Detalles de diseño y requisitos generales de bus serie universal 4 (USB4™)

Artículo
06/15/2023

Aparte de los requisitos definidos por la especificación, estos son algunos de los requisitos de diseño y experiencia del usuario generales.

Los dispositivos tunelizados a través de USB4 (USB 3.x, PCIe y pantalla) deben funcionar como si fueran nativos. No debe haber necesidad de realizar ningún cambio de software en las pilas de protocolo, y debe ser transparente para ellos que están tunelizados a través de USB4.
Los asociados deben asegurarse de que su hardware USB (sistemas, concentradores, cables y accesorios) puede interoperar con otro hardware USB que ya esté en el mercado o lo vaya a estar próximamente. Les animamos a que participen en los eventos de interoperabilidad y cumplimiento organizados por el foro USB Implementers Forum (USB-IF).
En los sistemas con varios puertos USB-C®, Microsoft recomienda encarecidamente que todos admitan USB4 para proporcionar una experiencia de usuario coherente.
La compatibilidad con Thunderbolt™ 3 es necesaria con arreglo al capítulo 13 de la especificación base deUSB4 y la especificación de cable y conector USB Type-C®. El controlador del administrador de conexiones USB4 de Windows está diseñado para admitir periféricos Thunderbolt™ 3 conectados al host USB4.
En la primera versión del administrador de conexiones USB4 de Windows 11 no se admite el uso de tarjetas de complemento.
Vea el conjunto completo de requisitos detallados del Kit de laboratorio de hardware USB4 del Programa de compatibilidad de hardware de Windows.
La primera versión del administrador de conexiones USB4 requiere que el host y los enrutadores de dispositivo admitan la especificación USB4 y se implementa según la Guía del administrador de conexiones USB4 rev. 1.0rc. Además de otros ECN, los implementadores de hardware deben asegurarse de haber revisado los siguientes ECN, ya que tienen una gran importancia para el administrador de conexiones USB4. La siguiente lista no es una lista exhaustiva de los ECN necesarios. Estos documentos se encuentran en la descarga de la especificación USB4.
- ECN USB4 1.0: Change in ISC and ISS Registers Address.pdf
- ECN USB4 1.0: DROM Base Address.pdf
- ECN USB4 1.0: Router Ready Bit.pdf
- ECN USB4 1.0: HI memory order.pdf
- ECN USB4 1.0: Host Router State Machine.pdf
- ECN USB4 1.0: Change C3S Bit Polarity.pdf
- ECN USB4 1.0: Buffer Allocation Request Operation.pdf
- ECN USB4 1.0: DP BW Allocation.pdf*
  
  *El ECN "DP BW Allocation.pdf" no es necesario en su totalidad. Actualmente, el administrador de conexiones USB4 de Windows solo usa el identificador de administrador de conexiones, el número de adaptador y el identificador de topología del ECN en su esquema gráfico de administración de la energía. Para obtener más información, vea Requisitos del controlador de gráficos.

Nota:

Se proporcionan algunos detalles de implementación del administrador de conexiones como ayuda para la depuración. No tome dependencias de los detalles de implementación.

Requisitos de USB Type-C®

El administrador de conexiones USB4 de Windows no tiene dependencias de software en la pila de software USB Type-C® (por ejemplo, UCMCx, UCSICx, etc.). El enrutador host y los enrutadores de dispositivo deben cumplir los requisitos descritos en la especificación del conector USB Type-C® más reciente para la detección y entrada de USB4.

Cuando no se pueden conectar como dispositivo USB4, los dispositivos USB4 pueden proporcionar una interfaz USB a través de una clase de dispositivo de cartelera USB. Cuando el dispositivo de cartelera se detecta, Windows muestra una notificación a los usuarios que indica que la funcionalidad del dispositivo puede ser limitada.

Entrega de BIOS a sistema operativo

Cuando no existe una interfaz de hardware que permita restablecer el enrutador host USB4, el administrador de conexiones USB4 de Windows implementa una limpieza del espacio de configuración del enrutador host que emula un restablecimiento del enrutador host iniciado mediante hardware. El objetivo de la limpieza del espacio de configuración del enrutador host es devolver los valores de espacio de configuración a sus valores predeterminados en caso de que hubiera un administrador de conexiones previo al arranque (UEFI CM) en funcionamiento antes de que se ejecutara el administrador de conexiones USB4 de Windows. Esto es posible si un administrador de conexiones UEFI se ejecuta antes de arrancar un equipo en frío o reanudarlo desde una hibernación (S4).

El administrador de conexiones USB4 de Windows proporciona funcionalidades de administración de ancho de banda para impedir un exceso de suscripciones de un vínculo USB4. Se puede asignar explícitamente hasta el 90 % del ancho de banda de vínculo USB4 a USB 3.x (isócrono), PCIe y DisplayPort™, repartido según la directiva de uso compartido de ancho de banda puesta en marcha por el administrador de conexiones.

Cuando se muestra un enrutador de dispositivo, la capacidad del enlace USB4 en direcciones ascendentes y descendentes se determina después de la unión de carril, lo que da lugar a una velocidad de vínculo calculada de 10 Gbps, 20 Gbps o 40 Gbps, por ejemplo. Tras ello, se calcula la capacidad disponible del vínculo como el 90 por ciento de esto. En el ejemplo, el 90 % sería 9 Gbps, 18 Gbps o 36 Gbps respectivamente.

Nota:

En los vínculos de Thunderbolt™ 3, las siguientes descripciones de cálculos de PCIe y USB 3.x no tienen aplicación. Todo el ancho de banda estará disponible para los túneles DisplayPort™.

El ancho de banda del vínculo se asigna inicialmente tanto a USB 3.x como a PCIe. Este ancho de banda combinado de PCIe y USB 3.x se reparte del siguiente modo: 2/3 a USB 3.x y 1/3 a PCIe. La parte de USB 3.x de este ancho de banda se programa en el controlador de host USB 3.x para un uso isócrono, a través de un proceso de protocolo de enlace donde se establece el bit CMR del espacio de configuración del adaptador USB 3.x, y el administrador de conexiones USB4 espera una confirmación del controlador de host USB 3.x antes de programar el ancho de banda disponible. Es probable que el ancho de banda máximo de USB 3.x esté restringido a la velocidad de vínculo USB 3.x (10/20 Gbps), algo que se contabiliza al calcular el ancho de banda que se va a asignar.

Modo de asignación de ancho de banda de DisplayPort™ (DP BW)

A partir de Windows 11 compilación 22621.1344 (KB5022913) y en los sistemas compatibles con el modo de asignación de ancho de banda DisplayPort™ (DP BW), tal como se define en la especificación USB4, el administrador de conexiones USB4 permite la asignación dinámica de ancho de banda del túnel DisplayPort™ (DP). Esta característica permite un uso más eficaz y dinámico del ancho de banda disponible para los túneles DP mediante la coordinación con la pila de gráficos del sistema para dividir el ancho de banda de forma óptima entre todos los túneles.

Tras la creación de un túnel DP, el administrador de conexiones USB4 intentará inicialmente reservar ancho de banda para el túnel en función de las capacidades indicadas de los adaptadores DP IN y DP OUT que forman el túnel. Si no hay suficiente ancho de banda disponible, la reserva inicial se reducirá al igual que con los túneles de modo de asignación que no son DP BW.

A continuación, el administrador de conexiones comprobará la compatibilidad con el modo de asignación de DP BW para el adaptador de DP cuando se haya creado el túnel. Si se admite el modo de asignación de DP BW, se habilitará para el adaptador DP IN, el ancho de banda total disponible (incluido previamente reservado) se escribirá en el registro "ESTIMATED_BW" del adaptador y se escribirá el ancho de banda asignado en el registro "ALLOCATED_BW" del adaptador como 0.

Una vez creado el túnel DP, cualquier cambio en el ancho de banda disponible para el túnel (debido a otros túneles DP u otras operaciones de ancho de banda) hará que el administrador de conexiones USB4 actualice el registro "ESTIMATED_BW" del adaptador DP IN para notificarle el ancho de banda adicional o reducido disponible.

Una vez creado el túnel, el controlador gráfico enviará una notificación para solicitar el ancho de banda preciso necesario para admitir la resolución seleccionada, la frecuencia de actualización y la profundidad de bits, etc., del monitor tunelizado desde el administrador de conexiones USB4.

Después, el controlador gráfico puede solicitar ancho de banda adicional o reducido según los cambios en los requisitos de rendimiento del monitor. Si se solicita ancho de banda adicional desde el administrador de conexiones USB4, el administrador de conexiones puede intentar reclamar el ancho de banda asignado a USB3 en los vínculos compartidos con el túnel. Después, el administrador de conexiones USB4 actualizará el espacio de configuración del adaptador DP IN con los resultados de la operación y los cambios en el ancho de banda disponible o asignado a él.

Sistemas sin compatibilidad con el modo de asignación de ancho de banda de DisplayPort™

En los sistemas sin compatibilidad con la característica de modo de asignación de ancho de banda de DisplayPort™ definida en la especificación USB4, el ancho de banda de DisplayPort™ (DP) se asigna entonces en orden de llegada. Cuando se crea un túnel de DP, el administrador de conexiones USB4 examinará el ancho de banda en uso de otros túneles de DP y consultará al controlador de host USB 3.x para determinar la cantidad de ancho de banda en uso actualmente para el tráfico isócrono, usando para ello el proceso de protocolo de enlace descrito. Si hay ancho de banda disponible, se recuperará en una cantidad suficiente para el túnel de DP, que se determina en función de las capacidades de los adaptadores DP IN y DP OUT que forman el túnel.

Si no hay suficiente ancho de banda para satisfacer las funcionalidades del par del adaptador DP IN/OUT, las funcionalidades de DP se enmascararán para que coincidan con el ancho de banda disponible, lo que podría dar lugar a una resolución máxima inferior a la nativa del túnel de DP. Si no hay suficiente ancho de banda disponible para satisfacer la configuración de DP mínima, se producirá un error en el túnel de DP. Si no hay suficiente ancho de banda para la configuración común más alta, y existen túneles de DP creados previamente para los que no se ha liberado ancho de banda después del sondeo, la creación de un nuevo túnel se detendrá hasta que el túnel anterior libere ancho de banda.

Una vez que se ha creado un túnel correctamente, el administrador de conexiones sondeará el espacio de configuración del adaptador DP IN hasta que estén disponibles las capacidades comunes (lo que refleja el ancho de banda real necesario para el dispositivo de salida). En ese momento, si se asigna demasiado ancho de banda, se liberará de vuelta al grupo de ancho de banda de PCIe y USB 3.x combinado, y se volverá a programar al controlador de host USB 3.x.

Consideraciones sobre la seguridad

Deshabilitar la tunelización de PCIe

Como característica de seguridad, puede ofrecer la posibilidad de deshabilitar la tunelización de PCIe mediante el objeto _OSC para USB. El administrador de conexiones USB4 de Windows no creará túneles PCIe cuando la tunelización de PCIe está deshabilitada. Además, los enrutadores de dispositivo Thunderbolt™ 3 pueden no aparecer porque, cuando hay tunelización de PCIe en Thunderbolt™ 3, la funcionalidad USB que se ofrece desde el controlador de host USB mostrado por PCIe también se verá afectada.

Considere la posibilidad de deshabilitar el modo alternativo de Thunderbolt™ 3 cuando la tunelización de PCIe esté deshabilitada. Esto permitirá que un dock o un enrutador de Thunderbolt™ 3 pueda revertir al funcionamiento de USB 3.x y al funcionamiento en modo alternativo de DP.

Directiva de reasignación de DMA del enrutador host USB4

Para limitar el impacto de los accesos a DMA no válidos, la reasignación de DMA está habilitada para el dispositivo de enrutador host USB4. El parámetro DmaRemappingCompatible está establecido en 1, lo que hace que la directiva de reasignación de DMA siempre esté habilitada para el enrutador host.

Requisitos de HLK de USB4

Aquí mostramos una lista completa de los requisitos de USB4.

Requisitos de USB4 de Device.BusController

Requisitos de USB4 de System.Fundamentals

Consulte también

Thunderbolt es una marca comercial de Intel Corporation o sus filiales.

"USB4™" es una marca comercial de USB Implementers Forum y solo está pensado para su uso con productos basados en y conformes con la especificación USB4™.