1. 简介

2. USB PD3.0 通信流程

2.1 发送数据包

2.2 接收数据包

2.3 双相标记编码（BMC）

2.4 符号编码(4B5B)

3. 数据包格式

3.1 前导码（Preamble）

3.2 SOP*（Start of Packet Sequence）

3.3 有效载荷（Packet Payload）

3.3.1 控制信息

3.3.2 数据信息

3.3.3 扩展信息

3.4 CRC

3.5 EOP

1. 简介

USB PD:英文解释是USB Power Delivery ,翻译过来就是USB功率传输，该协议是基于USB3.1中的type C接口制定的，是基于USB1.0、USB2.0、USB3.0升级产物，USB PD标准分10W、18W、36W、60W和100W五级“规格”，电压采用5V、12V、15V和20V，电流为1.5A、2A、3A和5A，最高可达100W，根据设备间的通讯握手成功，自主协商采用相对应的功率进行充放电，另外它还是双向的，可以相互转化角色就是电力供应，未来大部分的电子设备通过一根Type C电缆就可以完成充电，这就意味着可以把传统的充电接口省掉。

完成USB PD协议的通讯与解析，需要一颗处理器，也就是MCU，另外还能从电气特性上能符合type C物理层的要求，目前cypress的CCG2、CCG3，国内知名电源厂商英集芯的IP2716都是不错的选择。

快速充电技术规范的PPS(Programmable Power Supply)

USB PD 3.0：同时覆盖高压低电流、低压大电流
USB PD 3.0：规范了电压输出范围：3.0V～21V，步进调幅电压为20mV。

注意：有 Type-C 输出的，不一定是支持 USB-PD 协议充电器；支持 USB-PD 协议的充电器，一定是 Type-C 输出的。

2. USB PD3.0 通信流程

2.1 发送数据包

（1）接收来自协议层的数据包；

（2）进行CRC校验；

（3）将CRC校验结果编码到数据包上；

（4）将校验后的数据包通过信号线传送出去；

2.2 接收数据包

（5）恢复时钟，并锁定到数据包的前导码上；

（6）检测SOP；

（7）解码接收到的数据，包括CRC；

（8）判断接收到的数据是否是有效数据。

2.3 双相标记编码（BMC）

BMC是有效的DC平衡（每个1是DC平衡的，两个连续的零是DC平衡的，不管中间1的个数是多少）。

2.4 符号编码(4B5B)

除前导码外，线路上的所有通信应使用4B5B线路代码进行编码。发送时将4位数据编码为5位符号以供传输，接收时需将5位符号解码为4位数据以供接收器使用。

4B5B代码提供数据编码和特殊符号，使用特殊符号来表示硬重置，并描绘数据包边界。

3. 数据包格式

数据包格式包括前导码、SOP*、数据包数据（包括消息头、CRC和EOP）。数据包格式如图3-1所示，并指明数据包的哪些部分应进行4b/5b编码。一旦4b/5b编码，整个包应通过CC使用BMC传输。注意，数据包中的所有比特，包括前导码，都是BMC编码的。

3.1 前导码（Preamble）

前导码由交替“0”和“1”的64位序列组成（以“0”开头，以“1”结尾）。并且，前导码不应被4b/5b编码。接收器应能容错第一个跳变沿丢失。发射机可以通过tStartDrivemin改变前导码的开始（见图5-10）。

tStartDrivemin：发射机驱动线路时，发送前导码首位前的时间。所以，根据tStartDrive及表2-3-2的tUnitInterval，前导码的第一个逻辑位时间范围为 2.03~4.70 us。

3.2 SOP*（Start of Packet Sequence）

SOP/SOP’/SOP”统称为SOP*。接收器应搜索所有四个K码，当在正确的位置发现四个K码中的三个或四个时，可以将其解释为有效的有序集。

表3-2-1 Ordered set
K-code NO.	SOP	SOP'	SOP"	SOP'_Debug	SOP"_Debug	Hard Reset	Cable Reset
1	Sync-1	Sync-1	Sync-1	Sync-1	Sync-1	RST-1	RST-1
2	Sync-1	Sync-1	Sync-3	RST-2	RST-2	RST-1	Sync-1
3	Sync-1	Sync-3	Sync-1	RST-2	Sync-3	RST-1	RST-1
4	Sync-2	Sync-3	Sync-3	Sync-3	Sync-2	RST-2	Sync-3

在表3-2的最后两列，可以看到复位帧（Hard Reset及Cable Reset）。

3.3 有效载荷（Packet Payload）

规范定义了三种类型的消息：

1. 控制短消息：用于管理端口伙伴之间的消息流或交换不需要额外数据的消息，长度：16。

2. 数据信息：长度：48b~240b。数据信息有3种： ①展现功能及谈判力，②用于BIST的， ③供应商定义的。

3. 扩展消息：长度：最多MaxExtendedMsgLen字节。有以下几种类型：①电源和电池信息；②用于安全的；③固件更新用的；④供应商定义的。

如图3-3-1所示，16-bit 信息头（Message Header ）的各位信息如下所示：

15：Extended：扩展字段；为1时为扩展消息，为0时为控制消息或数据消息。

14~12：Number of Data Objects：有效荷载的数据数量，当字段为零时，表示当前为控制信息，否则为数据信息。

4~0：Message Type：数据类型：有效荷载的数据类型。

3.3.1 控制信息

3.3.2 数据信息

0..7 Data Object(s)：0..224bit, 1 Object单元为32bit。

3.3.3 扩展信息

若Chunked位为1时，此字段为消息中填充到4字节边界的数据数量，包括作为第一个数据对象一部分的扩展头。
若Chunked位为0时，此字段作为保留字段。注意，在这种情况下，消息长度仅由扩展消息头中的数据大小字段确定。
Chunk Number字段指示返回的块的数目。块数总数为10时，编号从0~9。
消息头（图3-3-1）中的 Number of Data Objects 应表示消息中填充到4字节边界的数据对象数，包括扩展头的第一个数据对象。

3.4 CRC

CRC：32bit，计算除帧符号（Preamble，SOP*,EOP）之外的有效载荷的所有字节。

// U8 *pcDataStream：原始数据流
// U32 sNumberOfDataBytes：原始数据流长度
U32 Helpers::CalculateCRC32(U8 *pcDataStream, U32 sNumberOfDataBytes)
{U8  cCurrentData = 0;U32 genPolyCrc32 = 0x04C11DB6; //spec 0x04C1 1DB7U32 sCRC32Result = 0xFFFFFFFF;U32 newbit = 0, newword = 0;for (U32 i = 0; i < sNumberOfDataBytes; i++) {cCurrentData = *(pcDataStream + i);for(int j = 0; j < 8; j++) {newbit = ((sCRC32Result >> 31) ^ (cCurrentData & 1)) & 1;newword = newbit ? genPolyCrc32 : 0;sCRC32Result = ((sCRC32Result << 1) | newbit) ^ newword;cCurrentData = (cCurrentData >> 1);}}// -- sWrapint ret = 0, k = 0, bit = 0;U32 cWrap = ~sCRC32Result;for(int i = 0; i < 32; i++) {k = 31 - i;bit = (cWrap >> i) & 1;ret |= bit << k;}return ret;
}

3.5 EOP

EOP：01101 参考表2-4.

其他详细信息请参考手册：USB_PD_R3_0 V1.1 20170112.pdf

4.USB-PD通信实例实测

本实例使用 Kingst LA5016 usb 逻辑分析仪检测USB-PD协议数据通讯。下图是一个完整的数据包分析截图。从图中可以看到，LA5016的USB-PD解析模块，将协议数据分为6部分：Reset condition（主机复位）、Presence condition（从机应答）、主机发送ROM命令、从机回应ROM命令、主机发送功能命令解析及从机回应功能命令解析。

下图为USB-PD协议设置截图，其中CC为目标数据通道，同时可以设置是否显示Marker点。

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3. 数据包格式

3.1 前导码（Preamble）

3.2 SOP*（Start of Packet Sequence）

3.3 有效载荷（Packet Payload）

3.3.1 控制信息

3.3.2 数据信息

3.3.3 扩展信息

3.4 CRC

3.5 EOP

4.USB-PD通信实例实测

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