Professur für VLSI-Entwurfssysteme, Diagnostik und Architektur USB 3.0. Hauptseminar Technische Informatik. Bastian Lindner

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1 Fakultät Informatik Professur für VLSI-Entwurfssysteme, Diagnostik und Architektur USB 3.0 Hauptseminar Technische Informatik Bastian Lindner Dresden,

2 Gliederung 1. Einleitung 2. Geschichte 3. Bestandsaufnahme 4. Schichten von USB 3.0: a Physikalische/Mechanische b Link/Protokoll c Device/Framework 5. Gegenüberstellung TU Dresden, USB 3.0 Folie 2 von 20

3 1 Einleitung USB - Universal Serial Bus große Verbreitung wegen günstiger Endgeräte Version 2.0 ist 8 Jahre alt veraltet INTEL bringt erste Spezifikation für USB 3.0 raus USB Implementers Forum: HP, Intel, Microsoft, NEC, ST-NXP Wireless, Texas I. TU Dresden, USB 3.0 Folie 3 von 20

4 2 Geschichte 1996 USB 1.0 (Low/Full-Speed) 1,5/12 Mbit/s Useless Serial Bus 1998 USB 1.1 große Verbreitung 2000 USB 2.0 (High-Speed) 480 Mbit/s 2008 USB 3.0 (Super-Speed) 5 Gbits/s TU Dresden, USB 3.0 Folie 4 von 20

5 3 Bestandsaufnahme Geräte von Zentralem Host gesteuert Baumstruktur mit Hub s jedes Gerät bekommt eigene Adresse Geräte kommunizieren über IN und OUT Endpunkte - Endpunkt 0 ist für Konfiguration TU Dresden, USB 3.0 Folie 5 von 20

6 3 Bestandsaufnahme Keine Taktleitung - NRZI (Non-Return-to-Zero-Invert) hält Gleichanteil gering - Synchronisations-Sequenz Paketorientiert - 24 Bit große Pakete (Token, Start of Frame etc.) Bit große pakete - 8 Bit für Handshake (ACK, NACK..) - 8 Bit Synchronisation / End-of-Packet (EOP, SOP) TU Dresden, USB 3.0 Folie 6 von 20

7 3 Bestandsaufnahme ein Leitungspaar zur hin und Rückleitung der Differenzielles Signal - USB 1.0 Spannungen - USB 2.0 Ströme - eine Verwaltungseinheit umschalten zwischen Strom und Spannung Broadcasting Kommunikation mit allen Teilnehemer 500mA auf Anfrage sonst 100mA, I max von V bus Stromversorgung oft zu niedrig TU Dresden, USB 3.0 Folie 7 von 20

8 4 Schichten von USB 3.0 a Physikalische/Mechanische b Link/Protokoll c Device/Framework TU Dresden, USB 3.0 Folie 8 von 20

9 4a Physikalische/Mechanische fünf zusätzliche Kontakte - zwei Paare zur hin und Rückleitung Differenzielles Stromsignal - eine zusätzliche Masse TU Dresden, USB 3.0 Folie 9 von 20

10 4a Physikalische/Mechanische 900mA auf Anfrage sonst 150mA, I max von V bus Maximale Kabellänge sinkt auf 3 Meter Codierung: Taktrückgewinnung - Scrambling (umkodieren der Bits) - 8b/10b Leitungscode (Firewire 800, PCI-Express) extra Verwaltungseinheit Super Speed HOST Port 3.0 Hub Low/Full/High Speed Port Port Port GERÄTE TU Dresden, USB 3.0 Folie 10 von 20

11 4b Link/Protokol Host kommuniziert direkt mit den Geräten (unicasting) Gerät meldet sich selbstständig bereit kein Polling Burst mode - Anzahl der noch nicht bestätigten Pakete einstellbar TU Dresden, USB 3.0 Folie 11 von 20

12 4b Link/Protokol senden und empfangen: Host Gerät Host Gerät Host sendet Token Host sendet Pause Pause Token Nack (Polling) Erdy Erdy Token Host empfängt Host empfängt TU Dresden, USB 3.0 Folie 12 von 20

13 4b Link/Protokol senden und empfangen: Host Gerät Host Gerät USB 2.0: Host sendet Token Host sendet Token Pause Pause Token Nack (Polling) Token Nack (Polling) Erdy Erdy Token Token Host empfängt Host empfängt TU Dresden, USB 3.0 Folie 13 von 20

14 4b Link/Protokol Schlafmodus 1. Gerät meldet sich an 2. Host will/sendet (send: ACK/DATA ) 3. Gerät hat/braucht keine (send: NRDY ) 4. Gerät kann in Stromspamodus 5a Host sendet (send: DATA ) 5b Gerät will neue Senden (send: ERDY ) 5b Host will (send: ACK ) TU Dresden, USB 3.0 Folie 14 von 20

15 4b Link/Protokol Pakete Alle Pakete haben/sind der Header - 16 Byte groß Data-Packet - zusätzlich Transaction-Packet - ACK, NRDY, ERDY... Isochronus-Timestamp-Packet (ITP) Broadcasting - synchronisiert den Host mit den Geräten Link Management Packet TU Dresden, USB 3.0 Folie 15 von 20

16 4b Link/Protokol Paket (1) Scrambler (2) 8b/10b EPF SHP (Start Header Packet) * * * Device Adress Route String/Reserved Type Data Length S Rsvd Ept Num D eob/ lpf R Seq Num Rsvd PP Reserved Stream ID/Reserved EPF EPF Link Control Word Data DWORD 0 CRC-32 END CRC-16 SDP (Start Data Packet) *wird durch Link-Layer hinzugefügt (wird nicht gescrambelt, "K" Kodierung) DWORD 0 DWORD 1 DWORD 2 DWORD 3 DWORD 0 TU Dresden, USB 3.0 Folie 16 von 20

17 4b Link/Protokol Paket USB 3.0 * * * (1) Scrambler (2) 8b/10b EPF SHP (Start Header Packet) Device Adress Route String/Reserved Type Data Length S Rsvd Ept Num D eob/ lpf R Seq Num Rsvd PP Reserved Stream ID/Reserved EPF EPF Link Control Word Data DWORD 0 CRC-32 END CRC-16 SDP (Start Data Packet) *wird durch Link-Layer hinzugefügt (wird nicht gescrambelt, "K" Kodierung) Token- und -Paket USB 2.0 PID ADDR Byte ENDP CRC-16 SOP CRC PID EOP DWORD 0 DWORD 1 DWORD 2 DWORD 3 DWORD 0 Start-of-Packet Token-Packet Data-Packet End-of-Packet TU Dresden, USB 3.0 Folie 17 von 20

18 5 Device/Framework keine großartigen Änderungen, außer Stromsparfunktionen alte Treiber sollten weiterhin funktionieren TU Dresden, USB 3.0 Folie 18 von 20

19 Gegenüberstellung USB 3.0 USB leitungen 2 leitungen 5 Gbit/s 480 Mbit/s Unicasting Broadcasting 900mA max. 500mA max. 8b/10b Code NRZI Burst-Mode kein Burst-Mode TU Dresden, USB 3.0 Folie 19 von 20

20 Quellen USB Serial Bus ( ) USB 2.0/USB 3.0 Spezifikation USB 3.0 C t Artikel 2008 Heft 22 Seite b/10b Code /0/b4e28be4a69a bfa0067f59a?OpenDocument TU Dresden, USB 3.0 Folie 20 von 20