CN101981553B - 非对称通用串行总线通信 - Google Patents

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Abstract

在一些实施例中，一种通用串行总线电缆包括：第一差分对，用于传输总线信号；以及第二差分对，用于在与由第一差分对传输的总线信号相同的方向上传输总线信号。以此方式，通用串行总线电缆的带宽在该相同方向上被加倍。描述和要求保护其他实施例。

Description

非对称通用串行总线通信
技术领域
本发明总的涉及非对称通用串行总线(USB)通信。
背景技术
通用串行总线(USB)是用于接口装置的广泛使用的串行总线标准。USB最初被设计用于计算机作为计算机和附加装置之间的即插即用接口，所述附加装置例如是音频播放器、操纵杆、键盘、数码相机、扫描仪和打印机等等。然而，USB的普及性已促使其在其他装置上也变得普遍，所述其他装置例如是视频游戏控制台、便携式数字助理(PDA)、便携式数字视频盘(DVD)及媒体播放器、蜂窝电话、电视机(TV)、诸如MP3播放器和iPod的家庭音响设备、汽车音响以及便携式存储器装置。USB可以用来连接外围设备，诸如鼠标装置、键盘、游戏手柄、操纵杆、扫描仪、数码相机、打印机、外部储存器、联网部件以及许多其他装置。
如上面所讨论的，USB是用于接口装置的串行总线标准。USB被设计成允许使用单个标准化接口插槽来连接许多外围设备并且通过允许在不重启计算机的情况下连接和断开装置来改进即插即用能力。USB也给低耗装置提供功率，从而消除了对外部电源的需要。与操作系统一起包括的公共类驱动器一般去除了安装装置驱动器的需要。
USB 1.0规范在1995年11月被引入。从1996年开始，几个计算机制造商开始在其新机器中包括USB支持，并且USB支持在1998年变得广泛，此时USB被用作在1998年5月引入的原始Apple iMac上的主连接器。USB连接器用来替换许多PS2、串行和并行端口。USB 1.1在1998年9月被引入并且是支持12Mbps(兆比特每秒)的数据传送率的外部总线标准。USB 2.0也被称为高速USB，是支持高达480Mbps的数据率的外部总线。USB 2.0与USB 1.1完全兼容，并且使用相同的电缆和连接器。USB 2.0规范在2000年4月被发布。
对于即将来临的USB 3.0规范考虑大约5Gbps(吉比特每秒)的SuperSpeed(超高速)USB速率。因此，USB 3.0应当允许十倍于USB2.0的总线速度。除了这些较快速度之外，本发明人已考虑甚至更快的总线速度。
附图说明
通过下面给出的详细描述并且通过本发明的一些实施例的附图，将更全面地理解本发明，然而所述附图不应当视为把发明限制为所描述的具体实施例，而是仅用于解释和理解。
图1示出根据本发明的一些实施例的系统。
图2示出根据本发明的一些实施例的系统。
图3示出根据本发明的一些实施例的流程。
具体实施方式
本发明的一些实施例涉及非对称通用串行总线(USB)通信。
在一些实施例中通用串行总线电缆包括：第一差分对，用于传输总线信号；以及第二差分对，用于在与由第一差分对传输的总线信号相同的方向上传输总线信号。以此方式，通用串行总线电缆的带宽在该相同方向上被加倍。
在一些实施例中，系统包括第一通用串行总线装置、第二通用串行总线装置、以及用于耦合第一通用串行总线装置与第二通用串行总线装置的通用串行总线电缆。通用串行总线电缆包括：第一差分对，用于传输总线信号；以及第二差分对，用于在与由第一差分对传输的总线信号相同的方向上传输总线信号。以此方式，通用串行总线电缆的带宽在该相同方向上被加倍。
在一些实施例中，使得通用串行总线电缆的第一差分对能够指向与通用串行总线电缆的第二差分对相同的方向。这允许在相同的方向上在第一差分对上并且在第二差分对上传输总线信号。以此方式，通用串行总线电缆的带宽在该相同方向上被加倍。
图1示出根据一些实施例的系统100。在一些实施例中，系统100包括发送块102、接收块104、传输线106(例如，差分对)、发送块112、接收块114、传输线116(例如，差分对)、以及两个其他信号线(在图1中标为D+和D-)。
在USB实施方式中(例如，在USB 3.0实施方式中)，逻辑的差分驱动的接收块和差分驱动的发送块布置在USB电缆(例如，USB 3.0电缆)的相对端。除了差分驱动的发送块和接收块之外，诸如USB 3.0互连的USB互连包括用于链路管理和其他较低带宽(例如，高达480Mbps)数据通信应用的两个其他信号线(D+和D-)。
USB 2.0信号在双绞线数据电缆(在图1中标为D+和D-)上被传输。这些电缆D+和D-共同使用半双工差分信令。D+和D-通常一起操作；它们不是单独的单工连接。所传输的信号电平例如在全速(FS)和低速(LS)模式下对于低是0.0-0.3伏特而对于高是2.8-3.6伏特，并且在高速(HS)模式下是±400mv。USB 2.0使用特殊协议来协商称作“啁啾(chirping)”的高速模式。简言之，具备HS能力的装置总是首先作为FS装置连接，但在接收USB复位(其中D+和D-两者由主机驱动到低)后，该装置尝试把D-线拉高。如果主机(或集线器)也具备HS能力，则该主机(或集线器)在D-和D+线上返回交替信号，以让该装置知道该层(tier)将在高速下操作。
SuperSpeed(例如，USB 3.0)是支持并行进出事务的双重单工连接。其双重单工信令电平和扩频时控与另一个双重单工串行互连PCIExpressTM兼容。USB 3.0的差分摆动与USB 2.0的近似相同，但是扩展时钟与支持扩频的(on-spread)USB 2.0HS时钟相反地被使用。
在图1所示的实施例中，两个差分对指向相反的方向。然而，在一些实施例中，添加使两个差分对指向相同方向的能力，从而使该方向上的带宽加倍。
图2示出根据一些实施例的系统200。在一些实施例中，系统200包括发送块202、接收块204、传输线206、发送块212、接收块214、传输线216、以及两个其他信号线(在图2中标为D+和D-)。
在USB实施方式中(例如，在USB 3.0实施方式中)，逻辑的差分驱动的接收块和差分驱动的发送块布置在USB电缆(例如，USB 3.0电缆)的相对端。除了差分驱动的发送块和接收块之外，诸如USB 3.0互连的USB互连包括用于链路管理和其他较低带宽(例如，高达480Mbps)数据通信应用的两个其他信号线(D+和D-)。在一些实施例中，USB信号在系统200中以类似于参考图1示出和描述的方式被传输。
在一些实施例中，图2的系统200允许在一个方向上提供的USB电缆的带宽是在该相同方向上图1的系统100所允许的两倍的USB解决方案(例如，USB 3.0解决方案)。注意，在一些实施例中(例如，在图2的一些实施例中)当带宽在一个方向上被加倍时，该带宽在另一个方向上被降低到480Mbps或更小。在一些实施例中，为了管理链路，在低带宽方向上的通信被实施为用于流和链路管理功能(例如，在一些实施例中，在USB 2.0线上)。在一些实施例中，这样的较小带宽通信路径可在与两倍带宽方向相反的方向上获得(例如，在一些实施例中，在USB 2.0线上和/或在D+和D-线上)。在一些实施例中，较小带宽通信路径是双向的。即，如果两倍带宽路径被选择成在一个方向上，则在一些实施例中，较小带宽通信路径被选择成在相反方向上。
在图1的一些实施例中，例如，逻辑的差分驱动的接收块(104和/或106)和逻辑的差分驱动的发送块(102和/或202)布置在USB电缆的相对端。然而在图2的一些实施例中，系统200包括使两个差分对都指向相同方向的能力，从而在该特定方向上使带宽加倍。图2所示的附加信号线D+和D-继续执行诸如流控制协议、功率管理协议、两倍带宽方向的运行时反向(reversal)、协议握手等等的链路管理功能，同时在与两倍带宽路径相反的方向上也提供数据路径。这导致非对称带宽，以允许被配置用于非对称粗管道(fat pipe)操作的互连。
在一些实施例中，非对称粗管道(AFP)操作能够实现使典型的USB电缆的带宽加倍。例如，在一些USB 3.0实施例中，与使用USB 3.0铜电缆的5Gpbs的标准、对称带宽相比，10Gbps的非对称带宽是可能的。在一些实施例中，具有增强能力的独立式USB电缆(例如，独立式USB 3.0电缆)可以被使用(例如，具有两倍非对称带宽)。在一些实施例中，在USB电缆(例如，USB 3.0电缆)上的主机到主机通信可以使用增强能力(例如，具有两倍非对称带宽)来实施。
如上面所讨论的，SuperSpeed(例如，USB 3.0)是支持并行进出事务的双重单工连接。根据一些实施例，这样的双重单工连接能够被转向以使两个管道面向相同方向。
因而，在图2的一些实施例中，在SuperSpeed和/或USB 3.0实施方式中两个管道被转向成面向相同方向。在图2的一些实施例中，在一种实施方式中使用双重单工连接把两个管道转向成面向相同方向。
图3示出根据一些实施例的流程300。在一些实施例中，例如流程300包括AFP(非对称粗管道)发现、枚举和/或配置的功能性。例如这些功能可以使用供应商特定的规定。
在流程300中链路训练在302开始。在304，做出在USB电缆的两端(例如，在USB 3.0电缆的两端)是否支持非对称粗管道(AFP)的确定。如果在USB电缆的两端支持AFP能力，则在306做出关于用户是否想要实现AFP能力的确定。如果在304在USB电缆的两端不支持AFP能力或者如果在306用户不想要实现该AFP能力，则流程300在308继续进行标准USB链路训练(例如，工业标准USB链路训练和/或标准USB 3.0链路训练)，并且然后流程300在310完成。
如果在306用户确实想要实现在USB电缆的两端支持AFP能力，则在312做出关于AFP操作的方向(即，例如两倍带宽的方向)是否可配置的确定。如果在312该方向是不可配置的，则在314实现AFP操作。在这种情况下，例如该方向由设计设定。然后流程在316完成。
如果在312该方向是可配置的，则在318向用户发送对用户期望的两倍速度方向的询问。然后，在320按照用户输入来配置两倍速度方向。然后在322实现AFP操作，并且然后流程300在324完成。以此方式，根据一些实施例，例如流程300执行AFP发现、枚举和配置。
在一些实施例中，流程300可以以软件、以固件和/或以硬件被实施。在一些实施例中，流程300可以被完整地或部分地实施在BIOS(基本输入/输出系统)固件中。在一些实施例中，流程300可以被完整地或部分地实施在主板固件中。在一些实施例中，流程300可以被完整地或部分地实施在BIOS(基本输入/输出系统)固件中和/或被完整地或部分地实施在主板固件中。
在一些实施例中，两倍于工业标准的带宽是可能的。在一些实施例中，相同方向上的两个信道允许使该方向上的带宽加倍(例如，在USB 3.0实施方式中的两个5Gbps信道)。在一些实施例中，现有的USB电缆(例如，USB 3.0电缆)可以用来使带宽加倍。在一些实施例中，针对5Gbps设计的USB 3.0电缆可以用来获得10Gbps带宽。在一些实施例中，实施USB 3.0SuperSpeed技术。
在一些实施例中，可以使用较低带宽(BW)管道。在一些实施例中，较低BW管道指的是在USB 3.0实施方式中使用的USB 2.0线，其中USB 2.0线被用于回程线路。USB事务一般是后面有响应跟随的请求。例如，在包括主机和显示器装置的系统中，“粗管道”(例如，图2中的传输线206和216)指向显示器装置。枚举是粗管道上的询问以便该装置把它自己告诉主机。在一些实施例中，这个信息然后在USB2.0线上从该装置(在这个示例中是显示器)提供到主机。在操作中，假设主体(bulk)从主机传送到该装置，主机例如通过粗管道(例如，在一些实施例中为线206和216)把视频数据发送到该装置(显示器)并且该装置通过较低带宽管道(例如，USB 2.0线)确认该数据。这不同于当前考虑的SuperSpeed和/或USB 3.0操作，在当前考虑的SuperSpeed和/或USB 3.0操作中这些确认将通过对称连接(例如，来自该装置的Tx-Rx对)到达主机(即，通过粗管道而不是通过较小带宽连接)。
在一些实施例中，例如，可以通过合并对向下到USB连接器覆盖区(footprint)(例如，USB类型A连接器覆盖区)的外部视听(A/V)连接性的支持而使移动家庭平台底盘覆盖区流线化。
在一些实施例中，具有增强能力的系统100、系统200和/或USB电缆耦合在两个USB主机装置之间(例如，在两个USB 3.0主机装置之间)。在一些实施例中，具有增强能力的系统100、系统200和/或USB电缆耦合在USB主机装置和USB客户端装置之间(例如，在USB3.0主机装置和USB 3.0客户端装置之间)。在一些实施例中，具有增强能力的系统100、系统200和/或USB电缆耦合在USB主机装置和USB集线器装置之间(例如，在USB 3.0主机装置和USB 3.0集线器装置之间)。在一些实施例中，具有增强能力的系统100、系统200和/或USB电缆耦合在USB集线器装置和USB客户端装置之间(例如，在USB 3.0集线器装置和USB 3.0客户端装置之间)。在一些实施例中，具有增强能力的系统100、系统200和/或USB电缆耦合在任何USB装置之间(例如，在任何USB 3.0装置之间)。
尽管在本文中把一些实施例描述为USB 3.0实施例或USB实施例，但是根据一些实施例可以不要求这些特定的实施方式。
尽管参考特定的实施方式描述了一些实施例，但是根据一些实施例，其他实施方式是可能的。另外，在附图中示出和/或在本文中描述的电路元件和/或其他特征的布置和/或顺序不需要以示出和描述的特定方式被布置。根据一些实施例，许多其他布置是可能的。
在图中所示的每个系统中，在一些情况下这些元件每个都可以具有相同的附图标记或不同的附图标记以表明所表示的这些元件可以是不同的和/或类似的。然而，元件可以足够灵活以具有不同的实施方式并且与本文描述或示出的一些或所有系统一起工作。在图中示出的各个元件可以是相同的或不同的。哪个被称为第一元件和哪个被称作第二元件是任意的。
在说明书和权利要求书中，术语“耦合”和“连接”以及其派生词可以被使用。应当理解，这些术语不打算作为彼此的同义词。相反，在特定的实施例中，“连接”可以用来指示两个或更多元件彼此直接物理或电接触。“耦合”可以意指两个或更多元件直接物理或电接触。然而，“耦合”也可以意指两个或更多元件彼此不直接接触，但仍然彼此协作或相互作用。
算法在这里并且一般被认为是导致期望结果的前后一致的动作或操作序列。这些包括对物理量的物理操纵。通常，尽管不是必要的，这些量采取能够被存储、传送、组合、比较以及以其他方式操纵的电或磁信号的形式。有时，主要是因平常使用的原因，把这些信号称为位、值、元件、符号、字符、项、数字等等已证实是方便的。然而，应当理解，所有这些以及类似术语要与适当的物理量相关联并且仅仅是应用于这些量的方便标记。
一些实施例可以以硬件、固件和软件中的一个或组合来实施。一些实施例也可以被实施为存储在机器可读介质上的指令，所述指令可以被计算平台读取和执行以完成本文描述的操作。机器可读介质可以包括用于以机器(例如，计算机)可读的形式存储或传输信息的任何机构。例如，机器可读介质可以包括只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁盘储存介质；光储存介质；闪速存储器装置；电、光、声学或其它形式的传播信号(例如，载波、红外线信号、数字信号、发送和/或接收信号的接口、等等)，以及其他。
实施例是本发明的实施方式或示例。在说明书中对“实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”或“其它实施例”的引用意指结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明的至少一些实施例而不必所有实施例中。出现“实施例”、“一个实施例”或“一些实施例”不必全部指代相同实施例。
不是所有本文示出和描述的部件、特征、结构、特性等等都需要被包含在一个或多个特定实施例中。例如，如果说明书陈述部件、特征、结构或特性“可以”、“也许”、“能够”或“可能”被包括，则该特定部件、特征、结构或特性不是必需被包括。如果说明书或权利要求提及“一(a)”或“一个(an)”元件，则这不意味着仅存在一个元件。如果说明书或权利要求提及“附加”元件，则这不排除存在一个以上附加元件。
尽管流程图和/或状态图在本文中可能已用来描述实施例，但是本发明不限于本文中的那些图或者对应描述。例如，流程不需要移动经过每个示出的框或状态或者以与本文示出和描述的完全相同的顺序移动。
本发明不受限于本文列举的特定细节。事实上，得益于本公开的本领域的技术人员将会明白，根据前面的描述和附图可以在本发明的范围内做出许多其他变型。因而，正是以下包括对其的任何修改的权利要求定义了本发明的范围。

Claims (21)

1.一种通用串行总线电缆，包括：
第一差分对，用于传输总线信号；以及
第二差分对，用于在与由第一差分对传输的总线信号相同的方向上传输总线信号，其中通用串行总线电缆的带宽是非对称的且使第一差分对和第二差分对都指向相同的方向以便在所述相同的方向上使带宽加倍。
2.权利要求1的通用串行总线电缆，其中所述通用串行总线电缆是USB3.0电缆。
3.权利要求1或权利要求2的通用串行总线电缆，其中在所述相同方向上通用串行总线电缆的带宽为至少10Gbps和/或由两个至少5Gbps的信道提供。
4.权利要求1的通用串行总线电缆，其中第一差分对将第一发送块与第一接收块耦合，且其中第二差分对将第二发送块与第二接收块耦合。
5.权利要求1的通用串行总线电缆，还包括在与所述相同方向相反的方向上能用的较小带宽通信路径。
6.权利要求5的通用串行总线电缆，其中较小带宽通信路径是双向的，是USB2.0通信路径，和/或是要执行链路管理功能同时也在与两倍带宽路径的相同方向相反的方向上提供数据路径。
7.权利要求6的通用串行总线电缆，其中较小带宽通信路径是选择性双向的。
8.权利要求6的通用串行总线电缆，其中链路管理功能包括流控制协议、功率管理协议、两倍带宽方向的运行时反向和/或协议握手中的一个或多个。
9.一种通用串行总线系统，包括：
第一通用串行总线装置；
第二通用串行总线装置；以及
根据权利要求1到7中任一项的通用串行总线电缆，所述通用串行总线电缆将第一通用串行总线装置与第二通用串行总线装置耦合。
10.一种在通用串行总线系统中使用的方法，包括：
将通用串行总线电缆的第一差分对指向与通用串行总线电缆的第二差分对相同的方向，以便在所述相同的方向上在第一差分对上并且在第二差分对上传输总线信号，其中通用串行总线电缆的带宽是非对称的且使第一差分对和第二差分对都指向相同的方向以便在所述相同的方向上使带宽加倍。
11.权利要求10的方法，其中通用串行总线电缆是USB3.0电缆。
12.权利要求10或权利要求11的方法，其中在所述相同方向上通用串行总线电缆的带宽为至少10吉比特每秒和/或由两个至少5吉比特每秒的信道提供。
13.权利要求10的方法，还包括确定在通用串行总线电缆的两端是否支持非对称能力。
14.权利要求13的方法，还包括如果在通用串行总线电缆的两端不支持非对称能力则实现通用串行总线链路训练。
15.权利要求10的方法，还包括确定通用串行总线电缆的非对称能力的方向是否能配置。
16.权利要求15的方法，还包括如果非对称能力的方向不能配置则实现在设计方向上的非对称能力。
17.权利要求10的方法，还包括响应于来自用户的输入而配置期望的两倍速度方向。
18.权利要求10的方法，还包括在通用串行总线电缆在与所述相同方向相反的方向上的较小带宽通信路径上通信。
19.权利要求18的方法，其中较小带宽通信路径是双向的，是要执行链路管理功能同时也在与两倍带宽路径的相同方向相反的方向上提供数据路径，和/或是USB2.0通信路径。
20.权利要求19的方法，其中较小带宽通信路径是选择性双向的。
21.权利要求19的方法，其中链路管理功能包括流控制协议、功率管理协议、两倍带宽方向的运行时反向和/或协议握手中的一个或多个。
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