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USB 3.0和USB 2.0的九大区别
作者:赛普拉斯半导体公司 Abhishek Gupta
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在过去的14年里,通用串行总线(USB)已经成为将各种设备连接至计算机的标准接口。无论是外部硬盘驱动器、相机、鼠标、打印机还是扫描仪,在各种设备之间进行数据传输的物理连接方式一般都是通过USB电缆实现的。该接口无疑是通用的。

USB技术自1993年以来已历经20多年的发展。第一代官方定义USB 1.0于1996年正式推出。它可为子通道键盘和鼠标提供1.5MB/s的低速传输速率,并在全速通道状态下实现12 MB/s的传输速率。USB 2.0问世于2001年,实现了最高480 MB/s高速传输速率的跨越式发展。2010年,USB 3.0终于上市。

USB 3.0 (超高速USB)

USB 3.0是用于计算机连接的通用串行总线(USB)标准的第三个主要版本。除了其它改进之外,USB 3.0还增加了一种被称为“超高速”(SS)的全新传输模式,能够实现高达5 GB/s(625 MB/s)的数据传输速率,是USB 2.0 480 MB/s(60 MB/s)这一高速模式的十倍多。除了USB 3.0电缆上使用的连接器不同之外,各种USB 3.0连接器还有区别于2.0版本的蓝色端口或插头上的SS大写字母。

名为USB 3.1的后续标准已于2013年7月推出,可提供高达10 GB/s的传输速率(1.25 GB/s,称为“SuperSpeed+”),与Thunderbolt的第一个版本在速度上势均力敌。

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USB 2.0 (高速USB)

2002年推出了更新的规范USB 2.0,也称为高速 USB 2.0。它将PC至USB设备的数据传输速率提高到480 Mbps,比USB 1.1规范快了40倍。数码相机、CD刻录机和视频设备等需要更高带宽、更大吞吐量的外设现在也可以用USB进行连接了。此外,它还允许多个高速设备同时运行。USB 2.0的另一个重要特性是它可通过Windows更新支持Windows XP。

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物理区别

USB 2.0和USB 3.0的物理区别在于连线数量。这种全新拓扑结构可显著提高总线利用率,进而提升系统的吞吐量。USB 2.0采用四线连接,支持半双工通信。在该架构中,仅用一条双向数据管道即可在任何给定的时间实现数据单向传输。相比之下,USB 3.0增加了五条连线,使连线总数达到九条,并采用单播双单工数据接口,允许两个单向数据管道分别处理一个单向通信。

更大带宽

USB 3.0改进了USB的批量数据传输机制。批量传输方法的有效可用带宽大约为400MB/s,大约是USB 2.0的十倍;这种重要的传输机制使得机器视觉相机厂商能够构建高吞吐量USB 3.0相机。这不仅为集成商大幅节省成本创造了机遇,同时还能提高整个系统的速度和效率。用户现在能够在使用更少相机的同时仍然借助高分辨率USB 3.0相机覆盖相同的成像区域。此外,更大带宽还允许更快的帧速以及更高的系统性能。

功率输出

USB 3.0还提供了更高效的电源管理功能,并实现了比USB 2.0更强大的功率输出。USB 3.0设备在超高速模式下工作的可支持900mA电流,这就将总输出功率从2.5 W提高到了4.5W(电压为5V时)。

更好的通信质量

USB 2.0采用数据事务处理必须由主机发起的通信架构。主机会频繁地轮询设备并请求数据,设备只会在主机发出请求的情况下传输数据。高轮询频率会增加功耗和传输延迟,因为只有在主机轮询设备时才会传输数据。USB 3.0在该通信模式的基础上进行了改进,不仅通过最小化轮询频率降低了传输延迟,还允许设备尽可能快地传输数据。

低功耗和更高供电能力

USB 3.0能够在降低功耗的同时提高支持和输出功率的容量。USB电池充电规范1.2版的推出允许向USB 3.0设备提供高达7.5W的功率。此外,USB 3.0还可根据是否有设备被激活以提供进入和退出低功耗状态的改良机制,从而消除了耗能较大的轮询。

电缆长度

用于USB 2.0设备的标准最大电缆长度为5米。USB 3.0标准没有指定标准长度;目前USB 3.0支持的最大电缆长度为3米。

时戳

与精度范围介于0至125 us之间的USB 2.0相机不同,源于USB 3.0相机的时戳更加精确,并且能够模拟FireWire相机1394周期定时器的精确度。

PHY寄存器和网络拓扑结构

可以在总线上查看USB 3.0相机的网络拓扑结构。但无法获得PHY节点信息。USB 2.0相机没有提供用于查看拓扑结构或PHY节点信息的接口。

USB 3.0视觉

目前存在着几种针对常用接口(如针对FireWire的IIDC接口以及针对以太网的GigE Vision接口)的机器视觉标准。这些标准为访问和控制机器视觉相机提供了一种常用方法,提高了易用性,允许各种软硬件厂商之间实现互操作性。尽管目前没有针对USB 2.0相机的相机控制标准,但针对USB 3.0相机的名为USB3视觉的全新标准已于2013年获得批准。USB3视觉建立在常用的GeniCam标准的基础上,定义了USB 3.0的相关要求、设备标识和控制接口、数据流机制、机械要求以及测试框架。

下表总结了USB 2.0和USB 3.0之间的一些重要规范差异

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USB 3.0或超高速USB凭借6(与IEEE 1394b相比)至9倍(与USB 2.0相比)的更高带宽、更出色的误差管理功能、更高效的供电、更长的电缆、更低的延迟和抖动时间,克服了上述所有限制因素,这些优势再加上USB 3.0已经成为消费者市场中的标准这一事实,许多硬件都支持本地USB 3.0,这使得该接口在短短一年内已经成为相机的实际之选,为2013年1月USB 3.0视觉标准获得官方认可奠定了坚实的基础。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (3/16/2015)
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