USB Type-C PD spec (3)

3、协议层

3.1、消息类型

• 控制消息
  • 长度固定，16 位
• 数据消息
  • 长度在 48 ~ 240 位
  • 用于公开能力和协商功率
  • 供应商可自定义
• 扩展消息
  • 长度最大达 260 byte
  • 提供电源和电池信息
  • 用于安全
  • 用于固件更新

3.2、消息头

3.3、控制消息

3.4、数据消息

Capabilities Message

• 包含端口信息 + 最多 6 个 PDO
• SRC 发送 Source_Capabilities 来通告其供电能力
• SNK 发送 Sink_Capabilities 来通告其吸电需求
• 分类
  • PDO
    • 固定电源(稳定恒压)
    • 可变电源 (稳压较差)
    • 电池 (可直接连接 VBUS)
  • APDO
    • 可编程电源(PPS，在电压可输出范围内以编程方式调节)
• 消息中 PDO 的顺序
  • vSafe5V 固定电源对象应始终是第一个对象
  • 其余固定电源对象 (如果存在) 应按电压顺序发送：最低到最高
  • 电池供电对象(如果存在) 应按最低电压顺序发送：最低到最高
  • 可变电源 (非电池) 对象 (如果存在) 应按最低电压顺序发送：最低到最高
  • 可编程电源对象(如果存在)应按最大电压顺序发送：最低到最高

• 使用场景
  • Source_Capabilities
    • 用于通告 SRC 的供电能力
    • 在 HardReset、上电事件或插入事件后，SourceCapabilityTimer 超时后发送，至少发送 nCapsCount 个，直到收到 GoodCRC
    • 在 PE_SRC_Ready 状态下供电能力变化时发送
    • 在收到 Get_Source_Cap 后发送
    • 多端口系统中，可用功率变化时可发送
  • Sink_Capabilities
    • 用于通告 SNK 的吸电需求
    • 在收到 Get_Sink_Cap 时发送

Source_Capabilities Message

• SPR 模式
  • SNK 接收到 SRC_CAP，评估并以 Request 响应
  • SNK 请求了 PPS APDO 后，应每隔 tPPSRequest 定期重新请求 APDO，除非
    • SNK 请求的不是 ADPO
    • 发生了 PR_Swap/HardReset
• EPR 模式
  • SRC_CAP 只能是对 Get_Source_Cap 的回应，且 SNK 不能发送 Request 响应
  • 在 EPR 模式下收到 SRC_CAP 消息，如果不是对 Get_Source_Cap 消息的响应，则 SNK 应启动硬复位
• 固定电源 PDO (Bit31...30 = 00b)
  • vSafe5V PDO bit29...25 用于传递附加信息
  • 其余 PDO bit29...25 置为 0

• 可变电源 PDO (Bit31...30 = 10b)
  • 电压不稳定，但固定在一定范围内
  • 最低电压不得低于最高电压的 80%

• 电池 PDO (Bit31...30 = 01b)
  • 电压字段表示电池的电压范围
  • 电池应能够在整个电压范围提供指定的功率
  • 仅电池 PDO 提供功率而非电流

• APDO (Bit31...30 = 11b)
  • SPR PPS APDO
  • EPR AVS APDO

Sink Capabilities Message

• 固定电源 PDO (Bit31...30 = 00b)
  • vSafe5V PDO bit29...25 用于传递附加信息
  • 其余 PDO bit29...25 置为 0

• 可变电源 PDO (Bit31...30 = 10b)
  • 电压字段表示 SNK 运行所需的电压范围
  • 电流字段表示 SNK 运行所需的工作电流(最大电流)

• 电池 PDO (Bit31...30 = 01b)
  • 电压字段表示 SNK 运行所需的电压范围
  • 功率字段表示 SNK 运行所需的工作功率(最大功率)

• APDO (Bit31...30 = 11b)
  • SPR PPS APDO
  • EPR AVS APDO

Request Message

• 由 SNK 发送以请求功率，发生在 SPR 模式下
• 固定电源 RDO
• 可变电源 RDO

• 电池 RDO

• 可编程 RDO

3.5、扩展消息

扩展消息头 (Extended = 1b)

• chunked：是否分块，默认应支持分块
  • 从 Source_Capabilities 和 Request 消息确认 SRC 和 SNK 是否支持不分块
  • 当存在一个端口仅支持分块时，则端口间只能分块发送 Data Size > 26 byte 的扩展消息
  • 向电缆插头发送扩展消息仅支持分块处理
• Chunked Number：块编号
  • Chunked = 1 时，有效
  • Chunked = 0 时，设置为 0
  • 在请求类消息中，表示所要请求的块编号
  • 在回复请求类消息中，表示回复请求的块编号
• Request Chunk：是否为请求块
  • Chunked = 1 时，有效
  • Chunked = 0时，设置为 0
• Data size：数据块中的字节数

扩展消息实例（不分块处理）

请求: Security_Request(Data Size = 7)

响应: Security_Response(Data Size = 30)

扩展消息实例（分块处理）

请求: Security_Request(Data Size = 7)

响应: Security_Response(Data Size = 30)

3.6、定时器

• 用于规定通讯时的时序
• 分类
  • 策略引擎的定时器
  • 协议层的定时器

3.7、计数器

• MessagelDCount
  • 滚动计数器，0~7，用于检测重复消息
    • 接收方收到重复的消息，仍需回应 GoodCRC，但 MessagelD 不变
  • 发送方和接收方各自维护
• RetryCounter
  • 在重试过程中收到合适的响应，计数器应重置为 0
• 硬复位或软复位后重置为 0

3.8、Reset

数据复位

• 任一端口用于重置 USB 数据链路
• 影响
  • 不改变端口的电源角色和数据角色
  • 不改变现有显性契约
  • 须退出所有的活动模式
  • 须重置电缆 VCONN，DFP 须成为 VCONN SRC
• 复位失败则进入 ErrorRecovery 状态

电缆复位

• 只有 DFP 才能发起电缆复位，且 DFP在发起复位前须成为 VCONN SRC
• 会导致电缆插头退出所有活动模式

软复位

• 解决通讯协议出错的问题
• 影响
  • 物理层：不需要重置
  • 协议层: 重置 MessagelDCounter、RetryCounter 和状态机。
  • 策略引擎：通过建立显性契约重置依赖于状态的行为。
    • 注：在 SPR 模式下，源发送源能力信息；在 EPR 模式下，源发送 EPR 源能力信息
  • 电源：不改变

硬复位

• 电源恢复到默认状态(VBUS -> vSafe0V -> vSafe5V)，协议层软复位
• 无论在 SinkTxOK 还是 SinkTxNG 均可发起。
• VCONN SRC 复位为 SRC 提供
• 不改变 Rp/Rd 的状态
• 复位无法解决问题时须进入 ErrorRecovery 状态

3.9、消息丢弃机制

优先级：SOP > SOP'/ SOP''