USB设备的休眠挂起及远程唤醒

USB协议的第9章讲到USB可见设备状态，分为连接(Attached)，上电(Powered)，默认(Default)，地址(Address)，配置(Configured)和挂起(Suspended)6个状态。所谓可见，即USB系统和主机可见的状态，其他状态属于USB设备内部而不可见。其中有关电源的，大致可分下面三类：

• 连接状态（Attached）：设备连接，但未提供电源。
• 上电状态（Powered）：设备被复位(Reset)，或者说处于地址、配置状态。
• 挂起状态（Suspended）：3 ms未见总线活动而处于省电状态，设备不可用，但仍然保持原有的USB地址和配置。

USB设备的挂起

我们知道，在USB系统中，正常状态下hub或root hub会一直周期性地发送SOF包(Start Of Frame，全速USB每1ms发送一个，高速USB则是125µs发送一个)。根据USB协议，如果USB线上一直处于空闲(Idle)状态超过3ms，设备应该把它当作一个挂起(Suspended)信号，要求设备在10ms内进入挂起状态，并把设备所需的电流大小降到规定的值（对于low-power设备，要求是500 µA，而对于high-power或支持远程唤醒(remote wakeup)功能的设备是2.5mA。

• 所在USB设备都应该支持挂起状态（Suspending State）。
• USB设备可以从任意供电状态进入挂起状态。
• USB设备从上游主机端口接收到持续的IDLE信号超过3.0ms时，USB设备应当认为这是一个挂起的信号，然后开始进入挂起状态。当所有端口无总线活动时，要求设备在10ms内进入挂起状态，并把设备所需的电流大小降到规定的值，即挂起电流值（对于low-power设备，要求是500 µA，而对于high-power或支持远程唤醒(remote wakeup)功能的设备是2.5mA。
• USB设备面向上游的端口上的任何总线活动都将使其退出挂起状态。
• 在没有任何其他总线流量的情况下，SOF令牌每（微）帧将发生一次，以防止全速/高速设备挂起。 在没有任何低速流量的情况下，低速设备将在每一帧中看到至少一个保持活动状态发生 SOF，使它们无法挂起。
• 当处于挂起状态时，设备必须继续为其 D+（全速/高速）或 D-（低速）上拉电阻供电，以保持IDLE状态，以便上游集线器可以保持正确的设备连接状态 。
• USB设备挂起时，可以停止设备的时钟，以进入低功耗模式。而当USB设备可以通过外部中断唤醒自身，然后再由USB设备唤醒主机。

在挂起状态中，设备必须继续向数据项D+/D-的上拉电阻提供电压以维持Idle状态。而对于USB2.0高速设备，还有些额外的要求：

• 高速设备在收到挂起信号（3ms空闲）后，应在0.125ms内切换到全速状态，也就是说要把终端电阻移除，并在D+数据线上重新挂上1.5k上拉电阻。

• 设备在随后的100-875µs内检测数据线上的状态。如果该状态是一个Full speed J，那么说明host发下来的是一个挂起信号；如果此时该状态是SE0，说明是host drive数据线D+到0，这是一个复位信号（复位信号会持续至少10ms时间）。
  要注意的是高速设备在挂起状态时处于高速模式，只是所用的是全速信号。一旦从挂起状态恢复回来，会马上进入高速工作状态而无需进行复位操作。

• USB主机使使用周期性的SOF或Keep alive（低速）阻止设备进入挂起状态。

  • For High-speed, SOF is sent every micro-frame 125us +/- 65ns
  • For Full-speed, SOF is sent every frame 1ms +/- 500ns
  • For Low-speed, Keep Alive (End of Packet) is sent every 1ms in absence of low-speed data

• USB设备要退出【挂起模式】 可以由Host唤醒，或者自己唤醒。

• 如果设备配置为高功率（高达 500 mA），并启用了远程唤醒功能，则在挂起期间允许消耗高达 2.5 mA 的电流。

设备的唤醒

设备处于挂起状态时，任何总线上的活动（非空闲信号）都可以把设备唤醒/恢复，从而退出低功耗模式。
因为设备挂起时处于全速信号，在当host需要把将设备退出suspend状态时，需要先发送一个持续时间超过20ms的Fulll Speed K状态。设备看到K状态结束的1.3us内醒过来，而host需要在3ms内发送uSOF信号以维持正常的高速信号模式，否则设备又将进入suspend。

当主机想要在挂起后唤醒设备时，它通过将数据线上的信号极性反转至少 20ms 来实现。该信号以分组信号的低速端完成。

具有远程唤醒功能集的设备也可以自行启动恢复。它必须处于空闲状态至少 5ms，并且必须在 1 到 15ms 之间应用唤醒 K 条件。主机在 1 ms 内接管恢复信号的驱动。

设备的远程唤醒

同样，设备也可以换醒host，比如电脑待机时通过USB键盘来换醒主机，这种功能称之为“远程唤醒”（remote wakeup）。
在配置描述符中，USB设备会将是否支持远程唤醒的能力报告给主机。

GetStatus返回请求

GetStatus（）设备请求返回的信息，包含是否允许远程唤醒的信息。
详见：USB读取状态GET_STATUS

在配置描述符中，偏移第7个字节的描述属性项，包含了设备是否支持远程的功能位。Bit5代表是否支持远程唤醒。

    ------------------ Configuration Descriptor -------------------
bLength                  : 0x09 (9 bytes)
bDescriptorType          : 0x02 (Configuration Descriptor)
wTotalLength             : 0x010B (267 bytes)
bNumInterfaces           : 0x04 (4 Interfaces)
bConfigurationValue      : 0x01 (Configuration 1)
iConfiguration           : 0x00 (No String Descriptor)
bmAttributes             : 0xA0
 D7: Reserved, set 1     : 0x01
 D6: Self Powered        : 0x00 (no)
 D5: Remote Wakeup       : 0x01 (yes)
 D4..0: Reserved, set 0  : 0x00
MaxPower                 : 0x32 (100 mA)

禁用USB设备的远程唤醒

当然，也可通过 USB清除特性请求CLEAR_FEATURE 来禁止USB的远程唤醒功能。

USB远程唤醒的编程

如我们有一个STM32做的USB设备，通过外接GPIO按键触发实现远程唤醒PC主机。

Resume的代码其实是一个状态机，是将STM32远程唤醒的寄存器置高10ms，即10个EOF,然后再置低，以使USB设备通过D+/D-的电信号进行远程唤醒。

STM32寄存器定义将此位置高1-15ms,将进行远程唤醒操作。

当然，支持远程唤醒也是需要PC机的配合的，一般情况下是在BIOS中的电源管理进行配置。