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通過加快內部和外部存儲轉化的性能，USB 3.0為存儲器市場帶來了一項根本性轉變。由于USB 3.0能夠使外部驅動器達到與PC內部驅動器相同的數據傳輸速度，因此用戶當然可以比過去更加充分的利用外部存儲器。 USB 3.0無需改變PC電腦中USB連接器的波型因數即可達到這種新的性能水平，并且在所有其它方面能夠完全向后兼容。這樣，在滿足了存儲需求外，USB 3.0還為各種存儲器應用提供了理想的解決方案。 本文提供了USB 3.0的簡介以及影響USB 3.0應用的各種因素。盡管這里我們關注的重點在于存儲器的應用，但我們同樣也涉及到了一些其它應用，因為USB的通用性是將這種接口用于外部磁盤驅動器的主要原因。 對于存儲應用，假設將他們分別為用于外部和內部存儲的接口，那么USB和SATA之間的關系特別有趣。由于現在的USB 3.0能夠支持磁盤驅動器的最高轉換速率，這樣在很大程度上就可以將通用的SATA驅動器用作外部USB 3.0的外設。通過使用能夠橋接USB3.0與SATA的器件，將USB 3.0接口填加到SATA驅動器是最直接的方式。 根據市場需求，富士通公司推出了世界首款高集成型USB3.0-SATA橋接芯片。利用能夠與現有系統輕松匹配的波形因數，芯片大大簡化了PC和Mac平臺外部硬盤的實現，并提供了USB3.0端口與外部磁盤驅動器間透明的數據傳輸。因此，這款器件有助于利用那些由于性能原因，已經轉向外部SATA（eSATA）的USB的應用，使得驅動器制造商可以輕松利用USB 3.0所承諾的通用連接性。 USB 3.0簡介 USB 3.0 —— 也被認為是SuperSpeed USB ——為那些與PC或音頻/高頻設備相連接的各種設備提供了一個標準接口。從鍵盤到高吞吐量磁盤驅動器，各種器件都能夠采用這種低成本接口進行平穩運行的即插即用連接，用戶基本不用花太多心思在上面。新的USB 3.0在保持與USB 2.0的兼容性的同時，還提供了下面的幾項增強功能： 極大提高了帶寬——高達5Gbps全雙工（USB2.0則為480Mpbs單雙工） 實現了更好的電源管理 能夠使主機為器件提供更多的功率，從而實現USB-充電電池、LED照明和迷你風扇等應用。 能夠使主機更快的識別器件 新的協議使得數據處理的效率更高 USB 3.0可以在存儲器件所限定的存儲速率下傳輸大容量文件（如HD電影）。例如，一個采用USB 3.0的閃存驅動器可以在3.3秒鐘將1GB的數據轉移到一個主機，而USB 2.0則需要33秒。 受到消費類電子器件不斷增加的分辨率和存儲性能需求的推動，希望通過寬帶互聯網連接能夠實現更寬的媒體應用，因此，用戶需要更快速的傳輸性能，以簡化下載、存儲以及對于多媒體的大量內容的共享。USB 3.0在為消費者提供其所需的簡易連接性方面起到了至關重要的作用。 當用于消費類器件時，USB 3.0將解決USB 2.0無法識別無電池器件的問題。主機能夠通過USB 3.0緩慢降低電流，從而識別這些器件，如電池已經壞掉的手機。 對于系統和ASIC開發者而言，USB 3.0芯片和IP的廣泛的實用性保證了每個設計要求都可以及時得到滿足。這種全方位的支持對于像USB 3.0這樣的標準而言特別重要，因為速度、高級協議和各種電纜長度（從幾英寸到幾米）使得設計和標準兼容性成為一項挑戰。 SATA與USB 最近幾年來，在爭相成為外部存儲器接口的各種器件中，USB、eSATA和Firewire在個人計算機領域，都各自取得了多個矚目的成績。在這一點上，串行ATA（SATA）在消費類PC的內部驅動連接性上，取代了所有其它接口。盡管被稱為CFast的新型Compactflash版本將基于SATA構建，但較早的并行ATA（PATA）在將CompactFlash作為存儲媒介的工業和嵌入式應用中仍在繼續使用。 自從2004年推出以來，eSATA在外部存儲器應用方面已經向USB 2.0和FireWire提出了挑戰。eSATA在SATA內部驅動器所支持的相同速率下，與外部器件互相傳輸數據。值得一提的是，eSATA接口可以支持高達3Gbps的數據傳輸率。即使接照由編碼所縮減的實際速率，eSATA的數據速率也完全足以用作最高速的硬盤驅動器，這種驅動器能夠以120/秒的速度傳輸數據（約為90Mbps）. 盡管eSATA僅用于存儲器應用，但它的這些性能使其能夠搶占USB 2.0和FireWire的市場份額。SATA的其他優勢還包括低處理器成本。USB 3.0的性能顯著優于eSATA和FireWire 800。在5Gbps全雙工下，USB 3.0比可以達到800Mbps的全雙工的eSATA和FireWire 800的速度更快。（注意，eSATA的3Gbps數據是單雙工的，而USB 3.0所提供的是全雙工的。盡管我們在這里無法詳盡的說明，但仍需提請注意的是USB 3.0包括可選裝置，用于傳輸無序數據，是用于磁盤驅動搜索的最佳選擇。） 富士通的USB 3.0 —— SATA芯片解決方案 為了實現可以將SATA硬盤驅動器用于USB 3.0的簡單方法，富士通推出了MB86C30A單芯片解決方案，用以將USB 3.0和基于SATA/ATA/ATAPI的大容量存儲器進行橋接。這種橋接芯片將USB2.0和USB3.0的海量存儲要求轉移給SATA和ATA/ATAPI通信協議。 MB86C30A是世界首款USB 3.0從芯片，采用了富士通的高速串行I/O技術。不久的將來，利用65nm CMOS技術構建的芯片，在采用高速USB規格方面，將實現更低的功耗和更大的靈活性。富士通已經在“2009 SuperSpeed USB開發者協商會上”展示了其USB 3.0從芯片，并證明了它具有行業最快的傳輸速率。 此芯片符合于2008年11月發布的USB 3.0規格1.0以及SATA規格2.6版本的要求。芯片還符合USB Mass Storage 批量傳輸協議。圖1顯示了芯片的主要功能。 圖1：富士通的MB86C30A USB3.0-SATA橋接芯片 MB86C30A主要特性 高速加密引擎 在安全性方面MB86C30A嵌入式命令解析器支持ATA命令集，帶有一個高速加密引擎和DMA控制器。由于加密功能是由硬件而非軟件進行控制，因此MB86C30A使得USB 3.0的潛在傳輸速率（見圖2）達到了最大化。芯片支持面向CBC-AEC的128位和256位的主要長度，以及面向XTS-AES的主要長度。加密引擎是基于國家標準與技術研究院標準（NIST）的標準AES代碼/解碼硬件引擎。 電源管理 MB86C30A支持USB 3.0所推出的許多電源管理功能。例如：當USB 3.0端點準備完成，可以進行數據傳輸時，它會通知給主機，這樣就減少了查詢端點過程中所需的功率。其它協議變更也是以類似的方式節約功率，USB 3.0鏈路層會根據總線的活動自動進入低功耗狀態。 USB 2.0/USB 3.0和SATA的PHY和鏈路集成 MB86C30A整合了一個物理層接口（PHY），在雙工線上（即DP和DM）都具有終端電阻。因此，其實施需要最少量的外部元件并可以實現與物理介質的輕松互聯。 嵌入式擴展頻譜時鐘發生器（SSCG） 由于電磁干擾（EMI）在高頻狀態下容易出現更多問題，因此USB 3.0需要采用一個頻譜時鐘，這個時鐘必須在主機和每個端點中獨立生成。富士通橋接芯片的工作頻率為75MHz，并整合了一個SSCG。這種集成簡化了系統設計，并降低了對于其它除噪元件的需求，如旁路電容器、扼流圈、磁珠等。 圖2：針對各種引擎標準的MB86C30A傳輸速率 高性能CPU和其它資源 MB86C30A整合了一個高性能的32位ARM 7處理器（ARM7TDMI），帶有一個64Kb的專用程序存儲器，工作頻率為75MHz。因此，利用可定制的固件，開發者就能夠創建差異化更高的外部SATA驅動器。通用I/O（GPIO）進一步擴展了器件的多功能性。 SPI接口選項 MB86C30A具有一個串行外設接口（SPI），用于提供與串行flash和EEPROM的連接。 可定制的功能（VID/PID） 每個USB產品都具有唯一的供應商ID（VID）和產品ID（PID）。MB86C30A允許用戶來定制芯片的供應商ID、產品ID及字符串。 輕松移植 為了實現從以往設計到USB 3.0的輕松移植，MB86C30A采用了與過去的USB 2.0橋ASSP相似的封裝。這個64引腳LQFP封裝具有0.4mm的引腳間距，因此，有助于將PCB的生產成本保持在最低水平。 MB86C30A符合如下標準： 《通用串行總線規格3.0》，1.0版本 《通用串行總線規格》，2.0版本 《Mass Storage批量傳輸協議》，1.0版本 《串行ATA規格》，2.6版本 ATA和ATAPI器件支持 目前，USB類驅動器屬于邏輯器件驅動（LDD），提供了通用功能，并符合HDD及Blu-lay的特定器件規格。 圖3顯示了外部硬件驅動器的框圖，這個驅動器可以用于PC或消費類電子應用。 圖3-采用富士通MB86C30A橋接芯片的硬件磁盤驅動器應用 總結 PC、外部硬件驅動器、便攜式電子器件和基于flash的SSD驅動器間不斷增長的信息數據傳輸的需求推動了對于更快傳輸方法的研制。借助于比以住USB版本的更高的吞吐量，USB 3.0提供了在未來數年里都能滿足多方面要求的傳輸方式。富士通的MB86C30A USB3.0/SATA橋接器件為開發者提供了一個可以將SATA驅動器應用于USB 3.0的簡單方式，從而使客戶可以在幾秒鐘即可完成在之前需要數分鐘的數據傳輸。 |
