USB链路层一致性测试

USB链路层简介

超高速链路层是由两个端口的逻辑和物理连接。所连接的端口被称为链路合作伙伴。链路层定义了一个端口的逻辑部分和链路双方之间的通信。
链路层包含以下三个部件：

用于管理其物理连接末端的状态机。这些功能包括物理层初始化和事件管理，即连接、删除和电源管理。还包括初始化和配置双车道操作。
用于管理与链接合作伙伴的信息交换的状态机和缓冲器。它实现了流量控制、可靠的包头传输（端口到端口）和链路电源管理的协议。
数据和协议层信息元素的缓冲区。

链路层可用于：

在传输过程中将字节序列正确地划分成包；例如，插入包分隔符
检测接收到的包，包括包分隔符和接收到的头包的错误检查（为了可靠的传递，如CRC检查包是否错误）
为协议层提供适当的接口，进行协议层包信息交换

同时链路层可用于：

管理其PHY的状态（即其物理连接的结束），包括电源管理和事件（连接、删除和唤醒）。
传输和接收字节流，以及限定字节流作为控制序列或数据的附加信号。该物理层包括离散的传输和接收物理链路，因此，端口能够同时发送和接收控制和数据信息。

USB链路层测试仪器

由于测试项目较多，需要针对测试不断调整待测设备的状态，以及对设备的响应进行判断。这种测试对测试员来说，手动测试无疑是噩梦。

力科公司的VoyagerUSB兼容套件允许开发者验证设备是否符合USB3.2链接层规范。Voyager平台和USB合规套件软件是USB-IF批准的链路验证系统(LVS)，用于对USB3.1(Gen1和Gen2)链路层测试规范（2019年7月）的一致性测试。 Voyager系统提供了全面的链路层测试覆盖范围，可以验证设备是否正确地实现了链路训练、链路恢复、电源管理等链路层行为（第7章）。该平台还解决了几个PHY层测试用例（第6章），以验证在USB3.2链接层合规规范中也定义的LFPS和SKIP行为。作为一个交钥匙测试解决方案，它会自动验证USB-IF的链接层测试规范所要求的每个单独的合规点。链接层合规性套件包括100%覆盖USB-IF的USB3.1链接层测试规范。

该USB3.1合规性测试套件可通过力科公司的Voyager M310E、 M4x、M310P、M310、M3x USB协议分析仪对待测物进行测试结果的分析以及问题注入，并且内置自动化脚本，可一键完成所有的测试。

USB协议层debug过程

USB协议层简介

协议层管理设备与其主机之间的端到端数据流。这一层建立在链路层保证头数据包交付的假设之上，并且这一层根据传输类型增加了其他数据包的端到端可靠性。

对于USB3.2，协议层负责以下功能：

数据包类型

数据包类型包括以下四种：

链接管理包（Link Management Packets, LMP）：主要用于管理一对链路。
事务处理包（Transaction Packets , TP）：遍历所有直接连接主机到设备的链路。它们用于控制数据包的流、配置设备和集线器等。没有数据有效负载。
数据包（Data Packets , DP）：遍历直接连接主机到设备的所有链路。数据包包括两部分：数据包头(DPH)和数据包有效负载(DPP)。
同步时间戳数据包（Isochronous Timestamp Packets, ITP）：用于提供同步时间戳，需要进行多播处理

数据包格式

对主机和设备发送的数据包的预期响应

四种USB定义的传输类型：

批量传输：批量传输类型被设计为支持需要在高度可变的时间内通信相对大量的数据的设备，而这些传输可以使用任何可用的带宽。
控制传输：允许访问设备的不同部分，旨在支持客户端软件与其功能之间的配置/命令/状态类型通信流。
中断传输：用于支持那些不需要发送或接收数据但服务周期有限的设备。
同步传输：在非usb环境中，同步传输具有恒定速率、容错传输的一般含义。

支持针对批量传输类型的流

USB协议层debug

为了在USB协议层对传输的数据包进行观察，就需要对数据包进行捕获。目前主要有软件捕获和硬件捕获两种方式。

软件捕获：

这种方式是通过对主机的xHCI控制器进行数据捕获。

优点：

无需额外的设备即可了解USB的数据包情况

缺点：

1、软件捕获有丢包的风险

2、win10操作系统下存在使下游HUB失效的风险

3、被测主机负责抓包，无法分开管理数据包

硬件抓包（USB协议分析仪）：

这种方式通过外置在USB通信路径上的硬件采集数据包

优点：

1、捕获灵活，独立的存储可以保证将所有数据包捕获

2、不影响设备/HUB/主机之间的通信，主机的USB控制器不会失效。

3、可以将被测主机和数据捕获主机分离，兼容更多类型的主机设备

缺点：

硬件设备的额外成本

在有一定经济能力的情况下，使用USB协议分析仪抓包可以更好地对USB进行debug。

USB协议分析仪

USB协议分析仪是通过外接硬件捕捉数据包结果，并回传至USB协议分析软件进行分析。其中，力科作为USB协议分析的一大实力厂商，其USB协议分析仪受到众多用户的肯定。

无与伦比的精度：

具有行业最高保真度探头设计，并在以全USB4Gen3x2(40Gb/s总)速度或USB3.2Gen2x2(20Gb/s总)速度测试设备时提供无与伦比的可靠性。只需在线放置在主机和集线器之间，它将非侵入性地记录所有USBType-C信号

分析软件：

旅行者利用了传奇的CATC跟踪——行业事实上的标准显示，并在一个视图中显示所有标记和交错的数据包。来自逻辑USB3.2/USB4和侧带通道的流量可以单独过滤、搜索或导出从跟踪。传输级别可以扩展和折叠，以显示逻辑层，包括所有有序集和控制数据包

错误检测：

可以检测和标记真正的USB3.2、USB4和PD协议错误。在较底层，训练序列、SCR内容和CRC错误被自动验证和标记。配置包定时检查与许多USB4逻辑层定时要求。对PD和USB3.2协议有多次检查，包括占用保留字段、无效的帧大小和可纠正的位错误。

协议解码：

记录并显示所有逻辑链路子状态，包括SLOS1/SLOS2、TS1、TS2和倾斜有序集。解析宽带寄存器以自动将协议分配给hopid。注册读取请求/响应事务已完全解码。

关于绿测

广州绿测电子科技有限公司（简称：绿测科技）成立于2015年11月，是一家专注于耕耘测试与测量行业的技术开发公司。绿测科技以“工程师的测试管家”的理念向广大客户提供专业的管家服务。绿测科技的研发部及工厂设立于广州番禺区，随着公司业务的发展，先后在广西南宁、深圳、广州南沙、香港等地设立了机构。绿测科技经过深耕测试与测量领域多年，组建了一支经验丰富的团队，可为广大客户提供品质过硬的产品及测试技术服务等支持。

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数据包类型

数据包格式

对主机和设备发送的数据包的预期响应

四种USB定义的传输类型：

支持针对批量传输类型的流

USB协议层debug

软件捕获：

优点：

缺点：

硬件抓包（USB协议分析仪）：

优点：

缺点：

USB协议分析仪

无与伦比的精度：

分析软件：

错误检测：

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