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USB4系统架构的主要特性

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作者 : PURPLELEC
更新时间 : 2024-03-21 09:43:27
  USB4规范就是在USB 3.2规范的基础上,引入了雷电3协议规范。而雷电3协议就是DP(全名称为DisplayPort)视频协议和PCIe数据协议的结合。
  USB4系统结构组成为USB4主机和USB4设备,而USB4设备有USB4集线器和USB4外部设备两种。
  USB4系统结构旨在满足多种协议传输的需求,总共可以抽象出7种主要特性,下面逐一介绍这7种主要特性。
  USB4系统结构的特性
  一、支持高吞吐量互连的信令速率
  10 Gbps(适用于第二代,即USB4 Gen 2)和20 Gbps(适用于第三代,即USB4 Gen 3)。
  可选支持10.3125 Gbps的雷电3兼容速率(适用于第二代,即USB4 Gen 2)和20.625 Gbps(适用于第3代,即USB4 Gen 3)。40Gbps的速率是USB4 Gen 3x2,即两个通道传输。
  二、逐跳,基于信用的流量控制。
  逐跳,指的是一跳一跳(Hop-by-Hop)数据包转发机制。下面用USB4主机、USB4集线器和USB4功能设备之间传递数据包来说明这种机制。数据包的传输依靠路由器,路由器分为主机路由器和设备路由器两种。USB4主机的路由器叫作主机路由器,USB4集线器和USB4外部设备的路由器叫作设备路由器。路由器和外部接口之间的数据转换依靠适配器来完成。
USB4设备
  在USB4主机中,连接管理器控制主机路由器,将数据包传递给USB4集线器的设备路由器。这个时候,USB4集线器是不知道数据包应该如何处理的。需要告知连接管理器,由连接管理器指定转发的路径。有了这个过程,USB4集线器才会将数据包传递给USB4外部设备。
  多个路由器之间传输数据就是重复以上的过程。每两个相邻的路由器之间的传输都需要通过USB4主机的连接管理器来指定,才能传输。一个路由器就是一个跳跃点,多个路由器传输数据包就是从一个跳跃点到另一个跳跃点,这就是一跳一跳的由来。
  三、带宽管理和优先级
  路由器应启用给定路径的带宽仲裁。每个出口适配器都包含一个可配置的流量管理器,该管理器对通过该适配器的所有路径进行带宽仲裁和优先级划分。流量管理器的配置是路径设置的一部分。
  带宽仲裁就是处理USB 3.2,DisplayPort,PCIe这些数据占用的带宽的分配问题。
  路径配置空间中的“优先级”字段对于路由器是整个传输过程都有效的。它可用于确定入口适配器中的队列之间,不同入口适配器之间,不同出口适配器之间以及每个出口适配器中的队列之间的优先级。
  队列:一种存储数据的结构,类似于排队。只允许在队伍的头部进行删除操作,尾部进行增加操作。
  数据输入的适配器称为入口适配器,数据输出的适配器称为出口适配器。
  四、一种编程模型
  允许连接管理器以对隧道协议及其软件透明的方式初始化和管理USB4域
  域指的是由单个连接管理器控制的互连的路由器的组合。隧道协议是将不同的数据(如USB 3.2、DisplayPort和PCIe)封装到一起的一种协议 。
  五、一种时间同步协议,用于跨一个或多个USB4域同步实时时钟
  时间同步协议提供了一种机制,可以使连接的路由器的实时时钟和绝对时间高度精确地同步。实时时钟被组织到主从同步层次结构中,时钟位于层次结构的顶部,确定整个机制的参考时间。下图是主机路由器和其他路由器之间的传输,”M”为Master,表示主,“S”为Slave,表示从。黑色矩形表示适配器。
USB4设备
  六、错误检测,更正和恢复
  检查错误和纠正的机制使得数据能够准确传输。
  七、链路级电源管理
  USB4只支持USB Type-C接口,VBUS和GND分别为电源和接地引脚。USB Type-C插座有CC1和CC2两个管脚,用于USB PD快充协议沟通。USB Type-C插头只有一个CC1和VCONN,只有用于USB PD快充协议沟通,VCONN用于给带标记的线缆供电,读取线缆信息,确认带载电流等。USB PD协议还包含了对USB4数据的配置和选择。