淺談USB電源管理的2種模式

在USB總線接口協(xié)議中，由于涉及電源供電，因此協(xié)議中規(guī)定了完整的電源管理方案。通過(guò)USB電源管理可以實(shí)現(xiàn)USB設(shè)備的激活、掛起、空閑和睡眠等，從而降低無(wú)效的功率消耗，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電源的有效使用和合理分配。

在USB2.0接口中，支持激活（ACTIVE）和掛起（SUSPEND）兩種電源管理模式。在超高速USB3.0接口中，除了激活（ACTIVE）和掛起（SUSPEND）之外，還支持空閑（FAST EXIT IDLE）和睡眠（SLOW EXIT IDLE）兩種電源管理模式。

激活（ACTIVE）

USB設(shè)備進(jìn)入正常工作狀態(tài)即是激活（ACTIVE）狀態(tài)，此時(shí)USB設(shè)備的各項(xiàng)功能應(yīng)可以正常工作。激活狀態(tài)時(shí)USB設(shè)備的一個(gè)最基本的工作狀態(tài)。

在激活狀態(tài)下，USB功能設(shè)備所消耗的功率最大，因此也就是最耗電的。為了降低功耗，USB協(xié)議中設(shè)置了掛起、空閑和睡眠3種低功耗狀態(tài)。USB設(shè)備可以從激活狀態(tài)進(jìn)入掛起狀態(tài)、空閑狀態(tài)和睡眠狀態(tài)，從而達(dá)到省電的目的。

掛起（SUSPEND）

如果一個(gè)USB設(shè)備在3ms內(nèi)沒(méi)有總線活動(dòng)，那么USB總線控制器便可以使該USB設(shè)備進(jìn)入掛起狀態(tài)。在掛起狀態(tài)下，USB設(shè)備保持在掛起之前的重要變量。USB設(shè)備在掛起狀態(tài)下非常省電，一般僅需要不超過(guò)500uA的電流即可維持當(dāng)前USB設(shè)備的狀態(tài)值。

USB設(shè)備支持遠(yuǎn)程喚醒功能，為了退出掛起狀態(tài)，可以通過(guò)外部觸發(fā)信號(hào)使USB功能設(shè)備脫離掛起狀態(tài)，恢復(fù)正常運(yùn)行，進(jìn)入激活狀態(tài)。

對(duì)于USB集線器來(lái)說(shuō)，如果在3ms內(nèi)沒(méi)有總線活動(dòng)，則該USB集線器設(shè)備同樣將進(jìn)入掛起狀態(tài)。此時(shí)意味著USB集線器各個(gè)下行端口的USB外設(shè)都沒(méi)有總線活動(dòng)。USB集線器連同各個(gè)下行端口的USB外設(shè)都將進(jìn)入掛起狀態(tài)。當(dāng)有任何一個(gè)下行端口的USB外設(shè)被激活時(shí)，USB集線器將退出掛起狀態(tài)，恢復(fù)正常運(yùn)行，進(jìn)入激活狀態(tài)。

在USB2.0中，掛起狀態(tài)時(shí)唯一的省電模式。也就是說(shuō)，USB2.0接口支持激活和掛起兩種狀態(tài)。在USB3.0中，掛起狀態(tài)與USB2.0完全一致，但USB3.0還同時(shí)提供了更多的省電模式。

空閑（FAST EXIT IDLE）

空閑狀態(tài)是指USB設(shè)備沒(méi)有總線活動(dòng)，但是設(shè)備自身依舊持續(xù)運(yùn)行?？臻e狀態(tài)時(shí)超高速USB3.0接口協(xié)議中新增的一種省電模式。

在USB2.0中，即使USB設(shè)備沒(méi)有在總線上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而僅僅是連接到USB總線上，USB主控制器也會(huì)定期訪問(wèn)這些設(shè)備，檢查設(shè)備情況，這便是USB2.0的總線輪詢機(jī)制。這樣，USB總線活動(dòng)便一直存在，這其實(shí)是一種總線帶寬及功率的浪費(fèi)。而在超高速USB3.0標(biāo)準(zhǔn)中，在這些方面進(jìn)行了徹底改進(jìn)。USB3.0采用了多層次電源管理系統(tǒng)，可以為不同需要的設(shè)備提供不同的電源管理方案。特別是沒(méi)有總線活動(dòng)的USB設(shè)備，可以直接使其進(jìn)入空閑狀態(tài)，減少總線輪詢所造成的帶寬及功率的浪費(fèi)。

在空閑模式下，USB設(shè)備自身的時(shí)序依然運(yùn)行，僅是USB總線活動(dòng)取消了。因此，USB設(shè)備從空閑狀態(tài)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)將很快。典型的可能用到空閑狀態(tài)的設(shè)備包括USB接口的打印機(jī)、掃描儀等。

睡眠（SLOW EXIT IDLE）

睡眠狀態(tài)是指USB設(shè)備沒(méi)有總線活動(dòng)，同時(shí)設(shè)備自身也停止運(yùn)行。睡眠狀態(tài)時(shí)超高速USB3.0接口協(xié)議中的另外一種新增的省電模式。

在USB2.0中，由于USB2.0的總線輪詢機(jī)制，即使USB設(shè)備沒(méi)有在總線上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而僅僅是連接到USB總線上，USB主控制器也會(huì)定期訪問(wèn)這些設(shè)備，檢查設(shè)備情況。這樣，USB總線活動(dòng)便一直存在，從而會(huì)造成總線帶寬及功率的浪費(fèi)。而在超高速USB3.0標(biāo)準(zhǔn)中，采用多層次電源管理系統(tǒng)，提供了全新的睡眠狀態(tài)模式。對(duì)于不常使用的USB設(shè)備，可以直接使其進(jìn)入睡眠狀態(tài)。此時(shí)，相當(dāng)于停止位該設(shè)備供電。USB設(shè)備將不工作，沒(méi)有USB總線活動(dòng)，從而可以大幅度減少電源消耗。

在睡眠模式下，由于USB設(shè)備自身已經(jīng)停止運(yùn)行。因此，USB設(shè)備從睡眠狀態(tài)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)將稍慢。典型的可能用到睡眠狀態(tài)的設(shè)備包括USB外置光驅(qū)、USB外置刻錄機(jī)等。