USB匯流排自從90年代中期問世之後，據估計光是USB介面的連接埠累積數目可能超過10億個，到了2006年的時候，有機會一舉躍過35億個...
USB匯流排自從90年代中期問世之後，據估計光是USB介面的連接埠累積數目可能超過10億個，到了2006年的時候，有機會一舉躍過35億個。而不管數量的實際多寡，USB介面的重要性無可言喻，在各個不同產品之間的互容性與互通性的需求就更為殷切。
回顧千禧年之際，USB 2.0規格現身就證實此份規格將正式取代舊有規範USB 1.0/1.1，也同時實施Logo圖1的認證制度。可以想像得到，要實踐產品之間互容性與互通性的測試，必然有其方法與步驟的細節描述，以免造成詮釋的不同。2004年2月，USB-IF組織發布一份「Universal Serial Bus Full and Low Speed Electrical and Interoperability Compliance Test Procedure」圖3的文獻，版本為1.3，本文即是該份規格的讀後筆記與摘要。
USB的LS/FS不是已經一談再談，怎麼又會冒出來一篇新的步驟規範呢？這證實一件事情：即使規格底定，測試的細節還在進化歷程。畢竟，資訊產業的最大變數就是「時間」，譬如該文獻的出現，很容易聯想到USB 2.0高速的裝置，還是有機會插到USB 1.1的HUB上。當然，要降格到舊規格下執行，所以工程測試人員的因應之道就在於要定時地去查閱「http: //www.usb.org/developers/complian. html」。
一般測試的項目可以歸納成數類以便於描述，也幫助工程人員的邏輯性解析。
類別一：介面卡、主機板與系統
類別二：FS/LS的HUB裝置
類別三：FS/LS的週邊裝置
類別四：高速週邊與高速HUB裝置
每一種測試情境需要有各樣治具與儀器準備在先，才會有測試設定的步驟，爾後才有結果的產出。從電氣測試的層面來看，所需要的測試治具或測試夾具，大致上有下列幾個項目：
其中的SQiDD測試線路板(請見圖4、圖5)，可說是USB測試的重要核心角色。SqiDD是「Signal Quality, Inrush & Droop/Drop」的簡稱，是用來量測信號品質、入侵電流電壓浮動與電壓降等電氣特性參數。顯而易見地，該SQiDD測試線路板主要是區分成三部分，第一部分是連接器AA信號，具有電源斷接追蹤點、入侵電流開關與Vbus電流監督回路；第二部分則是單純的連接器AA信號與電源斷接追蹤點；第三部份是連接器BB信號，具有電源斷接追蹤點、入侵電流開關與Vbus電流監督回路。
先來探索「電壓降」的測試(請見圖6、圖7)。由於HUB裝置的設計可能是自行提供電源或從介面上取得電源，規範上有差異，因此要分開來討論。
情形一：自行提供電源的HUB裝置
由於採用自行提供電源的緣故，可以不考量上游埠的電壓，首先在下游端連接埠不插負載線路板時，量測的電壓值為VNL，也就是該連接埠沒有負載的電壓值。
爾後，在同一個連接埠插上500mA的負載線路板，再度測量其Vbus上的電壓值，以Vload來稱呼，而Vload的電壓數值必須座落在4.75V與 5.25V之間。此情況下電壓降的定義，就是意指沒有負載的電壓值與有負載的電壓值之差，採用數學式來表達就是：VDROP = VNL － VLOAD
其餘的下游端連接埠，依樣畫葫蘆重頭徹底地依照次序掃描過，即完成電壓降的測試。
情形二：從介面上取得電源的HUB裝置
依然先在下游端連接埠不插負載線路板時，量測的電壓值為VNL，也就是該連接埠沒有負載的電壓值。爾後，在同一個連接埠插上100mA的負載線路板，再度測量其Vbus上的電壓值，以Vload來稱呼，而Vload的電壓數值必須大於4.40V，則此情況下電壓降的定義為HUB裝置上游端到下游端的電壓差，採用數學式來表達就是：
VDROP = VUPSTREAM － VDOWNSTREAM
當然，其餘的下游端連接埠也要掃描一次。(筆者按：規格步驟似乎遺漏Vupstream電壓值測定。)
總之，以上測試的基準，源自於USB 1.1的章節7.2.2的明文指出，自行提供電源的連接埠必須提供4.75V到5.25V的Vbus電壓，而介面上取得電源的HUB裝置，必須具備 4.40V以上的Vbus電源。有趣的是，介面上取得電源的HUB裝置，其VDROP = VUPSTREAM － VDOWNTREAM 必須小於100mV。這個數值是怎樣求來得的？原來是為了確保能夠有4.40V以上的電壓值，並考量HUB裝置上游端連接線有250mV之壓降， 4.75V扣掉250mV再減掉100mV的壓降，就可以滿足規格上的制約數值。
其次，來談論電壓浮動的測試。USB 1.1規格的章節7.2.4.1規約中，Vbus上的電壓浮動值必須低於330Mv，意思是說，一個100mA負載板的熱差拔，造成鄰接連接埠Vbus的浮動變化。在設定圖中，可以看到一塊電壓浮動的測試夾具圖8的存在。而為了幫助工程師們的測試結果記錄減少失誤，規範中列舉了一個測試結果圖9參考用的表格作為參考(表1)。
主機端的信號品質測試，關鍵之處在於下游端，基本的一些設備、治具、週邊與附件，當然也是免不了，而為了謹慎起見，請隨時留意http://www.usb.org/developers/docs網站上的更新訊息。
無論是LS圖10還是FS圖11的信號品質測試，並無需在主機端使用HSET程式來產生介面上的封包傳輸，只需連接USB-IF所認可的週邊裝置，使之動作，並捕捉SOF封包來做眼狀圖分析即可。LS觸發「D-」信號線，FS觸發「D+」信號線，來抓取封包。而測試後的結果報告，信號傳輸率會告知 1.5Mbps或12Mbps，大致上可以從眼狀圖看出成功或失敗、電壓交越點是否正確與結束封包EOP是否正常等。
有一項稱之為入侵電流(Inrush Current)圖12的測試，其規範值是50.0uC(micro-coulomb)，並且要留意自行提供電源的裝置不會量測到此入侵電流數值。至於 HUB裝置下游端的信號品質測試，狀況差不多，請分別LS/FS的設定(請見圖13、圖14)。
有一個HUB或裝置上游端信號品質的測試圖15就略顯不同，它會使用到HSET的程式，其中，頗值得留意之處在於第一階的HUB必須是高速HS的HUB，連接到系統的EHCI控制器，也就是USB 2.0連接埠。為的是確保「USBHSET」程式圖16可以正常執行。而第二階的HUB也硬性規定為FS的HUB，目的是為了待測裝置DUT或是待測 HUB可以跑在FS模式下，即使有HS傳輸的能力。啟動USBHSET程式選擇「Device」然後點選「Test」。當點選「Enumerate Bus」之後，就會對整個介面連接型態掃描一次，並將枚舉到的裝置排列出來。以圖17的情形為例，所強調指定出來的裝置就是DUT。由此可知，如果讀者進行測試產品的VID/PID與連接樹狀結構的裝置有相同的VID/PID，就比較容易讓人混淆，而如果順利，應該是在表列中的最底層。
按下執行之後，就可以抓取封包來量測結果，而測試後的結果報告，信號傳輸率會告知1.5Mbps或12Mbps，大致上可以從眼狀圖看出成功或失敗、電壓交越點是否正確與結束封包EOP是否正常等。
「Device Framework Testing」測試項目圖20需要一個主機端系統與一個平均汲取電流測量的夾具圖19，該治具需要透過USB-IF的管道來取得。每一個主機端系統必須安裝視窗2000或視窗XP，然後運用一個USB-IF網站公開的USBCV(USB Command Verifier)圖21的程式。此測試項目的重要前提是待測裝置必須在視窗環境下工作正常，也就是說在視窗的裝置管理員(Windows Device Manager)中，必須認得到，從技術面來說，就是裝置驅動程式安裝正確無誤。
點選Chapter 9 Tests圖22之後出現圖23之畫面，此時該程式會先顯示出連接型態中的所有裝置，要求您選擇待測裝置(請見圖24、圖25)。請留意，不要選到HUB 裝置。至於HID裝置與HUB的測試，理念上與上述一致，所以我們將重心擺在平均電流汲取的測量上，而此時，量測夾具與電流表當然就要備妥了。
平均電流汲取的測量(請見圖26、圖28)依然是運用USBCV程式來處理，而電流汲取的測量圖27，主要著眼的項目有二，分別是尚未組態完成與完成組態的電流消耗。尚未組態完成的狀況，不得超越100mA，否則，視為失敗。若是低功率裝置，是低於100mA。反之，如果為高功率裝置，就不能超過 500mA了。由於週邊裝置之互通性測試涉及到作業系統、主機端與週邊，USB-IF特別規範了一個USB 週邊的完善安排連接型態，稱之為「Gold Tree」圖29，換言之，是最佳的接續組合，且至少能夠提供底下的特性：
若是裝置屬性特殊需要協助的話，可以電郵TechAdmin@usb.org 尋求資訊。
另外，USB-IF不僅規劃了「Gold Tree」的連接型態圖，也列出了各個裝置的廠牌型號以供參考(表2)。
高速HS的裝置，依然得支援全速FS的動作模式，因此，會有HUB FS3的出現，不要忘了每一階層皆是五米的連接線接續。「Gold Tree」的連接型態圖中所出現的Belkin TetraHub F5U231圖30，是一個頗為特殊的裝置。第一個特點，該裝置擁有多重TT(transaction translator)的機能，同時，每一個連接元件的動作模式，或LS或FS或HS，皆會以不同顏色的LED來呈現，讓使用者直接就可了解。
另外，請務必確保測試用的主機板在BIOS上與驅動程式上完成更新的動作，同時也需要一塊USB OHCI Host PCI介面，並且，需完成在BIOS 中的設定，範例如下：
‧Plug and Play OS：ON
‧USB Boot：OFF-. High-Speed USB：ON
‧S3 Suspend：ON
‧ACPI：ON
‧Boot Sequence：1st Floppy, 2nd CD-ROM, 3rd Hard Disk
‧USB Legacy Support：ON
‧APIC：ON
‧Quick Boot：ON
‧Clear ESCD：YES
‧Hyper-Threading：ON
然後，安裝視窗2000 Professional或是視窗XP Professional的作業系統，檔案系統必須是NTFS。目的就是為了確保乾淨的系統。安裝「Gold Tree」，並確定所有的裝置皆可以被系統認得到，動作也正常。
一切就緒之後，從邏輯上的層面來觀之，就已經涵蓋OpenHCI/UHCI/EHCI以及FS/HS的整體風貌，全面性顧慮到各種排列組合。請參閱圖31 就可以明瞭為何需要安裝一片PCI的USB 2.0介面卡。主機板負責UHCI/EHCI的層面，PCI USB 2.0介面卡則是擔當OpenHCI/EHCI的任務。也許有人會質疑，為何主機板與PCI USB 2.0介面卡兩者同時支援EHCI？這是有緣由的，因為這關係到中止模式S3狀態下Vbus的移走與否。對主機板來說，S3狀態下Vbus並未移除，而配接卡卻是會被移除。
系統的睡眠模式S1與S3均需測試，至於如何來驗證或檢查是否進入正確的睡眠模式，倒是有一個撇步可供參考，那就是去觀察系統的風扇。S1模式下，風扇會維持運轉，而S3模式則關閉風扇。
為了簡化測試與方便量測，第一階會安置HS與FS的HUB，再接到「Gold Tree」，方便切換。裝置互通性測試的連接組態就如圖32所示。當然，整個連接型態下的所有裝置均需要能夠正常動作。滑鼠、鍵盤、相機與檔案的複製等皆處於正常狀態，熱插拔、開機等皆必須能夠正常動作。
比較有意思的地方是S1與S3模式的測試，因為對於S1來說，只要待測裝置有支援遠端喚醒的機能，就必須將它致能，否則，啟動圖中羅技滑鼠的遠端喚醒功能。爾後，可以按下羅技鍵盤的「睡眠」鍵，讓系統進入待命模式，並觀看風扇是否還在運轉。當喚醒系統之後，待測裝置也要一切正常。當然，如果待測裝置有支援遠端喚醒的機能，可以由它來擔當喚醒系統的工作。
S3狀態的啟動，必先關閉所有USB裝置的遠端喚醒功能，同時依然是按下羅技鍵盤的「睡眠」鍵，讓系統進入待命模式，並觀看風扇沒有運轉，如此就是在S3 模式下。當系統喚醒之後，當然要正常。而如果要切換到UHCI的測試圖33時，連接的型態就略為修改。測試上的細節，與上面的描述一致，理所當然地，也會切換到OHCI上的測試圖34。至於切換到配接卡的EHCI圖35，自然也少不了。
以上的4種排列組合，基本上可以將使用者在現實環境中的各式各樣實際使用情境，模擬過一次。如果能夠過關斬將，待測裝置可就通過考驗。若是從事製造HUB 的讀者，就得參考HUB互通性測試規範圖36，但是，HUB有一點複雜，它可以是從介面取的電源的裝置，或是自行提供電源的方式，同時還要考量複合性裝置的測試(請見圖37、圖38)。
仍有一段尚未探索的互通性測試就是主機端互通性圖39的問題。一語道穿，就是主機端控制器在視窗2000與視窗XP的環境下，對於全速與高速「Gold Tree」的處理能力必須可以共同執行中斷傳輸、等時傳輸與大容量傳輸等。
最後，有一項稱之為「Back-voltage」的測試(請見圖40、圖41)，在USB規格的章節7.2.1中明文說到沒有任何的裝置在其上游端的 Vbus可提供任何電流。換句話說，就是唯有能夠汲取電流的意思。一旦，沒有滿足規範的條例，有機會造成主機端或HUB的失誤。要留意之處，就是所有的 USB 裝置，不管是如何來取得電源，均需要實施該項測試。不過，也需要仰賴夾具的協助，才能達成。