USB – Universal Serial Bus – Univerzální Sériová Sběrnice

Symbol USB

USB je moderní, univerzální sběrnice pro připojení zařízení k počítači a pro propojení počítačů. Obsahuje pouze čtyři vodiče. Datové vodiče (2 a 3) jsou kroucené, celý kabel je stíněný hliníkovou fólií. Zapojení vodičů je v tabulce 1. Na obrázku pod tabulkou je znázorněno schéma dvou nejběžnějších provedení USB konektoru (A – užívaný na straně PC; B – užívaný na straně připojeného zařízení, např. tiskárny).

Tab. 1: Zapojení vývodů USB 1.x/2.0
Vývod Název Barva Popis
1 VBUS Červená +5 V
2 D- Bílá Data –
3 D+ Zelená Data +
4 GND Černá Zem

Napětí na USB portu je 5 V, maximální proud je 500 mA. Náročnější zařízení je proto nutné napájet z externího zdroje. USB je sběrnice typu Master, tzn. že existuje jedno řídící zařízení (které jediné může vyvolat akci), nejčastěji PC, a ostatní jsou připojeny jako Slave (nesmí začít komunikovat bez příkazu od mastera).

usb-zapojeni

Charakteristika

  • Maximální délka kabelu mezi propojenými zařízeními je 5 m, jedná se o délku, která je garantovaná. Delší kabel může být, ale nemusí už správně fungovat přenos dat (také se někdy objevují problémy při prodlužování kabelů pomocí USB prodlužek). Kabel obsahuje 4 vodiče. Dva jsou pro napájení (5 V a zemnění). Druhý pár je kroucený a slouží pro přenos dat.
  • I ta nejnižší přenosová rychlost mnohonásobně překračuje možnosti sériového portu. (Při porovnání obou portů je však třeba brát v úvahu i to, že jedno zařízení si nikdy nemůže nárokovat celou šířku pásma.)
  • Sběrnice USB přináší tu výhodu, že při připojení přídavného rozdělovače sběrnice (HUBu) jsou k dispozici tři nové porty.
  • Celkem je možno na USB řadič připojit až 127 zařízení.
  • Nevýhodou pro amatérského vývojáře je velká složitost USB. Na straně přístroje je třeba použít buďto převodník na USB nebo softwarovou knihovnu. Knihovna komunikuje obvykle jako HID zařízení, která zabere část výpočetního výkonu a řádově 2 kB programové paměti; dále komunikace vyžaduje poměrně rychlé taktování mikrokontroleru. Na straně PC je nutný ovladač. Pro zprovoznění byť jednoduché komunikace je tedy třeba využívat USB knihovny na obou stranách.
  • Kdo se chce vážně zabývat vývojem, stojí ještě před další překážkou: Každé zařízení USB má interní číslo dodavatele (vendorlD), které je oficiálně udělováno organizací USB. Zařízení je také možno dodávat na trh jen s platným VID.

Plug&Play

Obrovskou výhodou USB portů je, oproti sériovým a paralelním portům, podpora technologie Plug&Play, tzn. že je možno připojit zařízení za běhu počítače. Poté je PC informován hubem o novém zařízení a zahájí komunikaci, jejímž cílem je identifikace zařízení a přidělení potřebných prostředků – napájecí proud. Identifikace probíhá na základě kódu, který má zařízení uloženo v deskriptoru.

Tab. 2: Přehled kódů zařízení
Třída Přiřazení Popis Příklad
00h Zařízení Nespecifikované Třída zařízení není specifikovaná, použij dekriptor rozhranní pro výběr potřebného ovladače
01h Rozhranní Audio Speaker, mikrofon, zvuková karta, MIDI
02h Oboje Komunikace a CDC Modem, Ethernetový adaptér, Wi-Fi adaptér
03h Rozhranní Human interface device (HID) Klávesnice, myš, joystick
05h Rozhranní Physical Interface Device (PID) Joystiky s technologií Force Feeedback
06h Rozhranní Obrázky Webkamera, skener
07h Rozhranní Tiskárny Laserové a inkoustové tiskárny, CNC stroje
08h Rozhranní Datová úložiště USB flash disky, čtečky paměťových karet, digitální audio přehrávače, digitalní kamery, externí disky
09h Zařízení USB hub širokopásmové huby
0Ah Rozhranní CDC-Data Užíváno společně s třídou 02h: komunikace and CDC
0Bh Rozhranní Smart Card USB čtečky smart card
0Dh Rozhranní Bezpečnostní zařízení Čtečky otisků prstů
0Eh Rozhranní Video Webkamery
0Fh Rozhranní Přístroje pro kontrolu zdraví Pulsmetr (hodinky)
DCh Oboje Diagnostické zařízení Testovací zařízení pro USB
E0h Rozhranní Bezdrátové ovladače Bluetooth adaptéry, Microsoft RNDIS
EFh Oboje Různé ActiveSync zařízení
FEh Rozhranní Specifické aplikace IrDA Bridge, Testování a měření (USBTMC), USB DFU (Direct Firmware update)
FFh Oboje Specifikováno dodavatelem Je vyžadován speciální driver od dodavatele zařízení

V dnešní době se používá převážně USB verze 2 a postupně se na nový deskách objevují i nové verze USB 3. USB 2 je zpětněkompatibilní s USB 1.x, ale umožňuje komunikaci rychlostí až 480 MBit/s.

Leave a Reply