Тестовая последовательность для usb

Обновлено: 07.07.2024

Основной целью данного тестирования стало определение того преимущества, которое может дать использование для подключения внешних устройств портов USB 3.1. Для этого мы измеряли скорость работы полученного нами на тесты USB 3.1-накопителя компании ASUS при его подсоединении к портам разного типа. Поскольку в нашем распоряжении оказалось сразу две материнских платы с поддержкой нового интерфейса, тестирование было проведено на обеих.

В итоге список задействованных в тестировании аппаратных компонентов выглядел следующим образом:

  • Процессоры:
    • Intel Core i7-5960X Extreme Edition (Haswell-E, 8 ядер + HT, 3,0-3,5 ГГц, 20 Мбайт L3);
    • Intel Core i7-4790K (Haswell Refresh, 4 ядра + HT, 4,0-4,4 ГГц, 8 Мбайт L3).
    • ASUS X99-A/USB3.1 (LGA2011-v3, Intel X99);
    • ASUS Z97-A/USB3.1 (LGA1150, Intel Z97).
    • 2 × 8 Гбайт DDR3-2133 SDRAM, 9-11-11-31 (G.Skill [TridentX] F3-2133C9D-16GTX).
    • 2 × 8 Гбайт DDR4-2666 SDRAM, 15-15-15-35 (G.Skill [Ripjaws 4] F4-2666C15Q-16GRR).

    Тестирование выполнялось в операционной системе Microsoft Windows 8.1 Professional x64 with Update с использованием следующего комплекта драйверов:

    • ASMedia USB3.1/3.0 Driver 1.16.23.0;
    • Intel Chipset Driver 10.0.20;
    • Intel Management Engine Driver 10.0.0.1204;
    • Intel Rapid Storage Technology 13.2.4.1000;
    • NVIDIA GeForce 347.52 Driver.

    Для тестирования производительности внешнего накопителя ASUS с интерфейсом USB 3.1 в первую очередь мы воспользовались популярным бенчмарком CrystalDiskMark 3.0.3b, который позволяет получить общее представление о быстродействии, достигаемом при различных типах операций. На приведённых далее диаграммах между собой сравниваются скорости накопителя при его подключении к новым портам USB 3.1, работающим через контроллер ASMedia, и к чипсетным портам USB 3.0 или USB 2.0. Для портов USB 3.1 и USB 3.0 тестирование выполнялось дважды: при стандартном подключении и с активированной технологией ASUS USB Boost (на графиках последний вариант отмечен словом Turbo).



    Теория нам обещала, что предельная скорость USB 3.1 более чем вдвое выше пропускной способности USB 3.0, но на практике мы видим лишь 80-процентное преимущество более новой версии интерфейса. Однако никакого обмана здесь нет, в данном случае мы упёрлись не в пропускную способность интерфейса USB 3.1, а в пропускную способность шины PCIe 2.0 x2, которая соединяет контроллер ASMedia с чипсетом. Впрочем, вряд ли в реальной жизни кто-то будет использовать для USB 3.1-контроллеров более быстрые варианты PCIe, так что последовательная передача данных со скоростью порядка 800 Мбайт/с, скорее всего, так и останется практическим потолком для интерфейса USB 3.1 — по крайней мере в обозримом будущем.

    Попутно нужно отметить ещё пару фактов. Во-первых, технология ASUS USB 3.1 Boost даёт не слишком заметный эффект – она поднимает быстродействие USB 3.1-подключения лишь на 2 процента. Во-вторых, реализация нового интерфейса на плате ASUS Z97-A/USB3.1 отличается немного более высокой скоростью, чем на ASUS X99-A/USB3.1. Это связано с тем, что чипсетные линии PCI Express 2.0 на LGA2011-3-плате разделяются с большим числом оконечных узлов, что увеличивает накладные расходы при мультиплексировании. Плата под LGA1150 имеет более простую схему разделения линий PCI Express, и в конечном итоге это приносит небольшую выгоду в пропускной способности портов USB 3.1.



    Все виды USB-интерфейса не слишком хорошо подходят для случайных операций. И в этом случае USB 3.1 вместе со своими предшественниками продолжает выдавать не больно-то впечатляющую скорость. Однако справедливости ради стоит отметить, что на ASUS Z97-A/USB3.1 скорость интерфейса оказалась такой, что ограничивающим фактором выступает не она, а производительность SATA SSD, составляющих основу тестового накопителя. Иными словами, произошедший рост пропускной способности USB 3.1 вполне достаточен для того, чтобы подключенные через этот интерфейс современные твердотельные накопители не чувствовали себя стиснутыми в узких рамках.

    Правда, при случайных операциях с очередью запросов картина оказывается совсем не радужной.



    Если старые версии USB-интерфейса вообще не поддерживали работу с очередью команд, то в USB 3.1 ситуация несколько исправилась. Хотя о качественной обработке очереди, как в интерфейсе SATA, речь не идёт, производительность при конвейеризации случайных запросов всё же немного возрастает. Очевидно, определённую помощь в этом оказывает новый UASP-протокол, однако фирменная технология ASUS USB 3.1 Boost и здесь не даёт хорошо различимого эффекта. Тем не менее если говорить о производительности случайных операций в целом, то применение USB 3.1-подключения вместо USB 3.0 позволяет поднять скорость чтения примерно на 45 процентов и скорость записи – в 3,5-4 раза.

    Полученные в синтетическом тесте CrystalDiskMark 3.0.3b результаты дают хорошую возможность оценить тот прирост производительности, который способен дать новый интерфейс USB 3.1 при подключении с его помощью быстрых накопителей к ПК. Однако одним лишь этим бенчмарком мы не ограничились и привлекли ещё один тест, работа которого основывается на воссоздании реальной нагрузки, – Intel NASPT 1.7.1. В отличие от CrystalDiskMark, он воспроизводит трассы, характерные для наиболее распространённых сценариев использования внешних устройств, и выдаёт максимальную пропускную способность, получаемую в каждом таком случае.

    Копирование файлов





    При копировании файлов, вне зависимости от того, идёт ли речь о передаче одного большого файла или о копировании директории с разнородными файлами, интерфейс USB 3.1 позволяет получить примерно 80-процентный прирост в скорости. Исключение здесь лишь одно – копирование директории с внешнего накопителя, где прирост оказывается примерно вдвое ниже. Впрочем, и то и другое – вполне достойный результат, который можно трактовать лишь в пользу перехода на USB 3.1.

    Воспроизведение и запись видео






    Видеоданные – это яркий пример последовательных данных. Поэтому при работе с видеофайлами интерфейс USB 3.1 выдаёт максимальные показатели. Ускорение по сравнению с USB 3.0, как и в случае копирования, здесь также достигает 80 процентов, но абсолютные величины скорости почти дотягивают до пиковых показателей, полученных в CrystalDiskMark. Иными словами, если бы не реализация USB 3.1 через PCIe 2.0 x2, то, вполне возможно, мы смогли бы увидеть и более впечатляющий прирост.

    Что же касается технологии ASUS USB 3.1 Boost, то при реальной нагрузке она, похоже, совершенно бесполезна. Сама компания ASUS объясняет это тем, что данная технология базируется на тонкой подстройке параметров драйвера, в то время как входящий в операционную систему Windows 8 штатный USB-драйвер уже имеет достаточно качественную оптимизацию. В более же ранних версиях операционной системы Microsoft, например в Windows 7, включение USB 3.1 Boost должно давать гораздо более серьёзный эффект, достигающий десятков процентов.

    Повседневная работа




    Выше уже говорилось о том, что интерфейс USB предлагает достаточно ограниченные средства для эффективной работы со случайными операциями. Поэтому при некоторой реальной нагрузке прирост производительности при переходе на USB 3.1 может оказаться и совсем небольшим. Однако привнесённое им увеличение пропускной способности при последовательной передаче данных и существенный рост скоростей произвольной записи в большинстве случаев оказывает сугубо положительное влияние на быстродействие. В результате даже в том случае, когда подключенный к USB-порту накопитель используется в роли обычного рабочего диска, новая версия интерфейса способна обеспечить вполне осязаемое ускорение.

    В целом даже на начальном этапе своего жизненного пути USB 3.1 вполне оправдывает возложенные на него надежды. Как показывают практические тесты, свежая версия USB-интерфейса уже сегодня позволяет получить примерно 70-процентный прирост в практической пропускной способности. Это, конечно, далеко от того многократного роста скорости, который произошёл несколько лет назад в процессе перехода с USB 2.0 на USB 3.0, но в этот раз и номер версии стандарта изменился всего на одну десятую. Кроме того, не следует забывать и о том, что в сегодняшнем тестировании потенциал USB 3.1 раскрыт далеко не полностью. Применённый в протестированных нами платах ASUS контроллер ASMedia – это лишь первое решение, проводящее новый интерфейс в жизнь, и оно имеет искусственно ограниченную производительность, так как работает через шину PCIe 2.0 x2 с более низкой, чем у USB 3.1, пропускной способностью. Однако, как мы увидели на практике, даже тех скоростей, которые могут быть получены с имеющейся сегодня схемой работы данного интерфейса, с лихвой хватит для большинства внешних накопителей или флешек.

    К тому же возможности нового стандарта одной лишь возросшей скоростью не ограничиваются. Вместе с ней в USB 3.1 мы получим и массу других полезных свойств: новый, более удобный разъём, возможность использования тех же портов и кабелей для подключения мониторов, повышенную электрическую мощность портов и прочее. Конечно, всё это потребует развития экосистемы, но, поскольку распространение USB 3.1 уже началось, нет никаких сомнений в том, что по прошествии некоторого времени порты USB 3.1 будут доступны повсеместно и станут гораздо более успешным и популярным решением, нежели так и не ставший массовым интерфейс Thunderbolt.

    Вопрос только в том, сколько времени предстоит ждать, прежде чем USB 3.1 станет действительно общим стандартом. На данный момент ASMedia – это единственный производитель контроллеров, который способен предложить USB 3.1-решения, доведённые до стадии финального продукта. Безусловно, другие разработчики чипов вскоре тоже будут иметь свои варианты USB 3.1-контроллеров, однако Intel, похоже, с внедрением этого стандарта в свои платформы торопиться не намерена. Если судить по имеющимся данным, перспективные платформы для процессоров Broadwell и Skylake USB 3.1-портов не получат, и врождённая поддержка нового интерфейса появится только вместе с процессорами Cannonlake, выход которых запланирован на 2017 год. А это значит, что в текущем году USB 3.1 останется выбором энтузиастов-первопроходцев.

    Впрочем, если сегодня вы приобретаете новую систему, кардинальную модернизацию которой в ближайшие несколько лет проводить не планируется, вполне логично обратить свой взор на появляющиеся в магазинах платы с поддержкой USB 3.1, ведь спустя год или полтора наличие таких портов может оказаться более чем уместным. Тем более что разница в цене между продуктами с поддержкой USB 3.1 и без неё составляет всего лишь $10-20. При этом мы рекомендуем смотреть в первую очередь в сторону плат ASUS, потому что этот производитель имеет наиболее тесные инженерные связи с разработчиком первого USB 3.1-контроллера. А значит, вероятность возникновения каких-то непреодолимых проблем с работой нового интерфейса на платах ASUS крайне низка.

    Технические характеристики, заявленные производителем USB накопителя Transcend JetFlash 790, используемого в тестировании:

    • Объем 32 Гб
    • Интерфейс USB 3.1
    • Скорость чтения, до 100 Мб/с
    • Скорость записи, до 25 Мб/с

    Не следует в процессе тестирования использовать USB-удлинители и USB-концентраторы, чтобы это отрицательно не отразилось на результаты.

    Содержание

    Использование командной строки Windows 10

    • Запустить командную строку от имени администратора
    • Запустить утилиту winsat с необходимыми параметрами
      • seq / ran последовательное / случайное чтение или запись
      • read / write чтение / запись
      • drive X , где Х – это буква проверяемого накопителя. При отсутствии данного параметра будет проверяться диск С.

      Например, моему накопителю была присвоена буква G.


      Рис.1 Проводник Windows

      Чтобы проверить скорость чтения данного накопителя, необходимо в командной строке ввести:


      Рис.2 Результат команды winsat disk / seq / read / drive G

      Чтобы проверить скорость записи данного накопителя, необходимо в командной строке ввести:


      Рис.3 Результат команды winsat disk /seq /write /drive G

      CrystalDiskMark

      Программа адаптирована под операционные системы Microsoft Windows XP/Vista/7/8/8.1/10/ Server 2003/2008/2012/2016/2019. На официальном сайте программы доступны две ее редакции – обычная редакция Standard Edition и редакция Shizuku Edition с оформлением интерфейса в стиле японских мультфильмов. Программа доступна для скачивания в портативной и обычной версиях.

      • Запустить программу CrystalDiskMark
      • Выбрать тестируемый накопитель


      Рис.4 Окно программы CrystalDiskMark

      • Выбрать размер тестового файла. Необходимо выбирать значение, приближенное к задачам, выполняемым на накопителе, т. е. с каким объемом информации чаще всего приходиться работать.


      Рис.5 Окно программы CrystalDiskMark

      • Следующий параметр, который можно настроить или оставить значение по умолчанию, это количество циклов записи и чтения тестового файла, который будет создан и размещен на выбранном накопителе, по окончании теста файл будет удален программой CrystalDiskMark. В данном примере я выбрала 1GiB, размер тестового файла будет равен этому значению.

      На рисунке ниже показан данный тестовый файл, который был создан программой CrystalDiskMark в период тестирования накопителя.


      Рис.6 Тестовый файл CrystalDiskMark

      Чем больше количество циклов чтения и записи, тем больше необходимо времени на тест.


      Рис.7 Окно программы CrystalDiskMark

      В программе CrystalDiskMark предусмотрено 4 варианта тестов. Кнопка All позволяет запустить все варианты тестов чтения и записи данных.

      Можно запустить отдельный вариант теста, нажав на одну из кнопок:

      • SEQ1 M Q8 T1 – позволяют запустить тест последовательного чтения и записи данных в один поток, глубина очереди 8.
      • SEQ1 M Q1 T1 – позволяют запустить тест последовательного чтения и записи данных в один поток, глубина очереди 1.
      • RND4 K Q32 T16 – предназначены для тестов рандомного чтения и записи блоков с размером 4 Кб, глубина очереди 32.
      • RND4 K Q1 T1 предназначены для тестов рандомного чтения и записи блоков с размером 4 Кб, в один поток, глубина очереди 1.


      Рис.8 Окно программы CrystalDiskMark

      Все эти тесты покажут среднюю скорость чтения и записи данных при определенных условиях.

      Скорость чтения отображается в столбце Read ( MB/ s), скорость записи в столбце Write ( MB/ s).


      Рис.9 Результат теста в программе CrystalDiskMark

      H2testw

      H2testw – утилита для проверки скорости и объема памяти USB-накопителей и SD-карт. Также программа позволяет проверить накопитель на наличие ошибок. Программа не требует инсталляции.

      При использовании данной утилиты не рекомендуется хранить на ней важную информацию.


      Рис.10 Окно программы H2testw


      Рис.11 Окно программы H2testw

      • В разделе Data volume можно указать объем свободной памяти для использования ее в тестировании накопителя.
      • Нажать кнопку Write+ Verify (запись + проверка) для запуска теста накопителя. Кнопка Verify может быть активной, если ранее тест накопителя уже запускался.


      Рис.12 Окно программы H2testw


      Рис.13 Окно программы H2testw

      Тест состоит из двух этапов.

      • Производится заполнение данными тестируемого накопителя. При этом измеряется скорость записи на накопитель.
      • Производится считывание записанной информации и сравнение считанных данных с оригиналом, при этом измеряется скорость чтения накопителя.


      Рис.14 Результат теста в программе H2testw

      По результатам данного теста скорость записи накопителя 35.5 Мб/с, скорость чтения 120 Мб/с. Ошибки не найдены. Отчёт можно сохранить, нажав кнопку Copy to clipboard, а файлы *.h2w удалить с накопителя, если не планируется повторная проверка.

      В современной IT-индустрии часто случается так, что заверения производителя устройства относительно его функциональности не соответствуют действительности. От скепсиса по этому поводу перейдем к решению конкретной технической задачи…

      Постановка задачи

      В нашей тестовой лаборатории оказался USB Flash накопитель Kingston DataTraveler 3.0. Согласно информации производителя, устройство поддерживает USB 3.0. Проверим, так ли это на самом деле, не разбирая флешку и не нарушая гарантию.

      Аппаратный тест

      Присмотревшись к разъему, за четырьмя «ближними» контактами, обеспечивающими поддержку USB 2.0, мы, как и ожидалось, обнаружили пять «дальних» контактов, используемых только в режиме USB 3.0 Super Speed. Измеряем сопротивление сигнальных линий USB 3.0 относительно земли, получаем значения, отличные от бесконечности. Вывод: контакты USB 3.0 физически присутствуют и не заканчиваются тупиком. Измерение выполнялось омметром на пределе, используемом для проверки полупроводниковых диодов. Для доступа к «дальним» контактам разъема USB 3.0 можно сконструировать переходник или воспользоваться тонким и длинным щупом, например иглой. Полученный результат является необходимым, но не достаточным условием функционирования устройства в режиме USB 3.0 Super Speed. Может случиться так, что сигнальные цепи заканчиваются терминирующими резисторами, но не подключены к контроллеру. Поэтому переходим к следующему тесту – программному.

      Программный тест

      Эксперимент выполняем на достаточно новой, еще не исследованной плате Tyan S5533, построенной на чипсете Denlow.

      Системная плата Tyan S5533

      Рис 1. Системная плата Tyan S5533 в ITX-формате

      Чтобы исключить влияние драйверов, запускаемых в сеансе операционной системы, наш тест будет «экстремально низкоуровневым», запускаться будем под DOS, а результаты контролировать путем просмотра дампа Memory Mapped I/O регистров контроллера USB.

      Последовательность действий такова.

      1) Воспользовавшись бета-версией утилиты USB.EXE разработки IC Book Labs, определим адрес блока конфигурационных регистров контроллера XHCI, в нашем примере это bus=0, device=14h, function=0. Также определим базовый адрес блока операционных регистров в пространстве Memory Mapped I/O, в нашем примере он равен F7500000h.

      image

      Рис 2. Результаты работы утилиты USB.EXE. Адрес блока конфигурационных регистров XHCI: bus=0, device=14h, function=0. Базовый адрес операционных регистров XHCI равен F7500000h.

      2) Как известно, в целях совместимости с программным обеспечением, не поддерживающим контроллер USB 3.0 XHCI, на данной платформе, по умолчанию, порты USB 3.0 обслуживаются контроллером USB 2.0 EHCI. Наша задача – перевести их в режим обслуживания контроллером USB 3.0 XHCI. Воспользуемся документацией Intel 8 Series / С220 Series Chipset Family Platform Controller Hub Datasheet и любой утилитой, позволяющей редактировать содержимое регистров системной логики.

      Программируем регистр USB 3.0 Port Routing Mask Register. Записываем по адресу bus=0, device=14h, function=0, register=0DCh байт со значением 0FFh.

      Программируем регистр USB 3.0 Port Super Speed Enable Register. Записываем по адресу bus=0, device=14h, function=0, register=0D8h байт со значением 0FFh.

      image

      Рис.3. Регистр USB 3.0 Port Routing Mask Register

      image

      Рис.4. Регистр USB 3.0 Port Super Speed Enable Register

      3) Считываем и расшифровываем согласно рис.5 и рис.6 исходное состояние нескольких битовых полей из младших 16-битов 32-битного регистра PORTSCNUSB3 до подключения устройства к исследуемому порту. Регистр находится по смещению 0570h от базового адреса блока операционных регистров контроллера, его адрес F7500000h+0570h=F7500570h

      Прочитанное значение = 02A0h = 0000.0010.1010.0000b
      D0=Current Connect Status=0. Устройство не подключено.
      D1=Port Enabled/Disabled=0. Порт не используется.
      D13=Port Speed=0000b. Скорость не определена.

      image

      Рис.5. Регистр USB 3.0 Port Status and Control Register, биты 4

      image

      Рис.6. Регистр USB 3.0 Port Status and Control Register, биты 13

      4) Подключаем USB 3.0 флэшку, затем повторно считываем регистр и расшифровываем те же битовые поля.

      Прочитанное значение = 1203h = 0001.0010.0000.0011b
      D0=Current Connect Status=1. Устройство подключено.
      D1=Port Enabled/Disabled=1. Порт используется.
      D13=Port Speed=0100b. Скорость равна 5.0 Gbit/S, режим USB 3.0 Super Speed работает.

      5) Для самоконтроля, подключаем USB 2.0 флэшку к тому же порту, затем повторно считываем регистр и расшифровываем те же битовые поля. Прочитанное значение = 02A0h, что соответствует отсутствию подключения. Так и должно быть, регистр PORTSCNUSB3 «не видит» USB 2.0 устройство, так как оно обслуживается другой подсистемой и статус подключения доступен посредством другого регистра – PORTSCNUSB2, рассмотрение которого выходит за рамки наших исследований.

      Резюме

      Испытуемая флэшка действительно поддерживает режим USB 3.0.

      Если формализовать и запрограммировать описанные действия в виде DOS-программы или UEFI-приложения, получится небольшая утилита, позволяющая быстро определить, в каком скоростном режиме работает USB устройство. Для упрощения нашего примера, мы реализовали его для частного случая – подсистемы USB платы Tyan S5533 и использования первого порта, поэтому адрес регистра PORTSCNUSB3 в нашем примере – константа. В общем случае, для того, чтобы программа была работоспособна на всех платформах, адрес регистра PORTSCNUSB3 должен вычисляться на основании содержимого полей XHCI Capabilities, в соответствии со спецификацией USB 3.0 XHCI. С другой стороны, достигнуть универсальности можно значительно проще и изящнее, используя UEFI-протоколы вместо прямого взаимодействия с регистрами контроллера.

      Источники информации

      image

      В качестве «подопытного кролика» использовался девайс Kingston DataTraveler 100 G3, объемом 16 GB:

      UPD-II

      1. Дескрипторы устройств, доступные для просмотра с помощью различных информационных утилит индицируют потенциальные возможности устройства. Скоростной режим, установленный для USB порта при подключении устройства, не всегда соответствует возможностям, декларированным в дескрипторах.

      Устройство, декларирующее поддержку USB 3.0, может работать в режиме USB 2.0 из-за заводских недоработок, неисправного кабеля и многих других причин. При этом содержимое дескрипторов может указывать на поддержку режима USB 3.0.

      Спецификацией USB рекомендовано, чтобы устройство выдавало разный набор дескрипторов в зависимости от реальной установленной скорости. Но у нас нет гарантии, что эта рекомендация соблюдена разработчиками флешки.

      Конечно, содержимое дескрипторов устройства — это более достоверный источник информации, чем надпись на флешке и клятвы продавца. Но по причинам, указанным выше, достоверность отлична от 100 процентов.

      Именно стремление довести достоверность до 100% побудила нас на экстремально низкоуровневые исследования.

      2. Другой метод – проследить в диспетчере устройств, какой контроллер является родительским для флешки (USB 2.0 EHCI или USB 3.0 XHCI), также неэффективен, так как, согласно спецификации, контроллер USB 3.0 XHCI может поддерживать все виды устройств: от Low-Speed до Super Speed. Поэтому, из того, что для флешки родительским контроллером является xHCI не следует, что устройство работает в режиме Super Speed.

      В статье рассмотрены особенности функционирования интерфейса USB 2.0, широко применяемого в компьютерной технике. Рассмотрены принципы организации информационного обмена между хостом и устройствами USB 2.0, показана необходимость использования для их тестирования современных средств измерений. Рассмотрены функциональные возможности и особенности опций R&S RTO -K21 и R&S RTO-K60, предназначенных соответственно для тестирования устройств USB 2.0 и анализа сигналов на уровне передаваемых пакетов. Приведен пример осуществления такого анализа.

      Интерфейс передачи данных USB (Universal Serial Bus) является совместной разработкой ведущих фирм-производителей компьютерной техники. Созданный еще в 1995 г., он пришел на смену интерфейсам PS/2, COM, LPT, широко применявшимся в то время для подключения периферийных устройств к компьютерам. Совершенствование вычислительных средств, а также появление новых устройств, требующих высокоскоростного подключения к компьютеру, привело к эволюционному развитию USB, в первую очередь, в направлении повышения скорости передачи данных. К настоящему времени в компьютерах используются интерфейсы USB 2.0, 3.0, 3.1. При этом интерфейсы USB 3.0, 3.1 применяются в основном для внешних жестких дисков, обеспечивая скорости передачи данных до 5 Гбит/с, а USB 2.0 используется для подключения прочих устройств — принтеров, сканеров, флеш-накопителей и т.д. Помимо своих классических, ставших привычными для всех применений интерфейс USB 2.0 используется и в других областях. Так, например, некоторые датчики, формирующие большой поток информации, имеют такой интерфейс. Он используется для программирования и сервисного обслуживания электронных устройств на контроллерном управлении, начиная от телевизионных приставок и заканчивая банкоматами. На основе USB 2.0 иногда строятся локальные компьютерные сети, включающие обычно два компьютера и предназначенные для передачи файлов со скоростью до 20 Мбит/с. Таким образом, среди всех прочих интерфейс USB 2.0 по широте применения в устройствах различного назначения стоит на первом месте. Инженеров привлекает отлаженность технологии и высокая скорость передачи данных, достаточная для подавляющего большинства практических приложений, а также развитая компонентная база. Тем не менее, в зависимости от конкретного проекта при передаче данных через USBинтерфейс могут наблюдаться те или иные ошибки, особенно при работе с высокими скоростями. Поэтому процесс проектирования таких устройств обязательно должен включать этап отладки с использованием современных средств измерений. Однако сложность сигнальных конструкций USB 2.0 и необходимость проверки соответствия сигналов целому ряду требований делает использование только осциллографии в её классическом виде не эффективным, и поэтому для анализа сигналов USB 2.0, как это показано ниже, необходимо использовать специальные опции, функционирующие на платформе современных осциллографов. Особенности физической реализации подключения устройств с интерфейсом USB 2.0

      К техническим средствам, обеспечивающим функционирование интерфейса USB 2.0 в составе персонального компьютера, принято относить USB-хост, выполненный в виде программно-управляемого контроллера, а также корневой концентратор, к которому могут подключаться вспомогательные разветвители либо внешние устройства через USB-порты. Таким образом, структура USB 2.0 предполагает использование древовидной топологии (рис. 1). Назначение разветвителей состоит в электрическом согласовании подключений, коммутации пакетов, обнаружении подключения/отключения устройств.

      Корневой концентратор наиболее часто встроен непосредственно в контроллер USB, который обычно является частью южного моста материнской платы компьютера и полностью обеспечивает управление процессом передачи данных. Максимальное количество уровней ветвления, не считая корневого концентратора, ограничено пятью, как это показано на рис. 1. Предельное количество подключаемых к одному хосту USB-устройств, включая разветвители, составляет 127 шт., что с избытком перекрывает стандартные потребности пользователей компьютеров. Непосредственное электрическое соединение USB-хостов запрещено. Стандарт USB 2.0 поддерживает три диапазона скоростей передачи: Low-speed (10…1500 Кбит/c), Full-speed (0,5…12 Мбит/с), High-speed (25…480 Мбит/с). Стандарт устанавливает допуски на предельные скорости передачи, которые для этих режимов составляют соответственно ±1,5; ±0,25; ±0,05%. Дуплексная передача данных обеспечивается за счет попеременного использования сигнальных линий хостом и подключаемым устройством. Предельная односторонняя скорость передачи для шины USB 2.0 составляет до 30 МБ/с и редко достигает больших значений. Физически подключение устройств по стандарту USB 2.0 реализуется на основе кабеля, включающего четыре медных проводника, два из которых служат для электропитания подключаемых устройств, и еще два — для дуплексной передачи данных, причем эти проводники объединены в витую пару с волновым сопротивлением около 90 Ом. Пятый проводник выполнен в виде сплошного либо сетчатого экрана и предназначен для защиты передаваемых в кабеле сигналов от наводимыми внешними электромагнитными полями радиопомех. Кабели USB ориентированы, т.е. имеют неодинаковые разъемы на концах. Возможность «горячего» подключения устройств обусловлена удлинением заземляющего контакта, в результате чего вначале выравниваются потенциалы заземления и только после этого подключается электропитание. Это защищает электрические цепи от переходных процессов, способных вывести из строя соединяемые устройства. Интерфейс USB 2.0 предусматривает два режима электропитания подключаемых устройств. Непосредственно после подключения устройства к USB-порту ему обеспечивается токопотребление до 100 мА, а после согласования с USB-хостом — до 500 мА при напряжении питания 5 В. Схемотехника подключения устройства USB к хосту в упрощенном виде пояснена на рис. 2. Когда к хосту ничто не подключено, обе сигнальные линии D+ и D- подтянуты резисторами 15 кОм к минусу питания. При подключении устройства одна из линий подтягивается к +3,3 В через резистор 1,5 кОм. Устройства с режимом Low Speed подтягивают линию D-, а устройства с режимами Full Speed и High Speed — D+, причем высокоскоростной режим включается после обмена пакетами- 4 визитками. Таким образом хост определяет факт подключения устройства и предельно поддерживаемый им режим передачи данных.

      После подключения устройства к USB-хосту и подтяжки информационных линий D+ и D- сообразно поддерживаемому режиму передачи образуемая ими дифференциальная пара переводится в состояние Idle (отсутствие активности). У подключения есть еще два состояния, характеризующиеся отсутствием обмена данными — замыкание обоих линий на минус (SE0) и на плюс (SE1), инициируемые USB-хостом. Состояние SE0, длящееся более 10 мс, должно восприниматься устройством как команда сброса. Состояние Idle длительностью более 3 мс сообщает устройству о необходимости перехода в режим энергосбережения. Состояние SE0 используется в составе последовательности завершения пакета, как это описано ниже.

      Тесты USB Flash: методика DNS LAB

      Для Тестирования USB Flash Лабораторией DNS разработана следующая методика, которая позволяет получать максимально точные и стабильные данные.

      В каждом тесте используется одна и та же тестовая конфигурация, которая указывается в начале обзора.

      · Процессор: Intel Core i5-9600K 3.7/4.6GHz

      · Материнская плата: LGA1151 Z370 ATX Gigabyte Z370P D3

      · Оперативная память: DDR4 8192Mb 2400MHz Apacer (2*8 Gb)

      · Системный SSD-накопитель: SSD 2.5'' 256GB ADATA SU750

      · Блок питания: ATX 600W CoolerMaster Elite V3 600W

      · Операционная система: Windows 10 x64 rs5

      Так же прописываются условия тестирования, так как от некоторых параметров оборудования может изменяться работоспособность устройств.

      Не установлен антивирус;

      Отключен спящий режим, профиль электропитания – «высокая производительность», «отключать диски – никогда»;

      Файл подкачки отключен;

      В качестве ПО для тестирования DNS LAB выбрали 3 точные и эффективные программы, которые позволяют получить верные данные об испытуемом образце.

      CrystalDiskMark (64bit) версии 6.0.2 - тестирование скорости чтения/записи

      USB flash benchmark - тестирование скорости чтения/записи

      H2testw - тестирование с целью фиксации максимальной температуры устройства и проверка устройства на ошибки

      CrystalDiskMark (64bit)


      USB flash benchmark


      H2testw


      Так же проводятся температурные тесты. Испытуемый образец в течении 30 минут нагружается максимальным потоком информации с помощью H2TEST. C помощью тепловизора Seek Thermal Shot PRO замеряется максимальная температура и точки нагрева.


      На снимке тепловизора видны максимальные температуры накопителя, температра окружающей среды указана в правом нижнем углу.

      Читайте также: