USB2.0速度识别

USB2.0速度识别

2009-01-01 23:47

　　 我们知道USB2.0向下兼容USB1.x，即高速2.0的hub能支持所有的速度类型的设备，而 USB1.x的hub不能支持高速设备（High Speed Device）。因此，如果高速设备挂到 USB1.x的hub 上，那该设备只能工作在全速模式下。 不管是hub还是设备（device），对于速度的区分是非常重要的，否则，后续的通信根本无法进行。

全速和低速识别
　　
　　 根据规范，全速（Full Speed）和低速（Low Speed）很好区分，因为在设备端有一个 1.5k的 上拉电阻，当设备插入hub或上电（固定线缆的USB设备）时，有上拉电阻的那根数据线就会被拉高，hub根据D+/D-上的电平判断所挂载的是全速设备还是低速设备。如下两图：

USB全速设备上电连接

（Full-speed Device Cable and Resistor Connections）

USB低速设备上电连接

（Low-speed Device Cable and Resistor Connections）

高速识别
　　
　　 USB 全速/低速识别相当简单，但USB2.0，USB1.x就一对数据线，不能像全速/低速那样仅依靠数据线上拉电阻位置就能识别USB第三种速度：高速。因此对于高速设备的识别就显得稍微复杂些。

　　高速设备初始是以一个全速设备的身份出现的，即和全速设备一样，D+线上有 一个1.5k的 上拉电阻。 USB2.0的hub把它当作一个全速设备 ， 之后，hub和设备通过一系列握手信号确认双方的身份。 在这里对速度的检测是双向的，比如高速的hub需要检测所挂上来的设备是高速、全速还是低速，高速的设备需要检测所连上的hub是USB2.0的还是1.x的，如果是前者，就进行一系列动作切到高速模式工作，如果是后者，就以全速模式工作。

　　下图展示了一个高速设备连到 USB2.0 hub上的情形：

　　 hub检测到有设备插入/上电时，向主机通报，主机发送Set_Port_Feature请求让hub复位新插入的设备。设备复位操作是hub通过驱动数据线到复位状态SE0(Single-ended 0，即D+和D-全为低电平)，并持续至少10ms。

　　 高速设备看到复位信号后，通过内部的电流源向D-线持续灌大小为 17.78mA 电流。因为此时 高速设备的 1.5k 上拉电阻还未撤销，在hub端，全速/低速驱动器形成一个阻抗为45欧姆(Ohm)的终端电阻，2电阻并联后仍是45欧姆左右的阻抗，所以在hub端看到一个约800mV的电压（ 45欧姆*17.78mA ），这就是Chirp K信号。 Chirp K信号的持续时间是1ms~7ms 。

　　 在hub端，虽然下达了复位信号，并一直驱动着 SE0 ，但USB2.0的高速接收器一直在检测 Chirp K信号，如果没有 Chirp K信号看到，就继续复位操作,直到复位结束， 之后就在全速模式下操作 。 如果只是一个全速的hub，不支持高速操作，那么该hub不理会设备发送的 Chirp K信号，之后设备也不会切换到高速模式。

　　设备 发送的 Chirp K信号结束后100us内，hub 必须开始回复一连串的KJKJKJ....序列，向设备表明这是一个USB2.0的hub。这里的 KJ序列是连续的，中间不能间断，而且每个K或J的持续时间在40us~60us之间。 KJ序列停止后的100~500us内结束复位操作。hub发送 Chirp KJ序列的方式和设备一样，通过电流源向差分数据线交替灌17.78mA的电流实现。

　　 再回到设备端来。设备检测到6个 hub 发出的 Chirp 信号后（3对 KJ序列），它必须在500us内切换到高速模式。切换动作有：
1. 断开 1.5k的 上拉电阻。
2. 连接D+/D-上的高速终端电阻（high-speed termination），实际上就是全速/低速差分驱动器。
3. 进入默认的高速状态。
　　执行1，2两步后，USB信号线上看到的现象就发生变化了：hub发送出来的 Chirp KJ序列幅值降到了原先的一半，400mV。这是因为设备端挂载新的终端电阻后，配上原先hub端的终端电阻 ，并联后的阻抗是22.5欧姆。400mV就是由17.78mA*22.5Ohm得来。以后高速操作的信号幅值就是400mV而不像全速/低速那样的3V。

　　 至此，高速设备与 USB2.0 hub握手完毕，进行后续的480Mbps高速信号通信。

最后附上几幅实际USB高速识别的示波器抓图，图中蓝色信号是D+,黄色信号是D-。

1.数据线D+在T点之前挂上1.5K电阻，在T点被host拉成SE0状态。在近2ms后，设备发送第一个Chirp K，向host通知说：我是一个高速设备，如果可能，请用高速方式与我通信。其幅度是800mV（17.78mA * (45 Ohm || 1.5k Ohm ) = 800mV，见上文解释）。在这里， Chirp K的持续时间是2.13ms（a，b两点之间）。

2.这幅图显示了host发出的chirp KJ信号的幅度，头几个KJ是800mv（a，b之间），随后的是400mV。图中可以看到设备在收到第三个chirp J（蓝色短条）后马上把1.5k电阻取消，导致 chirp J的幅值下降到400mV。(17.78mA * (45 Ohm || 45Ohm ) = 17.78mA * 22.5 Ohm = 400mV )

3.量测了一个chirp J的宽度：43.5us。

 

 

最后附上一张来自Don Anderson的USB System Architecture里的USB HS接口图：