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        設計參考/Design Reference

        USB 3.0和USB 2.0的主要區別

        -----2015-03-18

        在過去的14年里,通用串行總線(USB)已經成為將各種設備連接至計算機的標準接口。無論是外部硬盤驅動器、相機、鼠標、打印機還是掃描儀,在各種設備之間進行數據傳輸的物理連接方式一般都是通過USB電纜實現的。該接口無疑是通用的。

         

        USB技術自1993年以來已歷經20多年的發展。第一代官方定義USB 1.0于1996年正式推出。它可為子通道鍵盤和鼠標提供1.5MB/s的低速傳輸速率,并在全速通道狀態下實現12 MB/s的傳輸速率。USB 2.0問世于2001年,實現了最高480 MB/s高速傳輸速率的跨越式發展。2010年,USB 3.0終于上市。

         

        USB 3.0 (超高速USB)

         

        USB 3.0是用于計算機連接的通用串行總線(USB)標準的第三個主要版本。除了其它改進之外,USB 3.0還增加了一種被稱為“超高速”(SS)的全新傳輸模式,能夠實現高達5 GB/s(625 MB/s)的數據傳輸速率,是USB 2.0 480 MB/s(60 MB/s)這一高速模式的十倍多。除了USB 3.0電纜上使用的連接器不同之外,各種USB 3.0連接器還有區別于2.0版本的藍色端口或插頭上的SS大寫字母。

         

        名為USB 3.1的后續標準已于2013年7月推出,可提供高達10 GB/s的傳輸速率(1.25 GB/s,稱為“SuperSpeed+”),與Thunderbolt的第一個版本在速度上勢均力敵。

         

         


         

         

        USB 2.0 (高速USB)

         

        2002年推出了更新的規范USB 2.0,也稱為高速 USB 2.0。它將PC至USB設備的數據傳輸速率提高到480 Mbps,比USB 1.1規范快了40倍。數碼相機、CD刻錄機和視頻設備等需要更高帶寬、更大吞吐量的外設現在也可以用USB進行連接了。此外,它還允許多個高速設備同時運行。USB 2.0的另一個重要特性是它可通過Windows更新支持Windows XP。

         

         


         

        物理區別

         

        USB 2.0和USB 3.0的物理區別在于連線數量。這種全新拓撲結構可顯著提高總線利用率,進而提升系統的吞吐量。USB 2.0采用四線連接,支持半雙工通信。在該架構中,僅用一條雙向數據管道即可在任何給定的時間實現數據單向傳輸。相比之下,USB 3.0增加了五條連線,使連線總數達到九條,并采用單播雙單工數據接口,允許兩個單向數據管道分別處理一個單向通信。

         

        更大帶寬

         

        USB 3.0改進了USB的批量數據傳輸機制。批量傳輸方法的有效可用帶寬大約為400MB/s,大約是USB 2.0的十倍;這種重要的傳輸機制使得機器視覺相機廠商能夠構建高吞吐量USB 3.0相機。這不僅為集成商大幅節省成本創造了機遇,同時還能提高整個系統的速度和效率。用戶現在能夠在使用更少相機的同時仍然借助高分辨率USB 3.0相機覆蓋相同的成像區域。此外,更大帶寬還允許更快的幀速以及更高的系統性能。

         

        功率輸出

         

        USB 3.0還提供了更高效的電源管理功能,并實現了比USB 2.0更強大的功率輸出。USB 3.0設備在超高速模式下工作的可支持900mA電流,這就將總輸出功率從2.5 W提高到了4.5W(電壓為5V時)。

         

        更好的通信質量

         

        USB 2.0采用數據事務處理必須由主機發起的通信架構。主機會頻繁地輪詢設備并請求數據,設備只會在主機發出請求的情況下傳輸數據。高輪詢頻率會增加功耗和傳輸延遲,因為只有在主機輪詢設備時才會傳輸數據。USB 3.0在該通信模式的基礎上進行了改進,不僅通過最小化輪詢頻率降低了傳輸延遲,還允許設備盡可能快地傳輸數據。

         

        低功耗和更高供電能力

         

        USB 3.0能夠在降低功耗的同時提高支持和輸出功率的容量。USB電池充電規范1.2版的推出允許向USB 3.0設備提供高達7.5W的功率。此外,USB 3.0還可根據是否有設備被激活以提供進入和退出低功耗狀態的改良機制,從而消除了耗能較大的輪詢。

         

        電纜長度

         

        用于USB 2.0設備的標準最大電纜長度為5米。USB 3.0標準沒有指定標準長度;目前USB 3.0支持的最大電纜長度為3米。

         

        時戳

         

        與精度范圍介于0至125 us之間的USB 2.0相機不同,源于USB 3.0相機的時戳更加精確,并且能夠模擬FireWire相機1394周期定時器的精確度。

         

        PHY寄存器和網絡拓撲結構

         

        可以在總線上查看USB 3.0相機的網絡拓撲結構。但無法獲得PHY節點信息。USB 2.0相機沒有提供用于查看拓撲結構或PHY節點信息的接口。

         

        USB 3.0視覺

         

        目前存在著幾種針對常用接口(如針對FireWire的IIDC接口以及針對以太網的GigE Vision接口)的機器視覺標準。這些標準為訪問和控制機器視覺相機提供了一種常用方法,提高了易用性,允許各種軟硬件廠商之間實現互操作性。盡管目前沒有針對USB 2.0相機的相機控制標準,但針對USB 3.0相機的名為USB3視覺的全新標準已于2013年獲得批準。USB3視覺建立在常用的GeniCam標準的基礎上,定義了USB 3.0的相關要求、設備標識和控制接口、數據流機制、機械要求以及測試框架。

         

        下表總結了USB 2.0和USB 3.0之間的一些重要規范差異

         

         


         

         

        USB 3.0或超高速USB憑借6(與IEEE 1394b相比)至9倍(與USB 2.0相比)的更高帶寬、更出色的誤差管理功能、更高效的供電、更長的電纜、更低的延遲和抖動時間,克服了上述所有限制因素,這些優勢再加上USB 3.0已經成為消費者市場中的標準這一事實,許多硬件都支持本地USB 3.0,這使得該接口在短短一年內已經成為相機的實際之選,為2013年1月USB 3.0視覺標準獲得官方認可奠定了堅實的基礎。


         

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