USB系列之-suspend和resume介绍与实测

原创嵌入式Lee 2024-05-09 08:03

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一. 前言

文本分享USB2.0的suspend和resume以及其波形的测试。

二. suspend和resume背景介绍

参考USB2.0规格书的

11.9 Suspend and Resume P332

7.1.7.6 Suspending P154

7.1.7.7 Resume P156

11.8.4.1 Low-speed Keep-alive P332

7.2.3 Power Control During Suspend/Resume P176

2.1Suspend

所有设备都支持从任意powered状态到suspend状态，如下图所示。

检测到suspend状态的条件是检测到总线上持续大于3mS的Idle状态，检测到suspen条件后在不大于10mS内(实测一般是3ms左右)设备要进入suspend状态。而任意总线上的活动信号使得设备退出suspend。正常情况全/高速设备在每个帧/微帧发送SOF，防止设备进入suspend状态，低速则是每个帧的SOF出现时的keep-alive信号来防止设备进入suspend状态(Section 11.8.4.1 P332)。

Idle状态高速/全速是J信号(高速进入suspend也会断开端接电阻转为全速)，低速是K信号，而J和K信号的产生是分别由在DP和DM的1.5k上拉电阻和15k下拉分压得到的。

3.3v分压则为3.3V*15/16.5=3V。此时电阻会产生电流3.3V/16.5k=200uA，所以USB接口天生不是为超低功耗而生的，仅仅是suspend无法做到超低功耗，超低功耗需求200uA已经是非常大了，很多要求都是小于uA级别。

Idel信号参考规格书的7.1.7.1 Low-/Full-speed Signaling Levels P144和7.1.7.2 Full-/High-speed Signaling Levels P147

对于高速来说有一些需要注意的地方:

1.首先高速的reset和suspend开始一部分是一样的，都是Idle即J信号，所以当在高速模式下设备检测到数据线已经处于空闲状态至少3.0ms时，它必须在空闲状态开始后不迟于3.125ms（TWTREV）恢复到全速，恢复到全速即断开45欧端接电阻,然后上拉DP，转到全速之后在100uS~ 875uS (TWTRSTHS)时间之间采集总线状态，如果状态是全速的J则标明是suspend，如果是SE0则表示是驱动的RESET信号，此时需要进入速度枚举阶段Section 7.1.7.5。

当resume时，再自动返回到高速配置。

以下是高速的RESET和SUSPEND的对比

Reset可以参考文章https://mp.weixin.qq.com/s/8xKca-XPjZXAiO6MOQVGAQ 《基于DWC2的USB驱动开发-USB复位详解》

复位和SUSPEND对比如下

Suspend还有Global和Selective的概念参考规格书7.1.7.6.1和7.1.7.6.2的介绍，简单来说就是global就是整个总线suspend，Selective即hub的部分端口suspend。

suspend后所有USB设备最初默认为低功耗，此时电流限制在500µA以内。如果设备配置为高功率并启用为远程唤醒源，则在suspend期间可消耗最多2.5mA的电流。对于集线器最多2.5mA要分配给各个端口500uA，剩余的才是自己用。

在挂起状态下，设备可能会短暂地消耗超过平均电流的电流。电流尖峰的幅度不能超过设备功率分配100 mA（或500 mA）平均间隔允许最大1.0秒，在任何1.0秒的时间间隔（TSAVG1）内，平均电流不能超过平均暂停电流限制（ICCSH或ICCSL，见表7-7）。电流尖峰的上升沿不得超过100 mA/µs。由于上下拉电阻的存在，所以至少有200uA的消耗。

2.2Resume

总线上任何活动信号都会让suspend状态的设备resume恢复。所以resume可以是host发起，也可以是设备发起，设备发起此时就是remote wakeup。关于remote wakeup还需要涉及到协议上的交互，后面单独分享一篇文章，本文就先按下不表。

主机可以在任何时候发出resume（TDRSMDN），且resume信号至少维持20ms(20ms的时间足够让所有总线上的设备都识别到)，然后根据速度以不同方式结束。如果是低速/全速，则恢复信号必须以标准的低速EOP（两个低速bit时间的SE0，后面跟着J）结束。如果是高速则变为高速idle结束。Resume之后host要在至少3ms之内发送SOF或者数据包来避免再次进入suspend。

具有远程唤醒功能的设备可能不会生成恢复信令，除非总线已连续处于空闲状态必须在Idle状态维持至少5ms(TWTRSM）之后才能产生resume信号，让hub有足够时间进入suspend状态，并准备转发resume信号。远程唤醒必须保持resume信号持续在1~15ms（TDRSMUP）之间，完成后停止驱动总线（将其驱动器置于高阻抗状态，而不将总线驱动至J状态）。Hub会在接收到resume信号的1ms内开始转发该信号（TURSM）。