胡為東系列文章之五--USB 3.0物理層測(cè)試中的一致性

LTSSM(Link Training and Status State Machine)主要用于控制鏈路的鏈接狀態(tài)和鏈路的電源管理。U0-U3為四種和工作相關(guān)的狀態(tài)，U0狀態(tài)表示的是超高速鏈接處于使能狀態(tài)，數(shù)據(jù)包正在收發(fā)或者鏈路處于空閑狀態(tài)；U1表示的是低功耗鏈路狀態(tài)，此時(shí)沒(méi)有數(shù)據(jù)包收發(fā)，超高速鏈路可以處于非使能狀態(tài)以節(jié)省功耗；U2也是一種低功耗狀態(tài)（能進(jìn)一步節(jié)省功耗，但是如果要退出該狀態(tài)則需要更長(zhǎng)的等待時(shí)間）；U3為鏈路終止?fàn)顟B(tài)（可進(jìn)一步的節(jié)省功耗）；Rx.Detect、Polling、Recovery以及Hot Reset為四種鏈接狀態(tài)，Rx.Detect狀態(tài)表示當(dāng)鏈路上電后，host和device能夠相互識(shí)別到雙方的存在，一旦識(shí)別，雙方將開(kāi)始進(jìn)入初始化訓(xùn)練程序；Polling狀態(tài)表示host和device在訓(xùn)練初始化發(fā)送端和接收端以及進(jìn)行同步，準(zhǔn)備進(jìn)行數(shù)據(jù)包的發(fā)送；Recovery主要是當(dāng)鏈路發(fā)現(xiàn)當(dāng)前系統(tǒng)要從低功耗狀態(tài)切換出來(lái)或

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圖1 USB3.0 LTSSM的狀態(tài)機(jī)流程圖

者當(dāng)前沒(méi)有工作在U0狀態(tài)而需要重新進(jìn)行訓(xùn)練和配置的時(shí)候進(jìn)行鏈路恢復(fù)；Hot Reset表示鏈路允許下行端口重新設(shè)置上行端口；另外兩種鏈路狀態(tài)為L(zhǎng)oopback和Comliance，分別用于誤碼率測(cè)試和發(fā)送端一致性測(cè)試；還有其它兩種狀態(tài)為SS.Inactive和SS.Disabled，分別為鏈路出現(xiàn)錯(cuò)誤的狀態(tài)和鏈路工作在非超高速狀態(tài)或者鏈路工作USB2.0狀態(tài)。

從上圖1中可以看出，從鏈路上電開(kāi)始到正常工作（類(lèi)似于將USB3.0的U盤(pán)插到筆記本的USB3.0接口上到能夠正常開(kāi)始讀取數(shù)據(jù)）需要經(jīng)歷三個(gè)階段：Rx.Detect、Polling、U0，其中Polling過(guò)程會(huì)對(duì)鏈路上的終端設(shè)備進(jìn)行相關(guān)的初始化設(shè)置，從Rx.Detect到U0的過(guò)程需要經(jīng)歷的子過(guò)程步驟如下：

圖2 Rx.Detect到U0狀態(tài)需要經(jīng)歷的子狀態(tài)

在Rx.Detect狀態(tài)，鏈路上的host或者device開(kāi)始識(shí)別遠(yuǎn)端是否有端接，如果有端接，則鏈路上的終端均開(kāi)始發(fā)送特定規(guī)格的Polling.LFPS碼（低頻周期突發(fā)信號(hào)，周期在20ns到100ns之間），LFPS信號(hào)是一個(gè)非常關(guān)鍵的信號(hào)，通過(guò)不同特征的LFPS信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)host或者device在多種狀態(tài)之間進(jìn)行切換，不同特征的LFPS信號(hào)主要表現(xiàn)為時(shí)序上的不同，如tBurst和tRepeat參數(shù)，不同要求的LFPS信號(hào)參數(shù)如下圖3所示；經(jīng)過(guò)特定時(shí)間的Polling.LFPS握手后，開(kāi)始發(fā)送定制好的TSEQ碼進(jìn)行接收端的均衡器設(shè)置，然后再通過(guò)TS1/TS2（Training Sequence，訓(xùn)練碼）碼進(jìn)行其它相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，最后通過(guò)發(fā)送Idle碼進(jìn)行握手，完成整個(gè)鏈路的初始化，進(jìn)入U(xiǎn)0正常工作狀態(tài)。如下圖4、圖5所示，圖5為用力科的USB3.0協(xié)議分析儀對(duì)鏈路初始化過(guò)程的分析結(jié)果，從該圖上可詳細(xì)了解到初始化過(guò)程的訓(xùn)練碼序列及其時(shí)序關(guān)系。