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通用序列總線 4 （USB4™） 設計詳細數據和一般需求

  • 發行項

除了規格定義的需求之外，以下是一些高階設計和用戶體驗需求。

  • 透過USB4進行通道的裝置（USB 3.x、PCIe和顯示器）應該能像原生一樣運作。 通訊協定堆疊不需要任何軟體變更，而且它們透過USB4進行通道時應該透明。

  • 合作夥伴應確保其 USB 硬體（例如系統、中樞、纜線和配件）可以與其他進入或已經在市場上的 USB 硬體相互操作。 我們鼓勵參與通用序列總線實作者論壇（USB-IF）主辦的互操作性和合規性活動。

  • 對於具有多個 USB-C® 埠的系統，Microsoft強烈建議他們都支援 USB4，以提供一致的用戶體驗。

  • 根據USB4基底規格和 USB Type-C®連接器和纜線規格的第13章，需要雷電™ 3相容性。 Windows USB4 連接管理器驅動程序的設計目的是支持連接至 USB4 主機的 Thunderbolt™ 3 周邊。

  • 針對 Windows 11 上的 USB4 連接管理員第一個版本，不支援載入巨集卡片。

  • 如需 Windows 硬體相容性計劃，請參閱 USB4 硬體實驗室套件 （HLK） 的完整需求集。

  • USB4 連接管理器的第一個版本需要主機和裝置路由器支援 USB4 規格，並根據 USB4 連線管理員 Guide Rev 1.0rc 來實作。 除了其他 ECN 之外，硬體實作者必須確保它們已檢閱下列 ECN，因為它們對 USB4 連接管理器具有很高的意義。 這不是必要的ECN完整清單。 您可以在 USB4 規格下載中找到這些檔案。

    • USB4 1.0 ECN - ISC 和 ISS 快取器中的變更Address.pdf

    • USB4 1.0 ECN - DROM 基底Address.pdf

    • USB4 1.0 ECN - 路由器就緒Bit.pdf

    • USB4 1.0 ECN - HI 記憶體order.pdf

    • USB4 1.0 ECN - 主機路由器狀態Machine.pdf

    • USB4 1.0 ECN - 變更 C3S 位Polarity.pdf

    • USB4 1.0 ECN - 緩衝區配置要求Operation.pdf

    • USB4 1.0 ECN - DP BW Allocation.pdf*

      *完全不需要 DP 帶寬配置 ECN。 Windows USB4 連接管理員目前在其圖形電源管理配置中使用 ECN 的連接管理器識別碼、適配卡編號和 TopologyID 功能。 如需詳細資訊，請參閱 圖形驅動程式需求。

注意

提供連接管理員的一些實作詳細數據，以協助偵錯。 您不應該對實作詳細數據採取相依性。

USB Type-C® 需求

Windows USB4 連接管理員在 USB Type-C® 軟體堆疊上沒有任何軟體相依性。 例如，UCMCx、UCSICx 等等。 主機路由器和裝置路由器必須遵循最新 USB Type-C® 連接器規格中針對 USB4 探索和輸入中所述的需求。

當USB4裝置無法以USB4裝置連線時，可能會透過USB看板裝置類別提供USB介面。 Windows 會在探索看板裝置時向用戶顯示通知，指出裝置功能可能受到限制。

BIOS 到作業系統的交接

如果沒有USB4主機路由器重設的硬體介面，Windows USB4 連接管理員會實作模擬硬體起始主機路由器重設的主路由器設定空間清除。 主機路由器設定空間清除的目標是在 Windows USB4 連接管理員執行之前執行預先開機連接管理員 （UEFI CM） 時，將設定空間值帶回預設值。 如果 UEFI 連接管理員在冷開機之前執行，或從休眠狀態繼續執行，就有可能發生這種情況。

帶寬共享原則

Windows USB4 連接管理器提供頻寬管理功能，以防止過度訂閱 USB4 連結。 最多 90% 的 USB4 連結頻寬可以明確配置給 USB 3.x（不時針）、PCIe 和 DisplayPort™ 流量，根據連接管理員所實作的頻寬共享原則。

列舉裝置路由器時，上游和下游兩個方向的USB4連結容量都會在通道結合後決定，因此計算的連結速率為10 Gbps、20 Gbps或40 Gbps，例如。 接著，連結的可用容量會計算為此的90%。 在此範例中，90% 分別是 9 Gbps、18 Gbps 或 36 Gbps。

注意

對於 Thunderbolt™ 3 連結，不適用 USB 3.x 和 PCIe 計算的下列描述。 DisplayPort™ 通道可以使用完整的頻寬。

連結的頻寬一開始會指派給USB 3.x和PCIe。 這個合併的 USB 3.x 和 PCIe 頻寬分成 2/3 到 USB 3.x，而 1/3 則分割為 PCIe。 此帶寬的 USB 3.x 部分會透過在設定 USB 3.x 適配卡設定空間的 CMR 位之前，透過交握程式將 USB 3.x 適配卡組態空間中的 CMR 位進行程式設計，而 USB4 連接管理器會等待 USB 3.x 主機控制器的確認，再進行可用頻寬的程序設計。 計算要指派的頻寬時，USB 3.x 頻寬上限可能會受限於 USB 3.x 鏈接速率 （10 Gbps/20 Gbps），這在計算要指派的頻寬時會考慮。

DisplayPort™ 頻寬 （DP BW） 配置模式

從 Windows 11 組建 22621.1344（KB5022913），以及支援 DisplayPort™ 頻寬 （DP BW） 配置模式的系統上， USB4 連接管理器允許動態 DisplayPort™ （DP） 信道頻寬配置。 此功能允許透過與系統上圖形堆疊的協調，以更有效率且動態地使用 DP 通道可用的頻寬，以最佳方式在所有通道之間分割頻寬。

建立 DP 通道時，USB4 連接管理員一開始會根據形成通道之 DP IN 和 DP OUT 配接器的指示功能，嘗試為通道保留頻寬。 如果沒有足夠的頻寬可用，初始保留將會降低為非 DP BW 配置模式通道。

連接管理員接著會在建立通道時檢查 DP BW 配置模式是否支援 DP 配接器。 如果支援 DP BW 配置模式，則會針對 DP IN 適配卡啟用，可用頻寬總計（包括先前保留的）帶寬會寫出至適配卡的「ESTIMATED_BW」緩存器，而配置的頻寬將會寫出至適配卡的「ALLOCATED_BW」緩存器為 0。

建立 DP 通道之後，通道可用頻寬的任何變更（由於其他 DP 通道或其他頻寬作業），都會導致 USB4 連接管理員更新 DP IN 適配卡的「ESTIMATED_BW」緩存器，以通知其可用的額外或降低頻寬。

建立通道之後，圖形驅動程式會傳送通知，以要求所需的精確頻寬，以支援來自USB4連接管理器的通道監視器所選取的解析度、重新整理速率和位深度等。

之後，圖形驅動程式可能會要求額外的或降低頻寬，因為監視效能需求有所變更。 如果從 USB4 連接管理員要求額外的頻寬，連接管理員可能會嘗試在與通道共用的連結上回收配置給 USB3 的頻寬。 USB4 連接管理員接著會更新 DP IN 適配卡組態空間與作業的結果，以及可用頻寬和/或指派給它的任何變更。

不支援 DisplayPort™ 頻寬配置模式的系統

在不支援 USB4 規格中定義的 DisplayPort 頻寬配置模式功能的系統上，DisplayPort™™ （DP） 帶寬接著會以第一個先出先用的配置為基礎指派。 建立 DP 通道時，USB4 連接管理員會檢查其他 DP 通道的使用中頻寬，並使用所述的交握程式查詢 USB 3.x 主機控制器，以判斷目前用於非時程流量的頻寬。 如果頻寬可用，則會針對 DP 通道回收足夠的量，這會根據構成通道的 DP IN 和 DP OUT 配接器的功能來決定。

如果沒有足夠的頻寬來滿足 DP IN/OUT 配接器配對的功能，DP 功能將會遮罩以符合可用的頻寬，這可能會導致 DP 通道的原生解析度低於原生最大解析度。 如果沒有足夠的頻寬來滿足最低的 DP 設定，DP 通道將會失敗。 如果頻寬不足而無法達到最高一般設定，而且在輪詢之後尚未釋放任何先前建立的 DP 通道，則建立新的通道將會停止，直到先前通道可能釋放頻寬為止。

成功建立通道之後，連接管理員會輪詢 DP IN 配接器組態空間，直到一般功能（反映輸出裝置所需的實際頻寬）可用為止。 此時，如果配置了多餘的頻寬，則會將它釋放回合並的USB 3.x和PCIe頻寬集區，並重新程序設計至USB 3.x主機控制器。

顯示考慮

在 WinPE 中使用通道顯示器

通道顯示器需要作業系統中執行的功能性圖形驅動程式。 如果 OEM 尚未在 WinPE 中提供圖形驅動程式（Windows 預安裝環境），這類影像將無法操作通道顯示器。 開機 WinPE 時，建議使用內建的顯示面板。 如果無法使用，請在非通道設定中連接外部顯示器（原生 DP、HDMI 或 USB Type-C Alt-Mode）。 如果這兩個選項都無法使用，則必須使用 DISM 或對等機制將適當的圖形驅動程式套件新增至 WinPE 映像。

安全性考量

停用PCIe通道

身為安全性功能，您可以使用適用於USB的 _OSC來停用PCIe通道。 停用PCIe通道時，Windows USB4 連接管理員將不會建立PCIe通道。 此外，雷電 ™ 3 裝置路由器可能無法列舉，因為在雷電 ™ 3 中沒有 PCIe 通道的情況下，從 PCIe 列舉 USB 主機控制器提供的 USB 功能也會受到影響。

請考慮停用PCIe通道時停用雷電™ 3替代模式。 這可讓雷電 ™ 3 路由器或擴充座回復到 USB 3.x 作業和 （DP） 替換模式作業。

USB4 主機路由器的 DMA 重新對應原則

若要限制無效 DMA 存取的影響， DMA 重新對應 會針對 USB4 主機路由器裝置啟用。 此 DmaRemappingCompatible 設定會設定為 1，讓主機路由器一律啟用 DMA 重新對應原則。

USB4 HLK 需求

以下是USB4需求的完整清單。

Device.BusController USB4 需求

System.Fundamentals USB4 需求

另請參閱

雷電是英特爾公司或其子公司的商標。

“USB4™” 是 USB 實作者論壇的商標，僅適用於以 USB4™ 規格為基礎且符合規範的產品。