USB 2.0大提速

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1、解除30MB/s魔咒！实战USB2.0大提速泡泡网主板频道7月5日1998年USB1.1规范正式发布，产品主要用于将PC和电话连接起来实现计算机设备和通讯设备的完美融合，实现移动领域内的人机数据的交互，成为新的廉价而且方便的通讯连接方案。很快由于传输速率的限制，2000年4月份USB-IF组织制定出了新的USB2.0传输规范，数据传输速率提升至480Mbps，由于方便的热插拔和快速的数据交换速度，使得这一标准被PC广泛采用。时值今日USB3.0已经得到大面积的推广，这个建立在2008年的规范在经历了长达四年的风雨后，已经展现出强大的竞争力，Intel和AMD基于原生USB3.0的芯片组控

2、制器已经成为主流用户的标配，留给第三方芯片厂商机会已经不多。而在USB2.0到USB3.0过渡的过程中，很多人由于种种原因坚守在USB2.0阵线上，理论上高达60MB/s的传输速度本可以满足绝大部分数据传输需求，不过糟糕的协议和编码方式使得长期以来USB2.0最高实际速度被局限在30MB/s组左右，本文将从USB2.0数据传输底层分析传输原理和编码方式，找出一条提升USB2.0传输速度的途径，最大限度缩短传输时间。USB2.0传输协议介绍：不能并行的BOT虽然USB3.0普及之路有了很大的起色，不过目前在用的USB主控和终端设备大部分依然基于USB2.0规范，这也直接导致很多高速设备无法

3、享受到5Gbps的高速带宽。我们知道USB2.0的理论传输速率为480Mbps，也就是60MB/s的数据传输带宽，而在实际应用中这一速率受到传输协议（Bulk-OnlyTransport(BOT)协议）、编码方式的影响被限制在35MB/s以下，理论带宽利用率只有一半左右。正是基于此，USB3.0的设计完全抛弃了USB2.0的总线，新增两组数据总线，而为了保证向下兼容，USB3.0保留了USB2.0的一组传输总线。而在传输协议方面，USB3.0除了支持传统的BOT协议，还新增了USBAttachedSCSIProtocol（USAP），可以完全发挥出5Gbps的高速带宽优势，虽然目前只有很

4、少的设备能达到这一传输速率。传统BOT协议早在1999年USB1.1规范时就诞生，USB设备在同一时间只能接收或处理一个命令，而到USB2.0时代，虽然设备传输速率得到了极大的提升，但BOT协议并没有改善，此时BOT协议限制USB传输速率已经显现出来。于是大容量数据交换就迫切需要新的传输协议，因此USB-IF组织就将SCSI和USB相结合推出了新的USAP，支持多命令并发执行和NCQ队列功能，极大的提高的传输效率，另外由于支持USAP的主控设备都具备独立的计算内存模块，使得USB数据传输对CPU的依赖将会大幅降低。按照USB-IF组织的计划，USAP除了支持USB3.0，还向下对USB2

5、.0开放，不过USB2.0方面还没有任何音讯，另外受到USB2.0传输编码方式和匮乏的D+、D-总线限制，USAP要在USB2.0上展开并不是很容易。揭秘USB2.0糟糕的实际传输速度目前由于设备传输速率限制以及USB3.05Gbps传输带宽的冗余，USAP协议目前并没有急于展开，另外要实现USAP的支持，除了主控设备，终端设备也需要支持USAP，终端设备的芯片设计难度将会加大，这对于闪存等小型存储设备来说成本和体积将会显著增加，不利于产品推广，现有的一些支持USAP的设置仅限于外置存储。30MB/s成了USB2.0存储设备的速度门槛回归到主流的USB2.0设备上来，前文我们已经提到受到

6、BOT传输协议、编码方式的影响被限制在35MB/s以下，也就是说USB2.0传输带宽还有不小的提升空间。USB2.0使用了NRZI（Non-Return-to-ZeroInverted）编码，它是基于串行传输模式，传输连续的0、1字符串。在RZ（Return-to-zeroCode）编码中，正电平代表逻辑1，负电平代表逻辑0，并且每传输完一位数据，信号返回到零电平，也就是说，信号线上会出现3种电平：正电平、负电平、零电平。而零电平因为是附加的内容浪费传输带宽，所以需要去掉归零，于是就变化成了NRZ（Non-return-to-zeroCode）编码。在USB传输中，每个USB数据包，最开

7、始都有个同步域（SYNC），这个域固定为00000001，这个域通过NRZI编码之后，就是一串方波，接受者可以用这个SYNC域来同步之后的数据信号。此外，因为在USB的NRZI编码下，逻辑0会造成电平翻转，所以接受者在接受数据的同时，根据接收到的翻转信号不断调整同步频率，保证数据传输正确。但是，这样还是会有一个问题，就是虽然接受者可以主动和发送者的频率匹配，但是两者之间总会有误差。假如数据信号是1000个逻辑1，经过USB的NRZI