link的定義和功能級中間狀態，使USB3.0電源管理要很不錯。我們將討論USB設備處理器必須要做的事情，因為第三種降低功耗改變了，例如多種中間狀態。 ??在USB 2.0中，狀態只有ACTIVE 和SUSPEND。SuperSpeed中有兩個以上的狀態：FAST EXIT IDLE 和SLOW EXIT IDL。狀態越多意味著硬件和軟件兩個方面都更復雜。外設可以使用link級電源管理發起省電模式。要獲得實際利益，處理器需要跟蹤USB接口的空閑時間，智能采取行動。對于一個設備來說電源連接狀態的入口和出口速率可能很頻繁。例如，同步傳輸允許外設在服務間隔進入低功耗狀態。這可以顯著增加處理器負載運行時間。 ? ??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傳輸，通過一個標準批量傳送支持多路多個獨立邏輯數據流協議。這種作法簡化了USB設計復雜的類協議。例如，USB SCSI （UAS）海量存儲類使用批量流代替簡單的BOT協議。在BOT中，一次只有一個pending請求，而在UAS中，一次可能有n-1個請求，這里n是批量端點中支持的流數。實現和維護一個復雜的類協議也可能使處理器一直很忙。對于BOT來說單個平面數據結構就夠了，UAS協議要求基于優先級的數據結構用于實現外設端固件。 ? ??常用USB設備結構分析 ? ??考慮到海量存儲設備是市場上最常見的高性能USB外設，我們會舉一個海量存儲設備的例子，來精確的分析其性能。 ? ?? ? ??我們將討論數據方面，這是因為大部分時間里接口將涉及數據包傳輸而不是控制包。 ??數據傳輸步驟： ??1．處理器收到一個USB請求。 ??2．處理器處理這個請求。 ??3．處理器依次存儲讀/寫請求。 ??4．處理器等待傳輸完成。 ??5．處理器發送完成情況到USB host