USB3.0应用与影响因素

　　简介

　　USB 3.0无需改变PC电脑中USB连接器的波型因数即可达到这种新的性能水平，并且在所有其它方面能够完全向后兼容。本文提供了USB 3.0的简介以及影响USB 3.0应用的各种因素。尽管这里我们关注的重点在于存储器的应用，但我们同样也涉及到了一些其它应用，因为USB的通用性是将这种接口用于外部磁盘驱动器的主要原因。

　　对于存储应用，假设将他们分别为用于外部和内部存储的接口，那么USB和SATA之间的关系特别有趣。由于现在的USB 3.0能够支持磁盘驱动器的最高转换速率，这样在很大程度上就可以将通用的SATA驱动器用作外部USB 3.0的外设。通过使用能够桥接USB3.0与SATA的器件，将USB 3.0接口填加到SATA驱动器是最直接的方式。

　　根据市场需求，富士通公司推出了世界首款高集成型USB3.0-SATA桥接芯片。利用能够与现有系统轻松匹配的波形因数，芯片大大简化了PC和Mac平台外部硬盘的实现，并提供了USB3.0端口与外部磁盘驱动器间透明的数据传输。因此，这款器件有助于利用那些由于性能原因，已经转向外部SATA(eSATA)的USB的应用，使得驱动器制造商可以轻松利用USB 3.0所承诺的通用连接性。

　　USB 3.0简介

　　USB 3.0 —— 也被认为是SuperSpeed USB ——为那些与PC或音频/高频设备相连接的各种设备提供了一个标准接口。从键盘到高吞吐量磁盘驱动器，各种器件都能够采用这种低成本接口进行平稳运行的即插即用连接，用户基本不用花太多心思在上面。新的USB 3.0在保持与USB 2.0的兼容性的同时，还提供了下面的几项增强功能：

　　极大提高了带宽——高达5Gbps全双工(USB2.0则为480Mpbs单双工)

　　实现了更好的电源管理

　　能够使主机为器件提供更多的功率，从而实现USB-充电电池、LED照明和迷你风扇等应用。

　　能够使主机更快的识别器件

　　新的协议使得数据处理的效率更高

　　USB 3.0可以在存储器件所限定的存储速率下传输大容量文件(如HD电影)。例如，一个采用USB 3.0的闪存驱动器可以在3.3秒钟将1GB的数据转移到一个主机，而USB 2.0则需要33秒。

　　受到消费类电子器件不断增加的分辨率和存储性能需求的推动，希望通过宽带互联网连接能够实现更宽的媒体应用，因此，用户需要更快速的传输性能，以简化下载、存储以及对于多媒体的大量内容的共享。USB 3.0在为消费者提供其所需的简易连接性方面起到了至关重要的作用。

　　当用于消费类器件时，USB 3.0将解决USB 2.0无法识别无电池器件的问题。主机能够通过USB 3.0缓慢降低电流，从而识别这些器件，如电池已经坏掉的手机。

　　对于系统和ASIC开发者而言，USB 3.0芯片和IP的广泛的实用性保证了每个设计要求都可以及时得到满足。这种全方位的支持对于像USB 3.0这样的标准而言特别重要，因为速度、高级协议和各种电缆长度(从几英寸到几米)使得设计和标准兼容性成为一项挑战。

　　SATA与USB

　　最近几年来，在争相成为外部存储器接口的各种器件中，USB、eSATA和Firewire在个人计算机领域，都各自取得了多个瞩目的成绩。在这一点上，串行ATA(SATA)在消费类PC的内部驱动连接性上，取代了所有其它接口。尽管被称为CFast的新型CompactFlash版本将基于SATA构建，但较早的并行ATA(PATA)在将CompactFlash作为存储媒介的工业和嵌入式应用中仍在继续使用。

　　自从2004年推出以来，eSATA在外部存储器应用方面已经向USB 2.0和FireWire提出了挑战。eSATA在SATA内部驱动器所支持的相同速率下，与外部器件互相传输数据。值得一提的是，eSATA接口可以支持高达3Gbps的数据传输率。即使接照由编码所缩减的实际速率，eSATA的数据速率也完全足以用作最高速的硬盘驱动器，这种驱动器能够以120/秒的速度传输数据(约为90Mbps).

　　尽管eSATA仅用于存储器应用，但它的这些性能使其能够抢占USB 2.0和FireWire的市场份额。SATA的其他优势还包括低处理器成本。USB 3.0的性能显著优于eSATA和FireWire 800。在5Gbps全双工下，USB 3.0比可以达到800Mbps的全双工的eSATA和FireWire 800的速度更快。(注意，eSATA的3Gbps数据是单双工的，而USB 3.0所提供的是全双工的。尽管我们在这里无法详尽的说明，但仍需提请注意的是USB 3.0包括可选装置，用于传输无序数据，是用于磁盘驱动搜索的最佳选择。)

　　富士通的USB 3.0 —— SATA芯片解决方案

　　为了实现可以将SATA硬盘驱动器用于USB 3.0的简单方法，富士通推出了MB86C30A单芯片解决方案，用以将USB 3.0和基于SATA/ATA/ATAPI的大容量存储器进行桥接。这种桥接芯片将USB2.0和USB3.0的海量存储要求转移给SATA和ATA/ATAPI通信协议。

　　MB86C30A是世界首款USB 3.0从芯片，采用了富士通的高速串行I/O技术。不久的将来，利用65nm CMOS技术构建的芯片，在采用高速USB规格方面，将实现更低的功耗和更大的灵活性。富士通已经在“2009 SuperSpeed USB开发者协商会上”展示了其USB 3.0从芯片，并证明了它具有行业最快的传输速率。

　　此芯片符合于2008年11月发布的USB 3.0规格1.0以及SATA规格2.6版本的要求。芯片还符合USB Mass Storage 批量传输协议。图1显示了芯片的主要功能。

　　

 

　　图1：富士通的MB86C30A USB3.0-SATA桥接芯片

　　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，带有一个高速加密引擎和DMA控制器。由于加密功能是由硬件而非软件进行控制，因此MB86C30A使得USB 3.0的潜在传输速率(见图2)达到了最大化。芯片支持面向CBC-AEC的128位和256位的主要长度，以及面向XTS-AES的主要长度。加密引擎是基于国家标准与技术研究院标准(NIST)的标准AES代码/解码硬件引擎。