頑皮的女兒似乎有著無窮無盡的精力，這不，她又拿著一個小鐵片，學我插U盤的樣子，一邊不停地折磨著我筆記本可憐的USB口，一邊流著口水憨笑著。我被她的呆萌的樣子逗笑了，多麼簡單而純粹的快樂！老婆卻衝過來，急匆匆的抱走了她，將她安頓到了一個“安全的”角落。這才過來興師問罪：“你不但不幫忙帶娃，看見她玩電不阻止還笑，有你這種爸爸嗎！”作為一個資深宅男兼科普愛好者，這種侮辱不能忍：“USB口只有5V電壓，科學證明低於19V的對身體沒有影響。而且USB 3.0最大才900mA的電流，沒事。”一連串的數字似乎很有說服力，老婆張了張嘴，欲言又止。不一會，表情從怒其不爭換成了關心體貼：“你新買的電腦，弄短路燒掉了就不好了，我是關心你。”我機智地脫離了戰場，多年的鬥爭經驗保護了我，沒有槓精附體，自尋死路。但一個聲音始終迴盪在腦子裡：“可惜不會，USB有Over-Current保護！”
很難想象一個沒有USB接口的電腦會有消費者購買，儘管我們擁有大量USB設備，但似乎大多數人都不知道所有USB口都有過流保護，完全不必擔心短路會燒掉主板。在古老的USB 2.0 Spec中就描述了USB Host和HUB必須具有OC（過流，Over-Current）保護：
Over-current Protection The host and all self-powered hubs must implement over-current protection for safety reasons, and the hub must have a way to detect the over-current condition and report it to the USB software.
沒有OC保護的USB口是不合格的，但標準語焉不詳的“have a way”究竟是什麼way，還是讓人想一探究竟。今天我們就從佔市場主流的Intel方案來看看過流保護是怎麼做到的，再瞭解一下令人不安的著名USB Killer是如何擊穿這層保護的。
過流保護的硬件基礎
USB 2.0的接口有好多種，但無論形狀怎麼樣，核心的連線無非是一對差分信號D+/D-，和一對電源線VBUS和地線：
如果不加保護，直接短接VBUS和地線必然會產生大電流而燒掉接口甚至USB控制芯片。同時USB口暴露在外，也要防止靜電放電(ESD，Electrostatic Discharge)產生的瞬時大電流擊穿晶體管，這就要求所有USB主設備（Host）和HUB必須帶有過流保護。這種要求被寫入了USB 2.0 Spec，從而所有主流USB主設備（如主板）都帶有這種保護。但標準只定義了要求，卻沒有規定具體的實現方式，大家實現起來也千差萬別。我們一起來看看Intel開源硬件Minnowboard是怎麼做的，它的方案也廣泛應用在幾乎所有臺式機、筆記本和服務器上。
Intel的南橋PCH或者和其類似的South Complex中集成了USB控制器。其中無論USB 2.0和3.0控制器，每個port都有一個單獨的引腳，叫做OC#。Minnow的原理圖是開源的，我們看看這個OC# Pin是怎麼連接的：
Minnow的Baytrail只有兩個USB控制器，只有兩個OC# Pin：USB_OC_00和USB_OC_11，電路圖它們名字上面的橫線表示OC引腳是低有效的。OC引腳為低電平時，意味著告訴USB控制器，有什麼東西讓USB電流過載了 。OC信號分別從SOC_USB_HOST_OC0和SOC_USB_HOST_OC1連接過來。以SOC_USB_HOST_OC0為例，它又在哪裡呢？
它從一個叫做AP2172MPG的芯片上引出。這個芯片IN連著VBUS，OUT連著USB Vcc，是不是猜出什麼了？是的，這個芯片就是個過流保護芯片，而且是雙路的，芯片spec很容易找到 ：
可以看到它不但是保護過流，還有高溫保護和防靜電保護。這種芯片是雙路保護，一個能保護兩路USB port，而minnow也剛好只有兩路，好方便！對大多數臺式機，因為USB port很多，另一種TI的過流保護芯片應用的更加廣泛。
從電路圖中可以看出，如果發生短路等情況導致過流，該芯片會掐斷USB的VBUS電源，保證電路不會損壞，並通過OC引腳通知USB控制器發生了過流情況。這時候，USB port電力自動被切斷，只有等OC不再發生才會恢復通路。但用戶怎麼知道發生了過流，以及哪個USB port發生了過流呢？這就要靠BIOS和操作系統驅動來幫忙了。
過流保護的軟件輔助
BIOS主要負責兩件事：
1：現代PCH USB OC引腳一般有8個。但因為PCH管腳緊張，這8個引腳往往不得不和GPIO引腳複用（MUX）。BIOS要根據實際主板情況，將連出來的OC引腳設置成Native，而不是GPIO。
2：這8個引腳，具體對應哪個port，是主板電路連接決定的。BIOS需要根據實際情況，設置OCPinMapping來正確映射這種關係，讓正確的USB port得到通知。
而操作系統裡面的USB驅動會檢查USB port的控制寄存器，得到哪個port發生過流，並通過dmsg或者彈窗，警告用戶，讓用戶解決過流問題。
USB Killer
從前面的文字，大家一定決定歲月靜好，高枕無憂了。不知道大家聽說過一個叫做USB Killer的東西，插上它，很大幾率大家的主板都要立刻返修。美國有個好事者學生，用它搞壞了學校的電腦，被判10年監禁和5.8萬美金的罰款 。那麼，USB Killer是如何繞過過流保護，做到損害電腦主板的呢？
前面的過流保護有個前提條件，可以說是防君子不防小人的。不知道大家注意沒有，被保護的只有VBUS，沒有保護數據信號D+/D-。What if攻擊的是數據信號呢？USB Killer恰恰就是這麼幹的，這貨裡面是這樣：
長包的USB Killer
這些腫瘤般的小包是電容。USB Killer利用VBUS為它們充電到200V，然後反向將它們釋放在數據信號上，瞬間擊穿了PCH南橋芯片，造成永久的損壞。
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結論
USB口短路並不會燒掉大家的主板，大家儘可放心，只要移除短路，有些主板該USB口可以立刻恢復正常，而有些主板則需要重新啟動一下。USB Killer雖然可怕，單最新的USB Type C已經加入對信號線的保護，相信過不了多久 USB Killer的威脅也會越來越小了。
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