2024年1月17日发(作者：)

新一代高速串行接口USB3.0介绍Abstract:USBserialinterfaeewiththeadvantageofPlugandPlayandhighPerformanee一Prieeratio,haswonuser,5extenJ:iththedeveloPmentofeomPuterandeleetronieteehnology,USB2.0interfaeetransmissionrateeannotsatisfythedemandofusers,andUSBI哪lementersForumdevelopedanewgenerationhigh一Peranalyzeseharaeteristies,eomPatibilityandteehniealimPlementation,testingand50onofUSB3.0indetail.摘要:USB串行接口以其即插即用!性价比高等优点,目前已经获得用户的广泛认可"随着计算机!电子技术的发展,USB2.0接口传输速率已经不能满足用户的需求,USB应用者论坛组织开发了USB3.0新一代高速串行接口"本文将衬USB3.O特点!兼容性!技术实现!测试等进行详细的介绍"令清华大学光盘国家工程研究中心深圳分中心王宗超倪凯王伟能王鸿钧赵诣也就是625MB/s,向下兼容USB1.0/1.1/2.0"一!引言USB是英文UniversalSerialBUS机的数据交互!易用性!端口扩充等考虑而联合提出的新的接口标准,在1994年底USB总线规范0.7版问世,标志着USB正式诞生"在1996年初,USBI.0版本发布后,USB技术才相(通用串行总线)的缩写,是一个外部总线标准,用于规范电脑与外部设备的连接和通讯,是应用在PC等电子产品领域的接口技术"USB版本经三!USB3.O介绍1.推出过程主流USB2.0标准的理论数据最高传输率达到每秒480MbPs,即0MB6/s,这是理论上最高传输率,如果几台设备共用一个USB通道,主对成熟"USB版本到目前为止,历经了三个阶段"第一代:USBI.0是在1996年出现的,速度只有/s,历了多年的发展,至现在已经发展为广泛使用的2.0版本和即将大规模推广的3.0版本,成为目前电脑中的标准扩展接口"USB具有传输速度快,使用方便,支持热插拔,连接灵活,独立供电等优点,USB接口可用于连接多达127个外设,如连接鼠标!键标准中称为LowSPeed,.两年后升级为USBI.1,速度也大大提升到FullSPeed的12Mb/s,至今在部分旧设备上还能看到这种标准的接口;第二代:2000年4月,目前广泛使用的USB2.0推出,速度达到了480Mb/s,又称HighSpeed,是USB控制芯片会对每台设备可支配的带宽进行分配!控制,因此一般USB2.0接口速度很难超过40MB/s"但是随着数字媒体的日益普及,单个文件的所占空间越来越大,高清视频!盘!打印机!扫描仪!摄像头!闪存盘!MP3!手机!数码相机!移动硬盘!外置光软驱!USB网卡!ADSLModem!eableModem等几乎所有的外部设备"游戏程序!数码照片的容量动辄几GB,大容量闪存!MP4及/海量0移动硬盘等USB设备不断增加,用户随时会遇到同时传输几GB甚至几十GB的大文件"电脑硬盘的容量也从以前40GB增加到现在几百GB甚至1.1的四十倍;USB20与USB1.0/1.1的接口是相互兼容的"第三代:经过几年的发展,USB2.0的速度早已经无法满足应用需要,uSB3.0也二!uSB发展历程USB是由英特尔!康柏!NEC!就应运而生,2008年11月,USB3.0标准正式完成并公开发布,最大传输带宽高达/s的SuperSpeed,T量级"对于快速发展的高清电影,0GB以上的单个高清晰电影文件,2BM!MIicrosoft等多家公司基于计算

即使是USB2.0的480MbPs传输速率地"usB3.0总线在包头中采用发送3.接口结构也将耗时十几至二十分钟"显然,列表区段来进行发包,上行接口提供如图2所示,USB3.0新增了5个USB20接口传输速度满足不了新产分散式的USB3.0互联,下行接口支触点,为了兼容USB2.0及以下标品的需求,新一代USB高速接口急持usB2.0设备,从而用简单的方法准,USB3.0的接口设计了上下两需开发"2007年底,英特尔公司和实现高速传输和兼容性并举的双重好层触点,新的触点将会并排在目前惠普!NEC!NXP半导体以及德州处"4个触点的后方"其中下层4个触点仪器(TexasInstruments)等公司一起组建了USB3.0推广联盟,旨在开发速度超过之前10倍的超高效USB互联技术,并扩展其应用范围"2008年11月,USB3.0组织发布了USB3.0正式标准白皮书"USB3.0版在以往几个版本的基础上,提出了更为先进的标准和更为广泛的应用领域"2.技术兼容性与USB1.1升级到USB2.0一样,USB3.0仍然采用USB2.0相同的架构,向下兼容先前的即插即用USB版本,USB2.0和USB1.1设备,都能够与USB3.0接口的设备相兼容"从接口结构来看,USB2.0线缆使用了4条线的封装设计,所以USB2.0接口使用了4个金属触点,它们分别为+SV取电!数据一!数据十!GND接图3:USB3.0双总线架构二Rx久工嚓灌扛以致开彩T8/"-.工夕夕x图l:USB3刀的标志T-巨!lrl困二阮l,l广.,番护HOStt,l}双为l27丽一ll办Devie/二e,尸J怕巴巴/二心心门:ll门团卜-rX几丈.丫)l)二义)义图圈卜r,}:ll劝Tx图4:USB2.0与USB3刀传输模式一qqqqq"卜ll."q7一~~一下~~l!Ii图2:型接口示意图图5:USB3刀线缆结构图

国日.....油翻画画Technolo留ForumMay2010与USB2.0及以下接口标准兼容,上层中与下层4个触点相交错的5个触下标准提供数据传输"5#USB3.0的测试美国测量仪器公司泰克(Tektronix)和力科都提出了USB3.0的测试方案,推出了相关的综合测试工具"如力科公司于2009年4月发布了USB3.0的物理层测试解决方闲!睡眠和中断状态"USB3.0能够提供50%一80%更多的电力支持那些点是为USB3.0设备提供的:下层的4个触点的定义与USB2.0及以下需要更多电能驱动的设备,而那些通过USB来充电的设备,则预示着能够标准相同,中间两个触点分别为D+和D一,用来进行数据传输,两边分更快的完成充电"新Powered一B接口由额外的2条线路组成,提供了高达1000毫安的电力支持,完全可以驱动别为GND和VBUS电源端口;上层的5个触点"两条为数据输出,两条数据输人,分别为UsB3.0的数据发送触点(SSTx)和数据接收触点(SSRX),中间的触点是为USB3.0特别增加的,可连接额外的信号接地案,能提供端到端的互操作测试和兼容性测试,包括了Transmiter测试!Receiver测试!TDR测试"此外,力科还提供了业界领先的USB3.0协议无线USB适配器,而摆脱了传统USB适配器靠线缆连接的必要"所以uSB3.0还有良好的无线扩展功能"除了使用了铜作为传输介质之外,uSB3.0的接口和线缆还可以支持光纤传层测试方案"泰克公司也推出了包括USB3.0用的设置文件以及发送信道线GND"3.0工作原理为了保持对USB2.0及以下标准的兼容,USB3.O设计采用了双总线结构"图3所示是USB3.0标准的双输功能,光纤输出的传输速度是很快的"如果使用光纤连接之后,UsB3.0的速度可以达到USB2.0的20倍甚至30倍"仿真功能的检测和调试,基于实时的串行数据连接解析(SDLA)软件的收发器信道仿真检测以及信号可靠性解析软件IConnect等软件工具同硬件一起构成了泰克的USB3.0综合测试工具"总线架构,USB3.0的HUB设计与USB2.0及以下标准的HUB设计是相五!USB3.O应用前景随着USB3.0的速度达到/s,USB接口步人了高速接口的行列,又由于其具有即插即用和强大的接口扩展能力,这使得USB接口具备了强大的竞争力"目前USB3.0的速度和IEEE1394接口,SATA2.0,独立,互不干扰的;USB3.0使用独立的一组总线连接至USB3.0控制中心,而USB2.0及以下标准的控制中心则单独设计"USB3.0使用的这种设计方式,避免了USB3.0设备在进四!技术创新和优势USB3.0除了具有传统的热插拔!即插即用!计算机接口扩展等优点外,还进行了一系列的创新,使得USB接口更具优势"从USB2.0行高速数据传输时的干扰,也能够对USB2.0及以下的标准实现很好的兼容"相比目前的USB2.0接口,USB3.0增加了更多并行模式的物理总线"如图4所示,USB2.0基于半双工的两线(Tx与Rx共享,双向)结构到USB3.0的四线(Tx与Rx各为两线,单向)结构,传输速率获得了十倍的提升,这是USB3.0带来的最大突破"同时USB3.0还具有NCQ(NativeCommndQueuing)技术,a能够对数据的读取方式进行优化"从eSATA等同处在高速接口水平上甚至比他们的速度还要快,而且还有进一步提高速度的潜力,再加上其良好的兼容性和由几大电子公司巨头组成的强大推广联盟,USB3,0将很快得到广泛的应用,并且像之前的USB接口标准那样得到广大用户的青睐"令二线制总线,只能提供单向数据流传输,而USB3.0采用了对偶单纯形四线制差分信号线,有自己专用的数据通路,专用的数据发送线路和独立的数据接收线路,故而支持双向并发数据流传输,这也是新规范速度猛增的关键原因"图5所示是uSB3.0的线缆结构,其中的CND和vBuS两根用于提供电源,SSTX和SSRX两对线路分别为USB3.0提供数据的发送和接而最大限度的提高数据的传输速率,保证数据传输的安全性"usB3.0具有良好的电源管理,支持待机!休眠和暂停等状态,尽量减少能耗"参考文献:[l]UniversalSerialBus3.0SPecifieation,Revision1.0.[28孙志强.从2.0到3.0,简化UsB设计的调试和验证[J].电子设计应用,2""9,(10):56一58.为了取代之前USB所采用的轮流检测和广播机制,新的规格采用封包路由(paeket一routing)技术,并且仅容许终端设备有数据要发送时才进行传输,而当设备空闲,设备将处于空=3]肖踞雄.USB技术及应用设计[M],北京:清华大学出版社,2003.4:黄辉.USB3.0技术发展和展望=[].大J众硬件,2008,(10):75一52.收,D+和D一两根线路为USB2.0及以