Type-c接口及其协议介绍
Type-c接口及其协议介绍
Type-C简介以及历史
自1998年以来，USB发布至今，USB已经走过20个年头有余了。在这20年间，USB-IF组织发布N种接口状态，包括A口、B口、MINI-A、MINI-B、Micro-A、Micro-B等等接口形态，由于各家产品的喜好不同，不同产品使用不同类型的插座，因此悲剧来了，我们也要常备N中不明用途的接口转接线材。
USB协议发布时间节点
而对于Type-C来说，看起来USB标准化组织也是意识到统一和标准化问题，在定义标准时，除了硬件接口定义上，还增加了一部分“个性化”特点。分别是什么呢？
定义了全新的接口形态
接口大小跟Micro USB相近，约为8.3mm x 2.5mm，支持正反插，同时也规范了对应的线材，接口定义如下（线材端只有一对USB2.0 DATA）：
在插座定义上，定义了如下两种插座：
a）全功能的Type-C插座，可以用于支持USB2.0、USB3.1、等特性的平台和设备。
b）USB 2.0 Type-C插座，只可以用在支持USB2.0的平台和设备上。
在插头定义上，定义了如下三种插头：
a）全功能的Type-C插头，可以用于支持USB2.0、USB3.1、等特性的平台和设备。
b）USB 2.0 Type-C插头，只可以用在支持USB2.0的平台和设备上。
c）USB Type-C Power-Only插头，用在那些只需要供电设备上（如充电器）。
在线缆定义上，定义了如下三种线缆：
a）两端都是全功能Type-C插头的全功能Type-C线缆。
b）两端都是USB 2.0 Type-C插头的USB 2.0 Type-C线缆。
c）只有一端是Type-C插头（全功能Type-C插头或者USB 2.0 Type-C插头）的线缆。
还定义了N种为了兼容旧设备的线缆：
a）一种线缆，一端是全功能的Type-C插头，另一端是USB 3.1 Type-A插头。
b）一种线缆，一端是USB 2.0 Type-C插头，另一端是USB 2.0 Type-A插头。
c）一种线缆，一端是全功能的Type-C插头，另一端是USB 3.1 Type-B插头。
d）一种线缆，一端是USB 2.0 Type-C插头，另一端是USB 2.0 Type-B插头。
e）一种线缆，一端是USB 2.0 Type-C插头，另一端是USB 2.0 Mini-B插头。
f）一种线缆，一端是全功能的Type-C插头，另一端是USB 3.1 Micro-B插头。
g）一种线缆，一端是USB 2.0 Type-C插头，另一端是USB 2.0 Micro-B插头。
h）一种适配器，一端是全功能的Type-C插头，另一端是USB 3.1 Type-A插座。
i）一种适配器，一端是USB 2.0 Type-C插头，另一端是USB 2.0 Micro-B插座。
以上这些线材，我们知道，Type-A接的是HOST，所以转接线中，CC引脚需要接上拉电阻。Type-B接的是Device，因此CC引脚需要接下拉电阻。
其中，具备全功能的Type-C应该具备E-Marker功能，由于具备E-Marker，线缆能够被读到其带电流的能力、特性、线材ID等等。E-Marker的供电电源来自于VCONN，如何知道线缆需要VCONN呢？线缆会通过下拉的电阻Ra，Source检测到之后会提供VCONN。
传输速率，供电效能
最大传输速度10Gb/s,即是USB 3.1 Gen2标准，也支持4 Lane DP模式，传输高清图像，在供电部分，最大可以支持100W（20V/5A）
“个性化”协商机制
由于端口一致，线材两端接口也一直，为了能够区分两端USB设备的角色（Host/Device），必须有一套协商机制，便于进行角色确认，这部分通过CC(Configuration Channel)管脚进行设置。后面随着PD规范的面世，CC脚开始被用来做简单的半双工通信，用来完成POWER供给的协商
强悍的一统天下的态势
由于Type-C的扩展功能（SBU1/SBU2），大部分配件诸如耳机、视频接口、Debug接口等等都可以实现兼容设计，成功逆袭以往所有的USB标准，成功上位！
Type-c接口支持的功能
支持接口正反插；
定义Vbus的电流传输能力；
定义功率传输角色，即供电端及受电端；
定义数据传输角色，主机或从机；
支持PD协议，实现大功率充电；
支持USB2.0/3.2/4.0/雷电/Display Port协议，实现高速数据传输。
Type-c接口支持的协议
Type-c接口是一种接口规范而不是协议，通过该接口可以实现设备间的充电、高速传输及音视频传输等功能，目前该接口可以实现USB2.0/USB3.2/PD协议/雷电协议/Diaplay Port协议。
Type-c接口pin脚定义
母座端接口定义
插头端接口定义
Vbus：电源；
CC1/CC2：初始模式识别或用于pd通信；
DP/DM：USB2.0传输协议或Type-c耳机的左右声道信号；
TX/RX：USB3.2/4.0信号传输脚；
SBU1/SBU2：USB3.0的辅助传输脚或Type-c耳机MIC信号及参考地；
GND：电源地。
Type-c角色说明
Power Role
根据USB PORT的供电（或者受电）情况，USB Type-C将port划分为Source、Sink等power角色
如下图显示常用设备的Data Role和Power Role
Type-c的Power Role分为2类，如下：
Source：供电端用来提供Vbus电源，且在CC上有个Rp上拉。
Sink：耗电端用来消耗Vbus电源，且在CC上有个Rd对地下拉。
Power Role 详细可以分为：
a）Source Only
b）默认Source，但是偶尔能够通过PD SWAP切换为SINK模式
c）Sink Only
d）默认SINK，但是偶尔能够通过PD SWAP切换为Source模式
e）Source/SINK轮换
f）Sourcing Device （能供电的Device，显示器）
g）Sinking Host（吃电的Host，笔记本电脑）
Data Role
在USB2.0端口，USB根据数据传输的方向定义了HOST/Device/OTG三种角色，其中OTG即可作为HOST，也可作为Device，在Type-C中，也有类似的定义，只是名字有了些许修改。
Type C的Data Role分为3类，如下：
DFP：全称Downstream Facing Port，数据角色类似主机，初始情况下提供Vbus及Vconn供电，即作为Source端。
下行端口，可以理解为Host或者是HUB，DFP提供VBUS、VCONN，可以接收数据。在协议规范中DFP特指数据的下行传输，笼统意义上指的是数据下行和对外提供电源的设备。
UFP：全称Upstream Facing Port，数据角色类似从机，初始情况下消耗Vbus供电，即作为Sink端。
上行端口，可以理解为Device，UFP从VBUS中取电，并可提供数据。典型设备是U盘，移动硬盘。
DRP：全称Dual Role Power，即可作为Source或Sink，同时也可作为DFP或UFP。如果初始为Source，那数据角色为DFP，反之如果初始为Sink，数据角色为UFP。
双角色端口，类似于以前的OTG，DRP既可以做DFP(Host)，也可以做UFP(Device)，也可以在DFP与UFP间动态切换。典型的DRP设备是笔记本电脑。设备刚连接时作为哪一种角色，由端口的Power Role决定；后续也可以通过switch过程更改（如果支持USB PD协议的话）。
角色互联方式
Type C规范角色互连只规定如下几种方式：
Source 与 Sink的互连； DFP与UFP的互连；
DRP与DRP的互连，互连方式有2种，一种随机，一种手动模式。
USB设备连接步骤
一个USB设备连接主要有以下步骤：
检测并确定连接关系，包括Source与Sink的关系，DFP与UFP的关系，线缆方向；
获取Emarker线缆信息；
检测Source的输出能力，可以通过PD/BC1.2/Type C规范的3种电流能力这3种方法来确定Source输出能力；
建立USB枚举关系。
角色检测
Type-c接口的角色检测通过CC1/CC2来实现。
Source检测CC1与CC2不同转态下对应描述如下：
Single Rp：Attached.SNK；
Dual Rp：DebugAcessory.SNK；
Single Rd with optional Ra：Attached.SRC with optional Electronically Marked Cable（Emarker Cable）；
Dual Rd：DebugAccessory.SRC；
Single Ra：eMarker Cable only；
Dual Ra：AudioAccessory；
Open：unattached。
角色不同状态下的行为
Source与Sink在不同状态下的行为：
Type-C的Data/Power Role识别协商/Alt Mode
USB Type-C的插座中有两个CC脚，以下的角色检测，都是通过CC脚进行的，但是对于插头、或者线缆正常只有一个CC引脚，两个端口连接在一起之后，只存在一个CC引脚连接，通过检测哪一个CC有连接，就可以判断连接的方向。如果USB线缆中有需供电的器件，其中一个CC引脚将作为VCONN供电。
CC引脚有如下作用：
a）检测USB Type-C端口的插入，如Source接入到Sink
b）用于判断插入方向，翻转数据链路
c）在两个连接的Port之间，建立对应的Data Role
d）配置VBUS，通过下拉电阻判断规格，在PD协商中使用，为半双工模式
e）配置VCONN
f）检测还有配置其他可选的配置模式，如耳机或者其他模式
连接方向、Data Role、Power Role角色检测
SourceSink Connection
如图所示，Source端CC引脚为上拉，Sink端CC引脚为下拉。握手过程为接入后检测到有效连接（即一端为Host一端为Device），随后检测线材供电能力，再进行USB枚举。
如下图指示了Source端，在连接SINK之前，CC1和CC2的框图模型：
a）Source端使用一个MOSFET去控制电源，初始状态下，FET为关闭状态
b）Source端CC1/CC2均上拉至高电平，同时检测是否有Sink插入，当检测到有Rd下拉电阻时，说明Sink被检测到。Rp的阻值表明Host能够提供的功率水平。
c）Source端根据Cable中哪一个CC引脚为Rd下拉，去翻转USB的数据链路，同时决定另外一个CC引脚为VCONN
d）在此之后，Source打开VBUS，同时VCONN供电
e）Source可以动态调整Rp的值，去表示给Sink的电流发送变化，告知SINK最大可以使用的电流
f）Source会持续检测Rd的存在，一旦连接断开，电源将会被关闭
g）如果Source支持高级功能（PD或者Alternate Mode），将通过CC引脚进行通信
如下图指示了SINK端CC1和CC2框架：
a）SINK的两个CC引脚均通道Rd下拉到GND
b）SINK通过检测VBUS，来判断Source的连接与否
c）SINK通过CC引脚上拉的特性，来检测目前的USB通信链路（翻转）
d）SINK可选地去检测Rp的值，去判断Source可提供的电流。同时管理自身的功耗，保证不超过Source提供的最大范围
e）同样的，如果支持高级功能，通过CC引脚进行通信。
如下图指示DRP的CC引脚在链接之前的架构：
a）当作为Source存在的时候，DRP使用MOSFET控制VBUS供电与否
b）DRP使用Switch去切换自身身份作为Source，或者是SINK
c）DRP存在一套机制，分三种情况，去决定自身是SINK或者是Source，去建立两者间彼此的角色。
情况1：不使用PD SWAP，随机变成Source/SINK中的任意一个，CC脚波形为方波
情况2：自身倾向于作为Source，执行Try.SRC，问对面能不能做SINK呀，我做Source
情况3：与情况2相反，自身倾向作为SINK，执行Try.SNK，你做Source，我做小弟
当然还存在Source&Source，SINK&SINK这种搞基模式，唯一的结果就是一直停留在Unattached.SNK/Unattached.SRC，无法终成眷属。
Type-C的其他模式
Display Port Alternate Mode
系统会通过USB PD协议中VDMs的信息通信（CC引脚通信），去告知支持Display Port模式。在这个模式当中，USB SuperSpeed 信号允许部分传输USB，部分传输DP信号。
Audio Adapter Accessory Mode
如下图，为3.5mm音频输入口转Type-C端口，USB2.0链路被用来传输模拟音频信号，若带MIC，MIC信号则连接在SBU引脚上，在这个模式当中，电源可以提供到500mA电流。
Host端如何识别到音频模式呢？把CC引脚和VCON连接，并且下拉电阻小于Ra/2(则小于400ohm)，或者分别对地，下拉电阻小于Ra(小于800ohm)，则Host会识别为音频模式。
Debug Accessory Mode （DAM）
在DAM下，连接软体和硬体提供可视化调试和控制的系统，使用较少。
如何进行数据链路的切换
纯USB3.0
以TUSB546(DFP)，TUSB564(UFP)为例子
前者的使用例子如笔记本电脑、后者的使用例子如Monitor
如下图，两端设备会根据插入方向，切换数据链路。图X插入连接为CC1，因此TUSB564切换到TX1/RX1
图中插入连接为CC2，因此TUSB564切换到TX2/RX2，也就是根据CC引脚插入，识别插入方向
USB3.1和2 LANE of DisplayPort
切换原理如上，需要注意的是，DP信号是使用TX/RX进行传输，DP的AUX是通过SBUx进行传输
纯DP模式 4 lane
问题思考：如何确定是DP 4 lane模式或者是DP 2 lane+USB3.0 模式？
通过CC引脚，利用PD协议沟通，协商，PD Controler 发起请求，并得到回应
