（转自“服务器BMC”公众号）BMC芯片的功能——USB接口

   祝大家双节快乐！

   外出游玩的路上，学习知识。这几天看手机多，频繁地使用USB接口（尤其是type-C），就顺便找资料研究了一下USB（通用串行总线）。

一、从 1.5Mbps 到 40Gbps：USB 协议的发展历史

   USB协议自 1996 年诞生以来，它的演进史本质上是一部“速度与功能的突围史”：

1. 奠基时代（USB 1.0/1.1）

   作为初代标准，USB 1.0 确立了两大核心优势：即插即用与统一接口，彻底终结了键盘、鼠标等外设依赖专有接口的混乱时代。其提供 1.5Mbps 低速与 12Mbps 全速两种模式，虽速率有限，却通过 4 引脚设计（电源 Vbus、地线 GND、差分数据 D+/D-）奠定了基础架构。

   其中包括了USB HID 协议， Human Interface Device，属于 USB 协议中最早定义、最广泛使用的一个“设备类”（Device Class）。直译就是“人机接口设备”，本质上是一套“让电脑识别并即插即用键盘、鼠标、游戏手柄、条码枪、触控屏……”的通信规矩。

2. 普及时代（USB 2.0）

  2000 年推出的 USB 2.0 实现了关键突破：将高速模式速率提升至 480Mbps，是前代的 40 倍，足以支撑音频、视频等大流量传输。更重要的是引入OTG 功能，允许设备摆脱主机直接通信，同时完善了热插拔机制，成为至今仍在广泛使用的经典标准。

3. 高速时代（USB 3.x 系列）

  USB 3.0（3.1 Gen1）：速率跃升至 5Gbps（超高速模式），功率输出提升至 5V/900mA，可驱动高速移动硬盘等设备；

  USB 3.1 Gen2：速率翻倍至 10Gbps，功率升级到 20V/5A，支持快充与超高速存储；

  USB 3.2 Gen2x2：借助双通路设计实现 20Gbps 速率，专为多路视频采集等专业场景优化。

   实际USB 3.x定义挺乱的，各家说法都不同。

4. 融合时代（USB 4）

  2019 年发布的 USB 4 整合雷电 3 技术，速率达到 40Gbps，支持视频信号传输与 PD 快充，通过 Type-C 接口实现「一线通」—— 既能连接显示器，又能给设备充电，还能传输超大型文件，成为服务器等高端设备的新选择，也是USB发展的方向。

二、USB传输协议定义：

1、物理层：4根线搞定一切

     VBUS（5 V供电）、GND（地）、D+/D-（差分数据）。

    低速1.5 Mbps、全速12 Mbps、高速480 Mbps、超高速5/10/20 Gbps，速率靠D+/D-的阻抗与电平切换实现。

2、数据层：三种包搭起“高铁”

     令牌包（谁说话）、数据包（说什么）、握手包（答不答应）。

    每帧1 kHz（高速为125 µs微帧），主机轮询，设备不能主动“抢话筒”。

3、协议层：描述符决定“身份”

     设备描述符→“我是键盘还是U盘”；配置/接口/端点描述符→“我要多少带宽、几口管道”。

      控制传输必须支持，中断/批量/等时传输按需出现。

一句话总结：USB=“供电+差分数据+主机轮询+描述符自报家门”，把复杂外设变成“即插即用”。

三、服务器BMC芯片的UBS接口应用

   在我接触BMC应用的有限时间经历中，USB接口应用的场景好像并不多。记得到2600有2个USB2.0对外接口，到2700达到5个对外接口，甚至包括了USB3.0。想到的应用大概如下：

   1、KVM over IP功能：之前文章介绍过KVM就是键盘、视频、鼠标（keyboard+video+mouse）。键盘和鼠标就是BMC通过USB接口与主机通信，这里是device接口。BMC内置USB Device控制器，把远程IPMI/RNDIS数据包封装成USB HID/MSC事务，再注入到主机USB总线，主机以为“键盘就在面前”，实现了“云键盘/云鼠标”对服务器的控制。

   2、虚拟媒体部署：将存有系统镜像的 U 盘插入本地电脑接口，通过 KVM 技术（虚拟键盘鼠标）读取镜像，远程重装系统或修复驱动；

   3、LAN-over-USB：把“网线”做进USB线里。Ethernet-over-USB（RNDIS/cdc_ether），BMC扮演“USB网卡”，OS端看到一条新的ethX，IPMI/Redfish走这条链路做带内管理，即使主网口没配地址也能刷固件。

    4、与服务器其他组件进行管理数据交互：当前BMC与硬件上其他部件数据交互多是i2c、SPI、UART等低速接口，随着数据交互量的增多，以及待升级固件程序越来越大，对BMC接口带宽要求越来越高，像PCIe、USB等这些高速接口势必在BMC上有更多的应用；

    5、虚拟外设共享：BMC 可将接入自身 USB 口的 U 盘、键盘等设备，通过虚拟 USB 技术映射到服务器主机PCIe接口供使用，解决主板 USB 接口不足的问题。也可以实现主机USB接口映射到BMC的PCIe接口来扩展主机的接口。

    6、实现视频显示，如前面提到的USB3.2功能，最近还在学习了解。

    暂时想到这些，望专家批评指正，谢谢！