新出的USB Type-C接口(或稱USB C口)備受關(guān)注,這種接口正反插都可以正常工作,使用USB C口的用戶再也不用考慮接口方向是否弄錯了。
不過需要說明一下的是,USB C口與USB 3.1規(guī)范并不是一回事(譯者注:支持USB C口的設(shè)備不一定支持USB 3.1規(guī)范,反之亦然)。支持USB C口的主要軟件有這些:Windows 10既支持USB 3.1又支持USB C口;在2015款MacBook發(fā)布以后,蘋果的OSX也是同時支持USB 3.1和 USB C口;Android M將支持USB C口以提供快充功能。
在硬件方面,一些已經(jīng)支持USB C口的PC設(shè)備如下:諾基亞 N1 平板電腦、蘋果2015款MacBook、谷歌第二代Chrome book Pixel。樂視發(fā)布的樂視手機(jī)是第一款支持USB C口的智能手機(jī)(樂視手機(jī)1、樂視手機(jī)1 Pro與樂視手機(jī)1 Max都支持USB C口)。LaCie推出了一款支持USB C口的移動存儲器,SanDisk也上市了一系列支持USB 3.1 (傳輸速度達(dá)10Gbit/s)與USB C口的SSD存儲器。
新思(Synopsys)解決方案事業(yè)部產(chǎn)品市場經(jīng)理Gervais Fong表示,USB C口最吸引人的地方就是可以正反插。“我常把以前的USB接口稱為‘三試接口’,因為大多數(shù)人如果第一次插的時候沒有對準(zhǔn)插不進(jìn)去,通常會覺得自己方向搞反了,所以他會把方向反過來--這次方向真的搞反了,最后再反一次才能工作。但是如果用的是USB C口,正插反插都可以工作。而且如果你看過USB C口的線,兩頭的USB接口都是一樣的(注,USB A/B口的線兩頭是不同的),所以不僅是接口,兩頭都是USB C口的線也沒有方向性問題。”
“此外,C型接口標(biāo)準(zhǔn)可以根據(jù)使用情況設(shè)置成不同的數(shù)據(jù)速率,使得‘USB(通用串行總線)’更為通用,最新的USB 3.1標(biāo)準(zhǔn)支持最高10Gbps的速率。USB C口也支持系統(tǒng)實現(xiàn)USB 供電規(guī)范(USB power delivery specification),供電能力相比傳統(tǒng)USB口提高很多。如果你的設(shè)計很小心,采用的都是高性能的元器件,那么現(xiàn)在理論上可以通過USB線提供100W的供電。當(dāng)然要做到通過USB線提供100W供電,對于設(shè)計工程師的要求會非常高。”
Cadence設(shè)計IP部產(chǎn)品市場總監(jiān)Arif Khan注意到,由于USB C口比以往的USB口更智能,因此在軟件上需要更多的工作才能保證USB C口正常使用。“與以往相比,USB C口的供電軟件與系統(tǒng)電源控制器(power controller)的交互更為智能,”Khan提到很多廠商在努力實現(xiàn)USB C口供電功能,例如谷歌正在與Cadence和新思合作實現(xiàn)供安卓系統(tǒng)使用的USB供電規(guī)范。”
USB C口的另外一個優(yōu)勢是支持交替模式(alternate mode),通過USB C口和USB線,不僅可以傳輸U(kuò)SB規(guī)范的數(shù)據(jù),也可以傳輸一些視頻格式的數(shù)據(jù),例如DisplayPort(注:MHL也可以)。“把USB C口的這些主要功能加在一起可以得到結(jié)論,現(xiàn)在通過一根線一種接口傳輸數(shù)據(jù)、電力和視頻。”Fong指出。
新USB接口把這么多種功能整合在一起,又要提供好的用戶體驗,因此增加了很大的設(shè)計復(fù)雜度。雖然用戶不需要擔(dān)心正反插的問題,但是處理USB連接的系統(tǒng)需要知道該接口的方向到底是怎樣的。
“為了處理正反性的問題,當(dāng)一根USB C口線接入系統(tǒng)時,系統(tǒng)需要知道該接口連接的是一臺主機(jī),還是一個設(shè)備。” Fong說道,“當(dāng)USB C口插入時,還需要判斷系統(tǒng)是否支持USB供電規(guī)范,是否支持交替模式傳輸視頻。要利用USB C口的這些新功能,系統(tǒng)的復(fù)雜性就大幅增加。如果你打算把所有的功能與特性都考慮到,那么將是一個非常復(fù)雜的大系統(tǒng)。”
Walls認(rèn)為,接口的改變每個人都會注意到,即使是外行人。不過現(xiàn)在接口改為USB C口,USB的驅(qū)動軟件并沒有發(fā)生大的變化。這是因為從軟件的角度來看,USB的驅(qū)動非常復(fù)雜。“有一個普遍的規(guī)律,一個設(shè)備看起來越簡單越好用,設(shè)備后面的軟件就越復(fù)雜。”
不過Mentor Graphics的嵌入式軟件專家Colin Walls卻認(rèn)為,伴隨USB 3.1規(guī)范出現(xiàn)的USB C口,從軟件設(shè)計的角度來看卻沒有什么挑戰(zhàn)。“從軟件工程師的角度來看,最近USB技術(shù)沒有什么令人興奮的新東西,上一次USB技術(shù)的巨變是USB 3.0規(guī)范的引入,USB 3.1不過是在USB 3.0的基礎(chǔ)上提高了性能并增加了一些功能。”
因為USB軟件越來越復(fù)雜,開發(fā)人員傾向于購買USB驅(qū)動開發(fā)包, Walls說道:“假設(shè)你已經(jīng)為你的嵌入式設(shè)備選定了一種實時操作系統(tǒng),那么很可能你會向?qū)崟r操作系統(tǒng)的供應(yīng)商購買他們開發(fā)的USB協(xié)議棧。另外從軟件工程師的角度來看,他們只需要在高層協(xié)議(注:例如操作系統(tǒng)之上)基礎(chǔ)上理解USB設(shè)備是如何工作的,并不需要了解USB設(shè)備底層的具體細(xì)節(jié)。”
Fong認(rèn)為,如果USB 3.0或者USB 3.1的功能需要被集成到IP里面,PHY的設(shè)計必須要支持兩個數(shù)據(jù)通道。此外如果要支持USB供電功能和交替模式傳輸視頻的功能,IP里面必須有相應(yīng)的邏輯電路,以使系統(tǒng)無論在進(jìn)行哪種工作模式轉(zhuǎn)換時,邊帶信號都能夠得到處理。
Fong表示,對于設(shè)計開發(fā)人員來說,還有更多的好消息。“回顧USB標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程你會發(fā)現(xiàn),舊的USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)--高速USB標(biāo)準(zhǔn)--很容易用USB C口來實現(xiàn)。如果想讓支持USB 2.0的設(shè)備能夠使用USB C口非常容易。只要在原來USB 2.0的設(shè)計中增加兩個電阻,就可以把接口改為USB C口。但是如果想要支持5Gbps的USB 3.0或者10Gbps的USB 3.1,設(shè)計復(fù)雜度就增加了,PHY的設(shè)計中需要增加額外的數(shù)據(jù)通道(data lane)。接口插入的方向不同,PHY會接到數(shù)據(jù)通道1或者數(shù)據(jù)通道2上。要跑到5Gbps或10Gbps,不能把一個數(shù)據(jù)通道短路使之成為單通道傳輸,5Gbps或10Gbps對于信號完整性的要求不允許開發(fā)人員這樣處理。USB工作組在定義規(guī)范時認(rèn)識到了這一點,因為他們明確定義USB 3.0和USB 3.1需要兩條數(shù)據(jù)通道。” Fong說道。
Khan同意Fong的看法,他說:“USB C口設(shè)計上遇到的挑戰(zhàn)是現(xiàn)在很普遍的一個問題,那就是信號線上會分時傳送不同類型的信號。所以現(xiàn)在的接口內(nèi)會集成一些邏輯電路來幫助兩邊的設(shè)備確定系統(tǒng)正在采用哪種工作模式,現(xiàn)在信號線上傳送的信號是否正確。通過一組管腳設(shè)置,開發(fā)人員可以知道現(xiàn)在數(shù)據(jù)的流向是怎樣的。這些功能的實現(xiàn)對于普通用戶來說就像一個黑盒子,要使USB C口這樣的接口順利地工作起來,背后還是有很多奇妙的原理。”
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