USB4规范解读（二）USB4的传输路径

在一文看懂USB4传输数据的过程的文章中抽象出了USB4的数据传输过程，提到了USB4数据的传输包括USB 3.2数据、DisplayPort数据和PCIe数据。发送方将不同类型的数据打包成一个数据包进行传输，由接收方接收之后进行数据包的分离，提取出以上3种类型的数据。

以上过程可以形象地看成是不同的车辆装载着这些数据，开始的时候，聚集到同一条道路行驶，快到达目的地之前，装USB 3.2和PCIe数据的车辆由于有几个接收方，分别需要经过叫USB 3.2集线器和PCIe交换机的车站来确认是哪一个接收方，再传到目的地。

而装DisplayPor数据t的车辆只有一个接收方，早已经确认了具体位置，直接进入目的地。具体描述可以参考文章《USB4规范解读：一文看懂USB4传输数据的过程》。本文在这个基础上详细讲解USB4数据的传输路径，可以加深读者对于USB4传输数据的理解。

一、USB4应用类型

USB4主要有USB4主机和USB4设备两种应用。USB4设备又分为USB4外部设备、USB4集线器和USB4扩展坞。如下图所示：

USB4主机的应用主要有笔记本电脑，游戏主机等，USB4设备可以是移动硬盘，集线器、扩展坞等。下图显示了USB4主机、USB4集线器和USB4外部设备的连接。

1、USB4主机

USB4主机组成为：一个主机路由器，一个内部的控制器和一个DisplayPort发送源。USB4主机必须支持带宽为20Gbps的USB4 Gen2x2的操作，40Gbps带宽的USB4 Gen3x2是可选的，可以支持，也可以不支持。

USB4主机需要在USB PD协议中支持DisplayPort的配置。

注：这里路由器指的是选择信号最佳传输路径的一种结构，不是我们常用的分wifi的路由器。

2、USB4设备

2.1、USB4外部设备

USB4外部设备只有单独的上行端口（Upstream Facing Port），没有下行端口（Dowmstream Facing Port）。

USB4外部设备包含一个设备路由器。可能包含以下几项的一个和多个：

• 一个增强型超速集线器或端点（USB数据接收的目的地或发送的来源）
• 一个PCIe交换机或端点（PCIe数据接收的目的地或发送的来源）
• 一个DisplayPort发送源或接收器

注：上行端口指的是数据的接收方，下行端口指的是数据的发送方，这样的定义适用于USB端口和PCIe端口。

2.2、USB4集线器

• USB4集线器由一个上行端口和多个下行端口组成，主要用于端口扩展。
• USB4集线器的下行端口（Downstream Facing Port）可以支持USB 3.2和USB 2.0，即USB4具有向后兼容性。
• USB4集线器由一个DisplayPort发送源或接收器，设备路由器，增强型超速 USB集线器，PCIe交换机，USB 2.0集线器组成。
• USB4集线器支持20G USB4操作（Gen2x2）和40G USB4操作（Gen3x2）。
• USB4集线器需要在USB PD协议中支持DisplayPort的配置。

注：PCIe交换机指的是PCIe中一个上行端口和多个下行端口连接的结构。

2.3、USB4扩展坞

USB4扩展坞除了有一个上行端口和多个下行端口，还有一个外部设备功能的端口。集线器的要求同样适用于扩展坞，不同的是扩展坞多了一个外设功能的端口。

下面来具体描述USB4的传输路径，用USB4主机、USB4集线器和USB4外部设备的连接来说明。假定USB4主机已经连接了一个USB4的集线器，而USB4集线器又连接了一个USB4的外部设备。如下图所示：

二、USB4的传输路径

1、USB 3.2传输路径

1.1、USB4主机和USB4集线器之间的传输

增强型超速主机将USB 3.2数据传递给USB 3.2的下行端口适配器，然后经过USB4端口，和USB4集线器的USB4端口之间传输数据，接着进入USB4集线器的USB 3.2上行端口，紧接着进入对方的增强型超速集线器，由这个集线器再来传输给USB 3.2下行端口，最后输出给USB4集线器的USB4端口。

1.2、USB4集线器和USB4外部设备之间的传输

接下来就是USB4集线器的USB4端口和USB4外部设备的USB4端口之间进行数据传输，经过USB4外部设备的USB 3.2下行端口适配器。最后传输到USB4外部设备指定的位置，实现增强型超速功能。以上就是USB 3.2数据的发送和接收的传输路径。

注：这里适配器指的是信号转换的通道。

2、DisplayPort传输路径

DisplayPort视频源在USB4主机中，经过DP输入适配器，再传到USB4端口，从而传输到USB4集线器的上行端口，再直接传到USB4集线器的下行端口，这个端口又传到USB4外部设备的USB4上行端口，最后经过DP输出适配器，将视频信号传递给接收器，从而实现DisplayPort的显示功能。以上就是DisplayPort视频发送的路径。从上面可以看出DisplpyPort的传输没有经过任何中间结构的中转选择，是直接通过主机、集线器和外部设备的USB4接口传输到显示设备的。

3、PCIe传输路径

3.1、USB4主机和USB4集线器之间的传输

PCIe中一个上行端口和多个下行端口组成的结构叫做PCIe交换机。USB4主机中的PCIe控制器控制PCIe下行端口适配器传输数据，数据经过USB4端口传输给USB4集线器的USB4端口，然后经过USB4集线器的PCIe上行端口，接着经过PCIe交换机，再经过PCIe下行端口，后传输给USB4的USB4下行端口，到这里集线器的路径就完成了。

3.2、USB4集线器和USB4外部设备之间的传输

USB4集线器和USB4外部设备之间连接的路径来传输数据，先经过USB4外部设备的PCIe上行端口适配器，最后传输到指定的位置实现PCIe的功能。以上就是PCIe数据的发送和接收的传输路径。

4、USB4主机间的传输路径

USB4实现了主机之间的数据传输，这是USB 3.2和USB 2.0所不具备的功能。这是因为USB4增加了对PCIe协议的支持。主机之间的传输就涉及到USB4协议的传输的不同层的结构，这个后面再讲。

以上就是USB4数据传输路径的介绍，数据的传输是从USB4主机发起，然后由USB4集线器中转或缓冲，再进入USB4外部设备实现相应的功能。对于USB4传输的路径还有什么疑问欢迎在下方留言。