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【Tech Tip】USB4協定介紹、常見USB匯流排錯誤及除錯

USB 的歷史


USB 協定(通用串列匯流排)是一種於 1996 年首次創建和推出的通訊協定,用於建立一個更廣泛、統一的線材和連接器,可用於各種不同的裝置。隨著當時技術裝置的增加,擁有一種通用的線材可以減少需要為每個個別裝置準備一組線材的困惑和不便。

USB架構是由Compaq、Digital Equipment、IBM、Intel、Microsoft和Northern Telecom等公司合作構思的,目前由USB開發者論壇(USB-IF, USB Implementers Forum)負責維護和監管,USB-IF以強制執行標準和規範為要求,確保USB裝置製造商遵守這些要求,以獲得被證實為可靠的USB來源的驗證;符合USB標準的裝置在物理層(機械和電氣)以及軟體層面上經過認證後,可以獲得USB標誌。這個標誌向消費者和其他USB使用者傳遞一個訊息,即他們所購買或使用的線材或裝置是經過驗證的,具備安全可靠的特性;這項認證標誌確保了裝置符合USB-IF所制定的標準和規範,並能夠順利與其他符合標準的USB裝置進行互通和互操作;這使得消費者可以放心地購買和使用經過驗證的USB產品,並確保其與其他USB裝置的相容性和可靠性。


USB 規格及訊號速率

全速USB(USB 1.1)

第一個USB規格,USB 1.0 於1996年推出,最初支援1.5 Mbps的低速傳輸速率;該規格於1998年進行了修訂,稱為USB 1.1,也被稱為全速USB (Full Speed USB);此更新的規格支援12 Mbps的頻寬和高達2.5W的功率;支援此規格的USB連接器包括USB Type-A和USB Type-B。


高速USB(USB 2.0)

2001年推出了USB 2.0規格,USB 2.0也稱為高速USB (High-Speed USB),支援480 Mbps的傳輸速率,並向下相容USB 1.1;USB 2.0還使用與USB 1.1相同的USB Type-A和USB Type-B線材和連接器,以及相同的軟體介面,但大幅提高了對高頻寬周邊裝置(例如攝影機)的支援。


超高速USB(USB 3.x & USB4)


USB 3.0

USB 3.0規格,也稱為超高速USB (SuperSpeed USB),於2008年首次推出,以滿足消費者對能夠處理更多功率和更快傳輸速度的USB裝置的需求;USB 3.0支援最高5 Gbps的傳輸速率和最高4.5W的功率水平,使其比USB 2.0快十倍且強大兩倍。與以前的USB規格一樣,SuperSpeed USB也向下相容其早期版本,並支援包括USB Type-A和USB Type-B在內的線材和連接器類型。


USB 3.1

在2013年推出SuperSpeed USB 3.1,它透過在USB Type-C連接器中使用雙通道操作來支援高達10 Gbps的傳輸速率。


USB 3.2

在2017年推出了USB 3.2,進一步提高了訊號速率;這個修訂版本支援高達20 Gbps的USB傳輸速率,這是透過在USB Type-C線材中使用2條通道,每條通道傳輸速率達到10 Gbps來實現的。


USB4

USB4 規格於2019年問世,提供使用者一系列強大的功能和傳輸能力,其中包括:透過Type-C線材的雙軌道運作,使得資料傳輸速率可達40 Gbps;USB4提供了非常高的傳輸速度和資料傳輸能力,並支援多種資料和顯示協定,使它能夠與各種不同類型的裝置和顯示器進行連接和通訊,無論是傳輸大型文件、高清影音、還是處理複雜的資料,USB4都能提供快速、穩定且高效的傳輸性能;此外,USB4還具有向下相容性,可以與之前的USB規格和Thunderbolt技術相容,確保與現有裝置的連接性。


2022年11月1~2日,USB-IF在美國西雅圖舉辦的USB Developer Days會議中,介紹了最新發布的USB4 Version 2.0 (USB4 v2),這個版本與過往最大的不同之處在於採用了PAM-3編碼取代了過去的NRZ編碼,從而實現了理論上的80Gbps頻寬;此外,USB4v2還新增了非對稱傳輸 (Asymmetric) 功能,將下行頻寬提高到了120Gbps,而上行頻寬則縮減為40Gbps,以動態調整頻寬來優化使用效率,例如,80Gbps的頻寬可以保留給DisplayPort 1.4a或新的DisplayPort 2.0/2.1標準,提供外接螢幕、顯示卡等應用使用,同時仍然保留40Gbps的TX和RX用於Tunneled USB-C、PCIe和一般PC對設備的資料傳輸,新協定的USB3 Gen T tunneling讓USB3.2的頻寬能更有效地利用USB4的更快速度設計。

PAM3 星座圖節點 (Constellation Levels),用於表示不同等級或節點的訊號狀態
PAM3 星座圖節點 (Constellation Levels),用於表示不同等級或節點的訊號狀態

此外,USB-IF最近在其官網以及今年的台北國際電腦展(Computex 2023)上發佈了一項重要消息,為使工程人員和消費者更易於理解不同傳輸速率的USB連接埠規格版本差異,原本先前已延用多年的「SuperSpeed」品牌命名、以及USB 3.0、USB 3.1、USB 4 等,全都將改為採用「USB搭配傳輸速率」的新命名方式,若線材支援充電功率,也需標示最大功率的數值;也就是說,未來,將會以傳輸速率來區別,如:「USB 5Gbps」、「USB 10Gbps」、「USB 20Gbps」、「USB 40Gbps」以及「USB 80Gbps」等。


「對於工程師而言,USB4的特點在於其多協定隧道設計,使其在架構上與其前身的USB 3.2和USB 2.0有所區別,」USB-IF董事會主席兼首席執行長Brad Saunders表示;「此次更新的技術規格擴展了USB4的速度和資料協定性能,使製造商能夠開發能夠提供給使用者USB 80Gbps的產品,同時仍然支援現有的USB 40Gbps和USB 20Gbps。」


更新的USB 80Gbps解決方案的關鍵特點包括:

  • 高達80Gbps的操作速度,利用PAM3訊號編碼的全新物理層架構,可在現有的40Gbps USB Type-C被動線材和新定義的80Gbps USB Type-C主動線材上實現。

    1. 選擇性地對於某些應用,如以USB4驅動的高性能顯示器,USB Type-C訊號接口可以非對稱配置,以在一個方向上提供高達120Gbps的速度,同時在另一個方向上保持40Gbps的速度。

  • 更新資料和顯示協定,以更好地利用可用增加的頻寬。

    1. USB資料架構更新,現在支援超過20Gbps速度的超級高速USB資料隧道。

    2. 符合DisplayPort Rev 2.1和PCI Express® Rev 4。

  • 向後相容所有之前的USB版本。

符合USB-IF認證的USB 80Gbps解決方案和線材,將遵循全新統一的USB-IF品牌和市場推廣計劃,USB的規格名稱和技術術語不適用於向最終使用者描述USB的功能,關於USB-IF認證標誌和品牌細節,請至www.usb.org/logo-license 網站進一步了解。

全新統一的USB-IF品牌和市場推廣計劃

USB4®, USB Type-C® and USB-C® are registered trademarks of the USB Implementers Forum (USB-IF). PCI Express® and PCIe® are registered trademarks of the PCI-SIG. DisplayPort™ is a trademark of VESA.


USB Power Delivery

USB Type-C線材以其提供高功率的能力著稱,2021年5月USB-IF在Power Delivery 加入了新的規格,並發表 PD 3.1 規範,定義了EPR (Extend Power Range) 功能,將過去最高可提供100W的功率提升至240W (48V,5A),這是由於其具備的USB Power Delivery(PD)功率協商(power negotiation)功能從而實現的;USB PD規範於2012年發布,作為USB規範的擴充部分。USB Power Delivery是一種協定,在USB Type-C線材的通訊通道(CC1和CC2)上實現,以安全地管理來源和接收連接之間的輸出功率合約,一旦裝置之間的功率協商建立起來,正確的電流和電壓水平就會通過VBUS供應,達到過去USB傳統提供的15W(5V,3A)無法做到的快充。新的PD規範讓更多大型裝置如電競筆電、高解析度螢幕等能透過USB-Type-C獲取供電,亦或是提供輸出給各種行動裝置,同時搭配DisplayPort輸出畫面以及資料。


不同的USB連接器類型和訊號速率


有哪些不同的USB連接器類型?


USB線材和連接器透過建立一個接口,使電腦和周邊裝置能夠相互連接並傳輸資料,有許多種USB連接器類型用於支援USB 1.1/2.0/3.0和USB 4.0協定,其中一些最常用的連接器包括USB Standard-A、USB Standard-B、USB Mini-B、USB Micro-B和目前隨著行動裝置等開始逐漸推廣的USB Type-C。

USB連接器類型
USB連接器類型 (Source: Milos634 / CC BY-SA)

USB Type-A:仍是目前最廣泛使用的連接器類型,主要用於電腦和集線器的主控制器上,更常用作下行(downstream)連接。


USB Type-B:主要用於連接USB周邊裝置,因接口外型設計較穩固,一般常見於固定式不常移動的裝置包括影印機、掃描機和外接硬碟,部分儀器設備也採用Type-B作為連接端口;通常用作上行連接。


USB Type-C:是一種先進的連接器類型,外觀上最大特點在於其上下端完全一致,因此具有可逆插拔特性,相較過去Type-A等接口具有更簡易操作的特點,USB-IF自2014推出該介面規格後致力於讓各主流產品採納並取代其他連接器規格,希望能僅統一一種線材與多種不同裝置進行連接。2022 年 10 月時歐盟議會更正式拍板通過「單一充電介面」法案,意即2024 年底起,凡在歐盟成員國內銷售的行動電子產品,都必須得具備 USB Type-C 插孔,以便達到消費者使用方便、省錢、環保等目的。擁有專屬Lightning充電傳輸規格的Apple也在2018年、2020年及2021年陸續將 iPad Pro、iPad Air和iPad mini更新為USB Type-C後,預計2023年9月發表的iPhone 15系列也將改採用USB Type-C。

USB如何傳輸和接收資料?


USB標準定義了USB線材、和裝置應該如何運作的規範?這涉及到多種機制,包括各種USB裝置在枚舉和通訊過程中應該如何互動。


USB主機也被稱為主裝置,它們初始化USB匯流排上的所有通訊;通常,電腦或其他控制器被視為主裝置,只在其他裝置請求特定資訊時回應;從屬裝置,或稱從裝置,連接到主機裝置,並被編程以向主機裝置提供其運作所需的資訊;通常,從屬裝置包括USB隨身碟、滑鼠和鍵盤、相機和其他類似的裝置。


主機和從屬裝置能夠有效地彼此通訊非常重要,如果其中一方無法執行其工作功能,兩個裝置之間的通訊將會中斷,例如,如果使用者將隨身碟插入主機電腦而沒有任何反應,這很可能表示匯流排上的通訊存在問題,這帶出了USB匯流排上的通訊方式,USB資料如何被傳輸和接收?透過瞭解USB資料如何在匯流排上傳送,不同的USB資料封包欄位和封包類型,以及USB資料傳輸類型的運作原理,可以更好地理解這個問題。


USB資料封包欄位


USB資料封包欄位是構成USB封包的一部分,封包由個別位元組成;這些欄位在USB通訊中扮演不同的角色,以確保資料的正確傳輸和解讀。


USB資料封包欄位包括同步(Sync)欄位、封包ID(PID)欄位、位址(ADDR)欄位、端點(ENDP)欄位、循環冗餘檢查(CRC)欄位、和封包結束(EOP)欄位。

  • 同步(Sync)欄位用於同步接收器和發射器的時脈。

  • 封包ID(PID)欄位提供正在傳送的資料類型的資訊;下表列出了PID類型、PID名稱以及其在封包中的目的:


表1:USB封包類型
表1:USB封包類型
  • ADDR(位址)欄位包含封包所發送到的裝置位址

  • ENDP(端點)欄位指定端點號碼

  • CRC(循環冗餘檢查)欄位用於檢查封包中的資料是否有錯誤

  • EOP(封包結束)欄位指示封包的結束


資料封包


這些欄位用於組成資料封包,而這些封包定義了不同的傳輸類型;USB資料封包包括四種類型:


代碼封包(Token Packet):由主機發起,用於確定主機是要傳送還是接收資料。

代碼封包(Token Packet)
代碼封包(Token Packet)

資料封包(Data Packet):在此封包中,資料由傳送裝置發送,而裝置可以回傳NAK或Stall封包來表示無法回應。

資料封包(Data Packet)
資料封包(Data Packet)

交握封包(Handshake Packet):用於確認資料的接收、或報告錯誤

交握封包(Handshake Packet)
交握封包(Handshake Packet)

起始訊框封包(Start-of-Frame Packet):將USB匯流排分割為時間段並安排資料傳輸;這些封包被組成訊框(frames)並透過USB傳輸,傳輸的長度和頻率取決於用於端點的傳輸類型。

起始訊框封包(Start-of-Frame Packet)
起始訊框封包(Start-of-Frame Packet)

USB資料傳輸的類型


USB主機和USB裝置之間的通訊是通過特定端點進行的,每個USB裝置都包含多個端點,而每個端點都可以是資料的單向接收器或發送器;端點的角色由主機指定,主機可以將特定的端點標記為發送器(Out)或接收器(In),當主機要將資料傳送到裝置時,它會選擇適當的端點作為目的地,並將資料發送到該端點。同樣地,當裝置要將資料傳送回主機時,它會將資料發送到主機指定的接收器端點。


每個端點都是不同的,乃透過其頻寬需求和資料傳輸方式來指定;USB資料傳輸的四種類型包括:控制(Control)、同步(Isochronous)、中斷(Interrupt)和批次(Bulk)傳輸。

  • 控制(Control):非週期性傳輸;通常用於裝置配置、指令、和狀態操作

  • 中斷(Interrupt):這是一種在特定時間間隔內保證發生的傳輸,裝置將指定主機應該在何時檢查裝置是否有新的資料,這通常用於輸入裝置,如鼠標和鍵盤。

  • 同步(Isochronous):週期性和連續傳輸,用於時間敏感的資料;這些封包中傳送的資料沒有錯誤檢查或重傳機制;這通常用於需要保留頻寬並對錯誤容忍度較高的裝置,例如:用於音頻和視頻的多媒體裝置。

  • 批次(Bulk):用於大量資料的一般傳輸方案,在這種情況下,比起及時到達,資料的無錯誤傳輸更為重要,批次傳輸具有最低的優先等級,如果匯流排正忙於其他傳輸,這個傳輸可能會延遲;資料的傳送是有保證的,如果在循環冗餘檢查(CRC)中檢測到錯誤,資料將會被重新傳送;此類傳輸的例子包括從大容量儲存裝置傳輸文件、或掃描器的輸出。

USB裝置開發時常見的USB通訊錯誤


在開發USB裝置時,開發人員常常會遇到可能導致USB通訊錯誤的匯流排問題,雖然某些錯誤可能導致系統故障,其他問題可能仍允許系統運作,但可能出現不穩定的行為;以下是一些可能發生的USB匯流排問題的範例:


不正確的USB封包資料和資料順序


USB封包包含錯誤檢查機制,包括用於確保資料有效性的CRC位元,以及用於確保正確資料順序的PID(Packet Identifier)封包切換位元 (toggle bit),有時在USB資料傳輸過程中,即使使用了這些機制,它們也可能出現問題,導致單個USB傳輸被丟棄或降低傳輸速率。


例如,如果資料封包損壞且CRC無效,接收端將向收發器發送NAK位元,通知其接收到一個錯誤的資料封包;然後,收發器將多次重新傳送該資料,但這可能導致部分資料封包被丟棄,因為接收端可能將其視為重複資料。


其中一個不正確資料順序的範例,包括資料位元切換的錯誤,在正常的資料傳輸中,資料PID會在DATA0和DATA1之間連續切換,然而,如果存在問題,可能會發生資料重傳,而切換位元 (toggle bit) 無法正確更新,導致同一切換位元的重複出現;在這些情況下,連續的DATA0或Data1不會傳遞給應用程式,因為接收端會忽略重複的封包,這將導致資料無法傳遞給應用程式。


USB 傳輸/重傳


在正常的USB傳輸中,主機和周邊進行資料的發送和接收,通過確認(ACK)或否認(NAK)特定的傳輸,實現有效的通訊;在一個有效的USB傳輸範例中,主機將向外設發送一個IN代碼 (token),周邊將以資料封包作出回應;主機將對此進行確認並回應ACK封包,以通知裝置它正確接收到了資料並準備好發送另一個傳輸。


然而,有時傳輸可能出現故障,如果一個資料封包損壞,主機可能會丟棄此封包並不發送ACK,周邊將接收到另一個IN代碼,但由於沒有ACK,它將重發相同的資料,這可以歸類為重傳。


一些資料重傳是可以接受的,但如果在匯流排上出現過多的重傳,這可能會導致性能下降和/或封包丟失。


與電源和VBUS相關的問題


與電源和VBUS(USB連接器內的電源線)相關的問題是USB匯流排中的另一個常見錯誤;VBUS是一根在USB連接器內部供電給裝置的電源線,主機和周邊裝置對電流補充或消耗有特定的上限,當系統檢測到連接的USB裝置正在從VBUS線提取的電流超出其規定的上限時,系統在測試或運行時可能會關閉。


系統也可以對超出電流作出反應,不連接 (主機可能不會正確地偵測到該裝置的存在,因為它無法建立有效的連接)、或不完整列舉 (主機開始進行列舉過程,但在檢測到電流超過後中止;因此,列舉過程無法完全完成,裝置可能無法被識別或配置);這些問題可能是為了保護系統和其他連接的裝置免受過大電流消耗的損害而採取的預防措施。


列舉 (Enumeration) 問題


在USB系統中,列舉是一個過程,主機檢測裝置的存在,並確定連接的裝置類型和通訊速度,這是當握手代碼 (token) 發生時,因為兩個裝置正在了解彼此的能力。


在列舉過程中,主機將重置裝置以讀取其描述資訊 (descriptors) 並識別它,然而,如果裝置描述資訊不正確,例如:位元長度不正確,這可能導致列舉錯誤,導致裝置之間的連接不正確。


高速協商問題


高速裝置也可以支援低速和全速的訊號,因為USB 2.0與之前的規格相容;當裝置首次連接時,最初會使用全速能力,直到可以從任一裝置確認到高速能力為止;為了讓USB 2.0裝置進行高速協商,會執行一種稱為「chirping」的協定。


在這個階段,USB定義了兩種資料匯流排狀態,即J chirp和K chirp;當一個高速USB主機連接到另一個裝置時,主機會重置該裝置並等待返回的K chirp,這表示該裝置支援高速;如果裝置沒有回應K chirp,高速主機裝置將終止握手。然而,如果裝置確實返回了K chirp,主機將以交替的Chirp K和Chirp J回應,告訴裝置它支援高速,一旦此傳輸可被識別,高速連接就建立了。


協商速度時出現問題可能導致裝置之間的訊號問題,從而使裝置不正確運作;例如,如果一個全速裝置錯誤地回應了K chirp,主機會誤認為它能夠處理高速,這可能導致資料封包損壞,因為該裝置不理解高速的通訊。


重置、暫停和恢復事件


某些類型的低階匯流排事件,包括重置、暫停和恢復事件,對於兩個高速裝置之間的成功通訊至關重要,而在這些事件期間的任何中斷都可能導致USB裝置出現異常行為。


重置事件在主機希望與裝置進行通訊時發生,這將使裝置重置到默認的未配置狀態,以實現無縫通訊;如果此事件無法正確發生,裝置可能無法有效進行列舉、或正確交換USB資料。


USB裝置可以在不使用時進行關閉,這是透過暫停事件執行的;在此期間,暫停的裝置必須識別恢復訊號和重置訊號;如果主機希望喚醒一個裝置,它可以發出恢復訊號;如果在發送或接收這些訊號時出現問題,USB裝置可能無法正確喚醒,在這些事件發生期間、或之後可能無法回應。


USB協定分析儀(USB Sniffer)是什麼?

協定分析儀是一種常用工具,由硬體、軟體和韌體開發人員在產品生命週期的各個階段中,用於對嵌入式系統進行分析和除錯;協定分析儀架設在主機電腦和周邊裝置之間,用於原始匯流排資料和事件的捕獲和解碼,轉換為易於人類閱讀的格式,通常會標記匯流排錯誤,以便更輕鬆地進行故障排除。


有各種不同的協定分析儀,每個協定分析儀都專門用於分析特定的資料協定,包括I2C、I3C、SPI、eSPI、CAN、eMMC、UFS、SD、SDIO、GbE、USB、PCIe、CXL等等


USB協定分析儀,也稱為USB匯流排監聽與捕捉器(sniffer)、或USB匯流排除錯器,是一種專門用於捕捉和解碼USB匯流排上協定級別資料的工具。它能夠捕捉和分析USB匯流排的各種資訊,包括列舉過程、USB資料封包、單個USB傳輸、時序和資料事件、速度協商等等;工程師們使用USB協定分析儀來深入瞭解USB匯流排的運作,並發現可能被忽視的錯誤。


軟體型和硬體型USB協定分析儀


在進行USB裝置除錯時,有兩種不同類型的USB協定分析儀可供使用:

  • 軟體型USB協定分析儀

  • 硬體型USB協定分析儀

軟體型USB協定分析儀是一種僅以軟體為基礎的分析儀,該分析儀將接管主機上的USB軟體堆疊的功能,並能夠在資料傳輸過程中監測USB資料;軟體型USB協定分析儀允許使用者查看與主機控制器之間的資料傳輸,但由於軟體型的分析儀依賴主機電腦硬體來進行分析,這通常會限制可用於分析的USB資訊:

  1. 依賴主機硬體: 軟體型協定分析儀需要在被測試的主機上運行,並依賴主機的硬體資源進行分析;這代表著分析儀只能獲取主機上可用的USB資訊,並無法直接監控外部裝置或其他部分的USB通訊。

  2. 可視性受限: 由於軟體型協定分析儀運行在主機上,它只能觀察和監測主機與外部裝置之間的USB通訊,它無法提供對外部裝置之間的通訊、或其他USB匯流排上的活動的詳細分析。

  3. 侵入性: 軟體型協定分析儀需要取代主機上的USB軟體堆疊,這可能會對USB通訊的正常運行造成一定的干擾;它可能需要更長的時間來處理和分析USB資料,這可能導致一些時序問題或性能下降。

相反地,硬體型協定分析儀是一種以硬體為主的工具,可以獨立於主機電腦運作;硬體型分析儀連接在主機電腦與外部裝置之間,以非侵入性方式監測二者之間的通訊,它可以讓使用者輕鬆對嵌入式主機進行除錯,並檢視特定的資料和事件,包括速度協商、時序問題、和傳輸錯誤。


與軟體型協定分析儀相比,使用硬體型分析儀的一個重要優點是能夠針對低階匯流排事件和錯誤進行捕捉、解碼和除錯,低階匯流排事件包括K/J chirps、重置 (Reset)、暫停 (Suspend)、喚醒 (Resume)、IN/NAK和SOF。


雖然軟體型分析儀提供一定程度的USB系統可見性,但它無法取代硬體型協定分析儀;通常,USB開發人員會同時使用兩種類型的分析儀,以確保系統正常運作。


選擇USB協定分析儀時需要考慮的事項


儘管市場上有許多可用的USB協定分析儀,提供了USB協定的分析和除錯功能,但每款分析儀在實現這些功能的方式上都有所不同。


在選擇適合的USB協定分析儀時,使用者必須考慮該分析儀將用於哪些使用案例,以及是否有某些功能對實現這些案例至關重要。


USB 捕捉速率

為了有效地對USB裝置進行分析和除錯,協定分析儀必須能夠成功地以相應的速率捕捉和處理USB流量,確保分析儀能夠滿足訊號要求,是選擇合適分析儀的重要第一步。


即時的能力

即時監控功能使用者能夠即時捕捉、解碼、和分析USB資料,這意味著可以在傳輸發生時即時查看資料,而不需要先捕捉、下載,然後再顯示數據;這在縮短定位錯誤的時間上非常有幫助,並且使用者可以更好地了解匯流排的運作情況。


記憶體

硬體協定分析儀捕捉的資料,通常保存在裝置的儲存空間和主機電腦的RAM中,以提供充裕的儲存空間。對於需要進行長時間資料捕捉,並連續記錄多天資料流量的使用者來說,更大的記憶體非常有益。


USB類別級別的解碼

USB定義了類別代碼訊息,用於識別裝置的功能並將相似的裝置分組,使它們能夠共享共同的USB類別驅動程序,USB類別級別解碼是將低階USB資料轉換為易讀的USB類別級別命令和指令;在協定分析儀上具有這種功能,對於快速和方便地理解資料非常有益,而不需要努力理解原始的USB資料格式。


VBUS電流和電壓監測

USB連接器內部有多個引腳,用於在線材上傳輸特定資料,但還有一根VBUS電源線用於設備之間的電力傳輸,如果VBUS出現問題,可能會導致設備無法正確供電、或由於電流超出而與其他裝置斷開連接;具有允許VBUS電流和電壓監測的協定分析儀,可以幫助在設備的列舉和連接過程中確定任何與電源相關的問題。


硬體觸發

進階觸發能力可以增加其他面向的 USB 除錯能力,讓使用者可針對特定條件進行觸發捕捉,例如匹配特定封包類型、資料、或匯流排狀態。


數位I/O

其數位I/O功能讓協定分析儀具備與外部邏輯連接和同步的能力,這種功能可以讓使用者將USB流量與外部邏輯設備進行同步操作。

透過數位I/O功能,使用者可以將協定分析儀與外部設備(如邏輯分析儀、示波器等)進行連接,以便在分析USB流量時同時觀察外部訊號或進行相關操作。


多分析儀同步

有時需要同步多個協定分析儀,以可靠地監測USB集線器的兩側、或USB系統中的任意點;具備這種功能可以在多個分析儀上同步捕捉事件、啟動、觸發和停止。


跨平台支援

協定分析儀支援在多個不同作業系統上操作,可提供更靈活、方便的除錯體驗,能夠在已經熟悉的操作系統上使用該工具也減少了學習成本。


Total Phase Beagle USB協定分析儀總覽

Total Phase提供多種USB協定分析儀,支援各種不同的專案需求。

 

Beagle USB 12協定分析儀 - USB Full Speed 1.1分析儀

USB Full Speed 1.1分析儀
USB Full Speed 1.1分析儀

Beagle USB 12協定分析儀 監控低速/全速USB流量,最高可達12 Mbps;該分析儀提供即時顯示、捕捉資料的搜尋和過濾功能,以及描述資訊 (descriptor) 解碼功能。

 

Beagle USB 480 協定分析儀 – USB High-Speed 2.0 分析儀

USB High-Speed 2.0 分析儀
USB High-Speed 2.0 分析儀

Beagle USB 480 協定分析儀 是一款非侵入性監測高速/全速/低速 USB 2.0 通訊的分析儀,最高支援 480 Mbps 的速度;該分析儀提供即時顯示、捕捉資料的搜尋和過濾功能,同時還提供描述資訊 (descriptor) 解碼和 USB 類別解碼的功能。

 

Beagle USB 480 電源協定分析儀 - USB High-Speed 2.0 分析儀

USB High-Speed 2.0 分析儀
USB High-Speed 2.0 分析儀

Beagle USB 480 電源協定分析儀 是一款非侵入式監測 USB 2.0 通訊的分析儀,最高支援 480 Mbps 的速度;該分析儀提供即時顯示、補捉資料的搜尋和過濾功能,同時還提供描述資訊 (descriptor) 解碼和 USB 類別解碼的功能;標準版和旗艦版提供 VBUS 電流和電壓值的即時監控和圖形化顯示,而旗艦版還提供高階 USB 2.0 觸發功能,使用者可以根據資料模式、封包類型、錯誤類型、事件、和其他基於狀態的靈活觸發條件。

 

Beagle USB 5000 v2 超高速協定分析儀 - USB SuperSpeed 3.0 分析儀

Beagle USB 5000 v2
Beagle USB 5000 v2

Beagle USB 5000 v2 超高速協定分析儀 是一款非侵入性地監測 超高速/高速/全速/低速 USB 通訊的分析儀,最高支援 5 Gbps 的速度;標準版可以監測 USB 2.0 或 USB 3.0 通訊,而旗艦版可以同時監測 USB 2.0 和 USB 3.0 通訊;該分析儀提供即時顯示、捕捉資料的搜尋和過濾功能,同時還提供描述資訊解碼和 USB 類別解碼的功能;它還提供使用者執行 USB 2.0/USB 3.0 高階觸發功能,包括基於狀態的靈活觸發條件,根據資料模式、封包類型、錯誤類型、事件、和其他條件進行觸發;此外,它還提供了對 USB 3.0 匯流排的增強可視性,透過檢測低階匯流排事件、鏈路訓練、LFPS 輪詢、訓練序列,並提供了 LTSSM 的視圖,追踪上行和下行鏈路狀態轉換,使用者可以獲得更深入的匯流排監控,並對USB 3.0 系統做進一步的分析和除錯。

 

USB Power Delivery分析儀

USB Power Delivery分析儀
USB Power Delivery分析儀

USB Power Delivery分析儀 是用於記錄USB Type-C連接器上的Power Delivery (PD) 協定流量的工具,它在兩個Type-C產品之間串聯連接,被動地捕獲CC1和CC2(通訊通道)訊號之間的所有通訊,在連接期間,它不會干擾任何USB 3.2 Gen 2或USB 2.0訊號,可以捕捉有關功率、USB資料角色、和DisplayPort,或其他Type-C替代模式的PD協商。

該設備還支援Power Delivery 3.0,包括擴展訊息,處理新訊息、和DisplayPort VDM解碼;此外,它還能夠解碼DisplayPort VDM(Visual Display Mode)訊息,以支援與DisplayPort相關的功能;這些功能使得USB Power Delivery分析儀能夠提供更全面和詳細的分析能力,幫助使用者更好地對USB Power Delivery協定進行全面了解與除錯。



關於 USB-IF

USB Implementers Forum, Inc.(USB-IF)是一家非營利組織,旨在提供支援和交流的平台,推動和推廣USB技術的發展和採用,該技術在USB規範中有所定義;USB-IF透過其標誌和一致性計劃,促進開發高品質、USB相容的設備,並宣揚透過一致性測試產品的品質優勢;詳細資訊,包括最新的產品和技術公告,請訪問USB-IF的官方網站 www.usb.org


文章來源:Total PhaseUSB-IF

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