【E課堂】USB的掛起和喚醒 (Suspend and Resume)

　　USB協(xié)議的第9章講到USB可見設(shè)備狀態(tài)[Universal Serial Bus Specification, Section 9.1.1, Pg 239]，分為連接(Attached)，上電(Powered)，默認(rèn)(Default)，地址(Address)，配置(Configured)和掛起(Suspended)6個(gè)狀態(tài)。所謂可見，即USB系統(tǒng)和主機(jī)可見的狀態(tài)，其他狀態(tài)屬于USB設(shè)備內(nèi)部而不可見。其中有關(guān)電源的，大致可分下面三類：

　　1. 連接狀態(tài)(Attached)：設(shè)備連接，但未提供電源。

　　2. 上電狀態(tài)(Powered)：設(shè)備被復(fù)位(Reset)，或者說處于地址、配置狀態(tài)。(參見USB枚舉過程，USB Specification, page 241)

　　3. 掛起狀態(tài)(Suspended)：3 ms未見總線活動(dòng)而處于省電狀態(tài)，設(shè)備不可用，但仍然保持原有的USB地址和配置。

　　設(shè)備的掛起

　　我們知道，在USB系統(tǒng)中，正常狀態(tài)下hub或root hub會(huì)一直周期性地發(fā)送SOF包(Start Of Frame，全速USB每1ms發(fā)送一個(gè)，高速USB則是125μs發(fā)送一個(gè))。根據(jù)USB協(xié)議，如果USB線上一直處于空閑(Idle)狀態(tài)超過3ms，設(shè)備應(yīng)該把它當(dāng)作一個(gè)掛起(Suspended)信號，要求設(shè)備在10ms內(nèi)進(jìn)入掛起狀態(tài)，并把設(shè)備所需的電流大小降到規(guī)定的值(對于low-power設(shè)備，要求是500 μA，而對于high-power或支持遠(yuǎn)程喚醒(remote wakeup)功能的設(shè)備是2.5mA【Section 7.2.3, Pg176】)。在掛起狀態(tài)中，設(shè)備必須繼續(xù)向數(shù)據(jù)項(xiàng)D+/D-的上拉電阻提供電壓以維持Idle狀態(tài)。而對于USB2.0高速設(shè)備，還有些額外的要求：

　　1. 高速設(shè)備在收到掛起信號(3ms空閑)后，應(yīng)在0.125ms內(nèi)切換到全速狀態(tài)，也就是說要把終端電阻移除，并在D+數(shù)據(jù)線上重新掛上1.5k上拉電阻。

　　2. 設(shè)備在隨后的100-875μs內(nèi)檢測數(shù)據(jù)線上的狀態(tài)。如果該狀態(tài)是一個(gè)Full speed J，那么說明host發(fā)下來的是一個(gè)掛起信號;如果此時(shí)該狀態(tài)是SE0，說明是host drive數(shù)據(jù)線D+到0，這是一個(gè)復(fù)位信號(復(fù)位信號會(huì)持續(xù)至少10ms時(shí)間)。

　　要注意的是高速設(shè)備在掛起狀態(tài)時(shí)處于高速模式，只是所用的是全速信號。一旦從掛起狀態(tài)恢復(fù)回來，會(huì)馬上進(jìn)入高速工作狀態(tài)而無需進(jìn)行復(fù)位操作。

　　如上圖所示，Host在a點(diǎn)停止發(fā)送SOF，系統(tǒng)處于SE0狀態(tài)，b點(diǎn)是3ms時(shí)間點(diǎn)，之后的125μs內(nèi)，設(shè)備移除終端電阻，并掛上1.5k上拉。此時(shí)如host發(fā)送的是suspend信號，那它就不會(huì)不drive D+數(shù)據(jù)線，導(dǎo)致D+被設(shè)備拉高，形成一個(gè)Full Speed J狀態(tài)。在c點(diǎn)之后100-875μs內(nèi)設(shè)備檢測此時(shí)host行為，發(fā)現(xiàn)是suspend信號，設(shè)備內(nèi)部進(jìn)入低功耗的掛起(suspend)狀態(tài)。(假如hsot發(fā)送的是復(fù)位信號，那么當(dāng)設(shè)備在c點(diǎn)掛1.5k電阻之后，由于host對D+線的drive作用，D+線無法被拉高，仍然處于SE0狀態(tài)，設(shè)備在c點(diǎn)之后的檢測，發(fā)現(xiàn)的還是SE0狀態(tài)，等到10ms后就可判斷這是一個(gè)復(fù)位信號，進(jìn)行設(shè)備復(fù)位操作。)

　　設(shè)備的喚醒

　　設(shè)備處于掛起狀態(tài)時(shí)，任何總線上的活動(dòng)(非空閑信號)都可以把設(shè)備喚醒/恢復(fù)，從而退出低功耗模式。(同樣，設(shè)備也可以換醒host，比如電腦待機(jī)時(shí)通過USB鍵盤來換醒主機(jī)，這種功能稱之為“遠(yuǎn)程喚醒”(remote wakeup)，不在本文的討論范圍內(nèi)。)

　　因?yàn)樵O(shè)備掛起時(shí)處于全速信號，在當(dāng)host需要把將設(shè)備退出suspend狀態(tài)時(shí)，需要先發(fā)送一個(gè)持續(xù)時(shí)間超過20ms的Fulll Speed K狀態(tài)。設(shè)備看到K狀態(tài)結(jié)束的1.3us內(nèi)醒過來，而host需要在3ms內(nèi)發(fā)送uSOF信號以維持正常的高速信號模式，否則設(shè)備又將進(jìn)入suspend。如下圖所示：