在USB总线接口协议中,由于涉及电源供电,因此协议中规定了完整的电源管理方案。通过USB电源管理可以实现USB设备的激活、挂起、空闲和睡眠等,从而降低无效的功率消耗,实现系统电源的有效使用和合理分配。

在USB2.0接口中,支持激活(ACTIVE)和挂起(SUSPEND)两种电源管理模式。在超高速USB3.0接口中,除了激活(ACTIVE)和挂起(SUSPEND)之外,还支持空闲(FAST EXIT IDLE)和睡眠(SLOW EXIT IDLE)两种电源管理模式。

激活(ACTIVE)

USB设备进入正常工作状态即是激活(ACTIVE)状态,此时USB设备的各项功能应可以正常工作。激活状态时USB设备的一个最基本的工作状态。

在激活状态下,USB功能设备所消耗的功率最大,因此也就是最耗电的。为了降低功耗,USB协议中设置了挂起、空闲和睡眠3种低功耗状态。USB设备可以从激活状态进入挂起状态、空闲状态和睡眠状态,从而达到省电的目的。

挂起(SUSPEND)

如果一个USB设备在3ms内没有总线活动,那么USB总线控制器便可以使该USB设备进入挂起状态。在挂起状态下,USB设备保持在挂起之前的重要变量。USB设备在挂起状态下非常省电,一般仅需要不超过500uA的电流即可维持当前USB设备的状态值。

USB设备支持远程唤醒功能,为了退出挂起状态,可以通过外部触发信号使USB功能设备脱离挂起状态,恢复正常运行,进入激活状态。

对于USB集线器来说,如果在3ms内没有总线活动,则该USB集线器设备同样将进入挂起状态。此时意味着USB集线器各个下行端口的USB外设都没有总线活动。USB集线器连同各个下行端口的USB外设都将进入挂起状态。当有任何一个下行端口的USB外设被激活时,USB集线器将退出挂起状态,恢复正常运行,进入激活状态。

在USB2.0中,挂起状态时唯一的省电模式。也就是说,USB2.0接口支持激活和挂起两种状态。在USB3.0中,挂起状态与USB2.0完全一致,但USB3.0还同时提供了更多的省电模式。

空闲(FAST EXIT IDLE)

空闲状态是指USB设备没有总线活动,但是设备自身依旧持续运行。空闲状态时超高速USB3.0接口协议中新增的一种省电模式。

在USB2.0中,即使USB设备没有在总线上进行数据传输,而仅仅是连接到USB总线上,USB主控制器也会定期访问这些设备,检查设备情况,这便是USB2.0的总线轮询机制。这样,USB总线活动便一直存在,这其实是一种总线带宽及功率的浪费。而在超高速USB3.0标准中,在这些方面进行了彻底改进。USB3.0采用了多层次电源管理系统,可以为不同需要的设备提供不同的电源管理方案。特别是没有总线活动的USB设备,可以直接使其进入空闲状态,减少总线轮询所造成的带宽及功率的浪费。

在空闲模式下,USB设备自身的时序依然运行,仅是USB总线活动取消了。因此,USB设备从空闲状态恢复到正常工作状态将很快。典型的可能用到空闲状态的设备包括USB接口的打印机、扫描仪等。

睡眠(SLOW EXIT IDLE)

睡眠状态是指USB设备没有总线活动,同时设备自身也停止运行。睡眠状态时超高速USB3.0接口协议中的另外一种新增的省电模式。

在USB2.0中,由于USB2.0的总线轮询机制,即使USB设备没有在总线上进行数据传输,而仅仅是连接到USB总线上,USB主控制器也会定期访问这些设备,检查设备情况。这样,USB总线活动便一直存在,从而会造成总线带宽及功率的浪费。而在超高速USB3.0标准中,采用多层次电源管理系统,提供了全新的睡眠状态模式。对于不常使用的USB设备,可以直接使其进入睡眠状态。此时,相当于停止位该设备供电。USB设备将不工作,没有USB总线活动,从而可以大幅度减少电源消耗。

在睡眠模式下,由于USB设备自身已经停止运行。因此,USB设备从睡眠状态恢复到正常工作状态将稍慢。典型的可能用到睡眠状态的设备包括USB外置光驱、USB外置刻录机等。


全文摘录自:《USB3.0 编程宝典》

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