Ein Chip zur Überbrückung von USB 2

Auf Twitter hat [whitequark] ein faszinierendes Design gefunden und hervorgehoben – ein Breakout-Board für den VL670, begleitet von einem ausführlichen, aber sehr leicht verständlichen Bericht über seinen Nutzen und sein Innenleben. Der VL670 ist ein Chip, der ein überraschendes Problem löst – die Umwandlung von USB 2.0-Signalen in USB 3.0.

Wenn Sie ein USB 2.0-Gerät und einen Host haben, auf dem nur USB 3.0-Signale verfügbar sind, ist dieser Chip genau das Richtige für Sie. Es könnte rätselhaft sein – warum ist das überhaupt nötig? Es geht um das wenig bekannte dunkle Geheimnis von USB3, das jeder ergründen kann, wenn er jemals mit einem 9-poligen USB 3.0-Anschluss zu tun hat, bei dem eines der drei Differentialpaare keinen richtigen Kontakt hat.

Wenn Sie einen blauen „3.0“-Anschluss sehen, handelt es sich tatsächlich um USB 2 und USB 3 – zwei separate Schnittstellen, die in einem einzigen Anschluss vereint sind. USB 3 verwendet zwei unidirektionale Differentialpaare, ähnlich wie PCI-E, während USB 2 ein einziges bidirektionales Paar verwendet und die beiden Schnittstellen an einem blauen Stecker grundsätzlich unabhängig voneinander arbeiten. Daraus ergeben sich viele Implikationen, die kontraintuitiv sind, wenn man einfach „USB 3.0“ für „schnelleres abwärtskompatibles USB“ hält, und sie haben schmerzhafte Konsequenzen.

USB-3-Hub-ICs verfügen beispielsweise über zwei separate Hub-Einheiten – eine für USB 3 und eine für USB 2. Selbst wenn Sie einen USB-3-Hub an einen USB-3-Anschluss angeschlossen haben, können mehrere daran angeschlossene USB-2-Geräte immer noch nicht durchbrechen das USB 2-Uplink-Limit von 480 MBit/s. Wenn Sie jemals gedacht haben, dass ein schnellerer Hub mit einem schnelleren Uplink die Geschwindigkeitsprobleme Ihrer USB-2-Geräte beheben würde – die USB-IF-Ingenieure waren offenbar anderer Meinung; und Sie müssen möglicherweise einen Workaround für Ihr „viele billige SDRs und Pi 4 in einer Box“-Setup finden.

Als lustiger Partytrick: Da bei der USB-3-Geräteaufzählung nur USB 2 als Ersatz verwendet wird, können Sie theoretisch acht Geräte an einen USB-3-Hub mit vier Anschlüssen anschließen – vier USB-2-Geräte und vier USB-3-Geräte. Tatsächlich nutzen einige USB-Geräte ausschließlich USB 3-Lanes und stellen nicht einmal eine Verbindung zu USB 2-Lanes her. Ja, das bedeutet auch, dass Sie möglicherweise sechs USB-Geräte an einen Raspberry Pi 4 anschließen können, und sogar sieben, wenn Sie den OTG-Port in einen Host-Modus schalten.

Wenn Sie also zwischen USB 2 und USB 3 stecken bleiben, ist der VL670 eine funktionale Lösung. Da es jedoch einen Mangel im Standard behebt, ist es selbst nicht ganz konform. (Nicht, dass die Nichteinhaltung des USB-Standards jemals jemanden davon abgehalten hätte.)

Es gibt ein Open-Source-Entwicklungsboard, für das Sie Teile bestellen und bauen können. VL670-Chips sind offenbar auf TaoBao erhältlich. Wofür war dieser Chip ursprünglich gedacht? Anscheinend VirtualLink, ein Standard, den nicht wenige Leute tot sehen. Der oben erwähnte ausführliche Artikel spricht jedoch von eher nachvollziehbaren Anwendungsfällen – es stellt sich beispielsweise heraus, dass USB-3-Signale einfacher galvanisch zu isolieren sind!

Wir haben die Besonderheiten zwischen USB 3 und USB 2 am Rande besprochen, aber es lohnt sich, die Auswirkungen klarer darzulegen. Wenn Sie sich jemals über andere zwielichtige Aspekte von USB Gedanken gemacht haben, sollten Sie sich den Hacking USB Hack Chat ansehen, den wir mit [Kate Temkin] hatten!