新一代的PC接口标准:USB 2.0

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新一代的PC接口标准:USB 2.0

日期:2006-11-28   荐:

2001年以来市场上出现了越来越多的支持USB 2.0和IEEE1394接口的PC外设、数码设备、信息家电等。作为新一代的PC接口标准,USB 2.0、IEEE1394将在家用电脑中共存,但是侧重不同的应用。USB 2.0更适合用于连接那些对传输速度要求不高的PC设备,而IEEE1394接口似乎更适合于连接高速外设和信息家电设备。

USB连接线

1994年,Intel、Digital、IBM、Microsoft、NEC、Northern Telecom等几家世界著名的计算机和通讯公司成立了USB论坛,花了近两年的时间形成了统一的意见,于1995年11月正式制定了USB 0.9通用串行总线规范,1997年,真正符合USB技术标准的外设出现了。USB 1.1是目前推出的在支持USB的计算机与外设上普遍采用的标准。1999年初在Intel的开发者论坛大会上,与会者介绍了USB 2.0规范,该规范的支持者除了原有的Intel、Microsoft和NEC等成员外,还有惠普、朗讯和飞利浦三个新成员。USB 2.0向下兼容USB 1.1,传输率将达到480Mbps,还支持宽带数字摄像设备及下一代扫描仪、打印机及存储设备。 USB是应用在PC领域的新型接口技术。电脑连接外围设备的接口无统一的标准。USB将这些接口统一起来,使用一个4针插头作为标准插头。通过这个插头,采用菊花链形式可以把所有的外设连接起来,并且不会损失带宽。随着USB设备的增多,USB逐步走进了实用阶段。 成长的烦恼 USB 2.0仍然有很多方面不成熟。例如:设备驱动软件的发展状况;USB 2.0性能是否能够保证把数据传送稳定在480Mbits/s;各厂商生产的产品之间的兼容性的问题等等。只要其中任何一个环节出了问题,USB 2.0装备将很难去享受市场的成功。USB 1.0进入市场的缓慢程度已经很好地证明了这一点。Intel公司在1996年发布了支持USB 1.0的芯片组,但是兼容USB 1.0的外设产品一直到1998年才开始抓住市场。导致延误的最首要原因是设备驱动软件的发展缓慢。 目前,USB 2.0的驱动发展还比较令人满意,许多1.1版本的驱动能够无需改变就用在2.0上面。唯一会让整个USB 2.0项目缓慢下来的是针对主控IC的设备驱动。

设备驱动 举足轻重

一些外设厂商提供的USB 2.0兼容设备已经证明能够使用,完全不需要修改1.1版的驱动。然而一些新驱动的发展将仍然是必须的,当你需要利用USB 2.0的新特性传送480Mbits/s数据的时候,新驱动就非常必要了。对于USB 2.0数据传送的最小单元是微帧,它有125微妙,这是USB 1.1的1/8。这意味着新设备驱动必须提供同步执行传送更短的微帧结构。对于设计传送视频数据或音频的设备操纵声音来说,这会是非常重要。

寄存器设置 吸取教训

在USB 2.0的发展道路上Intel吸取了USB 1.0的教训。当时,Intel坚定地领导USB 1.0的主控IC发展,并拒绝透露内建的寄存器设置的细节,这些寄存器设置如今被叫做通用主控接口(UHCI)。结果,微软、国家半导体以及其他一些公司不得已发展了一套完全不同的寄存器设置,被叫做开放主控接口(OHCI),这样在市场里就有了许多带着各自一套不同寄存器设置的主控芯片,这极大延缓了驱动的发展进度。在USB 2.0规范里,Intel决定做增强的主控接口(EHCI)并且对外公布寄存器的情况。这使得主控IC归于统一,这非常有利于设备驱动的发展。

主板:重要的角色

佳能USB底片扫描仪

在USB 2.0的普及过程中,主板是个很重要的角色。PC主板上器件非常多,消除阻抗失谐和电磁冲突非常重要。4层印制电路板或许能够勉强使用USB 2.0。另外,直到目前为止,还没有一款PC外设能够操纵高达480MHz的信号频率。当时钟频率很高时,USB 2.0对信号波形失真和带欺骗性质的电磁干扰方面有了更高的要求,设计必须比过去精确很多。USB 1.1中的某些技术,在2.0里已经不再适用。在这个领域的技术精密程度很可能使得某些厂商能够比其他人更快速地发布产品。 恼人的电磁干扰 USB 1.1中已经采用的低通滤波器将削弱USB 2.0信号中的高频成分,信号波形的退化将引起操作失败。为了让电磁冲突减小到最小的程度,将主控IC做在子卡是有益的,但这样一来,如今PC使用的电缆就要被替换成带电磁屏蔽的形式,这就引发了新的标准和成本问题,并可能导致USB 2.0的退后,也许集成的形式还是可取的。

电缆日益受到关注

因为USB 2.0是一个通用的串行协议,如果某个设备发生故障,将会引发大面积的设备不能使用,这个问题已经引起了人们的关注,这种情况有时跟电缆的状况有关。在性能提升到2.0的时候,电缆没有改变,它们是在过去定义的,遵从USB 1.1标准,能够在物理上连接USB 2.0的设备。但是,某些电缆已经不能完全和1.1兼容。 集成电路 跚跚来迟 主要有三种USB 2.0兼容的集成电路。它们是集成在PC内部的主控集成电路;而外围集成电路是为外置存储器、扫描仪、打印机和其他设备而开发的;HUB的集成电路服务于HUB。这些集成电路变得比过去的USB 1.1复杂了好多。这些集成电路的发布比预期的延误了很多。


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主控IC 如何是好

主控的集成电路将在单芯片上实现USB 2.0和USB1.1的控制。当系统里面没有支持USB 2.0的设备的时候,芯片的功能就是实现对USB1.1的驱动。这时候,内部端口分配电路将连接USB1.1控制电路和物理层。但是如果有一个USB 2.0的设备存在,端口分配电路将首先连接USB 2.0控制电路和物理层电路。如果USB1.1兼容设备被监测到在某个接口上,那么这个端口的物理层将被切换到USB1.1的控制器。将USB1.1的控制电路从主控IC中移走是一个方法,或是加上一个HUB IC控制器进入,这样也能够连接USB 1.1设备。 外围设备的尴尬与精彩 在理论上USB可以实现127个设备的串联,但在实际应用中,也许串联3~4个设备就可能导致一些设备失效。而且大多数USB产品只有一个输入口,根本无法再连接下一个USB设备。另外,尽管USB本身可以提供500mA的电源,但一旦碰到高电耗的设备,就会导致供电不足。解决这些问题的办法是使用USB Hub。另外,大家必须注意的是,除特意设计的兼容硬件,USB 2.0的产品就算设计为低速产品也不能在USB 1.x的接口上运行,相反USB 2.0接口是向下兼容的,可以连接各种USB 1.x的产品。

爱华USB音箱

今天,USB已经应用到了PC机的多种外设上。最早的要算扫描仪和数码相机、数码摄像机。传统扫描仪,在扫描之前,用户必须先启动图像处理软件和扫描驱动软件,然后通过软件操作扫描仪。而USB扫描仪则不同,用户只需放好要扫描的图文,按一下扫描仪的按钮,屏幕上会自动弹出扫描仪驱动软件和图像处理软件,并实时监视扫描的过程。USB数码相机、摄像机更得益于USB的高速数据传输能力,使大容量的图像文件传输在短时间内即可完成。USB在音频系统应用的代表产品是微软公司推出的Microsoft DigitalSound System80。这个系统,可以把数字音频信号传送到音箱,不再需要声卡进行数模转换,音质也较以前有一定的提高。USB技术在输入设备上的应用很成功,USB键盘、鼠标器以及游戏杆都表现得极为稳定。早在1997年,市场上就已经出现了具备USB接口的显示器,为PC机提供附加的USB口。因为大多数的PC机外设都是桌面设备,同显示器连接要比同主机连接更方便、简单。目前市场上出现的USB设备还有USB Modem、USB网卡等。对于笔记本电脑来说,使用通用的USB接口不仅使笔记本电脑对外的连接变得方便,更可以使笔记本电脑生产厂商不再需要为不同配件在主板上安置不同的接口,这使主板的线路、组件的数量以及复杂程度都有不同程度的削减,从而使散热问题得到了改善。这也使更高主频的处理器可以迅速应用在笔记本中,从而缩小了笔记本电脑与PC的差距。 USB 2.0明日的精彩 USB 2.0的技术先进性是不可忽视的。新的VIA芯片组和Intel、AMD、SIS、ALI都已经在第二季度的新产品中加入了对USB 2.0的支持。 现在,Windows XP已经会完全支持USB 2.0设备,当系统主板一旦也支持USB 2.0的时候,微软会很快推出USB 2.0的补丁。Intel也已经承诺2002上半年将提供支持USB 2.0的芯片组。 可以预见,在不久的将来就会出现真正支持USB 2.0的PC,这将给PC制造商带来新的机遇与挑战。另外,各种外设之间也都通过USB互相连通了,一架USB数码相机可以直接向USB打印机传输图片;一部USB扫描仪可以直接向显示器输出图片……

(出处:http://www.sheup.com)


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