USB 3.0 リンク電源管理メカニズム

このトピックでは、USB 3.0 リンク電源管理 (LPM) メカニズムについて説明します。

新しい USB 2.0 ハードウェアの LPM を定義する公式 USB 2.0 仕様 (USB2_LinkPowerMangement_ECN) の補遺があります。 このトピックでは、USB 2.0 LPM メカニズムについては説明しません。 このトピックの目的は、USB 3.0 LPM の状態 (具体的には U1 と U2) について説明することです。

USB 3.0 デバイスもサポートしています。 セレクティブ サスペンドの制限を克服するために、公式 USB 3.0 仕様ではより詳細な電源管理状態が定義されています。 これらの状態と、それらを使用して電力管理を改善する方法を説明する前に、まずリンクの概念を理解しましょう。

リンクとは

2 つの USB ポート間に USB 接続が存在します。

• ホストまたはハブのダウンストリーム ポート (DS ポート)。
• 接続されているデバイスまたはハブの上流ポート (US ポート)。

リンクは DS ポートと US ポートのペアであり、ポートはリンク パートナーと呼ばれます。 各ポートには 2 つの層があります。 物理層は、バイトまたはその他の制御信号のシーケンスを送受信します。 論理層は物理層を管理し、リンク パートナー間の情報のスムーズな流れを保証します。 論理層は、情報フローに必要となる可能性のあるバッファリングも担当します。

U 状態

USB 2.0 仕様に従って、ダウンストリーム デバイスがセレクティブ サスペンド メカニズムを通じてサスペンド状態になった場合にのみ、リンクは低電力状態 (動作状態より消費電力が少ない) になります。 USB 3.0 仕様では、デバイスの電源状態からリンクの電源状態を切り離します。 この仕様では、リンクを構成するポートのペアの物理層と論理層の電力管理に言及する LPM 機能 (仕様のセクション C.1 を参照) を定義しています。 この仕様では、U0 から U3 までの 4 つのリンク電源状態を U 状態と呼びます。 アクティブなリンクが状態 U0 です。

一定期間アイドル状態が続いた後、リンク パートナーは徐々に U1 (高速終了のスタンバイ)、次に U2 (Low-Speed 終了のスタンバイ) に入ります。 十分な時間アイドル状態が続いた後、ソフトウェアは DS ポート リンク パートナーにコマンドを送信して U3 への移行を開始します。

リンクを U3 に送信するためにソフトウェアで必要な手順は、USB 2.0 セレクティブ サスペンドに必要な手順と同じです。 リンクが U3 に入ると、デバイスはサスペンド状態になる必要があります。 その結果、デバイスは USB 2.0 セレクティブ サスペンドと同様の制限を受けます。 これらの制限を克服するために、USB 3.0 仕様では U1 状態と U2 状態が定義されています。

U1 と U2 の利点

U1 および U2 状態は、セレクティブ サスペンドを補完するように設計されており、大幅な電力節約につながります。 ソフトウェアが U1 または U2 移行用のリンク パートナーを構成した後、ハードウェアはソフトウェアの介入なしで自律的に状態に入ります。 U1 と U2 からの終了時間は非常に速く (マイクロ秒から数ミリ秒)、デバイスのパフォーマンスへの影響はほとんどありません。 これにより、デバイスの使用中であってもリンクがこれらの状態に入ったり抜けたりできるため、電源管理が大幅に向上します。

たとえば、アイソクロナス エンドポイントを持つデバイスは、サービス間隔の間に U1 または U2 へのリンクを配置できます。 電力を節約するために、デバイスがアイドル状態のとき、セレクティブ サスペンドが呼び出される前であっても、アップストリーム リンクをこれらの状態に送信できます。 リンクが U1 または U2 にある場合、デバイスが消費できる電力量に制限はありません。 リンクが U1 または U2 にある場合、デバイスはフルパワーのままになる可能性があります。 したがって、セレクティブ サスペンドとは異なり、デバイスは機能を失うことなくリンクを U1 または U2 に送信できます。