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高速PC大容量存儲外設--快速成長(cháng)的市場(chǎng) 通用串行總線(xiàn) (USB) 是PC歷史上最成功的外設接口。USB 2.0將秉承第一代USB產(chǎn)品的傳統，為PC外設中的大容量存儲設備提供具體優(yōu)勢。這些產(chǎn)品包括便攜式數字音頻播放器、外置硬盤(pán)驅動(dòng)器 (HDD)、ZIP驅動(dòng)器、CD刻錄機、DVD刻錄機、高密度PCMCIA type-II存儲卡讀卡器、光磁（MO）驅動(dòng)器等。原始的USB標準USB 1.1不具備實(shí)現上述各類(lèi)型產(chǎn)品最佳性能所必需的帶寬。但是，USB具備更高的吞吐量 (480 Mbs)，能夠滿(mǎn)足上述大容量外設的高帶寬要求。USB 2.0已經(jīng)開(kāi)始推動(dòng)各種高性能大容量外設的進(jìn)程。 定義 ATA驅動(dòng)器、ATAPI驅動(dòng)器：一種標準的現成驅動(dòng)器，其集成了高級技術(shù)（根據美國國家標準研究院小組X3T1Q 定義）附件/ ATA包接口 (ATA/ATAPI) 總線(xiàn)和連接器作為其電子接口。其實(shí)例包括HDD、CD-RW和DVD驅動(dòng)器。它們通常內置于PC或Mac中，通過(guò)ATA/ATAPI排線(xiàn)線(xiàn)纜進(jìn)行連接。 USB 2.0驅動(dòng)器：標準ATA或ATAPI驅動(dòng)器，以及USB 2.0到ATA/ATAPI橋接器板 (bridge board) 的組合，能夠創(chuàng )建功能齊全的USB 2.0外設驅動(dòng)器。 所需的橋接器板 任何USB 2.0大容量存儲外設 (MSP) 的基礎都是USB 2.0到ATA/ATAPI的橋接器板。外設開(kāi)發(fā)商希望迅速進(jìn)入市場(chǎng)，為了實(shí)現這一目的，他們使用市場(chǎng)上可用的ATA/ATAPI驅動(dòng)器--之所以這么稱(chēng)呼，是由于它們所采用的連接器都是某種形式的ATA/ATAPI連接器。這些ATA/ATAPI驅動(dòng)器能夠支持并響應ATA/ATAPI命令，命令通過(guò)其ATA/ATAPI連接器或總線(xiàn)進(jìn)行傳送。但是，USB 2.0總線(xiàn)既不與ATA/ATAPI命令通信，也不支持這些命令。USB 2.0到ATA/ATAPI橋接器板必須在兩個(gè)總線(xiàn)之間作為指令翻譯器和數據管理器（圖1）。 圖1：橋接器板的功能 USB 2.0驅動(dòng)器產(chǎn)品開(kāi)發(fā)商的多種選擇 在選擇USB 2.0到ATA/ATAPI橋接器解決方案時(shí)，外設驅動(dòng)器開(kāi)發(fā)商有一系列開(kāi)發(fā)要求。其中一條重要的要求就是橋接器能夠與各種ATA和ATAPI驅動(dòng)器實(shí)現完美的互操作性。另一條重要要求則是實(shí)施創(chuàng )新特性的能力，其中包括線(xiàn)纜供電的產(chǎn)品。創(chuàng )新型特性相當重要，因為它們是使驅動(dòng)器開(kāi)發(fā)商能夠使其產(chǎn)品獨具創(chuàng )新性的利器。選擇合適的USB 2.0橋接器解決方案是至關(guān)重要的，這有助于開(kāi)發(fā)商不僅能滿(mǎn)足上述要求，而且還能夠快速進(jìn)入市場(chǎng)。我們不妨來(lái)逐一討論一下上述開(kāi)發(fā)要求。 與各種ATA/ATAPI驅動(dòng)器實(shí)現無(wú)縫操作 "無(wú)縫操作"實(shí)際上具有多方面的含義。USB 2.0橋接器解決方案必須能夠解決ATAPI驅動(dòng)器內在的操作差異問(wèn)題。簡(jiǎn)單地說(shuō)，許多ATAPI器件都同ATAPI規范存在某種不符合之處，因此就正常預期的操作情況而言會(huì )出現"操作差異"。這些差異有多種形式，而且難以預見(jiàn)。ATAPI驅動(dòng)器中常見(jiàn)的一類(lèi)差異是ATAPI總線(xiàn)上的計時(shí)差異。ATAPI總線(xiàn)的應答信號各種各樣，如數據選通脈沖，這可能會(huì )根據驅動(dòng)器以PIO模式或UDMA模式運行的不同而各異。如果橋接器件在A(yíng)TA/ATAPI物理接口處不具備可調整計時(shí)的話(huà)，那么基于該器件的橋接器板就不能就ATAPI驅動(dòng)器的計時(shí)差異很好工作。驅動(dòng)器開(kāi)發(fā)商將不得不選擇另外的ATAPI驅動(dòng)器或不同的橋接設備。不管怎樣，開(kāi)發(fā)商將產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間都將放慢。 ATAPI 驅動(dòng)器操作差異的另一個(gè)實(shí)例就是驅動(dòng)器向USB 2.0橋接器板傳送其操作狀態(tài)的方法不一致。ATAPI規范定義了在驅動(dòng)器中使用狀態(tài)寄存器的方法，但具體使用則就每個(gè)驅動(dòng)器的不同而各異。一個(gè)具體的例子就是狀態(tài)寄存器的BUSY位。ATAPI驅動(dòng)器廠(chǎng)商因對位的操作和功能性實(shí)施而各有不同。在這種情況下，如果橋接器器件不能根據BUSY位的行為靈活地改變自身的操作，那么可能就會(huì )出現驅動(dòng)器"被掛起"的情況。這時(shí)，USB 2.0驅動(dòng)器停止與它所連接的PC或Mac通信，且不能再進(jìn)行操作。如果要重新正常運行USB 2.0驅動(dòng)器的話(huà)，就需要總線(xiàn)復位或PC/Mac機重啟。顯然，這從最終用戶(hù)的角度來(lái)說(shuō)，這種情況是不愿看到的，并可能導致用戶(hù)向商店返還USB 2.0驅動(dòng)器。 13范式--進(jìn)一步討論無(wú)縫操作 "BUSY位"問(wèn)題是一個(gè)特定的缺陷實(shí)例，屬于"13范式 (Thirteen Cases)"的范圍。13范式是USB大容量存儲類(lèi)規范的子集，該文檔的第六章對其進(jìn)行了詳細討論。文檔指出了在所有涉及數據傳輸的驅動(dòng)器/主機通信時(shí)可能的排列中將發(fā)生的情況。只要出現主機－驅動(dòng)器不匹配，USB到ATA/ATAPI橋接器件就可以采用正確的錯誤處理程序，這是相當重要的。如果主機和設備在數據傳輸方向或數據傳輸數量方面"不一致"，就會(huì )發(fā)生上述錯誤。 正確的橋接實(shí)施能夠使13范式類(lèi)錯誤對驅動(dòng)器開(kāi)發(fā)商透明，從而使最終用戶(hù)不會(huì )感到其存在。但是，不適當的實(shí)施會(huì )導致驅動(dòng)器掛起、數據丟失以及數據訛誤癥狀。顯然，在橋接器件中正確實(shí)施13范式對需進(jìn)行橋接器件選擇的USB 2.0外設廠(chǎng)商而言是至關(guān)重要的。 創(chuàng )新要求靈活的、由固件驅動(dòng)的架構 希望開(kāi)發(fā)創(chuàng )新性USB 2.0大容量存儲外設以使其產(chǎn)品獨具特色的驅動(dòng)器開(kāi)發(fā)商應當尋求由固件驅動(dòng)的器件，這會(huì )帶來(lái)很大的好處。固件驅動(dòng)的器件與大量通用I/O一起可使驅動(dòng)器開(kāi)發(fā)商能夠在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)期間充分利用他們獨有的系列技術(shù)，并獲得更好的市場(chǎng)前景。最后，其就可以推出新型的、有創(chuàng )意的驅動(dòng)產(chǎn)品，并能夠在提供上述驅動(dòng)器產(chǎn)品的制造商市場(chǎng)中獲得成功。 便攜式數字音頻和視頻播放器的創(chuàng )新型解決方案 基于HDD的便攜式數字音頻播放器正成為日益流行的產(chǎn)品。從歷史上說(shuō)，音頻播放器都依靠閃存技術(shù)作為音頻文件的存儲，但利用尺寸纖小的硬盤(pán)驅動(dòng)器作為音頻文件存儲的做法正日益流行。上述升級背后的推理很簡(jiǎn)單，就是由于巨大的歌曲存儲容量。傳統的、基于閃存的音頻播放器可存儲10至20首歌，而基于HDD的播放器則可存儲數千首歌。Apple的iPod ?是第一部采用硬盤(pán)驅動(dòng)器的、著(zhù)名的便攜式音頻播放器，其讓iPod "口袋中裝載1000首歌"的口號變成了現實(shí)。人們已開(kāi)始把全部歌曲庫隨身攜帶。 隨著(zhù)基于HDD的音頻播放器存儲容量不斷擴大，我們需要到PC或Mac的連接實(shí)現更大的吞吐量。Apple的iPod 使用了1394a "Firewire"高速連接的"fast wire"特性。其他公司則已開(kāi)始使用USB 2.0作為其高速連接解決方案。與USB 2.0外設HDD一樣，這種應用也要求USB 2.0到ATA橋接器解決方案。如此說(shuō)來(lái)，便攜式音頻播放器應當比外設HDD更為復雜，因此基于USB 2.0的音頻播放器開(kāi)發(fā)商要求橋接器解決方案除了單純的USB 2.0 HDD所需要的之外，還應具備更多的功能。 基于HDD的便攜式音頻播放器的橋接器解決方案應當是"智能的"。這就是說(shuō)，它應當具有可編程性，以及由固件驅動(dòng)的架構。實(shí)現上述目的的最佳方式就是在橋接器件（USB 2.0到ATA）中嵌入一個(gè)嵌入式處理器。將處理器嵌入橋接器件中既能夠節約板級空間，又能夠節約成本。此外，還應具備DSP和智能橋接器之間的I/O通道，從而實(shí)現設備間的通信與協(xié)調。這可以就通用I/O（GPIO）、串行總線(xiàn)或上述二者的組合得以實(shí)現。我們不妨來(lái)看看為什么橋接器件和DSP之間的通信對便攜式音頻播放器非常重要。 創(chuàng )新的音頻播放器開(kāi)發(fā)商充分利用了內置HDD千兆位存儲容量的優(yōu)勢。憑借巨大的現有數據存儲空間，希望使其產(chǎn)品從競爭對手中脫穎而出的開(kāi)發(fā)商正在向其音頻播放器添加除音頻之外的其他功能。許多新功能通常都與個(gè)人數據助理 (PDA) 相關(guān)。通過(guò)添加日歷、待完成工作表、聯(lián)系人列表以及開(kāi)支記錄等功能，基于HDD的音頻播放器目前能夠像功能豐富的PDA一樣發(fā)揮作用。此外，開(kāi)發(fā)商還可通過(guò)添加諸如播放列表同步等功能來(lái)擴大傳統功能。 事實(shí)上，實(shí)施這些更多特性的關(guān)鍵要求就是橋接器和DSP具備自由高效地相互通信的能力。眾多的數據移動(dòng)還是在PC和HDD之間進(jìn)行的，關(guān)于這些數據的信息必須通過(guò)智能橋接器件傳遞輸DSP。這是通過(guò)橋固件定制直接實(shí)現的。當然，如果橋接器不具備集成的處理器--如果它不是智能的、可編程的橋接器件的話(huà)--那么就不可能進(jìn)行定制。 圖2：基于HDD的USB 2.0便攜式音頻播放器 便攜式視頻播放器 便攜式視頻播放器是一種新興的產(chǎn)品類(lèi)型，我們可將其看作是便攜式音頻播放器的相關(guān)產(chǎn)品。此二者具有許多相似的產(chǎn)品要求。由于其所處理的視頻文件大小大大超過(guò)音頻文件，因此視頻播放器基本上都需要以HDD作為視頻文件的存儲。由于和便攜式音頻播放器相同的原因，因此智能橋接器在便攜式視頻播放器中也同樣重要。 線(xiàn)纜供電的驅動(dòng)器 線(xiàn)纜供電的驅動(dòng)器，是指通過(guò)USB線(xiàn)纜供電，而不需要插入墻上電源插座的USB 2.0驅動(dòng)器，其很受最終用戶(hù)的歡迎。線(xiàn)纜供電不僅能夠為最終用戶(hù)提供簡(jiǎn)單的使用模型（即插即用），而且還取消了墻上型電源適配器這一組件，從而節省了金錢(qián)。 USB總線(xiàn)規范存在的一個(gè)錯誤是，總線(xiàn)本身可以向外設提供最大500mA的電流。由于大多數ATA和ATAPI驅動(dòng)器需要大于500mA的電流，因此開(kāi)發(fā)由線(xiàn)纜供電的驅動(dòng)器存在不少問(wèn)題。此外，USB規范要求任何線(xiàn)纜供電的器件在枚舉時(shí)電流不超過(guò)100 mA，在"睡眠"省電操作模式時(shí)電流低于500uA。驅動(dòng)器開(kāi)發(fā)商制造線(xiàn)纜供電的驅動(dòng)器必須采用滿(mǎn)足上述電源標準的橋接器件。 如果開(kāi)發(fā)商希望使用驅動(dòng)器所要求的功率級別是USB線(xiàn)纜所不能提供的，那么就會(huì )采用智能電池輔助解決方案。在這種情況下，如鋰離子電池等的充電電池與驅動(dòng)器和智能電池管理器件位于同一位置。電池將提供大部分的驅動(dòng)器操作電流。不過(guò)，橋接器板的低電流消耗對應用而言仍然非常重要，因為智能電池管理器件必須具備充足的自由電流才能進(jìn)行充電。否則就會(huì )出現電池無(wú)電或數據丟失或訛誤的風(fēng)險。 在通過(guò)USB線(xiàn)纜進(jìn)行電池充電時(shí)，開(kāi)放商應當能夠最大化從線(xiàn)纜到電池的功率傳輸，因為USB線(xiàn)纜只能提供2.5瓦特的功率（電流500 mA，電壓5V）。了解了這一點(diǎn)，開(kāi)發(fā)商就應當致力于最小化所有不直接與電池充電功能相關(guān)器件的功耗。在電池充電過(guò)程中，符合邏輯的做法是給HDD和DSP斷電。從為電池充電應用而優(yōu)化的固件進(jìn)行操作的智能橋接器件將為DSP和硬盤(pán)驅動(dòng)器斷電。這將顯示其自身ATA接口的三態(tài)，從而實(shí)現為電池充電而優(yōu)化的低功耗使用狀態(tài)。電池進(jìn)行充電時(shí)，橋接器件還能監視充電過(guò)程和USB總線(xiàn)的情況。如果與音頻播放器相關(guān)的總線(xiàn)流量重新再現，那么橋將重新啟動(dòng)DSP和HDD。 圖3：基于智能橋接器的電池管理 TI的TUSB6250--用于線(xiàn)纜供電應用的優(yōu)化解決方案 TI近期宣布推出了TUSB6250，是上述應用的優(yōu)化解決方案。該器件通過(guò)集成的微控制器可支持創(chuàng )新的以及靈活性極高的解決方案。其基于固件的架構將使驅動(dòng)器開(kāi)發(fā)商能夠處理ATAPI驅動(dòng)器的"操作差異"。其能夠無(wú)縫地處理并適應于解決USB大容量存儲規范中指定的"13范式"情境。利用其16個(gè)通用 I/O引腳，開(kāi)發(fā)商能夠獲得卓越的靈活性，以向市場(chǎng)推出新型的、獨樹(shù)一幟的解決方案。其還能與諸如音頻或視頻播放器中的其他系統級芯片相連，如DSP。 對于那些對開(kāi)發(fā)線(xiàn)纜供電的解決方案感興趣的開(kāi)發(fā)商而言，TUSB6250只需要不到80 mA的電流以及3.3V的電壓。目前幾款低功率HDD已開(kāi)始供貨，只要配備基于 TUSB6250的橋接器板，就可從USB線(xiàn)纜獲取電源進(jìn)行工作。為達到USB實(shí)施者論壇 (USB Implementers Forum) 認證要求的驅動(dòng)器開(kāi)發(fā)商必須滿(mǎn)足的其他關(guān)鍵性USB規范包括枚舉電流 (enumeration current) (100 mA) 和睡眠模式電流 (500 uA)。橋接器板利用TUSB6250來(lái)滿(mǎn)足這些參數。TUSB6250的智能化與低功率相結合，對任何采用電池和電源管理以在USB線(xiàn)纜上充電的器件而言，都是非常優(yōu)秀的解決方案。 |
