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Detalhes de design e requisitos gerais do Barramento Serial Universal 4 (USB4™)

  • Artigo

Além dos requisitos definidos pela especificação, veja a seguir alguns requisitos de design de alto nível e da experiência do usuário.

  • Os dispositivos encapsulados por USB4 (USB 3.x, PCIe e display) devem funcionar como se fossem nativos. Nenhuma alteração de software deve ser necessária para as pilhas de protocolo e deve ser transparente que elas sejam encapsuladas por USB4.

  • Os parceiros devem garantir que seu hardware USB (como sistemas, hubs, cabos e acessórios) possa interoperar com outros hardwares USB que chegam ou já estão no mercado. Incentivamos a participação em eventos de interoperabilidade e conformidade hospedados pelo Fórum universal de implementadores de barramento serial (USB-IF).

  • Para os sistemas com várias portas USB-C®, a Microsoft recomenda fortemente que todos ofereçam suporte ao USB4 para fornecer uma experiência de usuário consistente.

  • A compatibilidade do Thunderbolt™ 3 é necessária de acordo com o capítulo 13 da especificação base do USB4 e do Conector USB Tipo C® e Especificação de Cabo. O driver do gerenciador de conexões USB4 do Windows foi projetado para dar suporte a periféricos Thunderbolt™ 3 anexados ao host USB4.

  • Para a primeira versão do gerenciador de conexões USB4 no Windows 11, não há suporte para cartões suplementares.

  • Confira o conjunto completo de requisitos detalhados no HLK (Kit de Laboratório de Hardware) USB4 para o Programa de Compatibilidade de Hardware do Windows.

  • A primeira versão do gerenciador de conexões USB4 exige que os roteadores de host e dispositivo deem suporte à especificação do USB4 e sejam implementados de acordo com o Guia do Gerenciador de Conexões USB4 Rev 1.0rc. Além de outras ECNs, os implementadores de hardware devem garantir a revisão das ECNs a seguir, pois são muito importantes para o gerenciador de conexões USB4. Não deve ser uma lista completa das ECNs necessárias. Esses documentos podem ser encontrados no download da especificação do USB4.

    • ECN do USB4 1.0 – Alteração no ISC and ISS Registers Address.pdf

    • ECN do USB4 1.0 – DROM Base Address.pdf

    • ECN do USB4 1.0 - Router Ready Bit.pdf

    • ECN do USB4 1.0 - HI memory order.pdf

    • ECN do USB4 1.0 - Host Router State Machine.pdf

    • ECN do USB4 1.0 - Change C3S Bit Polarity.pdf

    • ECN do USB4 1.0 - Buffer Allocation Request Operation.pdf

    • ECN do USB4 1.0 - DP BW Allocation.pdf*

      *A ECN da alocação da largura de banda DP não é necessária em sua totalidade. Somente a ID do gerenciador de conexões, o número do adaptador e os recursos TopologyID da ECN são usados atualmente pelo gerenciador de conexões USB4 do Windows em seu esquema de gerenciamento de recursos gráficos. Para obter detalhes, confira Requisitos do driver gráfico.

Observação

Alguns detalhes de implementação do gerenciador de conexões são fornecidos para auxiliar na depuração. Você não deve ter dependências nos detalhes da implementação.

Requisitos USB do tipo C®

O gerenciador de conexões USB4 do Windows não tem nenhuma dependência de software na pilha de softwares USB do tipo C®. Por exemplo, UCMCx, UCSICx e assim por diante. O roteador de host e os roteadores de dispositivo devem seguir os requisitos descritos na especificação mais recente do conector USB do tipo C® para descoberta e entrada USB4.

Os dispositivos USB4 podem fornecer uma interface USB por meio de uma classe do dispositivo de aviso USB quando não podem se conectar como um dispositivo USB4. O Windows apresenta aos usuários uma notificação quando o dispositivo de aviso é descoberto indicando que a funcionalidade do dispositivo talvez seja limitada.

BIOS para entrega do sistema operacional

Na ausência de uma interface de hardware para a redefinição do roteador de host USB4, o gerenciador de conexões USB4 do Windows implementa uma limpeza do espaço de configuração do roteador de host que emula uma redefinição do roteador de host iniciada por hardware. O objetivo da limpeza do espaço de configuração do roteador de host é retornar os valores do espaço de configuração ao padrão, caso haja um UEFI CM (gerenciador de conexões de pré-inicialização) em execução antes da execução do gerenciador de conexões USB4 do Windows. Isso é possível se um gerenciador de conexões UEFI é executado antes da inicialização a frio ou retoma da hibernação (S4).

Política de compartilhamento da largura de banda

O gerenciador de conexões USB4 do Windows fornece recursos de gerenciamento da largura de banda para evitar o excesso de participantes em um link USB4. No máximo 90% da largura de banda do link USB4 podem ser alocados explicitamente para o tráfego USB 3.x (isócrono), PCIe e DisplayPort™, divididos de acordo com a política de compartilhamento da largura de banda implementada pelo gerenciador de conexões.

Quando um roteador de dispositivo é enumerado, a capacidade do link USB4 nas direções upstream e downstream é determinada após a vinculação de faixa, resultando em uma taxa de link calculada de 10 Gbps, 20 Gbps ou 40 Gbps, por exemplo. A capacidade disponível do link é então calculada como 90% disso. No exemplo, 90% seriam 9 Gbps, 18 Gbps ou 36 Gbps, respectivamente.

Observação

Para os links do Thunderbolt™ 3, as descrições a seguir dos cálculos do PCIe & do USB 3.x não se aplicam. A largura de banda completa está disponível para os túneis DisplayPort™.

A largura de banda do link é inicialmente atribuída a ao PCIe & do USB 3.x. Essa largura de banda do PCIe & do USB 3.x combinada é dividida em 2/3 para o USB 3.x e 1/3 para o PCIe. A parte USB 3.x dessa largura de banda é programada para o controlador de host USB 3.x para o uso isócrono, por meio de um processo de handshake em que o bit CMR no espaço de configuração do adaptador USB 3.x está definido e o gerenciador de conexões USB4 aguarda um reconhecimento do controlador de host USB 3.x antes de programar a largura de banda disponível. A largura de banda máxima do USB 3.x provavelmente será restrita à taxa de link do USB 3.x (10 Gbps/20 Gbps), contabilizada ao calcular a largura de banda a ser atribuída.

Modo de alocação de DP BW (largura de banda displayPort™)

Começando no Windows 11 build 22621.1344 (KB5022913) e em sistemas que dão suporte ao modo de alocação de DP BW (largura de banda displayPort™), conforme definido na especificação USB4, o gerenciador de conexões USB4 permite a alocação dinâmica de largura de banda do túnel DP (DisplayPort™). Esse recurso permite o uso mais eficiente e dinâmico da largura de banda disponível para túneis DP por meio da coordenação com a pilha de gráficos no sistema para dividir de maneira ideal a largura de banda entre todos os túneis.

Após a criação de um túnel DP, o gerenciador de conexões USB4 tentará inicialmente reservar largura de banda para o túnel com base nos recursos indicados dos adaptadores DP IN e DP OUT que formam o túnel. Se a largura de banda suficiente não estiver disponível, a reserva inicial será reduzida como com túneis de modo de alocação BW não DP.

O gerenciador de conexões verificará se o modo de alocação do DP BW tem suporte para o adaptador DP quando o túnel for criado. Se houver suporte para o modo de alocação do DP BW, ele será habilitado para o adaptador DP IN, a largura de banda total disponível (incluindo reservada anteriormente) será gravada no registro "ESTIMATED_BW" do adaptador e a largura de banda alocada será gravada no registro "ALLOCATED_BW" do adaptador como 0.

Depois que o túnel DP tiver sido criado, todas as alterações na largura de banda disponível para o túnel (devido a outros túneis DP ou outras operações de largura de banda) resultará na atualização do gerenciador de conexões USB4 do registro "ESTIMATED_BW" do adaptador DP IN para notificá-lo da largura de banda adicional ou reduzida disponível para ele.

Depois que o túnel tiver sido criado, o driver de gráficos enviará uma notificação para solicitar a largura de banda precisa necessária para dar suporte à resolução selecionada, à taxa de atualização e à profundidade de bits etc. do monitor em túnel do gerenciador de conexões USB4.

Depois disso, o driver gráfico pode solicitar largura de banda adicional ou reduzida devido a alterações nos requisitos de desempenho do monitor. Se a largura de banda adicional for solicitada do gerenciador de conexões USB4, o gerenciador de conexões poderá tentar recuperar a largura de banda alocada para USB3 nos links compartilhados com o túnel. O gerenciador de conexões USB4 atualizará o espaço de configuração do adaptador DP IN com os resultados da operação e todas alterações na largura de banda disponíveis e/ou atribuídas a ela.

Sistemas sem suporte para o modo de alocação de largura de banda DisplayPort™

Em sistemas sem suporte para o recurso de modo de alocação de largura de banda DisplayPort™ definido na especificação USB4, a largura de banda DP (DisplayPort™) é então atribuída por ordem de chegada. Quando um túnel DP for criado, o gerenciador de conexões USB4 examinará a largura de banda em uso para outros túneis DP e consultará o controlador de host USB 3.x para determinar quanta largura de banda está sendo usada atualmente para o tráfego isócrono, usando o processo de handshake descrito. Se a largura de banda estiver disponível, ela será recuperada em uma quantidade suficiente para o túnel DP, que é determinado com base nos recursos dos adaptadores DP IN e DP OUT que formam o túnel.

Se não houver largura de banda suficiente para atender aos recursos do par de adaptadores DP IN/OUT, os recursos de DP serão mascarados para corresponderem à largura de banda disponível, potencialmente resultando em uma resolução máxima inferior à nativa para o túnel DP. Se largura de banda suficiente não estiver disponível para atender à configuração de DP mais baixa, o túnel DP falhará. Se não houver largura de banda suficiente para a configuração mais alta comum e houver túneis DP criados anteriormente para os quais a largura de banda não foi liberada após a sondagem, a criação de um novo túnel será interrompida até que a largura de banda seja potencialmente liberada pelo túnel anterior.

Depois que um túnel for criado com êxito, o gerenciador de conexões sondará o espaço de configuração do adaptador DP IN até que recursos comuns (refletindo a largura de banda real necessária para o dispositivo de saída) estejam disponíveis. Nesse ponto, se um excesso de largura de banda for alocado, ele será liberado de volta para o pool de largura de banda PCIe & do USB 3.x combinado e será reprogramado para o controlador de host USB 3.x.

Considerações sobre exibição

Usando exibições em túnel no WinPE

A exibição em túnel requer um driver de gráfico funcional em execução no sistema operacional. Se o OEM não tiver disponibilizado drivers de gráfico no WinPE (Ambiente de Pré-instalação do Windows), essas imagens não poderão operar exibições em túnel. Ao inicializar o WinPE, é recomendável usar o painel de exibição interno. Se isso não estiver disponível, conecte o monitor externo em uma configuração sem túnel (DP nativo, HDMI ou USB Type-C Alt-Mode). Se nenhuma dessas opções estiver disponível, o pacote de driver de gráfico apropriado deverá ser adicionado à imagem do WinPE usando o DISM ou mecanismo equivalente.

Considerações de segurança

Desabilitando o túnel PCIe

Como um recurso de segurança, você pode oferecer a capacidade de desabilitar o túnel PCIe usando o _OSC para USB. O gerenciador de conexões USB4 do Windows não criará túneis PCIe quando o túnel PCIe estiver desabilitado. Além disso, os roteadores de dispositivo do Thunderbolt™ 3 podem não enumerar porque, na ausência de um túnel PCIe no Thunderbolt™ 3, a funcionalidade USB oferecida no controlador de host USB enumerado do PCIe também é afetada.

Considere desabilitar o modo alternativo Thunderbolt™ 3 quando o túnel PCIe estiver desabilitado. Isso permitirá que um roteador ou plataforma Thunderbolt™ 3 faça fallback para a operação do USB 3.x e a operação alt-mode (DP).

Política de remapeamento de DMA para o roteador de host USB4

Para limitar o impacto de acessos de DMA inválidos, o remapeamento de DMA está habilitado para o dispositivo do roteador de host USB4. A configuração DmaRemappingCompatible é definida para 1 para que a política de remapeamento de DMA esteja sempre habilitada para o roteador de host.

Requisitos de HLK do USB4

A seguir veja uma lista completa dos requisitos do USB4.

Requisitos do USB4 do Device.BusController

Requisitos do USB4 para System.Fundamentals

Confira também

Thunderbolt é uma marca registrada da Intel Corporation ou de suas subsidiárias.

"USB4™" é uma marca registrada do USB Implementers Forum e deve ser usada apenas com produtos baseados na especificação USB4™ e em conformidade com ela.