08 January 2017

Renesas製uPD720202 USB 3.0 拡張カード増設

HP s5350にeBayで中国から個人輸入したRenesas製uPD720202 USB 3.0 拡張カードを増設した記録

購入したUSB 3.0インターフェース拡張カード

eBayで検索すると、制御ICが Renesas uPD720202 ,Renesas uPD720202 , ASM1061 , ASM1042A などいくつかの選択肢と、内部の電源コネクタがSATA形状、4pin形状などのバリエーションがある。今回購入したのは…

20170108-ebay-usb3.jpg

eBayで12月27日に購入し、郵送で1月7日に配達された。正月を挟んでも、ほぼ1週間程度で北京から大阪まで配送されたことになる。

支払った価格は885円。 日本のPCショップで最安値が1600円ほどなので、直輸入はやはり安い。

■ 仕様

PCI-Express 2.0 specification, NEC high-performance chips
All solid capacitors, luxurious materials, excellent workmanship
Extended extra 2 x USB3.0 interface
Compliant with Universal Serial Bus 3.0 Specification Revision1.0
Compliant with Intel extensible Host Controller Interface(xHCI) Specification 1.0
Compatible USB2.0/1.1/1.0 transfer rate: 5000 490/12/1.5Mbps
USB power output: 5V 2000mA
Approval safety CE, FCC, RoHS and Microsoft WQHL
Support Windows 2003 / XP / VISTA / Windows 7 / Windows 8 32Bit/64Bit

20170108-ebay-usb3-board.png
中国製のRenesas uPD720202 USB 3.0 拡張カード

■ 荷姿
20170108-usb3-package.jpg

この製品はプラスチック製パッケージに収められているので、郵送時に基板が損傷することもない。 (普段、電子部品の個人輸入では、単にプチプチなどの軟らかい緩衝材で包んだだけの場合も多い)

ロー・プロファイルのバックパネルに改造して取付

ロー・プロファイルのブラケットが付属していないので、標準でついていたフルサイズのものを切断して、無理やりロー・プロファイルの大きさのものに加工した。

20170108-s5350-setup01.jpg
PCI Express ×1のNo.2スロットに取り付けた

電源ケーブルを分岐取付

HP s5350には余分な(使われていない)電源ケーブルがないため、DVD-RAMドライブに接続されている電源ケーブルを切断・分岐して、USB 3.0拡張カードの電源コネクタに接続した。

20170108-s5350-setup02.jpg
これから切断する DVD-RAMのSATA電源ケーブル

20170108-s5350-setup03.jpg
SATA電源ケーブルより、4pinの電源ケーブルを引き出して接続

SATA電源ケーブルの極性は次の標準色なので、必要な3本のみ切断加工した。
・黒ケーブル : GND
・橙ケーブル : +3.3V
・赤ケーブル : +5V
・黄ケーブル : +12V

Ubuntu 16.04 LTS 64bitでのデバイス認識

システム情報

# lshw
 〜 略 〜
*-pci:1
     詳細: PCI bridge
     製品: 5 Series/3400 Series Chipset PCI Express Root Port 2
     ベンダー: Intel Corporation
     物理ID: 1c.1
     バス情報: pci@0000:00:1c.1
     バージョン: 06
     幅: 32 bits
     クロック: 33MHz
     性能: pci normal_decode bus_master cap_list
     設定: driver=pcieport
     リソース: irq:16 IOポート:1000(サイズ=4096) メモリー:fbf00000-fbffffff IOポート:f0000000(サイズ=2097152)
   *-usb
        詳細: USB controller
        製品: uPD720202 USB 3.0 Host Controller
        ベンダー: Renesas Technology Corp.
        物理ID: 0
        バス情報: pci@0000:02:00.0
        バージョン: 02
        幅: 64 bits
        クロック: 33MHz
        性能: xhci bus_master cap_list
        設定: driver=xhci_hcd latency=0
        リソース: irq:17 メモリー:fbffe000-fbffffff
*-usb:1
     詳細: USB controller
     製品: 5 Series/3400 Series Chipset USB2 Enhanced Host Controller
     ベンダー: Intel Corporation
     物理ID: 1d
     バス情報: pci@0000:00:1d.0
     バージョン: 06
     幅: 32 bits
     クロック: 33MHz
     性能: ehci bus_master cap_list
     設定: driver=ehci-pci latency=0
     リソース: irq:23 メモリー:fbdf2000-fbdf23ff
〜 略 〜

PCI情報

# lspci -tv
-+-[0000:ff]-+-00.0  Intel Corporation Core Processor QuickPath Architecture Generic Non-core Registers
 |           +-00.1  Intel Corporation Core Processor QuickPath Architecture System Address Decoder
 |           +-02.0  Intel Corporation Core Processor QPI Link 0
 |           +-02.1  Intel Corporation 1st Generation Core i3/5/7 Processor QPI Physical 0
 |           +-02.2  Intel Corporation 1st Generation Core i3/5/7 Processor Reserved
 |           \-02.3  Intel Corporation 1st Generation Core i3/5/7 Processor Reserved
 \-[0000:00]-+-00.0  Intel Corporation Core Processor DRAM Controller
             +-02.0  Intel Corporation Core Processor Integrated Graphics Controller
             +-16.0  Intel Corporation 5 Series/3400 Series Chipset HECI Controller
             +-1a.0  Intel Corporation 5 Series/3400 Series Chipset USB2 Enhanced Host Controller
             +-1b.0  Intel Corporation 5 Series/3400 Series Chipset High Definition Audio
             +-1c.0-[01]----00.0  Realtek Semiconductor Co., Ltd. RTL8111/8168/8411 PCI Express Gigabit Ethernet Controller
             +-1c.1-[02]----00.0  Renesas Technology Corp. uPD720202 USB 3.0 Host Controller
             +-1d.0  Intel Corporation 5 Series/3400 Series Chipset USB2 Enhanced Host Controller
             +-1e.0-[03]--
             +-1f.0  Intel Corporation H57 Chipset LPC Interface Controller
             +-1f.2  Intel Corporation SATA Controller [RAID mode]
             \-1f.3  Intel Corporation 5 Series/3400 Series Chipset SMBus Controller

USBドライブを接続した時の、USB情報

# lsusb -t
/:  Bus 04.Port 1: Dev 1, Class=root_hub, Driver=xhci_hcd/2p, 5000M
    |__ Port 2: Dev 2, If 0, Class=Mass Storage, Driver=usb-storage, 5000M
/:  Bus 03.Port 1: Dev 1, Class=root_hub, Driver=xhci_hcd/2p, 480M
/:  Bus 02.Port 1: Dev 1, Class=root_hub, Driver=ehci-pci/2p, 480M
    |__ Port 1: Dev 2, If 0, Class=Hub, Driver=hub/8p, 480M
        |__ Port 7: Dev 3, If 0, Class=Mass Storage, Driver=usb-storage, 480M
/:  Bus 01.Port 1: Dev 1, Class=root_hub, Driver=ehci-pci/2p, 480M
    |__ Port 1: Dev 2, If 0, Class=Hub, Driver=hub/6p, 480M
        |__ Port 5: Dev 3, If 0, Class=Human Interface Device, Driver=usbhid, 1.5M
        |__ Port 5: Dev 3, If 1, Class=Human Interface Device, Driver=usbhid, 1.5M
        |__ Port 6: Dev 4, If 0, Class=Hub, Driver=hub/4p, 480M
            |__ Port 2: Dev 5, If 0, Class=Human Interface Device, Driver=usbhid, 12M
            |__ Port 2: Dev 5, If 1, Class=Human Interface Device, Driver=usbhid, 12M

Ubuntu 16.04 LTS 64bitでのアクセス速度ベンチマーク

■ 5400rpmディスクをUSB 3.0で接続した場合

ディスクの諸元は

# smartctl -a /dev/sdc
smartctl 6.5 2016-01-24 r4214 [x86_64-linux-4.4.0-57-generic] (local build)
Copyright (C) 2002-16, Bruce Allen, Christian Franke, www.smartmontools.org
 
=== START OF INFORMATION SECTION ===
Model Family:     Toshiba 2.5" HDD MQ01ABD...
Device Model:     TOSHIBA MQ01ABD100
Serial Number:    Y3POP6MNT
LU WWN Device Id: 5 000039 XXXXXXXXX
Firmware Version: AX0A1U
User Capacity:    1,000,204,886,016 bytes [1.00 TB]
Sector Sizes:     512 bytes logical, 4096 bytes physical
Rotation Rate:    5400 rpm
Form Factor:      2.5 inches
Device is:        In smartctl database [for details use: -P show]
ATA Version is:   ATA8-ACS (minor revision not indicated)
SATA Version is:  SATA 2.6, 3.0 Gb/s (current: 3.0 Gb/s)
Local Time is:    Sun Jan  8 14:25:52 2017 JST
SMART support is: Available - device has SMART capability.
SMART support is: Enabled

ベンチマーク結果。外周側(/dev/sdc1)はアクセス速度が速く、外周側(/dev/sdc2)は遅い。

# hdparm -t /dev/sdc1  … 内周側を2回テスト
/dev/sdc1:
 Timing buffered disk reads: 302 MB in  3.01 seconds = 100.34 MB/sec
 
# hdparm -t /dev/sdc1
/dev/sdc1:
 Timing buffered disk reads: 330 MB in  3.01 seconds = 109.75 MB/sec
 
# hdparm -t /dev/sdc2  … 外周側を2回テスト
/dev/sdc2:
 Timing buffered disk reads: 254 MB in  3.02 seconds =  84.09 MB/sec
 
# hdparm -t /dev/sdc2
/dev/sdc2:
 Timing buffered disk reads: 278 MB in  3.01 seconds =  92.49 MB/sec
 
# ls -l Windows10_64bit.iso
-rw-rw-rw- 1 vm vm 3754229760  7月 16 13:00 Windows10_64bit.iso
 
# time cp ./Windows10_64bit.iso /media/user/USB_DISK_sdc1/  … 書き込みテスト
real	0m35.187s … 3754229760/35.187 → 102MB/sec
user	0m0.024s
sys	0m8.888s

20170108-usb3-5400rpm-bench.jpg
内周側ドライブのベンチマーク

■ 5400rpmディスクをUSB 2.0で接続した場合

デバイスの認識

# lsusb -t
/:  Bus 04.Port 1: Dev 1, Class=root_hub, Driver=xhci_hcd/2p, 5000M
/:  Bus 03.Port 1: Dev 1, Class=root_hub, Driver=xhci_hcd/2p, 480M
/:  Bus 02.Port 1: Dev 1, Class=root_hub, Driver=ehci-pci/2p, 480M
    |__ Port 1: Dev 2, If 0, Class=Hub, Driver=hub/8p, 480M
        |__ Port 1: Dev 4, If 0, Class=Mass Storage, Driver=usb-storage, 480M
        |__ Port 7: Dev 3, If 0, Class=Mass Storage, Driver=usb-storage, 480M
/:  Bus 01.Port 1: Dev 1, Class=root_hub, Driver=ehci-pci/2p, 480M
    |__ Port 1: Dev 2, If 0, Class=Hub, Driver=hub/6p, 480M
        |__ Port 5: Dev 3, If 0, Class=Human Interface Device, Driver=usbhid, 1.5M
        |__ Port 5: Dev 3, If 1, Class=Human Interface Device, Driver=usbhid, 1.5M
        |__ Port 6: Dev 4, If 0, Class=Hub, Driver=hub/4p, 480M
            |__ Port 2: Dev 5, If 0, Class=Human Interface Device, Driver=usbhid, 12M
            |__ Port 2: Dev 5, If 1, Class=Human Interface Device, Driver=usbhid, 12M

ベンチマーク

# hdparm -t /dev/sdc1  … 内周側を2回テスト
/dev/sdc1:
 Timing buffered disk reads:  92 MB in  3.05 seconds =  30.21 MB/sec
 
# hdparm -t /dev/sdc1
/dev/sdc1:
 Timing buffered disk reads: 100 MB in  3.03 seconds =  33.05 MB/sec
 
# hdparm -t /dev/sdc2  … 外周側を2回テスト
/dev/sdc2:
 Timing buffered disk reads: 100 MB in  3.02 seconds =  33.09 MB/sec
 
# hdparm -t /dev/sdc2
/dev/sdc2:
 Timing buffered disk reads: 100 MB in  3.01 seconds =  33.25 MB/sec
 
# time cp ./Windows10_64bit.iso /media/user/USB_DISK_sdc1/  … 書き込みテスト
real	1m34.373s … 3754229760/94.373 → 38MB/sec
user	0m0.032s
sys	0m9.204s

20170108-usb2-5400rpm-bench.jpg
内周側ドライブのベンチマーク

■ 5400rpmディスクをSATAで接続した場合

# hdparm -t /dev/sdb1  … 内周側を2回テスト
/dev/sdb1:
 Timing buffered disk reads: 312 MB in  3.00 seconds = 103.87 MB/sec
 
# hdparm -t /dev/sdb1
/dev/sdb1:
 Timing buffered disk reads: 342 MB in  3.00 seconds = 113.97 MB/sec
 
# hdparm -t /dev/sdb2  … 外周側を2回テスト
/dev/sdb2:
 Timing buffered disk reads: 280 MB in  3.01 seconds =  92.96 MB/sec
 
# hdparm -t /dev/sdb2
/dev/sdb2:
 Timing buffered disk reads: 280 MB in  3.00 seconds =  93.21 MB/sec
 
# time cp ./Windows10_64bit.iso /media/user/USB_DISK_sdb1/  … 書き込みテスト
real	0m39.458s … 3754229760/39.458 → 91MB/sec
user	0m0.016s
sys	0m8.904s

20170108-sata-5400rpm-bench.jpg
内周側ドライブのベンチマーク

■ 比較対象として3.5インチ7200rpmディスクをSATAで接続した場合

# smartctl -a /dev/sda
smartctl 6.5 2016-01-24 r4214 [x86_64-linux-4.4.0-57-generic] (local build)
Copyright (C) 2002-16, Bruce Allen, Christian Franke, www.smartmontools.org
 
=== START OF INFORMATION SECTION ===
Model Family:     Seagate Barracuda 7200.14 (AF)
Device Model:     ST1000DM003-9YN162
Serial Number:    Z1D2QDFL
LU WWN Device Id: 5 000c50 0XXXXXXXXX
Firmware Version: CC4H
User Capacity:    1,000,204,886,016 bytes [1.00 TB]
Sector Sizes:     512 bytes logical, 4096 bytes physical
Rotation Rate:    7200 rpm
Device is:        In smartctl database [for details use: -P show]
ATA Version is:   ATA8-ACS T13/1699-D revision 4
SATA Version is:  SATA 3.0, 6.0 Gb/s (current: 3.0 Gb/s)
Local Time is:    Sun Jan  8 13:50:46 2017 JST
SMART support is: Available - device has SMART capability.
SMART support is: Enabled

ベンチマーク

# hdparm -t /dev/sda1  … 内周側を2回テスト
/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads: 100 MB in  0.64 seconds = 155.21 MB/sec
 
# hdparm -t /dev/sda1
/dev/sda1:
 Timing buffered disk reads: 100 MB in  0.64 seconds = 155.73 MB/sec
 
# hdparm -t /dev/sda15  … 外周側を2回テスト
/dev/sda15:
 Timing buffered disk reads: 404 MB in  3.00 seconds = 134.55 MB/sec
 
# hdparm -t /dev/sda15
/dev/sda15:
 Timing buffered disk reads: 404 MB in  3.00 seconds = 134.66 MB/sec

20170108-sata-7200rpm-bench.jpg

■ ベンチマークのまとめ

読込 内周 MB/sec読込 外周 MB/sec書込 内周 MB/sec
USB 3.0接続 5400rpm disk100〜11084〜92102
USB 2.0接続 5400rpm disk30〜333338
SATA接続 5400rpm disk104〜1149391
SATA接続 7200rpm disk155〜156135

Windows 10でのデバイス認識

20170108-cpl-dev-usb3.jpg

Microsoftの標準ドライバで自動認識した

Windows 10でのアクセス速度ベンチマーク

20170108-usb3-5400rpm-cdm.jpg
USB3.0接続5400rpmドライブのベンチマーク

20170108-usb2-5400rpm-cdm.jpg
USB2.0接続5400rpmドライブのベンチマーク

20170108-sata-7200rpm-cdm.jpg
SATA接続7200rpmドライブのベンチマーク (参考)

Ubuntuでのベンチマーク結果とほぼ同じレベル

Windows XPでのデバイス認識と、ドライバ設定

USB3.0拡張カードに付属していたドライバはVer3.0.23.0だったのだが、これが若干のバグが有り、シャットダウン時にブルースクリーンとなってしまう。

20170108-winxp-error.jpg
STOP 0x0000009F エラー

www.station-drivers.comで配布されている最新版ドライバVer3.0.23.1をインストールする

20170108-renesas-driver.jpg
www.station-drivers.comで配布されているドライバ

ドライバの認識状態

20170108-winxp-cpl-dev01.jpg

詳細設定で「USB3.0パワーマネージメント機能を無効化」にチェックを入れる

20170108-winxp-cpl-dev02.jpg