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USB4系统结构是怎样的

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作者 : PURPLELEC
更新时间 : 2024-03-20 09:45:35
  电脑主机、集线器(或扩展坞)和外部设备一起就是USB4系统。即USB4所有相互依赖的部分结合成的一个整体叫做USB4系统,USB4系统结构(英文名称USB4 Fabric)包括USB主机,USB4集线器和USB4外部设备中的一个或多个组合。
USB4系统
  USB4系统结构
  USB 3.2数据、DisplayPort数据和PCIe数据在USB4主机、USB4集线器和USB4外部设备之间的传输可以抽象出下面的模型。
USB4系统
  1、隧道协议
  将来不同协议的数据整合在一起的方式叫做隧道协议。传输的是隧道数据。USB4隧道指的传输USB4隧道数据的路径,USB4隧道数据指的是USB 3.2数据,DisplayPort数据和PCIe数据整合在一起的一种数据形式。还有常说的USB 3.2隧道,DisplayPort隧道和PCIe隧道分别指的是USB 3.2数据,DisplayPort数据和PCIe数据各自的传输路径。
  2、路由器
  本文中提到的路由器和我们生活中常说的分出无线网的那种路由器是不同的概念。本文提到的路由器指的是USB4系统结构的一种基本模块,它有两个作用:
  选择两点之间最佳传输路线
  通过USB4系统结构传输USB4数据包
  路由器分为主机路由器和设备路由器两种,比如具备USB4功能的笔记本电脑就必须有主机路由器,一个USB4接口扩展出多个USB4接口的集线器,还有接收信号视频的DisplayPort显示器以及固态硬盘和移动硬盘这样的外部设备,它们都必须有设备路由器。
  USB 3.2、DisplayPort和PCIe就相当于3位乘客,路由器就相当于一个出租车司机,确定出发地和目的地后,选择最佳的行驶路线,将乘客带到指定的位置。
  3、适配器
  适配器在路由器和外部实体之间提供连接的接口。每个路由器最多包含64个适配器。适配器有三种类型:协议适配器,通道适配器和控制适配器。
  3.1、协议适配器
  使用协议适配器在支持的本机协议和USB4隧道之间进行转换。
  协议适配器有四种类型:USB3适配器,DisplayPort(DP)适配器,PCIe适配器和主机接口(HI)适配器。USB3适配器,DisplayPort适配器和PCIe适配器的作用是将USB 3.2数据、DisplayPort数据和PCIe数据转化为USB4隧道数据,或者将USB4隧道数据分别转化为USB 3.2数据、DisplayPort数据和PCIe数据。
  3.2、通道适配器
  通道适配器为通道提供接口。USB4端口的每个通道有一个通道适配器。
  3.3、控制适配器
  路由器包含一个控制适配器。 控制适配器是抽象出来的一个概念,没有物理实体。 控制适配器是针对路由器的控制数据包的最终使用者。 控制适配器还生成控制数据包,这些数据包将发送到连接管理器。
  4、时间管理单元
  时间管理单元(TMU,Time Management Unit)是每个路由器的功能模块,路由器通过其时间管理单元在整个USB4系统结构中分配和同步时间。数据的传输是有一定的时间延时的,需要分配数据传输的时间,还要有同步的计时。
  同步管理单元是为了保证不同的路由器之间传输数据,有一个统一的计时方式。就好像生活中两个人聚会,都是按照北京时间来约定时间的。假如一方隔聚会点较远,一方隔聚会点较近,那么较近的一方就可以评估时间晚一点出发。
  5、重定时器
  一个USB4产品每个USB4端口最多可包含两个板载重定时器。重定时器的作用是将前一级的信号进行重整之后,传给后一级,具有恢复数据的功能,降低数据传输出错的可能性。
  6、连接管理器
  连接管理器是负责枚举,配置和管理路由器的软件实体。连接管理器执行诸如路径设置和拆除,热插拔和拔插以及带宽管理之类的任务。 连接管理器是USB4主机系统的一部分。
  7、USB4链路
  链路指的是一个点到另一个点的一段真实的线路,称为物理线路。中间没有其他的节点。USB4链路指的是互连的路由器的USB4端口之间的连接。下图以USB4主机和USB4设备的连接来说明。
USB4系统
  可以直观看到,USB4链路就是红色方框圈出来的部分。即USB4主机和USB4设备的USB4端口分别与USB Type-C母座相连的蓝色连线部分,以及两个USB Type-C母座相连的绿色连线部分,它们一起组成了USB4链路。其中,绿色连线表示的就是两端都是USB Type-C公头的线缆。蓝色连线表示的是USB4主机和USB4设备的USB4端口到USB Type-C母座之间电路板上的线路。