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    ◆ SuperSpeed:USB 3.0技术解析


    几种主要接口速度对比

      USB 3.0的SuperSpeed也不是白叫的,它在USB 2.0标准480Mbps的基础上将信号速率进一步提高到5Gbps,这也是很多厂商的宣传图中10x性能的来源。


    USB 3.0双总线架构

      USB 3.0既需要高速的SuperSpeed总线,又需要向下兼容USB 2.0,所以它使用了双总线架构,Host和Hub部分可以同时操作USB 3.0、USB 2.0总线,不过devices部分不行,USB 3.0的接头类型(connection model)总是会选择信号速率最高的总线。

      与USB 2.0相比,3.0的物理层、链接层基本没有变化,特别是物理层兼容于USB 2.0,协议层变化的主要是编码方式,使用了高速数据中常用的8bit/10bit编码,并由物理层负责信号编码解码,减少EMI干扰。

    接口、线缆的变化


    从左到右依然是Type-A、Type-B以及Micro-B接口

      与理论架构上的变化相比,接口及线缆方面的变化才是最明显的,USB 3.0定义了三种接口,A型最常见,它与USB 2.0接口完全兼容。

      B型不能向下兼容,USB 2.0 Type B插头可以插入到USB 3.0接口了,反之不行,这个接口主要用于打印机,不过在硬盘底座的接口上很常见。

      最后一个是Micro B,也是不能向下兼容,主要用于手机和其他小型设备上,不过除了在ORICO的移动硬盘上见过这个接口,手机上用的多的还是Micro USB 2.0接口,还真没见过USB 3.0的。

      USB 2.0接口上有四片(pin)金属触角,一片接地,一片负责Vbus,D+、D-负责数据传输,而USB 3.0增加到9片,为了保持兼容性,前面的四片没有变化,只在接口后部多了5片,以Type-A为例来看一下。


    USB 3.0标准接口定义

      新增的5个触角多了一个接地的,其余的四个TX+、TX-和RX+、RX-主要负责USB 3.0信号数据传输,支持全双工运作,而USB 2.0的D+、D-只能支持半双工模式,多出的这四个数据传输针脚就是USB 3.0速度大幅提升的主要因素了。


    USB 3.0线缆变化

      USB 3.0使用的线缆也发生了改变,视觉上的变化是变粗了,因为里面的线缆增多了,有两对SDP信号线,一对UTP信号线,其他的就是供电线及接地线了。

    USB 3.0与xHCI规范

      与USB 2.0时代不同,USB 3.0时代除了有一个开放的、共同的USB 3.0 Specification规范之外,还有一个xHCI规范,并且围绕这个xHCI规范还产生了不小的风波。


    xHCI规范说明

      xHCI(Extensible Host Controller Interface,扩展主控制器界面)最早是Intel开发的,它与USB 3.0的关系就好比所有汽车厂商都可以造时速300公里的汽车,但是在关键的发动机设计上Intel有自己的规范,其他厂商需要自己设计发动机,但是不同的技术可能会导致最后的汽车实际速度差距甚远,而且这个过程还要花费大量时间和投资。

      Intel的做法遭到了其他厂商的抵制,虽然这是Intel自己投资开发的技术,但是最后还是选择了免费公开,其他厂商也可以根据xHCI规范设计USB 3.0的主控制器芯片。

      目前的USB 3.0芯片普遍支持的是0.96版xHCI规范,1.0版的架构变化不大,主要是优化了能耗,增加了部分传输协议,比如UASP,它借鉴了SCSI接口架构的优点,在传输中不必等待数据传送完毕,就能送出下一组数据。

      此外,Windows 8将原生支持USB 3.0,而且速度也不比官方驱动差,这一点是验证过了的,但是Windows 8的硬件要求里要求USB 3.0芯片达到xHCI 1.0规范才能提供UASP支持,目前这些只支持0.96版规范的USB 3.0芯片多少都会受一些影响。

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