快速領(lǐng)略USB 3.0問(wèn)題癥結與解決方案

問(wèn)題分享二：LFPS低頻周期信號的振幅不符合規范（800 mV= X =1.200mV）。

　　在驗證USB 3.0的過(guò)程中，另一項重要的測試LFPS（Low Frequency Periodic Signaling）信號，目的為驗證LFPS在經(jīng)過(guò)一定的傳輸信號長(cháng)度后，其衰減值是否仍在規范之內，以確保USB 3.0的傳輸速度與質(zhì)量。

　　首先，根據USB 3.0的規范指出，其LFPS差分訊號的正常范圍應屬800 mV至1200mV之間。在測試我們選用的USB3.0產(chǎn)品時(shí)發(fā)現，其差分訊號測得604.4mV,并不符合協(xié)會(huì )規范。因此，我們從訊號的衰減因素著(zhù)手進(jìn)行解決方案，發(fā)現原因是由訊號復元組件也就是Repeater（Redriver）所造成，現今許多裝置為了方便消費者使用，外嵌許多USB接口，但不是每個(gè)接口都直接建置在主機版上，為了讓更多的USB接口可以延伸到各個(gè)位置，需要透過(guò)額外加的Cable來(lái)延長(cháng)，這時(shí)訊號的傳遞就可能受到Chip與接口傳輸距離過(guò)長(cháng)造成訊號質(zhì)量嚴重衰減。此時(shí)透過(guò)Repeater可讓原始訊號在經(jīng)過(guò)延長(cháng)后的傳輸距離后作一個(gè)重整與還原的動(dòng)作，使訊號維持一定的強度。但Repeater的參數（EX: Gain）若調整不正確，將會(huì )造成錯誤的行為及振幅，而在我們重新更換過(guò)Repeater之后，立即發(fā)現如圖四的結果，其差分訊號下降至1080.4mV并符合協(xié)會(huì )規范。

　　這項問(wèn)題肇因即可說(shuō)明，如果USB 3.0主機芯片和連接器之間的距離太長(cháng)，就會(huì )出現訊號幅度明顯衰減的狀況。若為了改善此情況而加入Repeater,其參數必須調整至一個(gè)最適當的值。Repeater所重整還原出來(lái)的訊號不一定符合系統或規范要求，有時(shí)候訊號經(jīng)過(guò)Repeater的重整還原之后，雖然訊號強度得到了補償；但因參數調整不正確，使其訊號振幅過(guò)大超出規范，所以Repeater的使用需要經(jīng)過(guò)精密的設定與驗證，才能得到最正線(xiàn)的傳輸訊號的穩定質(zhì)量。

　　問(wèn)題分享三：從hybrid sleep恢復后，系統會(huì )發(fā)生重置動(dòng)作或USB裝置無(wú)法續傳。

　　不同于前兩項屬于electrical或硬件端的問(wèn)題，我們觀(guān)察到也有因為軟件設定而導致測試失敗。這次我們用USB協(xié)會(huì )定義使用的三項USB產(chǎn)品（known good device）來(lái)作主機軟件端的兼容性測試時(shí)發(fā)現，其中一項產(chǎn)品在從睡眠模式（hybrid sleep）中恢復后，會(huì )產(chǎn)生系統reset或USB傳輸中斷的狀況。根據協(xié)會(huì )規范，當USB正在傳輸檔案時(shí)，即使進(jìn)入睡眠模式后再重新啟動(dòng)，應要做續傳的動(dòng)作，如果發(fā)生停止或reset的狀況即為測試失敗。

　　因此，我們從這個(gè)問(wèn)題肇因可以發(fā)現USB傳輸效能與系統供電的關(guān)聯(lián)性。其他兩項USB產(chǎn)品皆是屬于Self -Power的產(chǎn)品，因此在系統進(jìn)入hybrid sleep后在重新復蘇啟動(dòng)OS時(shí)，由于產(chǎn)品自我供電的特性，使產(chǎn)品不會(huì )因為所連接的Host中斷V_BUS供電而在回到操作系統時(shí)做reset的動(dòng)作，使原本的傳輸中斷。反之，在這個(gè)測試出現失敗的產(chǎn)品中，因為是屬Bus-Power產(chǎn)品，其供電接來(lái)自于所連接的Host,因此從hybrid sleep蘇醒時(shí)，其產(chǎn)品會(huì )因Host供應的V_BUS不足（或中斷）導致來(lái)不及在回到操作系統前完成resume的動(dòng)作，造成reset或中斷傳輸的動(dòng)作?；旧?，我們推測其為產(chǎn)品BIOS的問(wèn)題，因此在我們更換過(guò)產(chǎn)品的BIOS后，即可解決此供電狀況的問(wèn)題（如圖五和圖六）。特別的是，我們發(fā)現現今許多USB產(chǎn)品為了主打省電的功能，各家的BIOS都不盡相同；但為符合協(xié)會(huì )規范，其最低要求是系統從hybrid sleep的狀態(tài)恢復時(shí)，至少要能來(lái)得及反應并啟動(dòng)OS,才不會(huì )造成其他裝置動(dòng)作出現中斷或系統發(fā)生reset的情況。

　　問(wèn)題分析四：USB 3.0兼容性測試時(shí)最常遇到的問(wèn)題之一，韌體不兼容造成藍屏（BOSD,Blue Screen of Death）狀況。

　　在了解整個(gè)問(wèn)題肇因前，我們得先知道在作USB 3.0測試時(shí)，必須手動(dòng)開(kāi)啟"Driver Verifier"此指令，目的為讓這個(gè)指令去監視所有g(shù)old tree上裝置的運作狀態(tài)，這也是協(xié)會(huì )規范所指定的動(dòng)作之一。再者，我們在作USB 3.0兼容性測試時(shí)，只要出現藍屏（BSOD）便會(huì )判定為測試失敗。根據上述，這個(gè)階段的問(wèn)題肇因即是發(fā)生在當待測物裝置在某廠(chǎng)商芯片組的USB 3.0筆記本電腦上時(shí)，接著(zhù)我們再作整個(gè)gold tree的兼容性測試時(shí)，會(huì )不定時(shí)的發(fā)生藍屏狀況。為了解決此問(wèn)題，我們發(fā)現在開(kāi)啟Driver Verifier后會(huì )有一個(gè)預設旗標值（flags），其默認值為"0x7F",這會(huì )讓USB裝置上的driver與系統controller driver產(chǎn)生沖突情形，因此造成藍屏的現象。而根據與USB協(xié)會(huì )及AMD討論出來(lái)的解決方式，即是把旗標職從"0x7F"改成"0x9ab",藍屏問(wèn)題集獲得改善。

　　一般來(lái)說(shuō)，獲得越多環(huán)境資源的driver理當能正常運作，因此建構這個(gè)最低需求環(huán)境的Driver Verifier指令，為的就是讓gold tree上所有的device 及controller driver最嚴苛的環(huán)境之下，還能夠正常的運作。相反地，如果driver在這個(gè)環(huán)境條件下測試會(huì )造成藍屏，就代表這個(gè)裝置不符合規范；能通過(guò)這個(gè)最低資源、環(huán)境條件的測試，才能確保各產(chǎn)品兼容的完整性。

　　問(wèn)題分享五：選配的電纜質(zhì)量也很重要，會(huì )間接影響USB影、音輸出質(zhì)量。

　　我們在作USB 3.0向后兼容測試（backwards test）時(shí)，必須全面檢測gold tree上的所有裝置的兼容性，例如耳機、鼠標、網(wǎng)絡(luò )攝影機或打印機等等。在測試時(shí)，我們一樣透過(guò)Driver Verifier的動(dòng)作來(lái)讓系統運作條件與鏈接環(huán)境保持在最低限度，并藉此觀(guān)察gold tree上所有裝置的運作情況。在此發(fā)現幾項audio與video質(zhì)量問(wèn)題，例如耳機發(fā)生明顯的音頻噪音、網(wǎng)絡(luò )攝影機發(fā)生明顯的影像延遲或視頻噪聲。而這些裝置在軟、硬件測試方面皆沒(méi)有發(fā)生問(wèn)題，卻在作全面兼容性時(shí)發(fā)生問(wèn)題，因此我們把目光聚焦在cable上。也就是說(shuō)，不論是測試和一般用途的USB 3.0 cable,質(zhì)量的良劣是非常重要的，如果選配低質(zhì)量的USB 3.0 cable,會(huì )導致錯誤率提高，造成數據傳輸性能下降、傳輸的時(shí)間不穩定等等狀況。因此，cable的質(zhì)量會(huì )影響影音傳輸，不同廠(chǎng)商的cable也會(huì )有不同的結果，如果cable的帶寬被耗盡，就會(huì )有噪音出現進(jìn)而影響質(zhì)量。

　　綜合上述，我們這次的目標雖然是在探討USB 3.0驗證的其中幾個(gè)關(guān)鍵議題，但我們也可從中發(fā)現，USB 3.0與USB 2.0除了在傳輸速度有所不同外，在許多的技術(shù)深度上也比USB2.0更進(jìn)階。也就是說(shuō)，相關(guān)USB廠(chǎng)商在開(kāi)發(fā)USB 3.0裝置時(shí)，不能僅秉持過(guò)往USB 2.0的技術(shù)思維，必須透過(guò)更深入的研究、技術(shù)資源與精力投入，才能找出關(guān)鍵的技術(shù)升級模式和相關(guān)問(wèn)題解決方案，才能讓市面上所有的USB產(chǎn)品達到兼容性的理想目標。市面上USB產(chǎn)品與應用越來(lái)越普及，百佳泰除了有一系列的USB測試方案外，也針對這些驗證過(guò)程中發(fā)現的問(wèn)題肇因作出規劃性的報告，提供相關(guān)廠(chǎng)商問(wèn)題偵錯與肇因的協(xié)尋與技術(shù)支持。本文章就是謹以專(zhuān)業(yè)實(shí)驗室角度，勾勒出幾項我們發(fā)現的重點(diǎn)項目與大家分享，讓大家一起為提升USB 3.0效能表現有個(gè)溝通合作的平臺，提供USB廠(chǎng)商在研發(fā)設計產(chǎn)品時(shí)，一個(gè)質(zhì)量保障的參考與技術(shù)咨詢(xún)。