USB3.0應(yīng)用與影響因素

簡(jiǎn)介

　　通過加快內(nèi)部和外部存儲(chǔ)轉(zhuǎn)化的性能，USB 3.0為存儲(chǔ)器市場(chǎng)帶來(lái)了一項(xiàng)根本性轉(zhuǎn)變。由于USB 3.0能夠使外部驅(qū)動(dòng)器達(dá)到與PC內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器相同的數(shù)據(jù)傳輸速度，因此用戶當(dāng)然可以比過去更加充分的利用外部存儲(chǔ)器。

　　USB 3.0無(wú)需改變PC電腦中USB連接器的波型因數(shù)即可達(dá)到這種新的性能水平，并且在所有其它方面能夠完全向后兼容。這樣，在滿足了存儲(chǔ)需求外，USB 3.0還為各種存儲(chǔ)器應(yīng)用提供了理想的解決方案。

　　本文提供了USB 3.0的簡(jiǎn)介以及影響USB 3.0應(yīng)用的各種因素。盡管這里我們關(guān)注的重點(diǎn)在于存儲(chǔ)器的應(yīng)用，但我們同樣也涉及到了一些其它應(yīng)用，因?yàn)閁SB的通用性是將這種接口用于外部磁盤驅(qū)動(dòng)器的主要原因。

　　對(duì)于存儲(chǔ)應(yīng)用，假設(shè)將他們分別為用于外部和內(nèi)部存儲(chǔ)的接口，那么USB和SATA之間的關(guān)系特別有趣。由于現(xiàn)在的USB 3.0能夠支持磁盤驅(qū)動(dòng)器的最高轉(zhuǎn)換速率，這樣在很大程度上就可以將通用的SATA驅(qū)動(dòng)器用作外部USB 3.0的外設(shè)。通過使用能夠橋接USB3.0與SATA的器件，將USB 3.0接口填加到SATA驅(qū)動(dòng)器是最直接的方式。

　　根據(jù)市場(chǎng)需求，富士通公司推出了世界首款高集成型USB3.0-SATA橋接芯片。利用能夠與現(xiàn)有系統(tǒng)輕松匹配的波形因數(shù)，芯片大大簡(jiǎn)化了PC和Mac平臺(tái)外部硬盤的實(shí)現(xiàn)，并提供了USB3.0端口與外部磁盤驅(qū)動(dòng)器間透明的數(shù)據(jù)傳輸。因此，這款器件有助于利用那些由于性能原因，已經(jīng)轉(zhuǎn)向外部SATA（eSATA）的USB的應(yīng)用，使得驅(qū)動(dòng)器制造商可以輕松利用USB 3.0所承諾的通用連接性。

　　USB 3.0簡(jiǎn)介

　　USB 3.0 —— 也被認(rèn)為是SuperSpeed USB ——為那些與PC或音頻/高頻設(shè)備相連接的各種設(shè)備提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口。從鍵盤到高吞吐量磁盤驅(qū)動(dòng)器，各種器件都能夠采用這種低成本接口進(jìn)行平穩(wěn)運(yùn)行的即插即用連接，用戶基本不用花太多心思在上面。新的USB 3.0在保持與USB 2.0的兼容性的同時(shí)，還提供了下面的幾項(xiàng)增強(qiáng)功能：

　　極大提高了帶寬——高達(dá)5Gbps全雙工（USB2.0則為480Mpbs單雙工）
　　實(shí)現(xiàn)了更好的電源管理
　　能夠使主機(jī)為器件提供更多的功率，從而實(shí)現(xiàn)USB-充電電池、LED照明和迷你風(fēng)扇等應(yīng)用。
　　能夠使主機(jī)更快的識(shí)別器件
　　新的協(xié)議使得數(shù)據(jù)處理的效率更高
　　USB 3.0可以在存儲(chǔ)器件所限定的存儲(chǔ)速率下傳輸大容量文件（如HD電影）。例如，一個(gè)采用USB 3.0的閃存驅(qū)動(dòng)器可以在3.3秒鐘將1GB的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到一個(gè)主機(jī)，而USB 2.0則需要33秒。

　　受到消費(fèi)類電子器件不斷增加的分辨率和存儲(chǔ)性能需求的推動(dòng)，希望通過寬帶互聯(lián)網(wǎng)連接能夠?qū)崿F(xiàn)更寬的媒體應(yīng)用，因此，用戶需要更快速的傳輸性能，以簡(jiǎn)化下載、存儲(chǔ)以及對(duì)于多媒體的大量?jī)?nèi)容的共享。USB 3.0在為消費(fèi)者提供其所需的簡(jiǎn)易連接性方面起到了至關(guān)重要的作用。

　　當(dāng)用于消費(fèi)類器件時(shí)，USB 3.0將解決USB 2.0無(wú)法識(shí)別無(wú)電池器件的問題。主機(jī)能夠通過USB 3.0緩慢降低電流，從而識(shí)別這些器件，如電池已經(jīng)壞掉的手機(jī)。

　　對(duì)于系統(tǒng)和ASIC開發(fā)者而言，USB 3.0芯片和IP的廣泛的實(shí)用性保證了每個(gè)設(shè)計(jì)要求都可以及時(shí)得到滿足。這種全方位的支持對(duì)于像USB 3.0這樣的標(biāo)準(zhǔn)而言特別重要，因?yàn)樗俣?、高?jí)協(xié)議和各種電纜長(zhǎng)度（從幾英寸到幾米）使得設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)兼容性成為一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

　　SATA與USB

　　最近幾年來(lái)，在爭(zhēng)相成為外部存儲(chǔ)器接口的各種器件中，USB、eSATA和Firewire在個(gè)人計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，都各自取得了多個(gè)矚目的成績(jī)。在這一點(diǎn)上，串行ATA（SATA）在消費(fèi)類PC的內(nèi)部驅(qū)動(dòng)連接性上，取代了所有其它接口。盡管被稱為CFast的新型CompactFlash版本將基于SATA構(gòu)建，但較早的并行ATA（PATA）在將CompactFlash作為存儲(chǔ)媒介的工業(yè)和嵌入式應(yīng)用中仍在繼續(xù)使用。

　　自從2004年推出以來(lái)，eSATA在外部存儲(chǔ)器應(yīng)用方面已經(jīng)向USB 2.0和FireWire提出了挑戰(zhàn)。eSATA在SATA內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器所支持的相同速率下，與外部器件互相傳輸數(shù)據(jù)。值得一提的是，eSATA接口可以支持高達(dá)3Gbps的數(shù)據(jù)傳輸率。即使接照由編碼所縮減的實(shí)際速率，eSATA的數(shù)據(jù)速率也完全足以用作最高速的硬盤驅(qū)動(dòng)器，這種驅(qū)動(dòng)器能夠以120/秒的速度傳輸數(shù)據(jù)（約為90Mbps）.

　　盡管eSATA僅用于存儲(chǔ)器應(yīng)用，但它的這些性能使其能夠搶占USB 2.0和FireWire的市場(chǎng)份額。SATA的其他優(yōu)勢(shì)還包括低處理器成本。USB 3.0的性能顯著優(yōu)于eSATA和FireWire 800。在5Gbps全雙工下，USB 3.0比可以達(dá)到800Mbps的全雙工的eSATA和FireWire 800的速度更快。（注意，eSATA的3Gbps數(shù)據(jù)是單雙工的，而USB 3.0所提供的是全雙工的。盡管我們?cè)谶@里無(wú)法詳盡的說明，但仍需提請(qǐng)注意的是USB 3.0包括可選裝置，用于傳輸無(wú)序數(shù)據(jù)，是用于磁盤驅(qū)動(dòng)搜索的最佳選擇。） [!--empirenews.page--]

　富士通的USB 3.0 —— SATA芯片解決方案

　　為了實(shí)現(xiàn)可以將SATA硬盤驅(qū)動(dòng)器用于USB 3.0的簡(jiǎn)單方法，富士通推出了MB86C30A單芯片解決方案，用以將USB 3.0和基于SATA/ATA/ATAPI的大容量存儲(chǔ)器進(jìn)行橋接。這種橋接芯片將USB2.0和USB3.0的海量存儲(chǔ)要求轉(zhuǎn)移給SATA和ATA/ATAPI通信協(xié)議。

　　MB86C30A是世界首款USB 3.0從芯片，采用了富士通的高速串行I/O技術(shù)。不久的將來(lái)，利用65nm CMOS技術(shù)構(gòu)建的芯片，在采用高速USB規(guī)格方面，將實(shí)現(xiàn)更低的功耗和更大的靈活性。富士通已經(jīng)在“2009 SuperSpeed USB開發(fā)者協(xié)商會(huì)上”展示了其USB 3.0從芯片，并證明了它具有行業(yè)最快的傳輸速率。

　　此芯片符合于2008年11月發(fā)布的USB 3.0規(guī)格1.0以及SATA規(guī)格2.6版本的要求。芯片還符合USB Mass Storage 批量傳輸協(xié)議。圖1顯示了芯片的主要功能。

圖1：富士通的MB86C30A USB3.0-SATA橋接芯片

　　MB86C30A主要特性

　　高速加密引擎

　　在安全性方面MB86C30A嵌入式命令解析器支持ATA命令集，帶有一個(gè)高速加密引擎和DMA控制器。由于加密功能是由硬件而非軟件進(jìn)行控制，因此MB86C30A使得USB 3.0的潛在傳輸速率（見圖2）達(dá)到了最大化。芯片支持面向CBC-AEC的128位和256位的主要長(zhǎng)度，以及面向XTS-AES的主要長(zhǎng)度。加密引擎是基于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院標(biāo)準(zhǔn)（NIST）的標(biāo)準(zhǔn)AES代碼/解碼硬件引擎。

　　電源管理

　　MB86C30A支持USB 3.0所推出的許多電源管理功能。例如：當(dāng)USB 3.0端點(diǎn)準(zhǔn)備完成，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，它會(huì)通知給主機(jī)，這樣就減少了查詢端點(diǎn)過程中所需的功率。其它協(xié)議變更也是以類似的方式節(jié)約功率，USB 3.0鏈路層會(huì)根據(jù)總線的活動(dòng)自動(dòng)進(jìn)入低功耗狀態(tài)。

　　USB 2.0/USB 3.0和SATA的PHY和鏈路集成

　　MB86C30A整合了一個(gè)物理層接口（PHY），在雙工線上（即DP和DM）都具有終端電阻。因此，其實(shí)施需要最少量的外部元件并可以實(shí)現(xiàn)與物理介質(zhì)的輕松互聯(lián)。

　　嵌入式擴(kuò)展頻譜時(shí)鐘發(fā)生器（SSCG）

　　由于電磁干擾（EMI）在高頻狀態(tài)下容易出現(xiàn)更多問題，因此USB 3.0需要采用一個(gè)頻譜時(shí)鐘，這個(gè)時(shí)鐘必須在主機(jī)和每個(gè)端點(diǎn)中獨(dú)立生成。富士通橋接芯片的工作頻率為75MHz，并整合了一個(gè)SSCG。這種集成簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并降低了對(duì)于其它除噪元件的需求，如旁路電容器、扼流圈、磁珠等。

圖2：針對(duì)各種引擎標(biāo)準(zhǔn)的MB86C30A傳輸速率[!--empirenews.page--]高性能CPU和其它資源

　　MB86C30A整合了一個(gè)高性能的32位ARM 7處理器（ARM7TDMI），帶有一個(gè)64Kb的專用程序存儲(chǔ)器，工作頻率為75MHz。因此，利用可定制的固件，開發(fā)者就能夠創(chuàng)建差異化更高的外部SATA驅(qū)動(dòng)器。通用I/O（GPIO）進(jìn)一步擴(kuò)展了器件的多功能性。

　　SPI接口選項(xiàng)

　　MB86C30A具有一個(gè)串行外設(shè)接口（SPI），用于提供與串行flash和EEPROM的連接。

　　可定制的功能（VID/PID）

　　每個(gè)USB產(chǎn)品都具有唯一的供應(yīng)商ID（VID）和產(chǎn)品ID（PID）。MB86C30A允許用戶來(lái)定制芯片的供應(yīng)商ID、產(chǎn)品ID及字符串。

　　輕松移植

　　為了實(shí)現(xiàn)從以往設(shè)計(jì)到USB 3.0的輕松移植，MB86C30A采用了與過去的USB 2.0橋ASSP相似的封裝。這個(gè)64引腳LQFP封裝具有0.4mm的引腳間距，因此，有助于將PCB的生產(chǎn)成本保持在最低水平。

　　MB86C30A符合如下標(biāo)準(zhǔn)：

　　《通用串行總線規(guī)格3.0》，1.0版本
　　《通用串行總線規(guī)格》，2.0版本
　　《Mass Storage批量傳輸協(xié)議》，1.0版本
　　《串行ATA規(guī)格》，2.6版本
　　ATA和ATAPI器件支持

　　目前，USB類驅(qū)動(dòng)器屬于邏輯器件驅(qū)動(dòng)（LDD），提供了通用功能，并符合HDD及Blu-lay的特定器件規(guī)格。

　　圖3顯示了外部硬件驅(qū)動(dòng)器的框圖，這個(gè)驅(qū)動(dòng)器可以用于PC或消費(fèi)類電子應(yīng)用。

圖3-采用富士通MB86C30A橋接芯片的硬件磁盤驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用

　　總結(jié)

　　PC、外部硬件驅(qū)動(dòng)器、便攜式電子器件和基于flash的SSD驅(qū)動(dòng)器間不斷增長(zhǎng)的信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笸苿?dòng)了對(duì)于更快傳輸方法的研制。借助于比以住USB版本的更高的吞吐量，USB 3.0提供了在未來(lái)數(shù)年里都能滿足多方面要求的傳輸方式。富士通的MB86C30A USB3.0/SATA橋接器件為開發(fā)者提供了一個(gè)可以將SATA驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用于USB 3.0的簡(jiǎn)單方式，從而使客戶可以在幾秒鐘即可完成在之前需要數(shù)分鐘的數(shù)據(jù)傳輸。