Чому порти USB та порт Ethernet мають один і той же контролер?

Наскільки я розумію, порти USB на Pi мають той же контролер, що і порт Ethernet.

Це означає, що якщо використовувати Pi як NAS, то передача даних через мережу буде обмежена, оскільки і USB-порти, і Ethernet-порт будуть використовуватися одночасно.

Моє запитання - до якого ефекту сповільнюється передача даних, і чи існує вирішення цієї проблеми?

Ви вірно розумієте, що спільна шина USB / Ethernet - це щось вузьке місце.

Один із варіантів - використовувати Pi 3 через WiFi. WiFi чіп не розділяє шину з розетками USB і повинен працювати на повній швидкості.

Використання будь-якого Pi інший , ніж Pi 3, я привів вірити , що з допомогою USB 3 Gigabit Ethernet адаптер в роз'єм USB може творити чудеса для вашої швидкості з'єднання. Ця стаття на jeffgeerling.com говорить про те, що йому вдалося значно покращити пропускну здатність мережі таким чином.

USB 2.0 має максимальну швидкість передачі 480 Мбіт / сек (Мега біт ).
Зараз реальна швидкість передачі в реальному світі набагато повільніше.

Мій Pi 2 має максимум 220 Мбіт / сек (Мега біт ) пропускна здатність через USB.

Максимум, який Pi може просунути через мережевий порт 10/100, становить близько 90 Мбіт / сек (Мега біт )

Так:

  480 Mb/sec        (USB 2.0 maxium throughput)
- 260 Mb/sec        (For real-world speeds)
-  90 Mb/sec        (For the network port)
-----------
  130 Mb/sec        (Left over bandwidth)

Отже, після повного завантаження мережевого порту у вас залишилось 130 Мбіт / с (мега біт ) пропускної здатності.
Щоб грати в безпеку, давайте зробимо 100 Мбіт / сек (Мега біт ).

Тому (припустимо, що у вас є Pi 2):

Поки ваша пропускна здатність USB не перевищує 100 Мбіт / сек (Мега біт ), у вас все буде добре. 90 Мбіт / сек (мега біт ), які будуть використані для переадресації на мережеву карту.

Отже, доки інші речі, крім жорсткого диска, підключених до USB-портів, використовують менше 10 Мбіт / с (мегабіт), ви будете працювати з максимальною швидкістю, з якою може працювати Pi Pi.)

Контролер - це мікрочіп LAN9512, і причина, яку він використовує замість, наприклад, купу незалежних контролерів, імовірно:

1. Ціна. Ось приклад десь можна придбати 100 з них по 5 доларів кожен.

2. Формовий фактор. Ви можете пам’ятати, що Raspberry Pi продається на ринку чи технічно ведеться блог як «комп’ютер розміром кредитної картки» або «комп'ютер, який лежить у вашій долоні», а не «ще одна система mini-ITX» або «комп'ютер, який поміститься під великим капелюхом »тощо.

3. Потужність. Оглянувши на першій сторінці аркуша даних (доступний за посиланням Microchip), "реалізовані режими роботи з пониженою потужністю" згадується як одна з "Особливості". Вам доведеться копати глибше, щоб дізнатися, що це насправді означає в порівняльних показниках, але, принаймні, це має сенс, що можна мислити.

Пам’ятайте, вартість пі - 35 доларів у роздріб. Не 135 або 350 доларів. Отже, це відповідь на буквальне запитання у вашій назві "Чому USB-порти та порт Ethernet мають один і той же контролер?" .

Зауважте, що це незвичний підхід для того, щоб декілька портів USB мали спільний доступ до однієї шини --- це, мабуть, норма. Я помічаю, що ноутбук, на якому я зараз, має 3 порти USB, але lsusbповідомляє лише про два, 2,0 "повної швидкості" концентраторів. Тож принаймні два з цих портів мають спільний концентратор, і вони не отримають "Повної швидкості" одночасно. Я впевнений, що якщо ви перевіряєте свою поточну систему, вона складається разом із подібними лініями.

Поєднання Ethernet із цим є незвичним, але варто зазначити, що USB 2.0 повинен забезпечити 480 Мбіт / с, тоді як для підключення Ethernet 10/100 потрібно буде не більше 100 таких.

Вікіпедія зазначає , посилаючись на специфікацію як джерело, що "Через обмеження доступу до шини ефективна пропускна здатність швидкості сигналу високої швидкості обмежена 280 Мбіт / с або 35 МБ / с"; чи не означає це на порт або на автобус в цілому, незрозуміло.

внаслідок чого сповільнення передачі даних

Очевидно, що ви не отримаєте більше 480 Мбіт / с, і, ймовірно, не отримаєте більше 280. Особисто я ніколи не бачив і не чув повідомлення про пі, що робить краще, ніж 10 Мб / с перенесення з локальної Ethernet на USB диск (тобто 80 Мбіт / с) послідовно для звичайних цілей. Однак це число відбувається після обробки самих протоколів, що додасть змінну, але, я думаю, невеликий відсоток - при ethernet він може сильно відрізнятися залежно від топології та активності підключеної мережі.

чи існує вирішення цієї проблеми

Якщо ви маєте на увазі, чи можу я вичавити більше води через трубу, ніж у трубі, то вона ні, або чи можу я змусити насос працювати швидше? Якщо вам потрібен швидший насос або більша труба, придбайте швидший насос і більшу трубу.

Чому порти USB та порт Ethernet мають один і той же контролер?

Оскільки SoC на pi 1-3 не має контролера Ethernet, має лише один USB-контролер і не має інших інтерфейсів, які легко використовуються для Ethernet. Хоча Ебен зміг зробити деякий вплив на дизайн BCM2835, він, в кінцевому рахунку, був продуктом Broadcom, і його начальники в Broadcom викликали б знімки, але тільки він міг уникнути.

Пам'ятайте також, що Pi був розроблений як дешевий комп'ютер, на якому діти могли навчитися програмувати. Те, що його забрали та використовували для всіляких інших речей, було лише вдалим побічним ефектом.

LAN9512 (пізніше замінений на LAN9514, щоб додати більше портів, а LAN7515 для забезпечення більш швидкої Ethernet) забезпечив зручне рішення для додавання додаткового порту USB та порту Ethernet.

Коли вони оновили сердечники pi2 та pi3, вони вирішили залишити решту мікросхеми в спокої (крім виправлення помилки контролера пам'яті, щоб забезпечити 1 ГБ оперативної пам’яті). Я розумію, що це було вмотивовано намаганням зробити оновлення максимально дешевим та низьким рівнем ризику.

Нарешті вони дійшли до того, що у них було мало вибору, окрім як зробити капітальний ремонт дизайну SoC. На щастя, вони також створили свою клієнтську базу до того моменту, коли такий капітальний ремонт був фінансово здійсненним. З малиновим пі-4, концентратор USB з мікросхемою Ethernet відсутній, замінений мікросхемою Ethernet PHY, керованою MAC на новому SoC, і контролером USB3, керованим PCIe на новому SoC.