【E课堂】USB的挂起和唤醒 (Suspend and Resume)

　　USB协议的第9章讲到USB可见设备状态[Universal Serial Bus Specification, Section 9.1.1, Pg 239]，分为连接(Attached)，上电(Powered)，默认(Default)，地址(Address)，配置(Configured)和挂起(Suspended)6个状态。所谓可见，即USB系统和主机可见的状态，其他状态属于USB设备内部而不可见。其中有关电源的，大致可分下面三类：

　　1. 连接状态(Attached)：设备连接，但未提供电源。

　　2. 上电状态(Powered)：设备被复位(Reset)，或者说处于地址、配置状态。(参见USB枚举过程，USB Specification, page 241)

　　3. 挂起状态(Suspended)：3 ms未见总线活动而处于省电状态，设备不可用，但仍然保持原有的USB地址和配置。

　　设备的挂起

　　我们知道，在USB系统中，正常状态下hub或root hub会一直周期性地发送SOF包(Start Of Frame，全速USB每1ms发送一个，高速USB则是125μs发送一个)。根据USB协议，如果USB线上一直处于空闲(Idle)状态超过3ms，设备应该把它当作一个挂起(Suspended)信号，要求设备在10ms内进入挂起状态，并把设备所需的电流大小降到规定的值(对于low-power设备，要求是500 μA，而对于high-power或支持远程唤醒(remote wakeup)功能的设备是2.5mA【Section 7.2.3, Pg176】)。在挂起状态中，设备必须继续向数据项D+/D-的上拉电阻提供电压以维持Idle状态。而对于USB2.0高速设备，还有些额外的要求：

　　1. 高速设备在收到挂起信号(3ms空闲)后，应在0.125ms内切换到全速状态，也就是说要把终端电阻移除，并在D+数据线上重新挂上1.5k上拉电阻。

　　2. 设备在随后的100-875μs内检测数据线上的状态。如果该状态是一个Full speed J，那么说明host发下来的是一个挂起信号;如果此时该状态是SE0，说明是host drive数据线D+到0，这是一个复位信号(复位信号会持续至少10ms时间)。

　　要注意的是高速设备在挂起状态时处于高速模式，只是所用的是全速信号。一旦从挂起状态恢复回来，会马上进入高速工作状态而无需进行复位操作。

　　如上图所示，Host在a点停止发送SOF，系统处于SE0状态，b点是3ms时间点，之后的125μs内，设备移除终端电阻，并挂上1.5k上拉。此时如host发送的是suspend信号，那它就不会不drive D+数据线，导致D+被设备拉高，形成一个Full Speed J状态。在c点之后100-875μs内设备检测此时host行为，发现是suspend信号，设备内部进入低功耗的挂起(suspend)状态。(假如hsot发送的是复位信号，那么当设备在c点挂1.5k电阻之后，由于host对D+线的drive作用，D+线无法被拉高，仍然处于SE0状态，设备在c点之后的检测，发现的还是SE0状态，等到10ms后就可判断这是一个复位信号，进行设备复位操作。)

　　设备的唤醒

　　设备处于挂起状态时，任何总线上的活动(非空闲信号)都可以把设备唤醒/恢复，从而退出低功耗模式。(同样，设备也可以换醒host，比如电脑待机时通过USB键盘来换醒主机，这种功能称之为“远程唤醒”(remote wakeup)，不在本文的讨论范围内。)

　　因为设备挂起时处于全速信号，在当host需要把将设备退出suspend状态时，需要先发送一个持续时间超过20ms的Fulll Speed K状态。设备看到K状态结束的1.3us内醒过来，而host需要在3ms内发送uSOF信号以维持正常的高速信号模式，否则设备又将进入suspend。如下图所示：