【E課堂】USB的掛起和喚醒 (Suspend and Resume)

　　USB協議的第9章講到USB可見設備狀態[Universal Serial Bus Specification, Section 9.1.1, Pg 239]，分為連接(Attached)，上電(Powered)，默認(Default)，地址(Address)，配置(Configured)和掛起(Suspended)6個狀態。所謂可見，即USB系統和主機可見的狀態，其他狀態屬于USB設備內部而不可見。其中有關電源的，大致可分下面三類：

　　1. 連接狀態(Attached)：設備連接，但未提供電源。

　　2. 上電狀態(Powered)：設備被復位(Reset)，或者說處于地址、配置狀態。(參見USB枚舉過程，USB Specification, page 241)

　　3. 掛起狀態(Suspended)：3 ms未見總線活動而處于省電狀態，設備不可用，但仍然保持原有的USB地址和配置。

　　設備的掛起

　　我們知道，在USB系統中，正常狀態下hub或root hub會一直周期性地發送SOF包(Start Of Frame，全速USB每1ms發送一個，高速USB則是125μs發送一個)。根據USB協議，如果USB線上一直處于空閑(Idle)狀態超過3ms，設備應該把它當作一個掛起(Suspended)信號，要求設備在10ms內進入掛起狀態，并把設備所需的電流大小降到規定的值(對于low-power設備，要求是500 μA，而對于high-power或支持遠程喚醒(remote wakeup)功能的設備是2.5mA【Section 7.2.3, Pg176】)。在掛起狀態中，設備必須繼續向數據項D+/D-的上拉電阻提供電壓以維持Idle狀態。而對于USB2.0高速設備，還有些額外的要求：

　　1. 高速設備在收到掛起信號(3ms空閑)后，應在0.125ms內切換到全速狀態，也就是說要把終端電阻移除，并在D+數據線上重新掛上1.5k上拉電阻。

　　2. 設備在隨后的100-875μs內檢測數據線上的狀態。如果該狀態是一個Full speed J，那么說明host發下來的是一個掛起信號;如果此時該狀態是SE0，說明是host drive數據線D+到0，這是一個復位信號(復位信號會持續至少10ms時間)。

　　要注意的是高速設備在掛起狀態時處于高速模式，只是所用的是全速信號。一旦從掛起狀態恢復回來，會馬上進入高速工作狀態而無需進行復位操作。

　　如上圖所示，Host在a點停止發送SOF，系統處于SE0狀態，b點是3ms時間點，之后的125μs內，設備移除終端電阻，并掛上1.5k上拉。此時如host發送的是suspend信號，那它就不會不drive D+數據線，導致D+被設備拉高，形成一個Full Speed J狀態。在c點之后100-875μs內設備檢測此時host行為，發現是suspend信號，設備內部進入低功耗的掛起(suspend)狀態。(假如hsot發送的是復位信號，那么當設備在c點掛1.5k電阻之后，由于host對D+線的drive作用，D+線無法被拉高，仍然處于SE0狀態，設備在c點之后的檢測，發現的還是SE0狀態，等到10ms后就可判斷這是一個復位信號，進行設備復位操作。)

　　設備的喚醒

　　設備處于掛起狀態時，任何總線上的活動(非空閑信號)都可以把設備喚醒/恢復，從而退出低功耗模式。(同樣，設備也可以換醒host，比如電腦待機時通過USB鍵盤來換醒主機，這種功能稱之為“遠程喚醒”(remote wakeup)，不在本文的討論范圍內。)

　　因為設備掛起時處于全速信號，在當host需要把將設備退出suspend狀態時，需要先發送一個持續時間超過20ms的Fulll Speed K狀態。設備看到K狀態結束的1.3us內醒過來，而host需要在3ms內發送uSOF信號以維持正常的高速信號模式，否則設備又將進入suspend。如下圖所示：