通用串行總線 （USB） 是PC歷史上最成功的外設接口。USB 2.0將秉承第一代USB產品的傳統，為PC外設中的大容量存儲設備提供具體優勢。這些產品包括便攜式數字音頻播放器、外置硬盤驅動器 （HDD）、ZIP驅動器、CD刻錄機、DVD刻錄機、高密度PCMCIA type-II存儲卡讀卡器、光磁（MO）驅動器等。原始的USB標準USB 1.1不具備實現上述各類型產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的高帶寬要求。USB 2.0已經開始推動各種高性能大容量外設的進程。

定義

ATA驅動器、ATAPI驅動器：一種標準的現成驅動器，其集成了高級技術（根據美國國家標準研究院小組X3T1Q 定義）附件/

ATA包接口 （ATA/ATAPI） 總線和連接器作為其電子接口。其實例包括HDD、CD-RW和DVD驅動器。它們通常內置于PC或Mac中，通過ATA/ATAPI排線線纜進行連接。

USB 2.0驅動器：標準ATA或ATAPI驅動器，以及USB 2.0到ATA/ATAPI橋接器板 （bridge board） 的組合，能夠創建功能齊全的USB 2.0外設驅動器。

所需的橋接器板

任何USB 2.0大容量存儲外設 （MSP） 的基礎都是USB 2.0到ATA/ATAPI的橋接器板。外設開發商希望迅速進入市場，為了實現這一目的，他們使用市場上可用的ATA/ATAPI驅動器--之所以這么稱呼，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驅動器能夠支持并響應ATA/ATAPI命令，命令通過其ATA/ATAPI連接器或總線進行傳送。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總線之間作為指令翻譯器和數據管理器（圖1）。

圖1：橋接器板的功能

USB 2.0驅動器產品開發商的多種選擇

在選擇USB 2.0到ATA/ATAPI橋接器解決方案時，外設驅動器開發商有一系列開發要求。其中一條重要的要求就是橋接器能夠與各種ATA和ATAPI驅動器實現完美的互操作性。另一條重要要求則是實施創新特性的能力，其中包括線纜供電的產品。創新型特性相當重要，因為它們是使驅動器開發商能夠使其產品獨具創新性的利器。選擇合適的USB 2.0橋接器解決方案是至關重要的，這有助于開發商不僅能滿足上述要求，而且還能夠快速進入市場。我們不妨來逐一討論一下上述開發要求。

與各種ATA/ATAPI驅動器實現無縫操作

“無縫操作”實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驅動器內在的操作差異問題。簡單地說，許多ATAPI器件都同ATAPI規范存在某種不符合之處，因此就正常預期的操作情況而言會出現“操作差異”。這些差異有多種形式，而且難以預見。ATAPI驅動器中常見的一類差異是ATAPI總線上的計時差異。ATAPI總線的應答信號各種各樣，如數據選通脈沖，這可能會根據驅動器以PIO模式或UDMA模式運行的不同而各異。如果橋接器件在ATA/ATAPI物理接口處不具備可調整計時的話，那么基于該器件的橋接器板就不能就ATAPI驅動器的計時差異很好工作。驅動器開發商將不得不選擇另外的ATAPI驅動器或不同的橋接設備。不管怎樣，開發商將產品投放市場的時間都將放慢。 ATAPI 驅動器操作差異的另一個實例就是驅動器向USB 2.0橋接器板傳送其操作狀態的方法不一致。ATAPI規范定義了在驅動器中使用狀態寄存器的方法，但具體使用則就每個驅動器的不同而各異。一個具體的例子就是狀態寄存器的BUSY位。ATAPI驅動器廠商因對位的操作和功能性實施而各有不同。在這種情況下，如果橋接器器件不能根據BUSY位的行為靈活地改變自身的操作，那么可能就會出現驅動器“被掛起”的情況。這時，USB 2.0驅動器停止與它所連接的PC或Mac通信，且不能再進行操作。如果要重新正常運行USB 2.0驅動器的話，就需要總線復位或PC/Mac機重啟。顯然，這從最終用戶的角度來說，這種情況是不愿看到的，并可能導致用戶向商店返還USB 2.0驅動器。

13范式--進一步討論無縫操作

“BUSY位”問題是一個特定的缺陷實例，屬于“13范式 （Thirteen Cases）”的范圍。13范式是USB大容量存儲類規范的子集，該文檔的第六章對其進行了詳細討論。文檔指出了在所有涉及數據傳輸的驅動器/主機通信時可能的排列中將發生的情況。只要出現主機－驅動器不匹配，USB到ATA/ATAPI橋接器件就可以采用正確的錯誤處理程序，這是相當重要的。如果主機和設備在數據傳輸方向或數據傳輸數量方面“不一致”，就會發生上述錯誤。

正確的橋接實施能夠使13范式類錯誤對驅動器開發商透明，從而使最終用戶不會感到其存在。但是，不適當的實施會導致驅動器掛起、數據丟失以及數據訛誤癥狀。顯然，在橋接器件中正確實施13范式對需進行橋接器件選擇的USB 2.0外設廠商而言是至關重要的。

創新要求靈活的、由固件驅動的架構

希望開發創新性USB 2.0大容量存儲外設以使其產品獨具特色的驅動器開發商應當尋求由固件驅動的器件，這會帶來很大的好處。固件驅動的器件與大量通用I/O一起可使驅動器開發商能夠在產品開發期間充分利用他們獨有的系列技術，并獲得更好的市場前景。最后，其就可以推出新型的、有創意的驅動產品，并能夠在提供上述驅動器產品的制造商市場中獲得成功。

便攜式數字音頻和視頻播放器的創新型解決方案

基于HDD的便攜式數字音頻播放器正成為日益流行的產品。從歷史上說，音頻播放器都依靠閃存技術作為音頻文件的存儲，但利用尺寸纖小的硬盤驅動器作為音頻文件存儲的做法正日益流行。上述升級背后的推理很簡單，就是由于巨大的歌曲存儲容量。傳統的、基于閃存的音頻播放器可存儲10至20首歌，而基于HDD的播放器則可存儲數千首歌。Apple的iPod ？是第一部采用硬盤驅動器的、著名的便攜式音頻播放器，其讓iPod “口袋中裝載1000首歌”的口號變成了現實。人們已開始把全部歌曲庫隨身攜帶。

隨著基于HDD的音頻播放器存儲容量不斷擴大，我們需要到PC或Mac的連接實現更大的吞吐量。Apple的iPod 使用了1394a “Firewire”高速連接的“fast wire”特性。其他公司則已開始使用USB 2.0作為其高速連接解決方案。與USB 2.0外設HDD一樣，這種應用也要求USB 2.0到ATA橋接器解決方案。如此說來，便攜式音頻播放器應當比外設HDD更為復雜，因此基于USB 2.0的音頻播放器開發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當是“智能的”。這就是說，它應當具有可編程性，以及由固件驅動的架構。實現上述目的的最佳方式就是在橋接器件（USB 2.0到ATA）中嵌入一個嵌入式處理器。將處理器嵌入橋接器件中既能夠節約板級空間，又能夠節約成本。此外，還應具備DSP和智能橋接器之間的I/O通道，從而實現設備間的通信與協調。這可以就通用I/O（GPIO）、串行總線或上述二者的組合得以實現。我們不妨來看看為什么橋接器件和DSP之間的通信對便攜式音頻播放器非常重要。

創新的音頻播放器開發商充分利用了內置HDD千兆位存儲容量的優勢。憑借巨大的現有數據存儲空間，希望使其產品從競爭對手中脫穎而出的開發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人數據助理 （PDA） 相關。通過添加日歷、待完成工作表、聯系人列表以及開支記錄等功能，基于HDD的音頻播放器目前能夠像功能豐富的PDA一樣發揮作用。此外，開發商還可通過添加諸如播放列表同步等功能來擴大傳統功能。

事實上，實施這些更多特性的關鍵要求就是橋接器和DSP具備自由高效地相互通信的能力。眾多的數據移動還是在PC和HDD之間進行的，關于這些數據的信息必須通過智能橋接器件傳遞輸DSP。這是通過橋固件定制直接實現的。當然，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品類型，我們可將其看作是便攜式音頻播放器的相關產品。此二者具有許多相似的產品要求。由于其所處理的視頻文件大小大大超過音頻文件，因此視頻播放器基本上都需要以HDD作為視頻文件的存儲。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。

線纜供電的驅動器

線纜供電的驅動器，是指通過USB線纜供電，而不需要插入墻上電源插座的USB 2.0驅動器，其很受最終用戶的歡迎。線纜供電不僅能夠為最終用戶提供簡單的使用模型（即插即用），而且還取消了墻上型電源適配器這一組件，從而節省了金錢。

USB總線規范存在的一個錯誤是，總線本身可以向外設提供最大500mA的電流。由于大多數ATA和ATAPI驅動器需要大于500mA的電流，因此開發由線纜供電的驅動器存在不少問題。此外，USB規范要求任何線纜供電的器件在枚舉時電流不超過100 mA，在“睡眠”省電操作模式時電流低于500uA。驅動器開發商制造線纜供電的驅動器必須采用滿足上述電源標準的橋接器件。

如果開發商希望使用驅動器所要求的功率級別是USB線纜所不能提供的，那么就會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動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動器操作電流。不過，橋接器板的低電流消耗對應用而言仍然非常重要，因為智能電池管理器件必須具備充足的自由電流才能進行充電。否則就會出現電池無電或數據丟失或訛誤的風險。

在通過USB線纜進行電池充電時，開放商應當能夠最大化從線纜到電池的功率傳輸，因為USB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，開發商就應當致力于最小化所有不直接與電池充電功能相關器件的功耗。在電池充電過程中，符合邏輯的做法是給HDD和DSP斷電。從為電池充電應用而優化的固件進行操作的智能橋接器件將為DSP和硬盤驅動器斷電。這將顯示其自身ATA接口的三態，從而實現為電池充電而優化的低功耗使用狀態。電池進行充電時，橋接器件還能監視充電過程和USB總線的情況。如果與音頻播放器相關的總線流量重新再現，那么橋將重新啟動DSP和HDD。

圖3：基于智能橋接器的電池管理

TI的TUSB6250--用于線纜供電應用的優化解決方案

TI宣布推出的TUSB6250，是上述應用的優化解決方案。該器件通過集成的微控制器可支持創新的以及靈活性極高的解決方案。其基于固件的架構將使驅動器開發商能夠處理ATAPI驅動器的“操作差異”。其能夠無縫地處理并適應于解決USB大容量存儲規范中指定的“13范式”情境。利用其16個通用 I/O引腳，開發商能夠獲得卓越的靈活性，以向市場推出新型的、獨樹一幟的解決方案。其還能與諸如音頻或視頻播放器中的其他系統級芯片相連，如DSP。

對于那些對開發線纜供電的解決方案感興趣的開發商而言，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線纜獲取電源進行工作。為達到USB實施者論壇 （USB Implementers Forum） 認證要求的驅動器開發商必須滿足的其他關鍵性USB規范包括枚舉電流 （enumeration current） （100 mA） 和睡眠模式電流 （500 uA）。橋接器板利用TUSB6250來滿足這些參數。TUSB6250的智能化與低功率相結合，對任何采用電池和電源管理以在USB線纜上充電的器件而言，都是非常優秀的解決方案。

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