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本帖最后由 阿杨 于 2020-3-18 11:04 编辑
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4 o+ Q# v- _6 e# u% [超详细解读，什么是USB 4 标准？
9 c/ g7 k' i$ k. R" tUSB 4全名为Universal Serial Bus Generation 4。USB这个介面在1996年发布USB 1.0规格, 传输速度支援低速1.5 Mbps与全速12 Mbps，以及之后陆续发表支援速度480 Mbps、5Gbps、10Gbps、20Gbps等，并在2019年9月发布最新一代USB4规格，支援20 Gbps与40 Gbps。 图一 USB 4 新功能 # s+ |, S2 v4 O
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USB 4 连接器与线缆 0 i3 `7 `3 n; S
USB 4只采用USB Type-C连接器。 ! ~0 x- y7 I5 ]/ c; D& o3 Y
USB 4 Cable被动线缆，可支援的被动线缆长度由USB 3.2 Gen2的1公尺，降为USB 4 Gen3的0.8公尺。
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若需较长的线缆，如连接大尺寸萤幕，或是VR应用，可使用主动式线缆。 ! |0 E7 h; N0 u% }/ G
USB 4主动式线缆为含有Repeater元件(如Re-timer、Re-driver等主动元件)的线缆，以及光纤线缆等。至于可支援的主动式线缆长度最长为5公尺。
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USB 4 架构 $ I |( l5 @; ^* |5 A- w2 i2 F
USB 4主要构成元件有路由器(Router)、适配器(Adapter)以及TMU(Time Management Unit，时间管理单元)。
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路由器是USB 4的一个主要建构模块，路由器将隧道协议转换成USB4封包传送，并透过TMU来作时间同步。主要由USB Host内建的Connection Manager 来侦测及管理。 ) a) s! q9 `& |" N1 x/ b) R
适配器是内建在路由器里，主要功能为路由器与外部元件沟通的媒介，进行协定转换。例如USB 4 Host在传输USB 3资料(如图2)，由内部USB 3 Host透过USB 3 Adapter进行协定封装成USB 4 Tunneled Packet。一个路由器内部最多可以支援64个适配器。 ) l4 z6 Y9 ]8 O5 F
TMU是内建在路由器里，使用分布式时间管理单元(TMU)，在路由器间做时间同步。 图二 USB 4 的五个层级 : T0 L9 g( Q+ A; q
USB 4把功能区分为五个层级(如图3)。 + p/ [* n/ L. O7 F
Protocol Adapter Layer：负责USB 4与不同协议间进行对应，并把不同协议封装成Tunneled Packet，在USB 4介面内传递。 m2 z6 a1 v' M1 Z8 E$ L
Configuration Layer：负责处理由Connection manager传送来的控制封包(Control Packets)，并附加路径中对应的地址(address)，确保其可靠的传送机制。 5 A$ Y3 w- e, Y7 i7 s! w( K
Transport Layer：定义封包格式、路径、流量控制与时序控制，并产生link management Packets以提供时间同步封包、流量控制封包等。
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Logical Layer：负责建立2个装置之间的USB 4连接，提供资料传送与接收、编码与解码，电源管理，错误侦测及复原机制，并且透过Sideband Channel进行通道初始化的沟通，包括速度及双通道沟通。
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Electrical Layer：定义USB 4电气讯号的特性，如电压、抖动、编码等。
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图三
& l# V! d7 @, L如图4，以USB 3 Tunneling为例，USB 4 Host透过USB 3 Protocol Adaptor，将USB 3 Protocol经USB 4 Transport Layer、USB 4 Logic Layer、USB 4 Electrical Layer转USB 4 Link传送到USB 4 Hub Electrical Layer。再依图5顺序进行一连串USB 3/USB 4转换，将讯号传送到USB 4 Device。! T D; A2 T) E( j# V: L U& @
! T9 |( Q8 @: M2 v* v图四
, F/ v1 z: {0 E! y! A/ E, P% jUSB 3 隧道协议 & N a" a4 X% `
; p5 h4 o# b I& P: F; G7 h8 a2 ^, [USB 4讯号由PCIe、USB 3及DisplayPort隧道协议组成。此篇幅单就USB 3隧道协议讲解。USB 3隧道协议，指的是将原始USB 3封包经由Protocol Adapter Layer 封装成Tunneled封包，藉由图5可以清楚知道，红色部分是USB 3的封包，而蓝色部分是Tunneled封包，UFP(Upstream Facing Port)与DFP(Downstream Facing Port)之间会使用Physical Layer传输。 图五 USB 4 产品类型 2 f7 B, n! B4 E$ m/ o, U
USB 4 Host：产品有一个以上DFP，没有任何的UFP。
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USB 4 Hub：产品有一个UFP，并且有一个或多个DFP。
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USB 4-Based Dock：产品有一个UFP，并且有一个或多个DFP，且产品内还有其他元件的功能，如储存装置或网路功能。 , `) b0 }, U% g
USB 4 Device：产品有一个UFP，没有任何的DFP。
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USB 4 支援的隧道协议
9 Q- `3 d6 h4 J依据规格，对Host/Hub/Dock/Device必须支援的隧道协议有不同要求，如图6，打“Ｖ”为必须支援，其余则是可选择支援与否。
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例如USB Host必须支援USB 3、DisplayPort 与Host-to-Host Tunneling，可以不支援PCI Express 与TBT3 Tunneling。 图六
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USB 4 支援的传输速率 7 Q9 \5 C, L* N
USB 4支援USB 4 Gen2的20Gbps及USB 4 Gen3的40Gbps速度，是不是宣告支援USB 4就一定要支援这两个速度？ . P- ?9 E- @/ ^0 N# F
对USB 4 Hub与USB 4-Based Dock来说，必须同时支援20Gbps及40Gbps。 p' ]0 T, v% h0 w2 w$ w
对USB 4 Host与USB 4 Device来说，可以只支援20Gbps。40Gbps可列为额外支援，非必要支援速度。 图七 USB 4传输速率提升到40 Gbps，并且可以动态分享频宽，当使用一条USB Type-C连接线就可以相容于市面上Thunderbolt 3和Display Port产品，对于消费者来说是一个更加便利的介面。但对于产品开发者来说，USB 4是一个比较大的挑战，除了产品设计和以往USB 3的产品在架构上的差异，加上高频信号在PCB及连接器上的衰减，须更关注高频阻抗匹配，在开发阶段确保传输的信号品质。 $ _. [ T: Y0 p! |8 l0 E) G
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本文转自：电子产品世界* r+ {% a2 Y- G. F' [& A/ K. F5 L, A
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发表于 2020-3-18 10:18
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