USB Type-C 인터페이스 모드 소개 및 작동 흐름 | GraniteRiverLabs

Granite River Labs, GRL
Wayne Cheng

USB Type-C 인터페이스에서는 USB 신호 전송을 지원하는 것 외에도 Thunderbolt™, DisplayPort 및 USB4 등 다른 전송 인터페이스에도 적용할 수 있습니다. 전송 인터페이스마다 포트의 핀 구성이 다릅니다. 다음 그림을 참조하십시오.

그림1: USB-C 소켓 전면

그림2: Thunderbolt™ / USB4 핀 배치

그림3: DisplayPort 핀 구성

다양한 핀 구성을 이해한 후 다양한 모드의 진입(entry) 및 퇴장(exit) 방법과 프로세스를 소개합니다.

대체 모드 진입에 대한 설명

파워 딜리버리(PD) 통신의 정의에서 이러한 호환 가능한 전송 인터페이스를 대체 모드라고 하며 DFP는 대체 모드의 시작과 끝으로 UFP에 진입 모드 및 종료 모드 메시지를 보냅니다. 전체 진입 모드 프로세스는 여러 단계로 나눌 수 있습니다.

1. DFP는 먼저 UFP의 ID 및 기능을 확인하기 위해 Discover Identity 요청 메시지를 보냅니다. UFP가 응답한 Discover Identity ACK 메시지에는 UFP가 대체 모드를 지원 하는지 여부를 나타내는 데 사용되는 Modal Operation Supported 필드가 있습니다.
2. Discover 단계는 두 부분으로 나눌 수 있습니다. 첫 번째 단계에서 DFP는 먼저 Discover SVID 요청 메시지를 발행하여 UFP가 지원 하는 대체 모드 수를 확인합니다. SVID에는 협회에서 공식화한 SID와 협회에서 제공하는 다양한 제조업체 의 VID 가 포함되며 일반적인 SVID 는 0x8087(Thunderbolt 모드) 및 0xFF01(Displayport 모드)입니다. UFP가 응답한 SVID를 확인한 후 DFP는 두 번째 단계에서 DFP에서 지원하는 SVID를 포함 하는 Discover 모드 메시지를 보냅니다. 목적은 양쪽이 이러한 모드를 지원 하는지 확인하는 것 입니다. UFP 는 Discover Modes Ack 메시지를 사용 하여 다음 을 표시합니다. 지원하다.
3. DFP는 전환할 모드를 UFP에 알리기 위해 Enter Mode를 전송하고 UFP의 Enter Modes Ack 메시지를 확인한 후 양측은 잘 통신된 Mode로 전환합니다. DFP는 작업 모드가 종료될 때까지 Exit Mode 메시지로 UFP에 알립니다 .

다음 그림은 전체 프로세스입니다.

그림4: 대체 모드 진입 흐름

VDM 메시지

VDM(Vendor Defined Message)은 제품 설계자가 정의하며 VDM 통신 프로세스 중에 다음과 같은 상황이 발생하면 양쪽이 USB 모드로 다시 전환됩니다.

1. 어느 쪽이든 Hard_Reset 메시지를 보내고 PD는 다시 통신합니다.
2. 두 당사자 간의 연결이 중단되었거나 전송 라인의 플러그가 뽑혔습니다.
3. DFP는 Cable Reset 메시지를 전송하여 전송 라인이 원래 상태로 다시 전환되도록 합니다.

Enter Mode의 전체 과정은 중단될 수 있으며, 이 과정에서 양쪽은 PD 메시지(ex : PD communication, Power Role Swap, Data Role Swap 등)를 언제든지 전송할 수 있습니다. 이때 중단된 VDM 메시지는 중단된 VDM 메시지로 간주됩니다. 전송 오류로 양쪽은 먼저 PD 메시지 통신을 완료한 다음 중단된 VDM 메시지를 다시 보냅니다. 아래 그림과 같이 Enter Mode 프로세스가 DFP의 Source_capabilities에 의해 중단된 다음 양쪽이 먼저 수행합니다. PD 통신, DFP는 프로세스를 완료하기 위해 Enter_Mode 메시지를 다시 보냅니다. 그러나 VDM 메시지는 PD 메시지를 방해할 수 없다는 점에 유의해야 합니다.

그림5: 방해되는 Enter_Mode 메시지의 흐름

USB4 및 Enter_USB 메시지

USB4 인터페이스의 도입으로 USB Association은 USB4를 지원하는 제품이 이 특별한 작동 모드에 들어갈 수 있도록 PD 통신 프로토콜에 Enter_USB 메시지를 추가했습니다. Enter_USB 요청은 호스트의 DFP 또는 PD 기능이 있는 허브에 의해 UFP로 전송되고 UFP는 수락/거부 메시지를 사용하여 전체 프로세스를 계속할지 여부를 결정합니다. DFP가 Enter_USB 요청을 보내기 전에 양측이 USB4를 지원하는지 확인해야 합니다. 확인 절차 및 순서도는 다음과 같습니다.

1. 양쪽이 우선 초기 Power/Data 역할을 설정합니다.
2. Power Source측은 V Bus 및 V CONN을 제공합니다.
3. Power Source와 Sink는 PD 통신을 설정합니다.
4. DFP는 SOP(디스커버 ID)를 사용하여 UFP가 USB4를 지원하는지 확인 합니다 .
5. DFP는 SOP'(디스커버 ID)를 사용하여 전송 라인이 USB4를 지원하는지 확인합니다.
6. 양 쪽이 DRD(Dual-Role-Data)인 경우 DFP와 UFP 모두 데이터 역할 교환을 발행하여 데이터 역할을 교환할 수 있습니다.

프로세스는 아래 그림에 나와 있습니다.

그림6: Enter_USB 프로세스

DFP, UFP 및 전송 라인이 모두 USB4를 지원하는지 확인한 후 DFP는 Enter_USB 요청을 UFP 및 전송 라인에 각각 보냅니다. 순서는 다음과 같습니다. SOP' → SOP”( 전송 라인에 두 개의 E-마커 가 있는 경우 ) → SOP, 사용된 와이어는 패시브, SOP' 및 SOP' Enter_USB 요청이 필요하지 않습니다. 전체 작업 단계를 종료하기 위해 DFP 또는 UFP 측에서 데이터 재설정 메시지를 보내 USB 통신을 재설정하고 대체 모드를 종료합니다. 또한 USB4 작동 모드에서는 다음 동작이 허용 됩니다.

1. PD 통신 재설정 가능
2. 데이터 재설정 메시지로 작업 모드 전환 (예: USB4에서 USB 3.2 또는 대체 모드로 전환)
3. 핀을 재구성하지 않고 대체 모드와 호환 가능

결론

마지막으로 전체 입력 모드 프로세스를 요약해 보겠습니다.

1. DFP는 모드 진입 전에 서로가 대체 모드 를 지원하는지 확인하기 위해 일련의 메시지를 거쳐야 합니다. UFP가 NAK 모드 진입에 응답 하면 양 당사자는 계속 USB 모드를 유지합니다.
2. 모드 진입 과정은 PD 메시지에 의해 중단 될 수 있지만 VDM 메시지는 PD 메시지 통신을 중단할 수 없습니다.
3. DFP 는 Enter_USB 메시지 및 UFP를 통해 USB4 작업 모드로 들어갈 수 있습니다.

저자는 이 기사를 통해 독자들이 USB Type-C 인터페이스의 입력 모드 프로세스에 대해 더 잘 이해하고 USB4에 대해 더 잘 이해하기를 희망합니다. 이 글은 펌웨어 설계에서 발생할 수 있는 통신 프로토콜 오류를 방지하는 데 사용할 수도 있습니다.

참조

1. USB 파워 딜리버리 사양 개정판 3.1, 버전 1.4, 2022년 4월
2. Universal Serial Bus Type-C 케이블 및 커넥터 사양, Release 2.1 2021년 5월

작성자
GRL 대만 테스트 엔지니어 Wayne Cheng

국립 칭화대학교 의료공학 및 환경과학대학 졸업.

Thunderbolt PD, USB-IF PD 컴플라이언스, QC(Qualcomm Quick Charge) 및 기타 테스트 사양과 익숙한 파워 딜리버리 관련 테스트 경험. 성공적인 인증 획득을 위해 PD와 관련된 문제를 겪고 있는 고객들을 도울 수 있기를 바랍니다.

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출시 날짜 2022/06/15 AN-220615-TW