通用串行總線 （USB） 是PC歷史上最成功的外設(shè)接口。USB 2.0將秉承第一代USB產(chǎn)品的傳統(tǒng)，為PC外設(shè)中的大容量存儲(chǔ)設(shè)備提供具體優(yōu)勢(shì)。這些產(chǎn)品包括便攜式數(shù)字音頻播放器、外置硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器 （HDD）、ZIP驅(qū)動(dòng)器、CD刻錄機(jī)、DVD刻錄機(jī)、高密度PCMCIA type-II存儲(chǔ)卡讀卡器、光磁（MO）驅(qū)動(dòng)器等。原始的USB標(biāo)準(zhǔn)USB 1.1不具備實(shí)現(xiàn)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），能夠滿足上述大容量外設(shè)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(shè)的進(jìn)程。

定義

ATA驅(qū)動(dòng)器、ATAPI驅(qū)動(dòng)器：一種標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)成驅(qū)動(dòng)器，其集成了高級(jí)技術(shù)（根據(jù)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)研究院小組X3T1Q 定義）附件/

ATA包接口 （ATA/ATAPI） 總線和連接器作為其電子接口。其實(shí)例包括HDD、CD-RW和DVD驅(qū)動(dòng)器。它們通常內(nèi)置于PC或Mac中，通過(guò)ATA/ATAPI排線線纜進(jìn)行連接。

USB 2.0驅(qū)動(dòng)器：標(biāo)準(zhǔn)ATA或ATAPI驅(qū)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(shè)驅(qū)動(dòng)器。

所需的橋接器板

任何USB 2.0大容量存儲(chǔ)外設(shè) （MSP） 的基礎(chǔ)都是USB 2.0到ATA/ATAPI的橋接器板。外設(shè)開(kāi)發(fā)商希望迅速進(jìn)入市場(chǎng)，為了實(shí)現(xiàn)這一目的，他們使用市場(chǎng)上可用的ATA/ATAPI驅(qū)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(qū)動(dòng)器能夠支持并響應(yīng)ATA/ATAPI命令，命令通過(guò)其ATA/ATAPI連接器或總線進(jìn)行傳送。但是，USB 2.0總線既不與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)總線之間作為指令翻譯器和數(shù)據(jù)管理器（圖1）。

圖1：橋接器板的功能

USB 2.0驅(qū)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(shè)驅(qū)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(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)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，其中包括線纜供電的產(chǎn)品。創(chuàng)新型特性相當(dāng)重要，因?yàn)樗鼈兪鞘跪?qū)動(dòng)器開(kāi)發(fā)商能夠使其產(chǎn)品獨(dú)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(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)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(qū)動(dòng)器內(nèi)在的操作差異問(wèn)題。簡(jiǎn)單地說(shuō)，許多ATAPI器件都同ATAPI規(guī)范存在某種不符合之處，因此就正常預(yù)期的操作情況而言會(huì)出現(xiàn)“操作差異”。這些差異有多種形式，而且難以預(yù)見(jiàn)。ATAPI驅(qū)動(dòng)器中常見(jiàn)的一類(lèi)差異是ATAPI總線上的計(jì)時(shí)差異。ATAPI總線的應(yīng)答信號(hào)各種各樣，如數(shù)據(jù)選通脈沖，這可能會(huì)根據(jù)驅(qū)動(dòng)器以PIO模式或UDMA模式運(yùn)行的不同而各異。如果橋接器件在ATA/ATAPI物理接口處不具備可調(diào)整計(jì)時(shí)的話，那么基于該器件的橋接器板就不能就ATAPI驅(qū)動(dòng)器的計(jì)時(shí)差異很好工作。驅(qū)動(dòng)器開(kāi)發(fā)商將不得不選擇另外的ATAPI驅(qū)動(dòng)器或不同的橋接設(shè)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(qū)動(dòng)器操作差異的另一個(gè)實(shí)例就是驅(qū)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(guī)范定義了在驅(qū)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(qū)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(qū)動(dòng)器廠商因?qū)ξ坏牟僮骱凸δ苄詫?shí)施而各有不同。在這種情況下，如果橋接器器件不能根據(jù)BUSY位的行為靈活地改變自身的操作，那么可能就會(huì)出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器“被掛起”的情況。這時(shí)，USB 2.0驅(qū)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(yùn)行USB 2.0驅(qū)動(dòng)器的話，就需要總線復(fù)位或PC/Mac機(jī)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(dǎo)致用戶(hù)向商店返還USB 2.0驅(qū)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(chǔ)類(lèi)規(guī)范的子集，該文檔的第六章對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)討論。文檔指出了在所有涉及數(shù)據(jù)傳輸?shù)尿?qū)動(dòng)器/主機(jī)通信時(shí)可能的排列中將發(fā)生的情況。只要出現(xiàn)主機(jī)－驅(qū)動(dòng)器不匹配，USB到ATA/ATAPI橋接器件就可以采用正確的錯(cuò)誤處理程序，這是相當(dāng)重要的。如果主機(jī)和設(shè)備在數(shù)據(jù)傳輸方向或數(shù)據(jù)傳輸數(shù)量方面“不一致”，就會(huì)發(fā)生上述錯(cuò)誤。

正確的橋接實(shí)施能夠使13范式類(lèi)錯(cuò)誤對(duì)驅(qū)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(dāng)?shù)膶?shí)施會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器掛起、數(shù)據(jù)丟失以及數(shù)據(jù)訛誤癥狀。顯然，在橋接器件中正確實(shí)施13范式對(duì)需進(jìn)行橋接器件選擇的USB 2.0外設(shè)廠商而言是至關(guān)重要的。

創(chuàng)新要求靈活的、由固件驅(qū)動(dòng)的架構(gòu)

希望開(kāi)發(fā)創(chuàng)新性USB 2.0大容量存儲(chǔ)外設(shè)以使其產(chǎn)品獨(dú)具特色的驅(qū)動(dòng)器開(kāi)發(fā)商應(yīng)當(dāng)尋求由固件驅(qū)動(dòng)的器件，這會(huì)帶來(lái)很大的好處。固件驅(qū)動(dòng)的器件與大量通用I/O一起可使驅(qū)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(dú)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(qū)動(dòng)產(chǎn)品，并能夠在提供上述驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品的制造商市場(chǎng)中獲得成功。

便攜式數(shù)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(shù)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(chǔ)，但利用尺寸纖小的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器作為音頻文件存儲(chǔ)的做法正日益流行。上述升級(jí)背后的推理很簡(jiǎn)單，就是由于巨大的歌曲存儲(chǔ)容量。傳統(tǒng)的、基于閃存的音頻播放器可存儲(chǔ)10至20首歌，而基于HDD的播放器則可存儲(chǔ)數(shù)千首歌。Apple的iPod ？是第一部采用硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的、著名的便攜式音頻播放器，其讓iPod “口袋中裝載1000首歌”的口號(hào)變成了現(xiàn)實(shí)。人們已開(kāi)始把全部歌曲庫(kù)隨身攜帶。

隨著基于HDD的音頻播放器存儲(chǔ)容量不斷擴(kuò)大，我們需要到PC或Mac的連接實(shí)現(xiàn)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(shè)HDD一樣，這種應(yīng)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(yīng)當(dāng)比外設(shè)HDD更為復(fù)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(yīng)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(yīng)當(dāng)是“智能的”。這就是說(shuō)，它應(yīng)當(dāng)具有可編程性，以及由固件驅(qū)動(dòng)的架構(gòu)。實(shí)現(xiàn)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(jié)約板級(jí)空間，又能夠節(jié)約成本。此外，還應(yīng)具備DSP和智能橋接器之間的I/O通道，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的通信與協(xié)調(diào)。這可以就通用I/O（GPIO）、串行總線或上述二者的組合得以實(shí)現(xiàn)。我們不妨來(lái)看看為什么橋接器件和DSP之間的通信對(duì)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(nèi)置HDD千兆位存儲(chǔ)容量的優(yōu)勢(shì)。憑借巨大的現(xiàn)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，希望使其產(chǎn)品從競(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(shù)據(jù)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(kuò)大傳統(tǒng)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(shù)據(jù)移動(dòng)還是在PC和HDD之間進(jìn)行的，關(guān)于這些數(shù)據(jù)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(xiàn)的。當(dāng)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--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(chǔ)。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。

線纜供電的驅(qū)動(dòng)器

線纜供電的驅(qū)動(dòng)器，是指通過(guò)USB線纜供電，而不需要插入墻上電源插座的USB 2.0驅(qū)動(dòng)器，其很受最終用戶(hù)的歡迎。線纜供電不僅能夠?yàn)樽罱K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(jié)省了金錢(qián)。

USB總線規(guī)范存在的一個(gè)錯(cuò)誤是，總線本身可以向外設(shè)提供最大500mA的電流。由于大多數(shù)ATA和ATAPI驅(qū)動(dòng)器需要大于500mA的電流，因此開(kāi)發(fā)由線纜供電的驅(qū)動(dòng)器存在不少問(wèn)題。此外，USB規(guī)范要求任何線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(qū)動(dòng)器開(kāi)發(fā)商制造線纜供電的驅(qū)動(dòng)器必須采用滿足上述電源標(biāo)準(zhǔn)的橋接器件。

如果開(kāi)發(fā)商希望使用驅(qū)動(dòng)器所要求的功率級(jí)別是USB線纜所不能提供的，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(qū)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(qū)動(dòng)器操作電流。不過(guò)，橋接器板的低電流消耗對(duì)應(yīng)用而言仍然非常重要，因?yàn)橹悄茈姵毓芾砥骷仨毦邆涑渥愕淖杂呻娏鞑拍苓M(jìn)行充電。否則就會(huì)出現(xiàn)電池?zé)o電或數(shù)據(jù)丟失或訛誤的風(fēng)險(xiǎn)。

在通過(guò)USB線纜進(jìn)行電池充電時(shí)，開(kāi)放商應(yīng)當(dāng)能夠最大化從線纜到電池的功率傳輸，因?yàn)閁SB線纜只能提供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(yīng)當(dāng)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(yīng)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(qū)動(dòng)器斷電。這將顯示其自身ATA接口的三態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)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(jiān)視充電過(guò)程和USB總線的情況。如果與音頻播放器相關(guān)的總線流量重新再現(xiàn)，那么橋?qū)⒅匦聠?dòng)DSP和HDD。

圖3：基于智能橋接器的電池管理

TI的TUSB6250--用于線纜供電應(yīng)用的優(yōu)化解決方案

TI宣布推出的TUSB6250，是上述應(yīng)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(gòu)將使驅(qū)動(dòng)器開(kāi)發(fā)商能夠處理ATAPI驅(qū)動(dòng)器的“操作差異”。其能夠無(wú)縫地處理并適應(yīng)于解決USB大容量存儲(chǔ)規(guī)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(dú)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(tǒng)級(jí)芯片相連，如DSP。

對(duì)于那些對(duì)開(kāi)發(fā)線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線纜獲取電源進(jìn)行工作。為達(dá)到USB實(shí)施者論壇 （USB Implementers Forum） 認(rèn)證要求的驅(qū)動(dòng)器開(kāi)發(fā)商必須滿足的其他關(guān)鍵性USB規(guī)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)滿足這些參數(shù)。TUSB6250的智能化與低功率相結(jié)合，對(duì)任何采用電池和電源管理以在USB線纜上充電的器件而言，都是非常優(yōu)秀的解決方案。

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