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瑞萨电子USB3.0 主机控制器uPD720200在嵌入式媒体网关上的应用
摘要: 近年来随着网络接入方式越来越发达,数字媒体的日益普及,很多家庭都拥有了各种各样的媒体播放和存储设备。为了管理日益庞大的媒体文件,市场上出现了一种专门用来共享媒体文件的媒体网关。为了传输那些体积巨大的媒体文件到这个设备中,USB3.0接口是一个非常好的选择。本文主要介绍瑞萨电子的USB3.0主机控制器Upd720200在这类设备中的应用.
Abstract:
Key words :


一:嵌入式媒体网关的系统架构

嵌入式媒体网关通俗的来说就是一台嵌入式的计算机,其架构和我们平常了解的个人电脑的架构基本类似,只是在普通个人电脑的基础上简化了相关的输入输出设备,以降低整个系统的成本。大多数嵌入式媒体网关的系统框图如下:

从框图我们可以看出来,嵌入式CPU是整个系统的核心,嵌入式CPU本身带有各种各样的外部I/O接口。就上面的框图而言,SDRAM为系统软件的运行提供动态存储器空间、FLASH用来存储系统的固件代码、SATA和USB2.0接口用来连接外部存储装置、PCI Express接口用来给系统扩展其他的功能卡、以太网接口为系统提供网络连接功能。 通常来讲,嵌入式媒体网关运行Linux操作系统,通过网络来访问和控制整个系统。

二: USB3.0主机控制器Upd720200在嵌入式媒体中心中的应用

随着数字媒体的日益普及,高清视频、数码照片的容量动辄几个GB,而大容量闪存、MP4及“海量”移动硬盘等USB设备的不断增加,使我们随时需要传输几GB甚至几十GB的大文件到我们的媒体中心去,如果使用原来的USB2.0接口,传输这些文件往往要等待几分钟甚至几十分钟。这样给用户的体验就非常的不好。为此我们需要引入新一代的USB3.0接口,使用这种接口,不仅能使我们系统能在几十秒甚至几秒就能完成GB级的数据传输而且还能和已有的USB设备保持兼容。

USB3.0又称为SuperSpeed USB。USB3.0包含了USB2.0的所有特性,且USB3.0大幅提升了传输速度,其最大传输带宽高达5.0Gbps,即625MB/s。USB 3.0采用对偶单纯形四线制差分信号线,支持双向并发数据流传输。USB3.0和USB2.0特性对比列表如下:

特性

USB3.0

USB2.O

Logo

USB接口以及电缆示意

 

  

数据速率

超高速(最大5.0Gbps)
高速(最大480Mbps)
全速(最大12 Mbps)
低速(最大1.5 Mbps)

高速(最大480Mbps)
全速(最大12 Mbps)
    低速(最大1.5 Mbps)

传输线数量

两对超高速的传输线路
一对线路可以传送高速/全速/低速三种速度

一对
一对线路可以传送高速/全速/低速三种速度

数据接口

全双工双向数据传输

半双工,只能提供单向数据流传输

传输协议

主机主导传输,设备可以异步请求服务,数据包直接路由到对应外设

主机主导传输,数据包为广播方式在总线上传输

电源管理

多级电源管理方式,支持空闲、睡眠和挂起模式(状态),支持链路、设备和功能层次上的电源管理

设备层上的电源管理

总线供电

在设备未配置的状态下比USB2.0增加50%的电量(150mA),在配置状态下能够提供900mA的电量(比USB2.0增加80%)

最大500mA

端口状态

端口能硬件监测设备的连接状态,并使端口进入SuperSpeed的数据传输状态

硬件检测设备连接状态,由系统软件通过端口命令使端口进入传输状态

传输方式

SuperSpeed继承USB2.0的4种传输方式,批量传输具备“流式”传输的能力

4种基本传输方式:控制、批量、中断和同步传输


瑞萨电子作为USB相关规格制定团体“USB Implementers Forum”的核心成员,从1996起年就参与了USB标准的制定及技术开发工作。瑞萨电子于2000年4月向市场推出全球首颗USB2.0标准的主控芯片“uPD720100”,后续又推出了一系列的USB控制芯片,如upd720114-USB2.0 HUB控制芯片,Upd720150-USB2.0 HOST+Device控制芯片等。如今瑞萨电子又推出了世界上首颗符合USB3.0标准的主控芯片Upd720200,并且首批通过USB-IF认证。

目前这颗IC在多家电脑主板厂商获得了批量的应用。事实上,现在市场上的各家做USB3.0 Device端IC的厂商都使用Upd720200来做设备端的兼容性测试。由此可见瑞萨电子的USB3.0产品在行业中的地位。

回到我们的嵌入式媒体网关来说,Upd720200采用PCI Express接口与主机进行通讯,只需要将Upd720200的PCI Express接口与CPU的对应接口直接连接就好了。uPD720200在嵌入式系统中的应用,部分原理图如下所示意:


针对嵌入式应用,我们提供Windows和Linux两种操作系统下的驱动程序,大大减小客户端驱动软件编写的工作量,便于用户能快速的将这个器件集成到他们的应用中。

三:USB3.0 接口给用户带来的良好体验

在家庭中用到的嵌入式媒体网关,主要是用来存储用户高清视频和照片的。而这些高清视频的文件体积都非常的巨大,譬如一部90分钟的1080P的高清电影,其占用的存储空间可能需要25GB左右,那么使用不同的USB技术传输这些数据需要消耗的时间我们做了一个对比,从中我们就可以发现其中巨大的差距以及USB3.0给用户带来良好体验。
 

 

典型文件大小

1GB

6GB

16GB

27GB

全速USB(USB1.1)

22分钟

2.2小时

5.9小时

9.3小时

高速USB(USB2.0)

33秒

3.3分钟

8.9分钟

13.9分钟

超高速USB(USB3.0)

3秒

20秒

53秒

70秒


综上所述,在嵌入式的媒体网关中加入USB3.0主机接口器件Upd720200,当连接USB3.0的设备向其传输体积巨大的媒体文件时,可以给用户带来非常好的使用体验。

目前,瑞萨电子中国区授权代理商世强电讯可为USB3.0主控芯片提供现货供应。世强电讯拥有强大的技术支持团队和完善的物流体系,同时为瑞萨电子的USB产品线配置了专职的销售和技术支持人员,可以快速响应客户的技术和物流需求。

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