簡介
通過加快內(nèi)部和外部存儲(chǔ)轉(zhuǎn)化的性能,,USB 3.0為存儲(chǔ)器市場(chǎng)帶來了一項(xiàng)根本性轉(zhuǎn)變,。由于USB 3.0能夠使外部驅(qū)動(dòng)器達(dá)到與PC內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器相同的數(shù)據(jù)傳輸速度,,因此用戶當(dāng)然可以比過去更加充分的利用外部存儲(chǔ)器。
USB 3.0無需改變PC電腦中USB連接器的波型因數(shù)即可達(dá)到這種新的性能水平,,并且在所有其它方面能夠完全向后兼容,。這樣,在滿足了存儲(chǔ)需求外,,USB 3.0還為各種存儲(chǔ)器應(yīng)用提供了理想的解決方案,。
本文提供了USB 3.0的簡介以及影響USB 3.0應(yīng)用的各種因素。盡管這里我們關(guān)注的重點(diǎn)在于存儲(chǔ)器的應(yīng)用,,但我們同樣也涉及到了一些其它應(yīng)用,,因?yàn)閁SB的通用性是將這種接口用于外部磁盤驅(qū)動(dòng)器的主要原因。
對(duì)于存儲(chǔ)應(yīng)用,,假設(shè)將他們分別為用于外部和內(nèi)部存儲(chǔ)的接口,,那么USB和SATA之間的關(guān)系特別有趣。由于現(xiàn)在的USB 3.0能夠支持磁盤驅(qū)動(dòng)器的最高轉(zhuǎn)換速率,,這樣在很大程度上就可以將通用的SATA驅(qū)動(dòng)器用作外部USB 3.0的外設(shè),。通過使用能夠橋接USB3.0與SATA的器件,將USB 3.0接口填加到SATA驅(qū)動(dòng)器是最直接的方式,。
根據(jù)市場(chǎng)需求,,富士通公司推出了世界首款高集成型USB3.0-SATA橋接芯片。利用能夠與現(xiàn)有系統(tǒng)輕松匹配的波形因數(shù),,芯片大大簡化了PC和Mac平臺(tái)外部硬盤的實(shí)現(xiàn),,并提供了USB3.0端口與外部磁盤驅(qū)動(dòng)器間透明的數(shù)據(jù)傳輸。因此,,這款器件有助于利用那些由于性能原因,,已經(jīng)轉(zhuǎn)向外部SATA(eSATA)的USB的應(yīng)用,使得驅(qū)動(dòng)器制造商可以輕松利用USB 3.0所承諾的通用連接性,。
USB 3.0簡介
USB 3.0 —— 也被認(rèn)為是SuperSpeed USB ——為那些與PC或音頻/高頻設(shè)備相連接的各種設(shè)備提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口,。從鍵盤到高吞吐量磁盤驅(qū)動(dòng)器,各種器件都能夠采用這種低成本接口進(jìn)行平穩(wěn)運(yùn)行的即插即用連接,,用戶基本不用花太多心思在上面,。新的USB 3.0在保持與USB 2.0的兼容性的同時(shí),還提供了下面的幾項(xiàng)增強(qiáng)功能:
極大提高了帶寬——高達(dá)5Gbps全雙工(USB2.0則為480Mpbs單雙工)
實(shí)現(xiàn)了更好的電源管理
能夠使主機(jī)為器件提供更多的功率,,從而實(shí)現(xiàn)USB-充電電池,、LED照明和迷你風(fēng)扇等應(yīng)用。
能夠使主機(jī)更快的識(shí)別器件
新的協(xié)議使得數(shù)據(jù)處理的效率更高
USB 3.0可以在存儲(chǔ)器件所限定的存儲(chǔ)速率下傳輸大容量文件(如HD電影),。例如,,一個(gè)采用USB 3.0的閃存驅(qū)動(dòng)器可以在3.3秒鐘將1GB的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到一個(gè)主機(jī),而USB 2.0則需要33秒,。
受到消費(fèi)類電子器件不斷增加的分辨率和存儲(chǔ)性能需求的推動(dòng),,希望通過寬帶互聯(lián)網(wǎng)連接能夠?qū)崿F(xiàn)更寬的媒體應(yīng)用,因此,,用戶需要更快速的傳輸性能,,以簡化下載、存儲(chǔ)以及對(duì)于多媒體的大量內(nèi)容的共享。USB 3.0在為消費(fèi)者提供其所需的簡易連接性方面起到了至關(guān)重要的作用,。
當(dāng)用于消費(fèi)類器件時(shí),,USB 3.0將解決USB 2.0無法識(shí)別無電池器件的問題。主機(jī)能夠通過USB 3.0緩慢降低電流,,從而識(shí)別這些器件,,如電池已經(jīng)壞掉的手機(jī)。
對(duì)于系統(tǒng)和ASIC開發(fā)者而言,,USB 3.0芯片和IP的廣泛的實(shí)用性保證了每個(gè)設(shè)計(jì)要求都可以及時(shí)得到滿足,。這種全方位的支持對(duì)于像USB 3.0這樣的標(biāo)準(zhǔn)而言特別重要,因?yàn)樗俣?、高?jí)協(xié)議和各種電纜長度(從幾英寸到幾米)使得設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)兼容性成為一項(xiàng)挑戰(zhàn),。
SATA與USB
最近幾年來,在爭相成為外部存儲(chǔ)器接口的各種器件中,,USB,、eSATA和Firewire在個(gè)人計(jì)算機(jī)領(lǐng)域,都各自取得了多個(gè)矚目的成績,。在這一點(diǎn)上,,串行ATA(SATA)在消費(fèi)類PC的內(nèi)部驅(qū)動(dòng)連接性上,取代了所有其它接口,。盡管被稱為CFast的新型CompactFlash版本將基于SATA構(gòu)建,,但較早的并行ATA(PATA)在將CompactFlash作為存儲(chǔ)媒介的工業(yè)和嵌入式應(yīng)用中仍在繼續(xù)使用。
自從2004年推出以來,,eSATA在外部存儲(chǔ)器應(yīng)用方面已經(jīng)向USB 2.0和FireWire提出了挑戰(zhàn),。eSATA在SATA內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器所支持的相同速率下,與外部器件互相傳輸數(shù)據(jù),。值得一提的是,,eSATA接口可以支持高達(dá)3Gbps的數(shù)據(jù)傳輸率。即使接照由編碼所縮減的實(shí)際速率,,eSATA的數(shù)據(jù)速率也完全足以用作最高速的硬盤驅(qū)動(dòng)器,,這種驅(qū)動(dòng)器能夠以120/秒的速度傳輸數(shù)據(jù)(約為90Mbps).
盡管eSATA僅用于存儲(chǔ)器應(yīng)用,但它的這些性能使其能夠搶占USB 2.0和FireWire的市場(chǎng)份額,。SATA的其他優(yōu)勢(shì)還包括低處理器成本,。USB 3.0的性能顯著優(yōu)于eSATA和FireWire 800。在5Gbps全雙工下,,USB 3.0比可以達(dá)到800Mbps的全雙工的eSATA和FireWire 800的速度更快,。(注意,eSATA的3Gbps數(shù)據(jù)是單雙工的,,而USB 3.0所提供的是全雙工的,。盡管我們?cè)谶@里無法詳盡的說明,,但仍需提請(qǐng)注意的是USB 3.0包括可選裝置,用于傳輸無序數(shù)據(jù),,是用于磁盤驅(qū)動(dòng)搜索的最佳選擇,。)
富士通的USB 3.0 —— SATA芯片解決方案
為了實(shí)現(xiàn)可以將SATA硬盤驅(qū)動(dòng)器用于USB 3.0的簡單方法,富士通推出了MB86C30A單芯片解決方案,,用以將USB 3.0和基于SATA/ATA/ATAPI的大容量存儲(chǔ)器進(jìn)行橋接。這種橋接芯片將USB2.0和USB3.0的海量存儲(chǔ)要求轉(zhuǎn)移給SATA和ATA/ATAPI通信協(xié)議,。
MB86C30A是世界首款USB 3.0從芯片,,采用了富士通的高速串行I/O技術(shù)。不久的將來,,利用65nm CMOS技術(shù)構(gòu)建的芯片,,在采用高速USB規(guī)格方面,將實(shí)現(xiàn)更低的功耗和更大的靈活性,。富士通已經(jīng)在“2009 SuperSpeed USB開發(fā)者協(xié)商會(huì)上”展示了其USB 3.0從芯片,,并證明了它具有行業(yè)最快的傳輸速率。
此芯片符合于2008年11月發(fā)布的USB 3.0規(guī)格1.0以及SATA規(guī)格2.6版本的要求,。芯片還符合USB Mass Storage 批量傳輸協(xié)議,。圖1顯示了芯片的主要功能。
圖1:富士通的MB86C30A USB3.0-SATA橋接芯片
MB86C30A主要特性
高速加密引擎
在安全性方面MB86C30A嵌入式命令解析器支持ATA命令集,,帶有一個(gè)高速加密引擎和DMA控制器,。由于加密功能是由硬件而非軟件進(jìn)行控制,因此MB86C30A使得USB 3.0的潛在傳輸速率(見圖2)達(dá)到了最大化,。芯片支持面向CBC-AEC的128位和256位的主要長度,,以及面向XTS-AES的主要長度。加密引擎是基于國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院標(biāo)準(zhǔn)(NIST)的標(biāo)準(zhǔn)AES代碼/解碼硬件引擎,。
電源管理
MB86C30A支持USB 3.0所推出的許多電源管理功能,。例如:當(dāng)USB 3.0端點(diǎn)準(zhǔn)備完成,可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí),,它會(huì)通知給主機(jī),,這樣就減少了查詢端點(diǎn)過程中所需的功率。其它協(xié)議變更也是以類似的方式節(jié)約功率,,USB 3.0鏈路層會(huì)根據(jù)總線的活動(dòng)自動(dòng)進(jìn)入低功耗狀態(tài),。
USB 2.0/USB 3.0和SATA的PHY和鏈路集成
MB86C30A整合了一個(gè)物理層接口(PHY),在雙工線上(即DP和DM)都具有終端電阻,。因此,,其實(shí)施需要最少量的外部元件并可以實(shí)現(xiàn)與物理介質(zhì)的輕松互聯(lián)。
嵌入式擴(kuò)展頻譜時(shí)鐘發(fā)生器(SSCG)
由于電磁干擾(EMI)在高頻狀態(tài)下容易出現(xiàn)更多問題,,因此USB 3.0需要采用一個(gè)頻譜時(shí)鐘,,這個(gè)時(shí)鐘必須在主機(jī)和每個(gè)端點(diǎn)中獨(dú)立生成,。富士通橋接芯片的工作頻率為75MHz,并整合了一個(gè)SSCG,。這種集成簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì),,并降低了對(duì)于其它除噪元件的需求,如旁路電容器,、扼流圈,、磁珠等。
圖2:針對(duì)各種引擎標(biāo)準(zhǔn)的MB86C30A傳輸速率高性能CPU和其它資源
MB86C30A整合了一個(gè)高性能的32位ARM 7處理器(ARM7TDMI),,帶有一個(gè)64Kb的專用程序存儲(chǔ)器,,工作頻率為75MHz。因此,,利用可定制的固件,,開發(fā)者就能夠創(chuàng)建差異化更高的外部SATA驅(qū)動(dòng)器。通用I/O(GPIO)進(jìn)一步擴(kuò)展了器件的多功能性,。
SPI接口選項(xiàng)
MB86C30A具有一個(gè)串行外設(shè)接口(SPI),,用于提供與串行flash和EEPROM的連接。
可定制的功能(VID/PID)
每個(gè)USB產(chǎn)品都具有唯一的供應(yīng)商ID(VID)和產(chǎn)品ID(PID),。MB86C30A允許用戶來定制芯片的供應(yīng)商ID,、產(chǎn)品ID及字符串。
輕松移植
為了實(shí)現(xiàn)從以往設(shè)計(jì)到USB 3.0的輕松移植,,MB86C30A采用了與過去的USB 2.0橋ASSP相似的封裝,。這個(gè)64引腳LQFP封裝具有0.4mm的引腳間距,因此,,有助于將PCB的生產(chǎn)成本保持在最低水平,。
MB86C30A符合如下標(biāo)準(zhǔn):
《通用串行總線規(guī)格3.0》,1.0版本
《通用串行總線規(guī)格》,,2.0版本
《Mass Storage批量傳輸協(xié)議》,,1.0版本
《串行ATA規(guī)格》,2.6版本
ATA和ATAPI器件支持
目前,,USB類驅(qū)動(dòng)器屬于邏輯器件驅(qū)動(dòng)(LDD),,提供了通用功能,并符合HDD及Blu-lay的特定器件規(guī)格,。
圖3顯示了外部硬件驅(qū)動(dòng)器的框圖,,這個(gè)驅(qū)動(dòng)器可以用于PC或消費(fèi)類電子應(yīng)用。
圖3-采用富士通MB86C30A橋接芯片的硬件磁盤驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用
總結(jié)
PC,、外部硬件驅(qū)動(dòng)器,、便攜式電子器件和基于flash的SSD驅(qū)動(dòng)器間不斷增長的信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笸苿?dòng)了對(duì)于更快傳輸方法的研制。借助于比以住USB版本的更高的吞吐量,,USB 3.0提供了在未來數(shù)年里都能滿足多方面要求的傳輸方式,。富士通的MB86C30A USB3.0/SATA橋接器件為開發(fā)者提供了一個(gè)可以將SATA驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用于USB 3.0的簡單方式,,從而使客戶可以在幾秒鐘即可完成在之前需要數(shù)分鐘的數(shù)據(jù)傳輸。