USB 2.0 与 USB 3.0 的区别

USB 简介
USB是英文Universal Serial BUS（通用串行总线）的缩写，而其中文简称为“通串线，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。是应用在PC领域的接口技术。USB 接口支持设备的即插即用和热插拔功能。USB是在1994年底由英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的。由于具备简单、成熟、即插即用特征，所以在市场上很流行。然而，USB 2.0 480 Mbps的速度无法支持新一代存储和视频。因此，移植到一个更快标准的时机已经成熟，这就导致了USB 3.0新协议的开发。本文将比较USB 2.0和USB 3.0的性能。
 

USB 2.0 和 USB 3.0 的区别
在一个普通的场景中，在device端，处理器直接连接到USB、存储器和外设。由High-Speed过渡到SuperSpeed，处理器的影响可以概括如下：

USB 2.0 VS USB 3.0

数据速率

USB 2.0和USB 3.0的基本区别是带宽。USB 2.0所提供的理论带宽是480Mbps。事实上，收到的最大吞吐量约为320Mbps （40MBps），它大致是理论值的三分之二。使用USB3.0，数据吞吐量为4.8Gbps。如果我们用相同的比例，那么预期的数据速率是 3.2Gbps （400MBps）。然而，许多开发人员希望能提供更高的吞吐量。图1显示了USB 3.0 和USB 2.0用于Buffalo外部存储磁盘进行不同大小文件传输的数据率差异。应该指出的是，USB 3.0数据速率受储存设备约束，否则400 Mbps的数据速率很容易达到。

图1可以看出，单个请求传输大小增大了，数据传输速率也随之增加了。这是因为当请求传输大小增加时，请求数量和因此MSC设备要处理中断减少，那么 整体性能就更好了。64 KB传输过后，数据速率达到饱和（因为Windows驱动在一个SCSI请求中不能请求超过64 KB的数据）。这些数据显示了中断在整个系统性能的重要性和影响。

高数据率增加了中断速率和数据请求速率，这使处理器负荷显著提高。当处理器忙于处理USB相关的实时请求时，增加了延时，用户会看到应用处理慢了下来，这并不是一个满意的结果。

数据流

USB 2.0数据请求一次只能是一个方向，与USB 2.0标准不同，USB 3.0支持同时读和写。这是因为USB 2.0是半双工协议，而USB 3.0是全双工协议。全双工通信是通过增加更多连接来支持同时传输数据的。它同时也带来了成本的增加和软件的复杂性。使用USB 2.0，处理器一次只参与传输，并且数据结构和请求处理非常简单。但随着全双工USB 3.0的到来，现在的数据结构需要加倍的信息。USB软件模块还需要能够处理同时的数据操作。

电源管理

封包传输协议改变了（例如，广播定向），设备polling消除了，link的定义和功能级中间状态，使USB3.0电源管理要很不错。我们将讨论USB 设备处理器必须要做的事情，因为第三种降低功耗改变了，例如多种中间状态。

在USB 2.0中，状态只有ACTIVE 和SUSPEND。SuperSpeed中有两个以上的状态：FAST EXIT IDLE 和SLOW EXIT IDL。状态越多意味着硬件和软件两个方面都更复杂。外设可以使用link级电源管理发起省电模式。要获得实际利益，处理器需要跟踪USB接口的空闲时 间，智能采取行动。对于一个设备来说电源连接状态的入口和出口速率可能很频繁。例如，同步传输允许外设在服务间隔进入低功耗状态。这可以显著增加处理器负 载运行时间。

流支持

USB3.0拓展了批量传输模式，支持流模式。批量流提供了同频带信号传输，通过一个标准批量传送支持多路多个独立逻辑数据流协议。这种作法简化了USB 设计复杂的类协议。例如，USB SCSI （UAS）海量存储类使用批量流代替简单的BOT协议。在BOT中，一次只有一个pending请求，而在UAS中，一次可能有n-1个请求，这里n是批 量端点中支持的流数。实现和维护一个复杂的类协议也可能使处理器一直很忙。对于BOT来说单个平面数据结构就够了，UAS协议要求基于优先级的数据结构用 于实现外设端固件。