Microsoft PowerPoint _TS-1_ET2011(TS)Rev2.1

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のぶあきとこたに
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1 組込み総合技術展 2011 テクニカルセッション USB3.0 の使い方レクロイジャパン株式会社取締役技術部長辻嘉樹 2011 年 11 月 16 日 ( 水 ) 10:00~11:30 11:30 パシフィコ横浜会議センタセンター 4F ( ) TS-# TS-1 1 内容 USB3.0の特徴リンク層の解説高速化による物理層の影響 USB3.0のコンプライアンス試験送信器試験受信器試験 TS-# TS-1 2 1

2 USB3.0 のマーケット予想 TS-# TS-1 3 製品展開の予測 TS-# TS-1 4 2

3 HD ビデオアプリケーション TS-# TS-1 5 内容 USB3.0の特徴リンク層の解説高速化による物理層の影響 USB3.0のコンプライアンス試験送信器試験受信器試験 TS-# TS-1 6 3

4 コネクタ A コネクタ B コネクタ 4 本のレガシースピード用信号ラインと 5 本の SuperSpeed 用信号ラインが実装されている A コネクタは USB2.0 の Standard と同一サイズ B コネクタは USB2.0 の Standard の上部に SS 信号を追加ポータブルデバイス向け小型 USB3.0 Connector 薄型のポータブルデバイスに実装することを考慮して USB3.0 と USB2.0 のコネクタを水平に配置 TS-# TS-1 7 USB 3.0 の基本構造デバイスの接続接続トポロジーは USB2.0 と同じホストじホスト中心中心のスター型 USB3.0 で採用採用された Super Speed 通信と従来従来の USB2.0 通信は物理層物理層レベルでレベルで完全完全に分離されているされている信号線を完全完全に分離分離することで伝送速度差を調整調整せずにデータ転送転送することができるすることができる Super- Speed SuperSpeed Extended Connector(s) High- Speed Non-SuperSpeed SuperSpeed Hub Full- Speed USB2.0 Hub Low- Speed USB3.0 Host Extended Connector(s) Non-SuperSpeed [USB2.0] Composit Cable USB3.0 Hub USB3.0 デバイスが SuperSpeed と RegacySpeed を同時同時に動かすことは認められていないめられていない SuperSpeed Function Non- SuperSpeed Function USB3.0 Peripheral Device TS-# TS-1 8 4

5 データの伝送 LS,FS,HS Downstream 半二重通信 LS,FS,HS Upstream Host SS Downstream Device SS Upstream 全二重通信 TS-# TS-1 9 信号波形の違い USB2.0 USB3.0 USB3.0 はアクティブな間は常に信号が流れています TS-# TS

6 信号の流れ TS-# TS-1 11 ケーブル USB2.0 D- D+ Vbus Power Ground SDP1+ SDP2- SDP1 Drain SDP2 Drain SDP1- SDP2+ [Device->Host] SuperSpeed [Host->Device] USB3.0 用ケーブル USB2.0 用ケーブル TS-# TS

7 USB3.0 のケーブル db USB2.0 Attenuation SuperSpeed の仕様 : SDD12 SCD12 NEXT, FEXT SDD11 Attenuation (SDD12) Crosstalk (NEXT, FEXT) Differential-to-Common Mode Conversion (SCD12) Return Loss(SDD11) Frequency (GHz) 5Gbps 転送レートを実現するための性能 TS-# TS-1 13 ホストコントローラー USB 1.1 USB 2.0 USB 3.0 ホストコントローラ OHCI/ UHCI EHCI XHCI 転送速度 1.5Mbps/ 12Mbps 480Mbps 5Gbps 配線差動式半二重差動式全二重トランザクション Host 制御ポーリングブロードキャスト Host 制御非同期転送非同期転送ユニキャスト備考 - USB 1.1 との下位互換性 USB 1.1/2.0 との下位互換性 TS-# TS

8 Transfer の比較 Control transfer Bulk transfer Interrupt transfer Isochronous transfer High Speed Max Packet Size : 64Byte Burst Size : 未定義 Sequence Number : 未定義 OUT Flow Control (PING) をサポート Max Packet Size : 512Byte Burst Size : 未定義 Sequence Number : 未定義 OUT Flow Control (PING) をサポート Max Packet Size : 0 ~ 1024Byte X 3 Data rate: 192 Mb/s Burst Size : 未定義 Sequence Number : 未定義 Flow Control を未サポート Max Packet Size : 0 ~ 1024Byte X 3 Data rate: 192 Mb/s Burst Size : 未定義 Sequence Number : 未定義 Flow Control を未サポート Super Speed Max Packet Size : 512Byte Burst Size : 1 Sequence Number : 0~31 Flow Control (ERDY) をサポート Max Packet Size : 1024Byte Burst Size : 1~16 Sequence Number : 0~31 Flow Control (ERDY) をサポート Max Packet Size : 1024Byte (Burst 時 ) Data rate: 192 Mb/s Burst Size : 1~3 Sequence Number : 0~31 Flow Control (ERDY) をサポート Max Packet Size : 1024Byte (Burst 時 ) X3 Data rate: 1 Gb/s Burst Size : 1~16 Sequence Number : 0~31 PING -> PING_RESPONSE をサポート TS-# TS-1 15 電力管理特性 USB2.0 SuperSpeed USB 電力管理 Active と Suspend をソフトウェアレベルで電力管理マルチレベルリンク電力管理 : Active, Idle, suspend をリンクレイヤーホストデバイスホストデバイスソフトウェアの複数複数レベルで電力管理バスパワー Low Power : 100mA High Power : 500mA Low Power : 150mA High Power : 900mA TS-# TS

9 内容 USB3.0の特徴リンク層の解説高速化による物理層の影響 USB3.0のコンプライアンス試験送信器試験受信器試験 TS-# TS-1 17 リンク層 USB2.0 USB3.0 の場合 Software Protocol Layer Link Phy Layer Link Layer Phy Layer Command Packet Frame Link Layer の存在理由 1 既存技術の採用 (PCIe Gen2) 2 拡張性 (Protocol Layer) TS-# TS

10 PHY のアーキテクチャ TS-# TS-1 19 フレーム構造 SS Packet Data Packet Header Packet Packet Header Payload Packet Header Header と Payload を各々各々フレーミングフレーミング情報 TS-# TS

Link Control Word Packet Header TS-# TS-1 21 Data Packet (DP) のフレーミング Data

11 Packet Header フレーミングの例 (Transaction Packet) *Packet Header は下記 3 つでフレーミングされる 1.SHP(Start Header Packet) 2.EPF(End Packet Frame) 3.Link Control Word Packet Header TS-# TS-1 21 Data Packet (DP) のフレーミング Data Packet(DP) は Header と Data Payload から構成される DP は Framing 化した Header と Data Payload が結合した状態になる Data Header Data Payload TS-# TS

目的リンクコマンド : リンク維持維持のためにのために使用使用されるコマンド LGOOD_n (n=0~7) Frame を受信受信したことをしたことを相手相手に伝える LBAD LRTY Frame を正常正常に受信受信ができなかったことをができなかったことを通知通知する Command(Link Layer の NAK) Frame の再送再送を通知通知する Command LRTY

12 目的リンクコマンド : リンク維持維持のためにのために使用使用されるコマンド LGOOD_n (n=0~7) Frame を受信受信したことをしたことを相手相手に伝える LBAD LRTY Frame を正常正常に受信受信ができなかったことをができなかったことを通知通知する Command(Link Layer の NAK) Frame の再送再送を通知通知する Command LRTY Command 送信後に相手相手が受信受信できなかった Frame を再送再送する LCRD_x (x=a~d) Local Credit ( 使用した Buffer) 情報を相手相手に通知通知する Command Frame 受信後に必ず送信送信する LUP LGO_Ux (x=1,2,3) LAU LXU LPMA Up Stream のみで使用使用されされそのリンクがアクティブ (U0 U0) であること通知する 10μs 毎に送信送信する Power Management 状態へのへの移行要求 Power Management 状態へのへの移行承諾 (ACK) Power Management 状態へのへの移行拒否 (NAK) LAU の受信通知リンクコマンドは Link Layer のみで使用使用される TS-# TS-1 23 リンクコマンドの使用例 (LGOOD, LCRD) Link Control Word (Header Sequence#) TS-# TS

13 リンクコマンドの使用例 (LBAD LRTY) TS-# TS-1 25 フレーミング TS-# TS

14 パワーマネージメント Link State U0 U1 U2 U3 状態復帰 (U0) までの時間アクティブ NA アイドル (Fast Exit) 10µs 以下アイドル (Slow Exit) 2ms 以下サスペンド ms オーダー U3 U0 の遷移時間遷移時間は U2 U0 の遷移時間遷移時間よりより長い PM(U1/U2) の要求要求はホストはホストデバイスどちらからでもちらからでも要求可能 U0 から U1,U2 の移行移行は Link Layer が自動的自動的に行う TS-# TS-1 27 リンクコマンドの使用例 (U0 U1) TS-# TS

15 パワーマネージメント TS-# TS-1 29 Link Training Status State Machine TS-# TS

16 Link Polling Substate (LTSSM) LFPS_Polling Polling RX_EQ (TSEQ) Polling Active (TS1) Polling Configuration (TS2) Exit to U0 TS-# TS-1 31 パケットの流れ TS-# TS

17 USB3.0 の In Transaction USB2.0 の場合 USB3.0 の場合 IN Token はハンドシェイク (ACK) に置き換えられた TS-# TS-1 33 USB3.0 の Out Transaction USB2.0 の場合 USB3.0 の場合 OUT Token はデータパケットと合体 TS-# TS

18 USB3.0 の Setup Transaction USB2.0 の場合 USB3.0 の場合 Setup Token はデータパケットと合体 TS-# TS-1 35 Bulk Transfer (Burst) データ受信側受信側からのハンドシェイクをからのハンドシェイクを待たずにたずに連続連続してデータパケットを送信目的 : スループット向上 ACK TP に受信可能受信可能なデータパケットなデータパケット数の情報 (Number of Packet : NumP) を格納 Ack Packet フィールド TS-# TS

19 Burst Transfer による高速転送 TS-# TS-1 37 Bulk Transfer(Stream) Bulk 転送データに StreamID を付加付加するする転送目的 : バスの占有時間短縮 TP にある StreamID(16bit) を使用 Ack Packet フィールド TS-# TS

20 Stream Transfer による高速転送 TS-# TS-1 39 SKIP オーダーセット TS-# TS

21 内容 USB3.0の特徴リンク層の解説高速化による物理層の影響 USB3.0のコンプライアンス試験送信器試験受信器試験 TS-# TS-1 41 チャンネルによる減衰で起きる ISI TS-# TS

22 イコライザの効果 TS-# TS-1 43 リファレンスイコライザここで示された CTLE (Continuous Time Linear Equalizer) はリファレンスチャンネルを対象として最適化された特性ですが実際の機器で実現されるイコライザの特性や構成についてはメーカーの裁量によります TS-# TS

23 イコライザのトレーニング実際の機器では TSEQ シーケンスを使ってイコライザの特性を最適化するのでイコライザの特性はチャンネルの構成に従って変化します TS-# TS-1 45 リンクトレーニング / ステータスステートマシン TS-# TS

24 トレーニングシーケンスホスト LFPS TSEQ 32 symbols 10 bit 65, ps = ms TS1/TS2 デバイス 5ms Idle TS-# TS-1 47 イコライザのトレーニング TS-# TS

25 内容 USB3.0の特徴リンク層の解説高速化による物理層の影響 USB3.0のコンプライアンス試験送信器試験受信器試験 TS-# TS-1 49 試験仕様 Electrical Compliance Test Specification SuperSpeed Universal Serial Bus Date: Sept Rev: 0.9 TS-# TS

つの別々の検査が必要になりますこれらのリファレンスチャンネルは USB SuperSupeed Compliance Methodology Wite Paper で記述されますアイパターンはセクション 6.5.

26 測定の概要測定概要規格に準拠した SuperSupeed のアイパターンはコンプライアンスチャンネルを通して計測が行われますこのコンプライアンスチャンネルはロングチャンネルショートチャンネルと 3 メートルケーブルからなっていますこれはコンプライアンス試験で 3 つの別々の検査が必要になりますこれらのリファレンスチャンネルは USB SuperSupeed Compliance Methodology Wite Paper で記述されますアイパターンはセクションで記述されるクロックリカバリ機能を使用して計測されますロングチャンネルの場合にはレシーバー端のアイパターンは完全に閉じてしまいますセクションに記述されるリファレンスレシーバーイコライザの特性はコンプライアンスチャンネルに最適化されたものレシーバ端のアイを開くことができます TS-# TS-1 51 リファレンスチャンネルリファレンスチャンネルは実際の使用環境をシミュレートするためにロングチャンネル (Back Panel を想定 ) とショートチャンネル (Front Panel を想定 ) が考慮されています TS-# TS

27 テストフィクスチャとケーブル Host Test fixture Device Test fixture 3M Cable Host 5 Trace Ref Channel Device 11 Trace Ref Channel Device Cal Fixture TS-# TS USB3.0 送信器コンプライアンス試験 TS-# TS

28 内容 USB3.0の特徴リンク層の解説高速化による物理層の影響 USB3.0のコンプライアンス試験送信器試験受信器試験 TS-# TS-1 55 信号品質の低下と受信器ジッタ耐性の劣化高速伝送が信号品質を低下させ受信器のジッタ耐性を劣化させる受信器は小さなマージンで動作しなければならない送信器アイパターン受信器アイパターン 1.5 Gbps 3.0 Gbps 6.0 Gbps 受信器のジッタ耐性試験は必須! TS-# TS /11/

29 SS USB 受信部コンプライアンス試験 Super Speed USB 仕様は受信部トレランス ( 耐性 ) コンプライアンスを標準コンプライアンステストとして要求します Super Speed USB 仕様 Rev 1.0 Final Section と USB3.0 Electrical Compliance Methodology White Paper(Revision 0.9) に記述されています TS-# TS-1 57 受信器ビットエラーレイト (BER) 試験 TS-# TS

30 ループバックモードへの移行 TS-# TS-1 59 ジッタ耐性試験結果 TS-# TS

31 ご清聴ありがとうございました TS-# TS

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