快速領略USB 3.0問題癥結與解決方案

問題分享二：LFPS低頻周期信號的振幅不符合規(guī)范（800 mV= X =1.200mV）。

　　在驗證USB 3.0的過程中，另一項重要的測試LFPS（Low Frequency Periodic Signaling）信號，目的為驗證LFPS在經(jīng)過一定的傳輸信號長度后，其衰減值是否仍在規(guī)范之內(nèi)，以確保USB 3.0的傳輸速度與質量。

　　首先，根據(jù)USB 3.0的規(guī)范指出，其LFPS差分訊號的正常范圍應屬800 mV至1200mV之間。在測試我們選用的USB3.0產(chǎn)品時發(fā)現(xiàn)，其差分訊號測得604.4mV,并不符合協(xié)會規(guī)范。因此，我們從訊號的衰減因素著手進行解決方案，發(fā)現(xiàn)原因是由訊號復元組件也就是Repeater（Redriver）所造成，現(xiàn)今許多裝置為了方便消費者使用，外嵌許多USB接口，但不是每個接口都直接建置在主機版上，為了讓更多的USB接口可以延伸到各個位置，需要透過額外加的Cable來延長，這時訊號的傳遞就可能受到Chip與接口傳輸距離過長造成訊號質量嚴重衰減。此時透過Repeater可讓原始訊號在經(jīng)過延長后的傳輸距離后作一個重整與還原的動作，使訊號維持一定的強度。但Repeater的參數(shù)（EX: Gain）若調整不正確，將會造成錯誤的行為及振幅，而在我們重新更換過Repeater之后，立即發(fā)現(xiàn)如圖四的結果，其差分訊號下降至1080.4mV并符合協(xié)會規(guī)范。

　　這項問題肇因即可說明，如果USB 3.0主機芯片和連接器之間的距離太長，就會出現(xiàn)訊號幅度明顯衰減的狀況。若為了改善此情況而加入Repeater,其參數(shù)必須調整至一個最適當?shù)闹怠epeater所重整還原出來的訊號不一定符合系統(tǒng)或規(guī)范要求，有時候訊號經(jīng)過Repeater的重整還原之后，雖然訊號強度得到了補償；但因參數(shù)調整不正確，使其訊號振幅過大超出規(guī)范，所以Repeater的使用需要經(jīng)過精密的設定與驗證，才能得到最正線的傳輸訊號的穩(wěn)定質量。

　　問題分享三：從hybrid sleep恢復后，系統(tǒng)會發(fā)生重置動作或USB裝置無法續(xù)傳。

　　不同于前兩項屬于electrical或硬件端的問題，我們觀察到也有因為軟件設定而導致測試失敗。這次我們用USB協(xié)會定義使用的三項USB產(chǎn)品（known good device）來作主機軟件端的兼容性測試時發(fā)現(xiàn)，其中一項產(chǎn)品在從睡眠模式（hybrid sleep）中恢復后，會產(chǎn)生系統(tǒng)reset或USB傳輸中斷的狀況。根據(jù)協(xié)會規(guī)范，當USB正在傳輸檔案時，即使進入睡眠模式后再重新啟動，應要做續(xù)傳的動作，如果發(fā)生停止或reset的狀況即為測試失敗。

　　因此，我們從這個問題肇因可以發(fā)現(xiàn)USB傳輸效能與系統(tǒng)供電的關聯(lián)性。其他兩項USB產(chǎn)品皆是屬于Self -Power的產(chǎn)品，因此在系統(tǒng)進入hybrid sleep后在重新復蘇啟動OS時，由于產(chǎn)品自我供電的特性，使產(chǎn)品不會因為所連接的Host中斷V_BUS供電而在回到操作系統(tǒng)時做reset的動作，使原本的傳輸中斷。反之，在這個測試出現(xiàn)失敗的產(chǎn)品中，因為是屬Bus-Power產(chǎn)品，其供電接來自于所連接的Host,因此從hybrid sleep蘇醒時，其產(chǎn)品會因Host供應的V_BUS不足（或中斷）導致來不及在回到操作系統(tǒng)前完成resume的動作，造成reset或中斷傳輸?shù)膭幼??；旧?，我們推測其為產(chǎn)品BIOS的問題，因此在我們更換過產(chǎn)品的BIOS后，即可解決此供電狀況的問題（如圖五和圖六）。特別的是，我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)今許多USB產(chǎn)品為了主打省電的功能，各家的BIOS都不盡相同；但為符合協(xié)會規(guī)范，其最低要求是系統(tǒng)從hybrid sleep的狀態(tài)恢復時，至少要能來得及反應并啟動OS,才不會造成其他裝置動作出現(xiàn)中斷或系統(tǒng)發(fā)生reset的情況。

　　問題分析四：USB 3.0兼容性測試時最常遇到的問題之一，韌體不兼容造成藍屏（BOSD,Blue Screen of Death）狀況。

　　在了解整個問題肇因前，我們得先知道在作USB 3.0測試時，必須手動開啟"Driver Verifier"此指令，目的為讓這個指令去監(jiān)視所有gold tree上裝置的運作狀態(tài)，這也是協(xié)會規(guī)范所指定的動作之一。再者，我們在作USB 3.0兼容性測試時，只要出現(xiàn)藍屏（BSOD）便會判定為測試失敗。根據(jù)上述，這個階段的問題肇因即是發(fā)生在當待測物裝置在某廠商芯片組的USB 3.0筆記本電腦上時，接著我們再作整個gold tree的兼容性測試時，會不定時的發(fā)生藍屏狀況。為了解決此問題，我們發(fā)現(xiàn)在開啟Driver Verifier后會有一個預設旗標值（flags），其默認值為"0x7F",這會讓USB裝置上的driver與系統(tǒng)controller driver產(chǎn)生沖突情形，因此造成藍屏的現(xiàn)象。而根據(jù)與USB協(xié)會及AMD討論出來的解決方式，即是把旗標職從"0x7F"改成"0x9ab",藍屏問題集獲得改善。

　　一般來說，獲得越多環(huán)境資源的driver理當能正常運作，因此建構這個最低需求環(huán)境的Driver Verifier指令，為的就是讓gold tree上所有的device 及controller driver最嚴苛的環(huán)境之下，還能夠正常的運作。相反地，如果driver在這個環(huán)境條件下測試會造成藍屏，就代表這個裝置不符合規(guī)范；能通過這個最低資源、環(huán)境條件的測試，才能確保各產(chǎn)品兼容的完整性。

　　問題分享五：選配的電纜質量也很重要，會間接影響USB影、音輸出質量。

　　我們在作USB 3.0向后兼容測試（backwards test）時，必須全面檢測gold tree上的所有裝置的兼容性，例如耳機、鼠標、網(wǎng)絡攝影機或打印機等等。在測試時，我們一樣透過Driver Verifier的動作來讓系統(tǒng)運作條件與鏈接環(huán)境保持在最低限度，并藉此觀察gold tree上所有裝置的運作情況。在此發(fā)現(xiàn)幾項audio與video質量問題，例如耳機發(fā)生明顯的音頻噪音、網(wǎng)絡攝影機發(fā)生明顯的影像延遲或視頻噪聲。而這些裝置在軟、硬件測試方面皆沒有發(fā)生問題，卻在作全面兼容性時發(fā)生問題，因此我們把目光聚焦在cable上。也就是說，不論是測試和一般用途的USB 3.0 cable,質量的良劣是非常重要的，如果選配低質量的USB 3.0 cable,會導致錯誤率提高，造成數(shù)據(jù)傳輸性能下降、傳輸?shù)臅r間不穩(wěn)定等等狀況。因此，cable的質量會影響影音傳輸，不同廠商的cable也會有不同的結果，如果cable的帶寬被耗盡，就會有噪音出現(xiàn)進而影響質量。

　　綜合上述，我們這次的目標雖然是在探討USB 3.0驗證的其中幾個關鍵議題，但我們也可從中發(fā)現(xiàn)，USB 3.0與USB 2.0除了在傳輸速度有所不同外，在許多的技術深度上也比USB2.0更進階。也就是說，相關USB廠商在開發(fā)USB 3.0裝置時，不能僅秉持過往USB 2.0的技術思維，必須透過更深入的研究、技術資源與精力投入，才能找出關鍵的技術升級模式和相關問題解決方案，才能讓市面上所有的USB產(chǎn)品達到兼容性的理想目標。市面上USB產(chǎn)品與應用越來越普及，百佳泰除了有一系列的USB測試方案外，也針對這些驗證過程中發(fā)現(xiàn)的問題肇因作出規(guī)劃性的報告，提供相關廠商問題偵錯與肇因的協(xié)尋與技術支持。本文章就是謹以專業(yè)實驗室角度，勾勒出幾項我們發(fā)現(xiàn)的重點項目與大家分享，讓大家一起為提升USB 3.0效能表現(xiàn)有個溝通合作的平臺，提供USB廠商在研發(fā)設計產(chǎn)品時，一個質量保障的參考與技術咨詢。