Comunicação serial via USB 3 - Velocidade teórica?

Question

O USB 3 tem uma velocidade teórica de 640Mbps ou 80 megabytes por segundo.

Isso significa (em teoria) que eu posso enviar 80 megabytes de informações pela porta serial do meu computador para um dispositivo conectado via USB 3 a cada segundo?

O vídeo em 4K geralmente tem algo como uma taxa de bits de 35Mbps. A largura de banda teórica do USB3 é de 640Mbps. Pode USB3 (em teoria) suportar 'video out', assumindo que havia um monitor que aceitasse USB3 ao invés de HDMI? Por que os cabos HDMI são usados quando o USB3 tem largura de banda suficiente para lidar com vídeo em 4k?

    

Answer 1

Primeiro, a taxa de transmissão para o modo de supervelocidade USB3 é de 5 Gbps, que é de 640 MBps, não 640 Mbps.

Segundo, enquanto essa é a taxa de transmissão (o número de transições de linha por segundo) que o USB pode usar para transferir informações, há sobrecarga em cada seqüência de bytes, exatamente o que a sobrecarga depende do tamanho do pacote, mas geralmente não mais que uma dúzia de bytes em um pacote de 1024 bytes. Há alguns gargalos teóricos principais aqui.

Um é o uso da largura de banda do barramento, ou seja, enquanto um tranceiver USB3 pode transmitir ou receber a uma taxa de 5 gigabaud, ele não pode fazer isso indefinidamente, tem que gravar essas informações em registros de armazenamento e esperar pelo DMA chamadas para copiar os dados desses registros na memória do sistema. As chamadas DMA podem ser atrasadas imprevisivelmente pela CPU e outros periféricos, como a placa gráfica usando o barramento para seus próprios DMAs.

O segundo é o atraso de propagação, todos os dados que são lidos de um escravo (dispositivo) USB devem ser solicitados pelo mestre (host), esta solicitação está na forma de um pacote downstream do host para o dispositivo. e leva tempo para esse pacote se propagar pelo comprimento de um fio. A velocidade da luz em cobre é de cerca de 85% do vácuo, se bem me lembro, e como regra geral, a velocidade é de cerca de 1 pé por nanossegundo, então para um cabo usb de 1 pé, esse sinal tem que viajar por 1 nanossegundo antes que o tranciever possa começar a pegá-lo (em 5Gbps, 1 nanossegundo é suficiente para transferir 5 bits inteiros de dados). e você tem que fazer isso para cada pacote (na verdade, existem vários pacotes de handshake que precisam ser enviados para cada seqüência de pacotes).

Em outra nota, uma vez que o dispositivo recebe o pacote de requisição de leitura do host, ele tem que disparar uma interrupção, carregar o tranciever com seus dados e então deixar o transceptor enviá-lo para que haja um pouco de tempo de resposta bem.

Quanto ao uso de USB3 para conduzir vídeo, você certamente pode, há uma série de adaptadores disponíveis para fazer isso e o USB3 ainda é muito rápido para conseguir isso. alguns têm suas próprias placas gráficas a bordo, apenas encaminham os dados em série a partir de um dispositivo framebuffer. você pode ver alguns aqui em newegg .

    

Answer 2

Você tem os cálculos errados. A taxa de bits para a interface USB 3.0 SuperSpeed Gen1 é 5Gbits / s. Cada byte leva 10 intervalos de unidade para transmitir, porque todos os dados são codificados em 8b / 10b. Portanto, a taxa de transferência teórica mais alta possível de USB3.0 é de 500 MBytes / s.

Praticamente, cada segmento de link SS possui várias sobrecargas. Uma é a sobrecarga de gerenciamento do link, quando as duas direções devem periodicamente transmitir pacotes LUP e LDN (link up e link down). Depois, há ITP - Pacotes de timestamp assíncrono, equivalentes de SOF em USB2. Depois, há pacotes de controle de fluxo, como trocas de crédito e LGOODs. Em seguida, há uma sobrecarga de protocolo de camada física (pacotes de transação IN-OUT, etc.). Cypress relatou a taxa de transferência de até 450 Mbytes / s em ambiente de teste artificial, sem sobrecarga no nível do aplicativo.

Assim, a milhagem pode variar.

E sim, muitas estações de acoplamento de laptop usam uma única porta USB3.0 para fornecer resoluções decentes de vídeo a dois ou três monitores em conversores USB-HDMI. Veja Dell D3100 por exemplo.