常用USB设备结构分析 - USB 2.0与 USB 3.0功能特性对比分析

常用USB设备结构分析

　　考虑到海量存储设备是市场上最常见的高性能USB外设，我们会举一个海量存储设备的例子，来精确的分析其性能。

　　

 

　　我们将讨论数据方面，这是因为大部分时间里接口将涉及数据包传输而不是控制包。

　　数据传输步骤：

　　1.处理器收到一个USB请求。

　　2.处理器处理这个请求。

　　3.处理器依次存储读/写请求。

　　4.处理器等待传输完成。

　　5.处理器发送完成情况到USB host

　　这次传输的时间结构

　　

 

　　总延时 = X Y Z

　　这里，X，Y和Z是主要的延时构成，解释如下：

　　1.延时X是传输请求数据包在主机和处理器之间所花的时间。这取决于USB协议和USB设备硬件处理效率。请求数据包大小只有几十个字节，所以延时只有几纳秒。

　　2.延时Y代表的是处理器处理USB请求和建立直接存储器存取所需要的时间。这取决于处理器类型，线程/过程数目，软件架构。对于通用处理器处理大量的过程和任务来说，操作系统处理延迟可能很大程度取决于中断延时，内容切换延迟，队列延迟等。最坏的情况下，延时Y可能达到数百微秒。

　　3.延迟Z是指数据在USB和存储设备之间传输所需的时间，这取决于请求类型。还取决于直接存储器存取结构和存储设备类型，并不取决于USB速度，因为这里瓶颈会是存储速度而不是USB速度(如SuperSpeed)。延迟Z可能在几毫秒和数微秒之间，取决于存储设备类型和数据大小。

　　虽然USB速度快了十倍(从480Mbps 到 5Gbps)，但是真正的吞吐量将远远低于理论值，因为USB延时(X)比操作系统处理延迟(Y)和存储传输延迟(Z)都小得多，其相对于总延时可以忽略不计。Z延时可以通过选择更好的存储设备来改进，但是Y延时，则需要通过更有效地系统设计来管理。

　　效率

　　要发挥USB 3.0的全部潜力，需进行以下变化：

　　高性能处理器：处理器由于USB 3.0引起的复杂性和任务处理的数量都将大幅上升。如果希望其他应用性能不受影响，就需要一个功能强大的处理器。

　　影响：这不仅会增加产品成本，而且还会增加功耗，对于手持设备来说，这是很不利的。

　　必须改变现有的系统架构来适应USB 3.0。同时，如果USB 3.0的全部潜能都可以实现，就需要大容量和高性能的存储设备。

　　影响：这将增加系统的复杂度，因此影响了推向市场的时间和项目风险。　重新设计来提高性能