CN113283464B - 一种支持usb信号链路训练的usb插头及传输系统 - Google Patents

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Abstract

一种支持USB信号链路训练的USB插头，包括：发送单元、接收单元、以及控制单元；其中发送单元包括：电输入端口、发送单元高速传输电路、发送单元速率解析模块、和输出电路；接收单元包括：输入电路、接收单元高速传输电路、接收单元速率解析模块和电输出端口；控制单元，用于接收两个速率解析模块检测的USB信号的速率，并分别配置相应的高速传输电路的传输模式。本发明在发送单元和接收单元均设置速率解析模块，减少了额外的传输通路，有效的解决USB有源线缆或者其他USB有源传输装置对Li nk trai n i ng阶段的支持和管理等难题，提高了整体的传输速率，提高高速信号传输的成功率，降低了功耗。

Description

一种支持USB信号链路训练的USB插头及传输系统
技术领域
本发明涉及一种USB数据传输领域，特别的适用于USB3.0及以上信号的链路训练的USB插头及传输系统。
背景技术
随着USB协议的更新，传输速率在增加，纯铜线因本身具有的衰减特性，导致无法支持高速率的长距离传输，有源线缆成为越来越重要的一种传输方式。
当前有源线缆传输方法，提出了许多方案，一种是re-driver方案，一种是re-timer方案，还有一种是纯光传输方案，无论哪一种，均需要解决高速信号质量问题。
而在USB信号传输中，不同的主机、设备，具有的信号发送和接收能力是有区别的。在USB3.1协议提出以后，USB3.X及以上主机和设备最高可能支持3个等级的速率：
5Gbps即GEN1模式，遵从USB3.1/USB3.2协议的Gen 1模式或者遵从USB3.0协议；
10Gbps/10.3125Gbps即GEN2模式，遵从USB3.1/USB3.2/USB4协议的Gen 2模式；
20Gbps/20.625Gbps即GEN3模式，遵从USB4协议的Gen 3模式
在USB协议中，称呼主机或者集线器上与设备相连接的端口为下行端口，称呼设备上与主机或者集线器相连接的端口为上行端口。
以USB3.X系统为例，如果把USB3.X上行端口、USB3.X下行端口，以及它们之间连接的USB3.X线缆称之为USB3.X系统。
那么USB3.X系统会出现如下几种组合：
组合1：USB3.X下行端口最高支持5Gbps，USB3.X上行端口最高支持5Gbps；
组合2：USB3.X下行端口最高支持10Gbps，USB3.X上行端口最高支持5Gbps；
组合3：USB3.X下行端口最高支持5Gbps，USB3.X上行端口最高支持10Gbps；
组合4：USB3.X下行端口最高支持10Gbps，USB3.X上行端口最高支持10Gbps；
理想情况下，USB3.X传输系统应该对应工作在如下状态：
组合1：USB3.X下行端口最高支持5Gbps，USB3.X上行端口最高支持5Gbps，USB3.X系统工作速率5Gbps；
组合2：USB3.X下行端口最高支持10Gbps，USB3.X上行端口最高支持5Gbps，USB3.X系统工作速率5Gbps；
组合3：USB3.X下行端口最高支持5Gbps，USB3.X上行端口最高支持10Gbps，USB3.X系统工作速率5Gbps；
组合4：USB3.X下行端口最高支持10Gbps，USB3.X上行端口最高支持10Gbps，USB3.X系统工作速率10Gbps；
USB3.X协议为了能让USB传输系统中的下行端口和上行端口状态统一，并且在此基础上也让信号传输链路达到一种比较好的状态，规定了Link training阶段来实现链路调整。
通过link training，上行端口的输入和输出，以及与之连接的下行端口的输入和输出之间，会进行端口能力的信息沟通，调整自身的配置状态，上行端口和下行端口最终会调整到相同的传输速率。
但是如果USB3.X下行端口、USB3.X上行端口，以及USB3.X下行端口和USB3.X上行端口之间连接的USB3.X线缆之间的兼容性不好，USB3.X系统就可能建立不起来USB3.X的link，或者本来应该是Gen2系统，结果降速到Gen1系统。
类似的，USB4系统也具有与USB3.X系统类似的机制，支持向下兼容USB3.X系统。
因此，对于传输高速信号的线缆来说，保持路径上的信号状态很重要，而如果线缆还能根据整个系统的状态对自身进行动态调节，那么将取得更好的效果。
但是USB协议的Link training是单向的，不存在反馈机制，除了re-timer方案使用分段link training的方式来保证每一阶段的信号质量外，对于其他方案有源线缆来说，常常会放弃Link training阶段的管理，只是以固定的设置来进行传输。这种方式存在2个方面的不利：1是性能不会随着系统变化，不是当前的最优状态，2是不同设置功耗是会有区别的，这样的做法会导致线缆在传输5Gbps信号的时候，也采用了和传输10Gbps或者20Gbps信号一样的高性能配置，这不利于节能的目的。此外，如果link training失败，USB协议中也没有规定用于挽救的re-training机制。
因此，如何能够有效的解决包括有源线缆在内的USB传输系统对Link training阶段的支持和管理，实现USB信号在有源线缆上的有效传输，保证系统link(连接)的建立，成为现有技术亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种支持USB信号链路训练(Link training)的USB插头，有效的解决USB有源线缆或者其他USB有源传输装置对Link training阶段的支持和管理等难题。
一种支持USB信号链路训练的USB插头，与上行端口或下行端口中的一个连接，其特征在于，包括：
发送单元、接收单元、以及控制单元；
其中发送单元包括：电输入端口、发送单元高速传输电路、发送单元速率解析模块、和输出电路，
其中，所述电输入端口，用于接收输入的需要传输的USB电信号；
所述发送单元高速传输电路，用于根据控制单元的命令，将所述电输入端口输入的USB电信号按照一定的传输模式，发送给输出电路，所述传输模式包括适用于传输速率5Gbps的传输模式A，适用于传输速率10Gbps/10.3125Gbps的传输模式B,以及适用于传输速率20Gbps/20.625Gbps的传输模式C；所述发送单元速率解析模块，用于对电输入端口接收的USB电信号进行速率解析，并将结果发给控制单元；
所述输出电路，与传输介质相连，用于输出从所述发送单元高速传输电路收到的信号；
所述接收单元包括：输入电路、接收单元高速传输电路、接收单元速率解析模块、和电输出端口；
所述输入电路，与传输介质连接，用于接收上行端口或者下行端口中的另外一个传输过来的USB信号；
所述接收单元高速传输电路，用于根据控制单元的命令，将所述输入电路输入的USB信号按照一定的传输模式，发送给电输出端口，所述传输模式包括适用于传输速率5Gbps的传输模式A，适用于传输速率10Gbps/10.3125Gbps的传输模式B,以及适用于传输速率20Gbps/20.625Gbps的传输模式C；
所述接收单元速率解析模块，用于对输入电路接收的USB信号进行速率解析，并将结果发给控制单元；
所述电输出端口，向所述上行端口或下行端口中的一个输出所接收到的信号经过处理后的USB电信号；
控制单元，用于接收发送单元速率解析模块和接收单元速率解析模块检测的USB信号的速率，并分别配置所述发送单元高速传输电路和所述接收单元高速传输电路的传输模式。
可选的，每当有USB3.X及以上主机或者集线器、设备与所述USB插头连接的时候，
USB插头的发送单元接收到电信号后，发送单元速率解析模块对接收到的电信号进行速率解析：
如果发送单元速率解析模块发现此电信号表明该USB插头所连接的端口当前支持5Gbps，那么控制单元将发送单元高速传输电路设定为传输模式A；
如果发送单元速率解析模块发现此电信号表明该USB插头所连接的端口当前支持10Gbps/10.3125Gbps，那么控制单元将发送单元高速传输电路设定为传输模式B；
如果发送单元速率解析模块发现此电信号表明该USB插头所连接的端口当前支持20Gbps/20.625Gbps，那么控制单元将发送单元高速传输电路设定为传输模式C。
同时，USB插头的接收单元接收到通过传输介质传过来的信号后，接收单元速率解析模块也需要对接收到的信号进行速率解析：
如果接收单元速率解析模块发现此信号表明传输介质对端的端口当前支持5Gbps，那么控制单元将接收单元高速传输电路设定为传输模式A；
如果接收单元速率解析模块发现此信号表明传输介质对端的端口当前支持10Gbps/10.3125Gbps，那么控制单元将接收单元高速传输电路设定为传输模式B；
如果接收单元速率解析模块发现此信号表明传输介质对端的端口当前支持20Gbps/20.625Gbps，那么控制单元将接收单元高速传输电路设定为传输模式C。
可选的，所述控制单元还可以判断USB传输系统是否建立USB3.X及以上系统，或者是否有发生应该是GEN2被降速到GEN1的情况，或者有发生应该是GEN3被降速到GEN2或GEN1的情况，从而根据判断结果选择是否进行re-training操作。
可选的，所述没有建立USB3.X及以上连接可以通过如下中的一种或多种来判断实现：
USB插头中的控制单元如果发现下行方向或上行方向上的LFPS信号超出时间仍然没有握手成功、一直没有进行TSEQ的传输；或者下行方向或上行方向上的低速信号/高速信号的传输出现了异常结束，短于USB协议中规定的最小传输长度/不符合USB协议的跳转规律；或者下行方向或上行方向上发生了其他不符合USB协议的状态等，此时该USB插头中的控制单元可以判断系统没有建立USB3.X或以上系统连接。
可选的，所述应该是GEN2被降速到GEN1，或者应该是GEN3被降速到GEN2或GEN1的情况，通过对接收到的信号进行速率解析来进行判断，具体方法如下：
USB插头中的发送单元进行第一次速率解析的结果，作为该传输方向数据发送端口的最高支持速率的信息被控制单元记录下来，接收单元进行第一次速率解析的结果，作为另一传输方向数据发送端口的最高支持速率的信息被控制单元记录下来，结合两个最高支持速率得到USB3.X或以上系统的理想工作速率，将USB3.X或以上系统的理想工作速率与实际工作速率比较，控制单元判断该USB系统是否属于应该是GEN2但是被降速到GEN1，或者应该是GEN3被降速到GEN2或GEN1。
可选的，USB插头的所述发起re-training操作包括如下中的一种或多种方式来实现：
USB插头中的控制单元将发送单元电输入端口的Rx termination先配置成符合USB协议要求的高阻接收单元termination(ZRX-HIGH-IMP-DC-POS)，再配置成符合USB协议要求的低阻接收单元termination(RRX-DC)；
或者控制单元通过控制所在插头的VBUS供电将设备断电再上电；
或者控制TypeC接口装置的CC信号线状态来实现端口重连接；
或者控制单元将本插头的全部电路或者部分相关电路进行复位操作。
可选的，所述复位操作的方法包括：通过控制电源进行复位操作、通过reset pin进行复位操作、通过写寄存器进行复位操作，或者通过重新加载固件进行复位操作。
本发明进一步公开了一种利用上述USB插头的USB传输系统，其特征在于，包括：
包括第一插头，第二插头，以及连接第一插头和第二插头的传输介质；
其中，所述第一插头和所述第二插头均为上述USB插头，第一插头的发送单元与第二插头的接收单元对应，第一插头的接收单元与第二插头的发送单元对应。
因此，本发明具有如下的优点：
1、在USB插头的发送单元和接收单元都设置速率解析模块，一方面在link建立过程能够对速率进行调整和设置，加快link建立的速度和成功率；另外一方面能够帮助判断是否需要re-training。
2、在USB插头的发送单元和接收单元都设置速率解析模块，使得因此制备的USB传输系统，例如USB有源线缆的设备两头均可以通用，此外，USB插头之间还具备了控制单元，通过一个USB插头就可以知道上行方向和下行方向的传输速率，从而对USB传输系统的整体传输情况进行判断和调整，避免了在第一插头和第二插头之间信息交换，减少了额外的传输通路。
3、支持Link training，且能够对其进行管理，通过修改电路配置以及re-training的方式，有效的解决USB有源线缆或者其他USB有源传输装置对Link training阶段的支持和管理等难题，提高了整体的传输速率，提高高速信号传输的成功率，降低了功耗。
附图说明
图1为根据本发明具体实施例的支持USB信号链路训练的USB插头的示意图；
图2为根据本发明具体实施例的支持USB信号链路训练的USB传输系统的示意图。
图中的附图标记所分别指代的技术特征为：
100、第一插头；200、第二插头；300、传输介质；1、发送单元；11、电输入端口；12、输出电路；13、发送单元高速传输电路；14、发送单元速率解析模块；2、接收单元；21、电输出端口；22、输入电路；23、接收单元高速传输电路；24、接收单元速率解析模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明中，对于相应的概念给予如下规定：
USB线缆有2个插头，为了便于区分，可以称为第一插头和二插头，其中插到下行端口上的称为第一插头，插到上行端口上的称为第二插头。在第一插头和第二插头中，均对应的具有发送单元和接收单元。
USB传输为双向传输，为了便于区分2个数据流，称此双向数据流的2个方向为第一方向和第二方向。
第一方向是指下行端口将数据传给上行端口的方向，也可以称为下行方向；
第二方向是指上行端口将数据传给下行端口的方向，也可以称为上行方向。
在第一方向上，
第一插头的发送单元接收下行端口输出的电信号，经过处理转化为光信号或者其他信号，通过介质传递给第二插头的接收单元。第二插头的接收单元接收到介质传输过来的信号，经过处理转变为需要的电信号再传送给上行端口的接收端。
在第二方向上，
第二插头的发送单元接收上行端口输出的电信号，经过处理转化为光信号或者其他信号，通过介质传递给第一插头的接收单元。第一插头的接收单元接收到介质传输过来的信号，经过处理转变为需要的电信号再传送给下行端口的接收端。
本发明中，第一插头和第二插头初始设定为传输模式A，适用于传输速率5Gbps的USB3.X及以上系统，此模式下功耗较小，
此外还有传输模式B，适用于传输速率10Gbps/10.3125Gbps的USB3.X及以上系统，此模式下功耗通常大于传输模式A,
以及传输模式C，适用于传输速率20Gbps/20.625Gbps的USB3.X及以上系统，此模式下功耗大于传输模式A。
在本发明中，以有源线缆，特别是有源光缆的形式作为示例，但本发明的有源传输系统的传输介质不仅包括有源光缆、有源铜缆等有线的有源传输介质，还包括诸如蓝牙、WAPI、2.4G等无线的传输模式。
发送单元、接收单元与传输介质的连接根据传输介质的不同具有相应的表达含义。例如，如果传输介质为有线介质，则发送单元或者接收单元则以相应的模式与有线传输介质连接，例如，通过光、或者电连接的方式与光缆或者铜缆连接；如果传输介质为无线，则表示发送单元或者接收单元通过无线的方式进行信号传输。上述的理解均在本发明要求保护的范围之内。
本发明主要在于：在USB插头的发送单元和接收单元中均设置有速率解析模块，判断在上行方向和下行方向的传输模式是GEN1还是GEN2模式或者GEN3模式，将相关电路(例如，发送单元高速传输电路和接收单元高速传输电路)根据此信息调整成适合当前速率的配置，保证信号的良好传输并且让系统的功耗得到优化。连接USB插头的USB信号传输系统的上行端口和下行端口会根据信号上承载的信息(例如：对端端口所支持的传输速率的信息)，自行进行调整，让上行端口和下行端口达到统一的传输速率。
此外，通过在检测端口传输速率的时候，可以将第一次检测到的传输速率记录下来，得到USB插头所在的USB传输系统的理想传输速率信息。如果后面检测到系统有发生link没有建立或者系统降速的情况，那么选择性的发起再训练(re-training)操作进行挽救性操作。
参见图1、图2，示出了根据本发明的本发明具体实施例的支持USB信号链路训练(link training)的USB插头，以及USB传输系统的示意图。
在本发明中，第一插头和第二插头均具有相同的结构，图中示意性的示出了该结构。在如下的说明中，以连接下行端口的第一插头100为例，解释USB插头的具体结构以及工作原理，第二插头200连接上行端口，但工作原理与第一插头相同。
具体的，
该USB插头,与上行端口或下行端口中的一个连接，包括：发送单元1、接收单元2、以及控制单元3；
其中发送单元1包括：电输入端口11、发送单元高速传输电路13、发送单元速率解析模块14、和输出电路12，
其中，所述电输入端口11，用于接收输入的需要传输的USB电信号，例如，当该USB插头与上行端口连接时，接收从上行端口输出的USB电信号；
所述发送单元高速传输电路13，用于根据控制单元3的命令，将所述电输入端口11输入的USB电信号按照一定的传输模式，发送给输出电路12，所述传输模式包括适用于传输速率5Gbps的传输模式A，适用于传输速率10Gbps/10.3125Gbps的传输模式B,以及适用于传输速率20Gbps/20.625Gbps的传输模式C；
所述发送单元速率解析模块14，用于对电输入端口11接收的USB电信号进行速率解析，并将结果发给控制单元3；
所述输出电路12，与传输介质相连，用于输出从所述发送单元高速传输电路13收到的信号；
所述接收单元2包括：电输出端口21、输入电路22、接收单元高速传输电路23、接收单元速率解析模块24；
所述输入电路22，与传输介质连接，用于接收上行端口或者下行端口中的另外一个传输过来的USB信号，例如，当该USB插头与上行端口连接时，则该USB插头的接收单元2的输入电路则接收从对端的下行端口的连接的USB插头的发送单元传输过来的USB信号；
所述接收单元高速传输电路23，用于根据控制单元3的命令，将所述输入电路22输入的USB信号按照一定的传输模式，发送给电输出端口21，所述传输模式包括适用于传输速率5Gbps的传输模式A，适用于传输速率10Gbps/10.3125Gbps的传输模式B,以及适用于传输速率20Gbps/20.625Gbps的传输模式C；
所述接收单元速率解析模块24，用于对输入电路22接收的USB信号进行速率解析，并将结果发给控制单元3；
所述电输出端口21，向所述上行端口或下行端口中的一个输出所接收到的信号经过处理后的USB电信号；
控制单元3，用于接收发送单元速率解析模块14和接收单元速率解析模块24检测的USB信号的速率，并分别配置所述发送单元高速传输电路13和所述接收单元高速传输电路23的传输模式。
进一步的，所述控制单元3还可以判断USB传输系统是否建立USB3.X及以上系统，或者是否有发生应该是GEN2被降速到GEN1的情况，或者有发生应该是GEN3被降速到GEN2或GEN1的情况，从而根据判断结果选择是否进行再训练(re-training)操作。
在本发明中，USB插头，即第一插头和第二插头初始设定为传输模式A，适用于传输速率5Gbps的USB3.X及以上系统，此模式下功耗较小，
此外还有传输模式B，适用于传输速率10Gbps/10.3125Gbps的USB3.X及以上系统，此模式下功耗通常大于传输模式A,
以及传输模式C，适用于传输速率20Gbps/20.625Gbps的USB3.X及以上系统，此模式下功耗大于传输模式A。
本发明在于：对于USB插头的发送单元和接收单元都进行速率检测，查知当前上行端口和下行端口的支持速率，并根据信息分别对发送单元和接收单元的高速信号通道设置进行调整。
具体的，以第一插头为例：
每当有USB3.X及以上主机或者集线器、设备与USB插头连接的时候，
第一插头的发送单元接收到电信号后，发送单元速率解析模块对接收到的电信号进行速率解析：
如果发送单元速率解析模块发现此电信号表明下行端口当前支持5Gbps，那么控制单元将发送单元高速传输电路设定为传输模式A；
如果发送单元速率解析模块发现此电信号表明下行端口当前支持10Gbps/10.3125Gbps，那么控制单元将发送单元高速传输电路设定为传输模式B；
如果发送单元速率解析模块发现此电信号表明下行端口当前支持20Gbps/20.625Gbps，那么控制单元将发送单元高速传输电路设定为传输模式C；
同时，第一插头的接收单元接收到通过介质传过来的信号后，接收单元速率解析模块也需要对接收到的信号进行速率解析：
如果接收单元速率解析模块发现此信号表明上行端口当前支持5Gbps，那么控制单元将接收单元高速传输电路设定为传输模式A；
如果接收单元速率解析模块发现此信号表明上行端口当前支持10Gbps/10.3125Gbps，那么控制单元将接收单元高速传输电路设定为传输模式B；
如果接收单元速率解析模块发现此信号表明上行端口当前支持20Gbps/20.625Gbps，那么控制单元将接收单元高速传输电路设定为传输模式C；
通过上述方法，相同数据流传输方向上的电路将保持相同的传输模式，也就是说，第一插头的发送单元和第二插头的接收单元将保持相同的传输模式，第一插头的接收单元和第二插头的发送单元也将保持相同的传输模式。
第二插头和第一插头采用同样的判断机制。
两个USB插头之间则不需要额外的通信。按照USB3.X及以上协议规定，端口是能够根据对接端口来调整自身的信号传输能力的，也就是说如果上行端口和下行端口支持的最高速率不一样，那么支持更高速率的端口将降低自己的传输速率，最终使系统达到统一。这也要求速率解析模块至少工作到系统建立了链接或者判断系统没有建立链接为止，也可以贯穿整个USB3.X及以上传输装置的工作期间，或者通过算法判断在需要的时候打开，不需要的时候关闭。
在USB插头中，控制单元可以判断USB传输系统是否没有建立USB链接，或者没有建立理想链接，例如应该是GEN2被降速到GEN1，或者应该是GEN3被降速到GEN2或GEN1的情况等，那么控制单元可以选择性的进行re-training操作。
其中，所述没有建立USB3.X及以上连接可以通过如下中的一种或多种来判断实现：
USB插头中的控制单元如果发现下行方向或上行方向上的LFPS信号超出时间仍然没有握手成功、一直没有进行TSEQ的传输；或者下行方向或上行方向上的低速信号/高速信号的传输出现了异常结束，短于USB协议中规定的最小传输长度/不符合USB协议的跳转规律；或者下行方向或上行方向上发生了其他不符合USB协议的状态等，此时该USB插头中的控制单元可以判断系统没有建立USB3.X或以上系统连接。
第一插头和第二插头均是采用该相同的判断方法。
此时，USB插头中的控制单元会从电输入端口和输入电路中获取包括LFPS信号或者CC信号在内的状态信号或者控制信号等。
应该是GEN2被降速到GEN1，或者应该是GEN3被降速到GEN2或GEN1的情况，可以通过对接收到的信号进行速率解析来进行判断。
具体方法如下：
USB插头中的发送单元进行第一次速率解析的结果，可以作为该传输方向数据发送端口的(即上行端口和下行端口中的一个)最高支持速率的信息被控制单元记录下来，接收单元进行第一次速率解析的结果，可以作为另一传输方向数据发送端口(即上行端口和下行端口中的另一个)的最高支持速率的信息被控制单元记录下来，结合两个最高支持速率得到USB3.X或以上系统的理想工作速率，将USB3.X或以上系统的理想工作速率与实际工作速率比较，控制单元判断该USB系统是否属于应该是GEN2但是被降速到GEN1，或者应该是GEN3被降速到GEN2或GEN1。
以第一插头为例，第一插头的发送单元进行第一次速率解析的结果，可以作为下行端口最高支持速率的信息被控制单元记录下来。第一插头的接收单元第一次速率解析的结果，可以作为上行端口最高支持速率的信息被控制单元记录下来。例如，如果控制单元记录的下行端口最高支持10Gbps，并且上行端口最高也支持10Gbps，那么此USB3.X或以上系统理想的工作速率应该是10Gbps。如果最终此USB系统工作速率是5Gbps，那么控制单元可以判断此USB系统应该是GEN2但是被降速到GEN1。
第二插头与第一插头判断方法相同，第二插头的发送单元进行第一次速率解析的结果，可以作为上行端口最高支持速率的信息被控制单元记录下来。第二插头的接收单元第一次速率解析的结果，可以作为下行端口最高支持速率的信息被控制单元记录下来。例如，如果控制单元记录的下行端口最高支持10Gbps，并且记录的上行端口最高也支持10Gbps，那么此USB3.X或以上系统理想的工作速率应该是10Gbps，如果最终此USB系统工作速率是5Gbps，那么控制单元可以判断此USB系统应该是GEN2但是被降速到GEN1。
USB插头的所述发起再训练(re-training)操作包括如下中的一种或多种方式来实现：
USB插头中的控制单元可以将发送单元电输入端口的Rx termination先配置成符合USB协议要求的高阻接收单元termination(ZRX-HIGH-IMP-DC-POS)，再配置成符合USB协议要求的低阻接收单元termination(RRX-DC)。这样在Rx termination配置成高阻状态时，所连接的端口(以第一插头为例，则是下行端口)会认为传输装置被拔出，状态机将跳转到Rx-detect阶段，然后在Rx termination配置成低阻接收状态的时候，所连接的端口(以第一插头为例，则是下行端口)会认为传输装置被重新连接，则会发起新一轮的linktraining操作；
或者控制单元通过控制所在插头的VBUS供电将设备断电再上电；
或者控制TypeC接口装置的CC信号线状态来实现端口重连接；
或者控制单元将本插头的全部电路或者部分相关电路进行复位操作等。
具体的，所述复位操作的方法包括：通过控制电源进行复位操作、通过reset pin进行复位操作、通过写寄存器进行复位操作，或者通过重新加载固件进行复位操作。
上述中虽然以第一插头作为示例进行解释，但第二插头的re-training操作与第一插头相同。
参见图2，本发明进一步公开了一种利用上述的USB插头的USB传输系统，包括第一插头100，第二插头200，以及连接第一插头和第二插头的传输介质300，例如，连接线缆；
其中，所述第一插头和所述第二插头均为本发明的USB插头，第一插头的发送单元与第二插头的接收单元对应，第一插头的接收单元与第二插头的发送单元对应。
具体的，
在第一方向，即下行方向上，
第一插头的发送单元接收下行端口输出的电信号，经过处理转化为光信号或者其他信号，通过传输介质传递给第二插头的接收单元；第二插头的接收单元接收到传输介质传输过来的信号，经过处理转变为需要的电信号再传送给上行端口的接收端。
在第二方向上，即上行方向上，
第二插头的发送单元接收上行端口输出的电信号，经过处理转化为光信号或者其他信号，通过传输介质传递给第一插头的接收单元；第一插头的接收单元接收到传输介质传输过来的信号，经过处理转变为需要的电信号再传送给下行端口的接收端。
本发明的USB传输系统能够实现USB插头中的各种功能，包括建立高速传输链路，link training，以及判断USB传输系统没有建立USB链接，或者没有建立理想链接后选择性进行re-training操作。
因此，本发明具有如下的优点：
1、在USB插头的发送单元和接收单元都设置速率解析模块，一方面在link建立过程能够对速率进行调整和设置，加快link建立的速度和成功率；另外一方面能够帮助判断是否需要re-training。
2、在USB插头的发送单元和接收单元都设置速率解析模块，使得因此制备的USB传输系统，例如USB有源线缆的设备两头均可以通用，此外，USB插头之间还具备了控制单元，通过一个USB插头就可以知道上行方向和下行方向的传输速率，从而对USB传输系统的整体传输情况进行判断和调整，避免了在第一插头和第二插头之间信息交换，减少了额外的传输通路。
3、支持Link training，且能够对其进行管理，通过修改电路配置以及re-training的方式，有效的解决USB有源线缆或者其他USB有源传输装置对Link training阶段的支持和管理等难题，提高了整体的传输速率，提高高速信号传输的成功率，降低了功耗。
显然，本领域技术人员应该明白，上述的本发明的各单元或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个计算装置上,可选地，他们可以用计算机装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。

Claims (7)

1.一种支持USB信号链路训练的USB插头，与上行端口或下行端口中的一个连接，其特征在于，包括：
发送单元、接收单元、以及控制单元；
其中发送单元包括：电输入端口、发送单元高速传输电路、发送单元速率解析模块、和输出电路，
其中，所述电输入端口，用于接收输入的需要传输的USB电信号；
所述发送单元高速传输电路，用于根据控制单元的命令，将所述电输入端口输入的USB电信号按照一定的传输模式，发送给输出电路，所述传输模式包括适用于传输速率5Gbps的传输模式A，适用于传输速率10Gbps/10.3125Gbps的传输模式B, 以及适用于传输速率20Gbps/20.625 Gbps的传输模式C；
所述发送单元速率解析模块，用于对电输入端口接收的USB电信号进行速率解析，并将结果发给控制单元；
所述输出电路，与传输介质相连，用于输出从所述发送单元高速传输电路收到的信号；
所述接收单元包括：输入电路、接收单元高速传输电路、接收单元速率解析模块、和电输出端口；
所述输入电路，与传输介质连接，用于接收上行端口或者下行端口中的另外一个传输过来的USB信号；
所述接收单元高速传输电路，用于根据控制单元的命令，将所述输入电路输入的USB信号按照一定的传输模式，发送给电输出端口，所述传输模式包括适用于传输速率5Gbps的传输模式A，适用于传输速率10Gbps/10.3125Gbps的传输模式B, 以及适用于传输速率20Gbps/20.625 Gbps的传输模式C；
所述接收单元速率解析模块，用于对输入电路接收的USB信号进行速率解析，并将结果发给控制单元；
所述电输出端口，向所述上行端口或下行端口中的一个输出所接收到的信号经过处理后的USB电信号；
控制单元，用于接收发送单元速率解析模块和接收单元速率解析模块检测的USB信号的速率，并分别配置所述发送单元高速传输电路和所述接收单元高速传输电路的传输模式；
所述控制单元判断USB传输系统是否建立USB3.X及以上连接，或者是否有发生应该是GEN2被降速到GEN1的情况，或者有发生应该是GEN3被降速到GEN2或GEN1的情况，从而根据判断结果选择是否进行re-training操作。
2.根据权利要求1所述的USB插头，其特征在于：
每当有USB3.X及以上主机或者集线器、设备与所述USB插头连接的时候，
USB插头的发送单元接收到电信号后，发送单元速率解析模块对接收到的电信号进行速率解析：
如果发送单元速率解析模块发现此电信号的解析结果表明该USB插头所连接的端口当前支持5Gbps，那么控制单元将发送单元高速传输电路设定为传输模式A；
如果发送单元速率解析模块发现此电信号的解析结果表明该USB插头所连接的端口当前支持10Gbps/10.3125Gbps，那么控制单元将发送单元高速传输电路设定为传输模式B；
如果发送单元速率解析模块发现此电信号的解析结果表明该USB插头所连接的端口当前支持20Gbps/20.625 Gbps，那么控制单元将发送单元高速传输电路设定为传输模式C；
同时，USB插头的接收单元接收到通过传输介质传过来的信号后，接收单元速率解析模块也需要对接收到的信号进行速率解析：
如果接收单元速率解析模块发现此电信号的解析结果表明传输介质对端的端口当前支持5Gbps，那么控制单元将接收单元高速传输电路设定为传输模式A；
如果接收单元速率解析模块发现此电信号的解析结果表明传输介质对端的端口当前支持10Gbps/10.3125Gbps，那么控制单元将接收单元高速传输电路设定为传输模式B；
如果接收单元速率解析模块发现此电信号的解析结果表明传输介质对端的端口当前支持20Gbps/20.625 Gbps，那么控制单元将接收单元高速传输电路设定为传输模式C。
3.根据权利要求2所述的USB插头，其特征在于：
所述控制单元判断USB传输系统没有建立USB3.X及以上连接可以通过如下中的一种或多种来判断实现：
USB插头中的控制单元如果发现下行方向或上行方向上的LFPS信号超出时间仍然没有握手成功、一直没有进行TSEQ的传输；或者下行方向或上行方向上的低速信号/高速信号的传输出现了异常结束，短于USB协议中规定的最小传输长度/不符合USB协议的跳转规律；或者下行方向或上行方向上发生了其他不符合USB协议的状态等，此时该USB插头中的控制单元可以判断系统没有建立USB3.X或以上连接。
4.根据权利要求2所述的USB插头，其特征在于：
所述应该是GEN2被降速到GEN1，或者应该是GEN3被降速到GEN2或GEN1的情况，通过对接收到的信号进行速率解析来进行判断，具体方法如下：
USB插头中的发送单元进行第一次速率解析的结果，作为该传输方向数据发送端口的最高支持速率的信息被控制单元记录下来，接收单元进行第一次速率解析的结果，作为另一传输方向数据发送端口的最高支持速率的信息被控制单元记录下来，结合两个最高支持速率得到USB3.X或以上系统的理想工作速率，将USB3.X或以上系统的理想工作速率与实际工作速率比较，控制单元判断该USB系统是否属于应该是GEN2但是被降速到GEN1，或者应该是GEN3被降速到GEN2或GEN1。
5.根据权利要求2所述的USB插头，其特征在于：
USB插头的发起re-training操作包括如下中的一种或多种方式来实现：
USB插头中的控制单元将发送单元电输入端口的Rx termination先配置成符合USB协议要求的高阻接收单元，再配置成符合USB协议要求的低阻接收单元；
或者控制单元通过控制所在插头的VBUS供电将设备断电再上电；
或者控制TypeC接口装置的CC信号线状态来实现端口重连接；
或者控制单元将本插头的全部电路或者部分相关电路进行复位操作。
6.根据权利要求5所述的USB插头，其特征在于：
所述复位操作的方法包括：通过控制电源进行复位操作、通过reset pin进行复位操作、通过写寄存器进行复位操作，或者通过重新加载固件进行复位操作。
7.一种利用权利要求1-6中任意一项所述USB插头的USB传输系统，其特征在于，包括：
包括第一插头，第二插头，以及连接第一插头和第二插头的传输介质；
其中，所述第一插头和所述第二插头均为权利要求1-6中任意一项所述USB插头，第一插头的发送单元与第二插头的接收单元对应，第一插头的接收单元与第二插头的发送单元对应。
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