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為什麼高速USB不一定能為手機實現高速傳輸?

上網時間: 2009年12月07日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:USB  全速USB  高速傳輸 

內部結構

從上述結果可看出,實際的高速USB性能變化範圍很大。從超過20分鐘(低於10Mbps)到低於1分鐘(超過140Mbps)的傳輸時間,其間相差25倍以上。為什麼差距會如此之大?其答案就在於USB所支援的架構互不相同。

在使用獨立式高速USB控制器的架構中,控制器通常透過主處理器外接記憶體介面連接到處理器。該記憶體介面通常與記憶體元件共用此介面,例如適用於程式碼或用戶資料儲存的NAND。從主機輸入的資料通過USB控制器傳輸到主處理器。該節點的處理器在將資料寫入大量儲存前已先行緩衝記憶體至SDRAM中。整個過程分多個步驟完成,需要耗用大部份處理器,因而限制了USB的傳輸性能。下圖描繪出這一應用案例的資料流程。

圖2:配置不同高速USB架構的手機USB性能比較。
圖2:配置不同高速USB架構的手機USB性能比較。

高速USB所支援的另一種可選架構是使用整合了USB控制器的處理器。許多支援高速USB的處理器還具有多個CPU核心,以提高處理能力,例如音樂和視訊。在下圖中顯示了這種應用的理想的資料路徑。

圖3:使用單獨高速USB控制器的高速USB資料路徑。
圖3:使用單獨高速USB控制器的高速USB資料路徑。

由於USB控制器整合在處理器中,理想情況是資料可直接從USB傳輸到大量儲存。然而,資料從USB到大量儲存的實際傳輸路徑並不像所描述的那樣直接傳輸。在下圖中顯示處理器中的實際資料傳輸流程。

圖4:使用整合USB控制器的處理器來建置高速USB的最佳資料路徑。
圖4:使用整合USB控制器的處理器來建置高速USB的最佳資料路徑。

其中一個CPU核心用於控制USB SIE,另一個CPU核心則用於大量儲存控制器。所有核心均共用相同的SDRAM,SDRAM被分成兩個分別專用於一個CPU核心的記憶體。由於CPU核心不能存取其他CPU核心的記憶體,CPU1必須將輸入的資料緩衝後再傳送到CPU2,並且在寫入儲存區前在CPU2中進行緩衝儲存。該過程可能導致很大的系統負載,從而影響整體USB性能。

圖5:使用整合USB控制器的處理器來實現高速USB在實際中的資料路徑。
圖5:使用整合USB控制器的處理器來實現高速USB在實際中的資料路徑。

第三種架構是使用橋接器晶片架構。類似於PC產業中所用的北橋和南橋架構,橋接器晶片可為處理器本來不支援的週邊設備提供支援。在嵌入式領域中,目前已開發出了West Bridge架構(例如Cypress的West Bridge Antioch),以滿足快速添加新週邊設備和通訊協議的需要。該設備是一款搭載高速USB控制器並提供大量儲存支援的西橋控制器。

在這種應用中,USB資料流量與大量儲存均由West Bridg控制器管理。下圖顯示了該架構的資料路徑。

圖6:使用橋接器架構建置高速USB的理想資料路徑。
圖6:使用橋接器架構建置高速USB的理想資料路徑。

該架構具有幾項優點。首先,它提供了大量儲存的直接路徑,因而使得USB到大量儲存的資料路徑與性能最佳化。其次,由於橋接器晶片直接支援大量儲存控制和USB,主基頻處理器便得以卸載這些任務,並可用於處理其他任務。因此,在處理器、儲存區與PC之間的任一獨立資料路徑在傳輸資料時均可達到最高效率。不過,儘管該架構具有上述所討論的種種優點,但它也必須權衡可能面對較高的系統成本為代價。

結論

很明顯地,目前已有多款高速USB方案可供選擇,然而,架構的抉擇終究將取決於用戶對於行動設備所期望的特點與規格。配置有限大量的單一設備採用整合於處理器中的USB方案就能滿足需求,而大儲存量多媒體中心設備需要高性能傳輸性能。要達到最大傳輸性能,應選擇具有到大量儲存的直接路徑的橋接器。

隨著手機對於多媒體與儲存容量的需求不斷成長,高性能傳輸需求也隨之成長。而對於高性能傳輸需求的成長,也挑戰著行動裝置設計人員們必須詳加評估,選擇一款可符合其設計需求的USB性能等級。

作者:Timothy Kung

產品經理

Cypress半導體


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