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本帖最后由 阿杨 于 2020-3-18 11:04 编辑 8 Z# z' ^' B8 \7 M, Q
6 Z9 O Q0 |& i' Y4 n超详细解读，什么是USB 4 标准？
. o' i; p% m) G. h" ?- D: Z RUSB 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 ( d! @8 K1 h3 O
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USB 4 连接器与线缆 6 d/ Z, t+ x& j/ E3 m% E
USB 4只采用USB Type-C连接器。
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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。 ) B' S+ w" C# m2 K @2 q
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。 + E& l' r7 G5 n6 g- |1 e
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。 ; Z7 | f6 I: ]. G
USB 4 架构
: R% q* H5 `' ^7 HUSB 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。 , V2 F& x& k- t3 k# [/ m5 k5 N
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。 5 ?. U" M/ }( f1 p
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
1 y# o) P+ ]- g4 a! j, g8 MUSB 4把功能区分为五个层级(如图3)。 ( V# f: i* \8 s9 T- G/ n- K0 L
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。 5 D2 \% u8 k- t4 L( A* _
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。 6 p1 t5 w* M! d/ _5 z, N
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
& @" A( `: k& U, F' C0 k% Y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。3 O, [% q/ b0 p/ {3 c
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图四 2 U0 c! u3 T* i7 g" M; z# E
USB 3 隧道协议 , P6 ]0 y' `( I$ b5 l C0 l) u
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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
T7 i# K. O# n0 f1 r3 x( xUSB 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。 / r- D9 C* X& r
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。 1 u" B# H( H1 ~* N7 J3 M2 Q
USB 4 Device：产品有一个UFP，没有任何的DFP。 . Q; Z+ S) ]) h: c1 q+ Q
USB 4 支援的隧道协议
/ o7 I+ g+ g# H5 @0 p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 . c5 O* g( z! v3 @
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USB 4 支援的传输速率 ; o3 O, X) ]+ |3 b$ u) n$ R) X
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？
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对USB 4 Hub与USB 4-Based Dock来说，必须同时支援20Gbps及40Gbps。 5 R. `+ l' V! K9 L `1 R: R
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。 1 V; S7 e- N9 ?/ O; U
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$ h7 o3 x: {4 X 本文转自：电子产品世界/ Y. I( ~- y5 y3 D) X( ?; T$ v
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发表于 2020-3-18 10:18
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发表于 2020-3-18 15:13
