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技術(shù)總結(jié):USB 3.0和USB 2.0的重要差別

發(fā)布時間:2015-03-15 來源:Abhishek Gupta 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】在過去的14年里,通用串行總線(USB)已經(jīng)成為將各種設(shè)備連接至計算機的標(biāo)準(zhǔn)接口。無論是外部硬盤驅(qū)動器、相機、鼠標(biāo)、打印機還是掃描儀,在各種設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢磉B接方式一般都是通過USB電纜實現(xiàn)的。該接口無疑是通用的。但是歷經(jīng)了USB 3.0和USB 2.0時代,他們到底有啥差別呢?
 
USB技術(shù)自1993年以來已歷經(jīng)20多年的發(fā)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(biāo)提供1.5MB/s的低速傳輸速率,并在全速通道狀態(tài)下實現(xiàn)12 MB/s的傳輸速率。USB 2.0問世于2001年,實現(xiàn)了最高480 MB/s高速傳輸速率的跨越式發(fā)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(biāo)準(zhǔn)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?qū)崿F(xiàn)高達5 GB/s(625 MB/s)的數(shù)據(jù)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(qū)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(xù)標(biāo)準(zhǔn)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(guī)范USB 2.0,也稱為高速 USB 2.0。它將PC至USB設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸速率提高到480 Mbps,比USB 1.1規(guī)范快了40倍。數(shù)碼相機、CD刻錄機和視頻設(shè)備等需要更高帶寬、更大吞吐量的外設(shè)現(xiàn)在也可以用USB進行連接了。此外,它還允許多個高速設(shè)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(qū)別
 
USB 2.0和USB 3.0的物理區(qū)別在于連線數(shù)量。這種全新拓撲結(jié)構(gòu)可顯著提高總線利用率,進而提升系統(tǒng)的吞吐量。USB 2.0采用四線連接,支持半雙工通信。在該架構(gòu)中,僅用一條雙向數(shù)據(jù)管道即可在任何給定的時間實現(xiàn)數(shù)據(jù)單向傳輸。相比之下,USB 3.0增加了五條連線,使連線總數(shù)達到九條,并采用單播雙單工數(shù)據(jù)接口,允許兩個單向數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(gòu)建高吞吐量USB 3.0相機。這不僅為集成商大幅節(jié)省成本創(chuàng)造了機遇,同時還能提高整個系統(tǒng)的速度和效率。用戶現(xiàn)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(qū)域。此外,更大帶寬還允許更快的幀速以及更高的系統(tǒng)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(xiàn)了比USB 2.0更強大的功率輸出。USB 3.0設(shè)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(zhì)量
 
USB 2.0采用數(shù)據(jù)事務(wù)處理必須由主機發(fā)起的通信架構(gòu)。主機會頻繁地輪詢設(shè)備并請求數(shù)據(jù),設(shè)備只會在主機發(fā)出請求的情況下傳輸數(shù)據(jù)。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(shè)備時才會傳輸數(shù)據(jù)。USB 3.0在該通信模式的基礎(chǔ)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(shè)備盡可能快地傳輸數(shù)據(jù)。
 
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(guī)范1.2版的推出允許向USB 3.0設(shè)備提供高達7.5W的功率。此外,USB 3.0還可根據(jù)是否有設(shè)備被激活以提供進入和退出低功耗狀態(tài)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(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)最大電纜長度為5米。USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)沒有指定標(biāo)準(zhǔn)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(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)
 
可以在總線上查看USB 3.0相機的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。但無法獲得PHY節(jié)點信息。USB 2.0相機沒有提供用于查看拓撲結(jié)構(gòu)或PHY節(jié)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(wǎng)的GigE Vision接口)的機器視覺標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)互操作性。盡管目前沒有針對USB 2.0相機的相機控制標(biāo)準(zhǔn),但針對USB 3.0相機的名為USB3視覺的全新標(biāo)準(zhǔn)已于2013年獲得批準(zhǔn)。USB3視覺建立在常用的GeniCam標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,定義了USB 3.0的相關(guān)要求、設(shè)備標(biāo)識和控制接口、數(shù)據(jù)流機制、機械要求以及測試框架。
 
下表總結(jié)了USB 2.0和USB 3.0之間的一些重要規(guī)范差異
下表總結(jié)了USB 2.0和USB 3.0之間的一些重要規(guī)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(yōu)勢再加上USB 3.0已經(jīng)成為消費者市場中的標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)已經(jīng)成為相機的實際之選,為2013年1月USB 3.0視覺標(biāo)準(zhǔn)獲得官方認可奠定了堅實的基礎(chǔ)。
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