USB3.0数据传输问题及处理方法有哪些
引言
自从usbif网站上发布usb3.0规范1.0版本以来，国内外都对这个新技术非常热衷，各方面研究usb3.0。应运而生的usb3.0相关的产品很多，如u盘、读卡器、移动硬盘等，让usb3.0接口更加普及的是电脑的主板上也有usb3.0的接口，因为它的接口方便简洁，最重要的是其传输速度非常之快，主要应用于大规模像素的数码相机领域的实时图像传输方面。usb3.0的接口、协议比之前usb2.0都有所改变，在技术上有了很大突破。但是发展到一定程度就到了瓶颈之处，这个瓶颈不是usb3.0协议的问题，而是芯片和usb3.0的线缆所造成的。
1．usb3.0简介
usb3.0也称为super speed usb，就是超速的意思，比特率高达5 gb/s。引用intel专家jeff ravencraft的话来讲：“以25 gb的文件传输为例，usb2.0需要14 min，而3.0只需70 s左右”。
为了减少接口不同带来的麻烦，usb3.0的接口与usb2.0类似，只是增加了几条并行数据总线。因此，usb3.0不仅兼容usb2.0的功能，还比它多出了几个优点：
① 最大化地提高带宽，全双工方式，速度高达5 gb/s，而usb2.0为半双工方式，速度为480 mb/s；并且比usb 2.0多了5个传输触点，原本内部只有单面触点，现在变成两面都有。
② 较好的电源管理改善了电流的输出，虽然usb3.0依旧保持了5 v电压（一般都是在4~5 v左右浮动），但是电流部分从一组hub最高500 ma增加到了900 ma，对设备的稳定工作和连接数量都能提供更好的支持，尤其是连接比较耗电的设备(例如移动硬盘或者外接多声道的声卡)。
③ 使主机为器件提供更多的功率支持，从而实现usb设备的应用，如usb充电电池、led照明和迷你风扇等。
④ 能够让主机更快地识别器件。
⑤ 提高了数据处理的效率。
2 ．usb3.0数据传输问题及解决方法
2.1 usb3.0数据传输瓶颈
虽然usb3.0有这么多的优点，但缺点也是不可忽视的。主要的缺点是usb3.0速度已经如此之高，所规定的线材长度需要达到5 cm，但是usb设备还需要供电，这就造成传输线内部信号干扰十分严重。解决方法有两个：一是改良线缆的材料；二是从控制芯片下手。前者若将铜线变成光纤，成本会大大增加，所以主要以第二种解决方法为主。后者改良控制芯片也很有难度，主要方法是将信号增幅与滤波，先将传输过后的衰减信号进行放大，然后滤除掉不必要的信号。
2.2 控制芯片研究
自从usb3.0协议公布以来，各大厂商开始研发usb3.0芯片及其产品。其中一些已经进入市场使用，电脑的主板也加入了usb3.0芯片。就算是比较老式的台式机也可以插上usb3.0接口的扩展卡，使用时安装对应厂商的驱动程序即可使用。在此我们用祥硕公司的asmedia104x usb3.0控制芯片来研究。图1所示为usb3.0装上驱动后的状态。
图1 usb3.0驱动装上状态
2.3 性能测试及结果
利用一个测试移动设备的软件atto disk benchmark来测试usb3.0接口的速度。选择方便测试的设备——usb3.0的u盘，只有两个接口都是usb3.0的配置才能发挥出超速的优势。图2所示就是usb3.0的u盘在usb2.0与usb3.0的接口上分别运行的测试结果，可见在usb3.0的接口上性能更好，速率更高。
图2 usb2.0与usb3.0速率对比
图2 usb2.0与usb3.0速率对比（续）
图3对比了u盘连接一根usb3.0的延长线时运行的速率结果。数据结果差不多，只是有延长线的结果稍微小了一点。这说明线的长度是有影响的，并且usb3.0接口不能远距离传输，这一点不利于一些大型应用。一些大机器不能随便移动位置，如果与usb3.0接口距离太远，就发挥不了其优势，这样会使它显得多余。
图3 usb3.0有无延长线的速率对比
图3 usb3.0有无延长线的速率对比（续）
结语
综上所述，由各方面的数据结果和理论研究可知，usb3.0高速信息传输的瓶颈在于不能远距离传输，要解决这个问题，一方面是改变线缆的材质，光纤的传播速度非常快，如果用光纤与usb3.0相结合，将会让速度提高很多。另一方面从控制芯片考虑，通过芯片公司的设计来解决，而且要考虑怎么减小外界环境对速度传输的影响。用过的人都知道，有时候虽然是在usb3.0的接口使用，但设备不一定启用超速，要么驱动装的不对，要么其他方面出了问题，这也是需要研究解决的问题。
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1．usb3.0简介
usb3.0也称为super speed usb，就是超速的意思，比特率高达5 gb/s。引用intel专家jeff ravencraft的话来讲：“以25 gb的文件传输为例，usb2.0需要14 min，而3.0只需70 s左右”。
为了减少接口不同带来的麻烦，usb3.0的接口与usb2.0类似，只是增加了几条并行数据总线。因此，usb3.0不仅兼容usb2.0的功能，还比它多出了几个优点：
① 最大化地提高带宽，全双工方式，速度高达5 gb/s，而usb2.0为半双工方式，速度为480 mb/s；并且比usb 2.0多了5个传输触点，原本内部只有单面触点，现在变成两面都有。
② 较好的电源管理改善了电流的输出，虽然usb3.0依旧保持了5 v电压（一般都是在4~5 v左右浮动），但是电流部分从一组hub最高500 ma增加到了900 ma，对设备的稳定工作和连接数量都能提供更好的支持，尤其是连接比较耗电的设备(例如移动硬盘或者外接多声道的声卡)。
③ 使主机为器件提供更多的功率支持，从而实现usb设备的应用，如usb充电电池、led照明和迷你风扇等。
④ 能够让主机更快地识别器件。
⑤ 提高了数据处理的效率。
2 ．usb3.0数据传输问题及解决方法
2.1 usb3.0数据传输瓶颈
虽然usb3.0有这么多的优点，但缺点也是不可忽视的。主要的缺点是usb3.0速度已经如此之高，所规定的线材长度需要达到5 cm，但是usb设备还需要供电，这就造成传输线内部信号干扰十分严重。解决方法有两个：一是改良线缆的材料；二是从控制芯片下手。前者若将铜线变成光纤，成本会大大增加，所以主要以第二种解决方法为主。后者改良控制芯片也很有难度，主要方法是将信号增幅与滤波，先将传输过后的衰减信号进行放大，然后滤除掉不必要的信号。
2.2 控制芯片研究
自从usb3.0协议公布以来，各大厂商开始研发usb3.0芯片及其产品。其中一些已经进入市场使用，电脑的主板也加入了usb3.0芯片。就算是比较老式的台式机也可以插上usb3.0接口的扩展卡，使用时安装对应厂商的驱动程序即可使用。在此我们用祥硕公司的asmedia104x usb3.0控制芯片来研究。图1所示为usb3.0装上驱动后的状态。
图1 usb3.0驱动装上状态
2.3 性能测试及结果
利用一个测试移动设备的软件atto disk benchmark来测试usb3.0接口的速度。选择方便测试的设备——usb3.0的u盘，只有两个接口都是usb3.0的配置才能发挥出超速的优势。图2所示就是usb3.0的u盘在usb2.0与usb3.0的接口上分别运行的测试结果，可见在usb3.0的接口上性能更好，速率更高。
图2 usb2.0与usb3.0速率对比
图2 usb2.0与usb3.0速率对比（续）
图3对比了u盘连接一根usb3.0的延长线时运行的速率结果。数据结果差不多，只是有延长线的结果稍微小了一点。这说明线的长度是有影响的，并且usb3.0接口不能远距离传输，这一点不利于一些大型应用。一些大机器不能随便移动位置，如果与usb3.0接口距离太远，就发挥不了其优势，这样会使它显得多余。
图3 usb3.0有无延长线的速率对比
图3 usb3.0有无延长线的速率对比（续）
结语
综上所述，由各方面的数据结果和理论研究可知，usb3.0高速信息传输的瓶颈在于不能远距离传输，要解决这个问题，一方面是改变线缆的材质，光纤的传播速度非常快，如果用光纤与usb3.0相结合，将会让速度提高很多。另一方面从控制芯片考虑，通过芯片公司的设计来解决，而且要考虑怎么减小外界环境对速度传输的影响。用过的人都知道，有时候虽然是在usb3.0的接口使用，但设备不一定启用超速，要么驱动装的不对，要么其他方面出了问题，这也是需要研究解决的问题。
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