USB-Suspend, and plug-play


這兩個個網頁有 usb的插拔和suspend的硬體訊號有詳細的說明, 有興趣的可以看看.

http://hi.baidu.com/doyanger/blog/item/af45d995dd64f419d31b704d.html

http://hi.baidu.com/doyanger/blog/item/f72ecaef8fcc7d212cf53433.html

我轉貼在下面

USB的挂起和唤醒 (Suspend and Resume)

2009-03-29 22:13

  USB协议的第9章讲到USB可见设备状态[Universal Serial Bus Specification, Section 9.1.1, Pg 239],分为连接(Attached),上电(Powered),默认(Default),地址(Address),配置(Configured)和挂起(Suspended)6个状态。所谓可见,即USB系统和主机可见的状态,其他状态属于USB设备内部而不可见。其中有关电源的,大致可分下面三类:
1. 连接状态(Attached):设备连接,但未提供电源。
2. 上电状态(Powered):设备被复位(Reset),或者说处于地址、配置状态。(参见USB枚举过程,USB Specification, page 241)
3. 挂起状态(Suspended):3 ms未见总线活动而处于省电状态,设备不可用,但仍然保持原有的USB地址和配置。
设备的挂起
我们知道,在USB系统中,正常状态下hub或root hub会一直周期性地发送SOF包(Start Of Frame,全速USB每1ms发送一个,高速USB则是125µs发送一个)。根据USB协议,如果USB线上一直处于空闲(Idle)状态超过3ms,设备应该把它当作一个挂起(Suspended)信号,要求设备在10ms内进入挂起状态,并把设备所需的电流大小降到规定的值(对于low-power设备,要求是500 µA,而对于high-power或支持远程唤醒(remote wakeup)功能的设备是2.5mA【Section 7.2.3, Pg176】)。在挂起状态中,设备必须继续向数据项D+/D-的上拉电阻提供电压以维持Idle状态。而对于USB2.0高速设备,还有些额外的要求:
1. 高速设备在收到挂起信号(3ms空闲)后,应在0.125ms内切换到全速状态,也就是说要把终端电阻移除,并在D+数据线上重新挂上1.5k上拉电阻。
2. 设备在随后的100-875µs内检测数据线上的状态。如果该状态是一个Full speed J,那么说明host发下来的是一个挂起信号;如果此时该状态是SE0,说明是host drive数据线D+到0,这是一个复位信号(复位信号会持续至少10ms时间)。
  要注意的是高速设备在挂起状态时处于高速模式,只是所用的是全速信号。一旦从挂起状态恢复回来,会马上进入高速工作状态而无需进行复位操作。

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USB High Speed Suspend Signal

  如上图所示,Host在a点停止发送SOF,系统处于SE0状态,b点是3ms时间点,之后的125µs内,设备移除终端电阻,并挂上1.5k上拉。此时如host发送的是suspend信号,那它就不会不drive D+数据线,导致D+被设备拉高,形成一个Full Speed J状态。在c点之后100-875µs内设备检测此时host行为,发现是suspend信号,设备内部进入低功耗的挂起(suspend)状态。(假如hsot发送的是复位信号,那么当设备在c点挂1.5k电阻之后,由于host对D+线的drive作用,D+线无法被拉高,仍然处于SE0状态,设备在c点之后的检测,发现的还是SE0状态,等到10ms后就可判断这是一个复位信号,进行设备复位操作。)

设备的唤醒
设备处于挂起状态时,任何总线上的活动(非空闲信号)都可以把设备唤醒/恢复,从而退出低功耗模式。(同样,设备也可以换醒host,比如电脑待机时通过USB键盘来换醒主机,这种功能称之为“远程唤醒”(remote wakeup),不在本文的讨论范围内。)
因为设备挂起时处于全速信号,在当host需要把将设备退出suspend状态时,需要先发送一个持续时间超过20ms的Fulll Speed K状态。设备看到K状态结束的1.3us内醒过来,而host需要在3ms内发送uSOF信号以维持正常的高速信号模式,否则设备又将进入suspend。如下图所示:

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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:

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USB全速设备上电连接

(Full-speed Device Cable and Resistor Connections)

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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:

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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 * (45Ohm ||1.5kOhm) = 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)。

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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 * (45Ohm ||45Ohm) = 17.78mA * 22.5Ohm = 400mV)

 

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3.量测了一个chirp J的宽度:43.5us。

 

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

 

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