Usb шина: Что такое шина USB?

Содержание

Что такое USB или универсальная последовательная шина

Термин USB это сокращение от англ. Universal Serial Bus (универсальная последовательная шина) и является стандартным типом соединения для различных устройств, при чем не обязательно только в компьютере. Современная техника, находящаяся дома или же допустим в автомобиле, так же обладает данными разъёмами.

Что такое USB и для чего этот разъём нужен

Как правило, USB относят и к разъёмам на устройствах и кабелям, соединяющие разные по назначению устройства.

Этот универсальный стандарт последовательной шины стал для человечества чрезвычайно успешным и используется по всюду. Разъёмы USB, а также USB кабели, используются для соединения как принтеров, сканеров, музыкальных инструментов, компьютерных клавиатуры и мыши, флеш карты, внешних оптических приводы и жёстких дисков, не говоря о возможности подключения при помощи этой последовательной шины практически как любом компьютере, так и на игровых приставках, домашнем аудио и видео оборудование, и даже в автомобилях.

Многие портативные персональные устройства как смартфон, электронные книги и планшетные компьютеры, используют возможности USB для подзарядки своих батарей. Зарядка при помощи USB стала на столько распространённой, что при поломке USB адаптера используемого при зарядке устройства, нет необходимости бежать в магазин для покупки нового, ведь его замену можно найти прямо дома или же подключившись к своему компьютеру, что позволит напрочь отрицать необходимость в таком адаптере.

Версии USB и скорости обмена данными

USB 3.1: часто называемым Super speed +, совместимые устройства способны к передачи данных на скорости 10 Гбит (10240 Мбит), что соответствует Thunderbolt – формат, который когда то считалось, что может стать возможной заменой USB.

USB 3.0: (Super Speed USB), устройства, совместимые с USB 3.0 могут достигать скорости обмена данных до 5Гбит (5120 Мбит).

USB 2.0: называется High Speed USB (высоко скоростной), USB 2. 0 совместимое аппаратное обеспечение может достигать скорость обмена данными до 480 Мбит.

USB 1.1: называется Full Speed USB, максимальную скорость которую могут развивать совместимые устройства равно 12 Мбит.

Большинство же USB устройств и USB кабели поддерживают USB 2.0, но USB 3.0 всё больше набирает обороты при производстве. Современные материнские платы распространяются с обеими версиями универсальной последовательной шины.

Разъёмы USB и совместимость

Существует довольно большое разнообразие разъёмов USB, но хоть типы их разняться, называются они будут одинаково. Следует понимать, что разъем на кабеле или флеш-накопителе правильно называть вилкой, а вот гнездо на устройстве или же на кабеле удлинителе будет сосудом или более его распространённое название — розетка.

USB-C: имеет официальное название USB Type-C, эти вилки и розетки имеют прямоугольную форму, с четырьмя закруглёнными углами.

USB Type A: называется USB Standart-A, данные вилки и розетки имеют прямоугольную форму, будучи самым распространённым типом USB, является обратно совместимыми друг с другом.

USB Type B — вилки и розетки имеют квадратную форму, с небольшой выемкой в верху. USB 1.1 Type B и USB 2.0 Type B вилки физически совместим с USB 3.0 Type B розетки, а вот обратной совместимости между USB 3.0 Type B вилки и USB 2.0 Type B или USB 1.1 Type B нет.

USB Micro-A: USB разъемы 3,0 Micro-A выглядят как две разные прямоугольные вилки, конденсированных вместе, одна чуть больше, чем другая. USB разъемы 3,0 Micro-A совместимы только с USB 3.0 Micro-AB розетками.

USB 2.0 Micro-A вилки очень малы и имеют прямоугольную форму, напоминающую во многом усохшие USB Type A разъем. Штекер USB Micro-A физически совместим с 3.0 розетками, так и USB 2.0, и USB.

USB Micro-B: USB 3.0 разъемы Micro-B выглядят почти идентично USB 3.0 Micro-розетки, они так же выглядят как две отдельные, но связанные вилки. USB 3.0 разъемы Micro-B совместимы с USB 3.0 Micro-B розетками, а также с USB 3.0 Micro-AB. USB 2.0 Micro-B вилки очень малы и прямоугольной формы, причём два угла на одной из длинных сторон скошены. USB Micro-B разъемы физически совместим с USB 2.0 Micro-B и Micro-AB розетками, а также с USB 3.0 Micro-B и Micro-AB.

USB Mini-A: USB 2.0 Mini-разъём имеет прямоугольную форму, но одна имеет закругление. Вилки USB Mini-A совместимы только с USB Mini-AB розетками. USB 3.0 Mini-A разъем, не существует.

USB Mini-B: 2.0 Mini-B разъем USB имеет прямоугольную форму с небольшими щербинками по обе стороны, что можно сравнить с нарезкой хлеба, если смотреть на него в лоб. USB Mini-B разъем физически совместим с USB 2.0 Mini-B и мини-AB розетками. USB 3.0 Mini-B разъем не существует.

Что такое USB ? Это возможность для подключения различных периферийных устройств. Это не только сэкономит место на плате, но и экономит инженерные усилия, следовательно, снижает производственные затраты. Что не только удобно для пользователя, но дёшево.

Добавить комментарий

PrevNext

Универсальная последовательная шина (USB) | Microsoft Docs

Twitter LinkedIn Facebook Адрес электронной почты

  • Статья
  • Чтение занимает 3 мин

В этом документе приведены рекомендации по проектированию и разработке компонентов USB. Цель этого документа — предоставить партнерам экосистемы возможность создавать устройства с оптимизированными функциями USB.

Функции USB в Windows 10

Windows 10 поддерживает:

  • Контроллеры двойной роли, которые могут функционировать как USB-узел или USB-устройство. Например, телефон может подключаться к компьютеру как USB-устройство или подключаться к другим периферийным устройствам USB в качестве USB-узла.

  • USB Type C, перевернутый, обратимый USB-соединитель примерно такой же размер, как и соединитель USB micro-B. Кроме того, USB Type-C обеспечивает поддержку следующих функций:

    • USB 3.1 2-го поколения (10 Гбит/с)
    • Доставка питания, что позволяет устройствам и системам предоставлять и использовать до 20V, 5A.
    • Альтернативные режимы, позволяющие использовать соединитель USB Type-C, например DisplayPort, Thunderbolt или MHL.
    • Сообщение об ошибке «Рекламный щит»
  • USB 2.0, 3.0 и USB 3.1, что позволяет изготовителям оборудования легко выбирать из широкого спектра контроллеров и периферийных устройств.

  • Универсальные драйверы можно создавать для USB-периферийных устройств, работающих на всех устройствах Windows 10, от Интернета вещей (IOT) до серверов.

Партнерам рекомендуется протестировать эти функции с помощью комплекта оборудования и посетить блог команды USB Core Для получения обновленных сведений о функциях и тестах HLK, включая эти записи, связанные с Windows 10:

  • USB-тесты в комплекте лабораторий оборудования Windows 10 (HLK)

  • Новые возможности в Windows 10: двойная роль USB, Type-C, SuperSpeedPlus и многое другое…

  • Новые возможности в Windows 10: двойная роль USB на мобильных устройствах

Сценарии USB для устройств Windows 10

Windows 10 позволяет поставщикам оборудования внедрять инновации и создавать большие системы двойной роли и USB Type-C. Ниже приведены несколько примеров сценариев, включенных функциями USB в Windows 10.

  • Замена собственных соединителей док-станции отраслевым стандартом USB Type-C

  • Более быстрая зарядка через usb Type-C current and/or Power Delivery

  • Разрешить внешним usb-периферийным устройствам заряжать систему

  • Выходное видео/аудио через USB Type-C с помощью альтернативных режимов

  • Подключение USB-периферийных устройств для мобильных устройств Windows

  • Написание универсальных приложений, которые могут взаимодействовать с пользовательскими периферийными устройствами USB

Рис. 1. Пример новых сценариев USB для системы Windows 10 Desktop

Рис. 2. Пример новых сценариев USB для устройства Windows 10 Mobile

Рекомендации по USB для Windows 10

  • Как правило, USB должен «просто работать» с минимальным взаимодействием с пользователем.
  • Ожидается, что оборудование и встроенное ПО будут принимать первоначальные решения политики, представленные с функциями двойной роли, доставки питания и альтернативного режима.
  • Windows будет вносить изменения в политику, чтобы улучшить взаимодействие с пользователем и помочь пользователю устранить неполадки, если все пойдет не так.
  • Партнеры должны убедиться, что их USB-оборудование (например, системы, концентраторы, кабели или аксессуары) может взаимодействовать с другим USB-оборудованием, поступающим или уже на рынке. Мы рекомендуем участвовать в событиях взаимодействия и соответствия требованиям, размещенных в USB-IF.
  • Рекомендуется поддерживать альтернативный режим DisplayPort для вывода видео/звука через USB Type-C.
  • Для систем с несколькими USB-портами с разными возможностями USB мы рекомендуем четко определить, какие порты имеют какие возможности. Например, значок, отпечатанный рядом с USB-портом, можно использовать для отображения того, что порт поддерживает альтернативные режимы и доставку питания.
  • Партнеры должны следовать последней спецификации ACPI, чтобы правильно описать свои USB-порты, такие как методы _UPC и _PLD.

Минимальные требования к оборудованию для USB

USB является необязательным для всех устройств и компьютеров, работающих Windows 10. Windows 10 поддерживает следующие USB-контроллеры:

  • Контроллеры функций
  • Контроллеры узлов
  • Контроллеры OTG с двумя ролями

Полный набор требований к оборудованию для Windows 10 см. в разделе «Минимальные требования к оборудованию».

Windows спецификации программы совместимости оборудования для USB

Программа совместимости оборудования Windows использует тесты в пакете Windows Hardware Lab Kit (HLK), который изготовители оборудования могут использовать для диагностики проблем на ранних этапах процесса разработки, обеспечения совместимости драйверов с Windows и при необходимости сертификации устройств или систем. Тесты в HLK могут проверять режим двойной роли и функции в любом выпуске Windows 10.

Требования к программе совместимости оборудования System.Fundamentals.SystemUSB.SystemUsBPort Windows списки рекомендуемых, поддерживаемых или не поддерживаемых типов контроллеров USB.

Поддерживаемые рекомендации по USB из Windows 8.1

Эти рекомендации из Windows 8.1 поддерживаются для Windows 10.

Оборудование

Для повышения эффективности и производительности рекомендуется использовать контроллеры узлов USB по крайней мере usb 3.0, совместимые с контроллером XHCI, интегрированным в SoC или набор микросхем. Операционная система поддерживает стандартные контроллеры EHCI и XHCI 1.0, включая регистры отладки. Если контроллер узла не полностью совместим с опубликованными стандартными спецификациями, отклонения должны быть задокументированы, а поддержка контроллера узла определяется на основе регистра. Кроме того, возможность отладки важна для контроллеров узлов XHCI.

Интерфейс контроллера узла USB Примечания
XHCI 1. 0+Errata или более поздней версии (включая возможности отладки) Требуется для Windows HLK начиная с июня 2012 г.
EHCI Поддерживается
Контроллеры-компаньоны UHCI/OHCI Не поддерживается

Блоги

Блог команды разработчиков USB Core

блог по сертификации оборудования Windows

Видео

Закрепления

Включение новых сценариев подключения USB

Создание новых приложений для usb-аксессуаров

Создание отличных устройств USB 3.0

Интеграция с интерфейсом устройства Windows

Запуск Windows с внешнего USB-накопителя с Windows To Go

Другие руководства и справочные материалы

Windows 10: новые возможности USB

Драйверы универсальной последовательной шины (USB)

Настройка подключения USB 3.0 в Visual Studio

Настройка подключения USB 3.0 вручную

Справочник по USB

Шина USB.

Общая характеристика.

USB (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина) является промышленным стандартом расширения архитектуры PC, ориентированным на интеграцию с телефонией и устройствами бытовой электроники. Версия 1.0 была опубликована в январе 1996 года. Архитектура USB определяется следующими критериями:

Ø Легко реализуемое расширение периферии PC.

Ø Дешевое решение, поддерживающее скорость передачи до 12 Mбит/с.

Ø Полная поддержка в реальном времени передачи аудио и (сжатых) видеоданных.

Ø Гибкость протокола смешанной передачи изохронных данных и асинхронных сообщений.

Ø Интеграция с выпускаемыми устройствами.

Ø Доступность в PC всех конфигураций и размеров.

Ø Обеспечение стандартного интерфейса, способного быстро завоевать рынок.

Ø Создание новых классов устройств, расширяющих PC.

Ø С точки зрения конечного пользователя, привлекательны следующие черты USB:

Ø Простота кабельной системы и подключений.

Ø Скрытие подробностей электрического подключения от конечного пользователя.

Ø Самоидентифицирующиеся ПУ, автоматическая связь устройств с драйверами и конфигурирование.

Ø Возможность динамического подключения и конфигурирования ПУ.

С середины 1996 года выпускаются PC со встроенным контроллером USB, реализуемым чипсетом. Уже появились модемы, клавиатуры, сканеры, динамики и другие устройства ввода/вывода с поддержкой USB, а также мониторов с USB-адаптерами — они играют роль концентраторов для подключения других устройств.

Структура USB

USB обеспечивает одновременный обмен данными между хост-компьютером и множеством периферийных устройств (ПУ). Распределение пропускной способности шины между ПУ планируется хостом и реализуется им с помощью посылки маркеров. Шина позволяет подключать, конфигурировать, использовать и отключать устройства во время работы хоста и самих устройств.

Ниже приводится авторский вариант перевода терминов из спецификации «Universal Serial Bus Specification», опубликованной Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC и Northern Telecom. Более подробную и оперативную информацию можно найти по адресу:

Устройства (Device) USB могут являться хабами, функциями или их комбинацией. Хаб (Hub) обеспечивает дополнительные точки подключения устройств к шине. Функции (Function) USB предоставляют системе дополнительные возможности, например подключение к ISDN, цифровой джойстик, акустические колонки с цифровым интерфейсом и т. п. Устройство USB должно иметь интерфейс USB, обеспечивающий полную поддержку протокола USB, выполнение стандартных операций (конфигурирование и сброс) и предоставление информации, описывающей устройство. Многие устройства, подключаемые к USB, имеют в своем составе и хаб, и функции. Работой всей системы USB управляет хост-контроллер (Host Controller), являющийся программно-аппаратной подсистемой хост-компьютера.

Физическое соединение устройств осуществляется по топологии многоярусной звезды. Центром каждой звезды является хаб, каждый кабельный сегмент соединяет две точки — хаб с другим хабом или с функцией.

В системе имеется один (и только один) хост-контроллер, расположенный в вершине пирамиды устройств и хабов. Хост-контроллер интегрируется с корневым хабом (Root Hub), обеспечивающим одну или несколько точек подключения — портов. Контроллер USB, входящий в состав чипсетов, обычно имеет встроенный двухпортовый хаб. Логически устройство, подключенное к любому хабу USB и сконфигурированное (см. ниже), может рассматриваться как непосредственно подключенное к хост-контроллеру.

Функции представляют собой устройства, способные передавать или принимать данные или управляющую информацию по шине. Типично функции представляют собой отдельные ПУ с кабелем, подключаемым к порту хаба. Физически в одном корпусе может быть несколько функций со встроенным хабом, обеспечивающим их подключение к одному порту. Эти комбинированные устройства для хоста являются хабами с постоянно подключенными устройствами-функциями.

Каждая функция предоставляет конфигурационную информацию, описывающую возможности ПУ и требования к ресурсам. Перед использованием функция должна быть сконфигурирована хостом — ей должна быть выделена полоса в канале и выбраны опции конфигурации.

Примерами функций являются:

Ø Указатели — мышь, планшет, световое перо.

Ø Устройства ввода — клавиатура или сканер.

Ø Устройство вывода — принтер, звуковые колонки (цифровые).

Ø Телефонный адаптер ISDN.

Хаб — ключевой элемент системы РпР в архитектуре USB. Хаб является кабельным концентратором. Точки подключения называются портами хаба. Каждый хаб преобразует одну точку подключения в их множество. Архитектура допускает соединение нескольких хабов.

У каждого хаба имеется один восходящий порт (Upstream Port), предназначенный для подключения к хосту или хабу верхнего уровня. Остальные порты являются нисходящими (Downstream Ports), предназначенными для подключения функций или хабов нижнего уровня. Хаб может распознать подключение устройств к портам или отключение от них и управлять подачей питания на их сегменты. Каждый из портов может быть разрешен или запрещен и сконфигурирован на полную или ограниченную скорость обмена. Хаб обеспечивает изоляцию сегментов с низкой скоростью от высокоскоростных.

Хабы могут управлять подачей питания на нисходящие порты; предусматривается установка ограничения на ток, потребляемый каждым портом.

Система USB разделяется на три уровня с определенными правилами взаимодействия. Устройство USB содержит интерфейсную часть, часть устройства и функциональную часть. Хост тоже делится на три части — интерфейсную, системную и ПО устройства. Каждая часть отвечает только за определенный круг задач, логическое и реальное взаимодействие между ними иллюстрирует рис. 7.1.

В рассматриваемую структуру входят следующие элементы:

Ø Физическое устройство USB — устройство на шине, выполняющее функции, интересующие конечного пользователя.

Ø Client SW — ПО, соответствующее конкретному устройству, исполняемое на хост-компьютере. Может являться составной частью ОС или специальным продуктом.

Ø USB System SW — системная поддержка USB, независимая от конкретных устройств и клиентского ПО.

Ø USB Host Controller — аппаратные и программные средства для подключения устройств USB к хост-компьютеру.



Дата добавления: 2016-11-26; просмотров: 6056; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Шина USB — презентация онлайн

Похожие презентации:

3D печать и 3D принтер

Видеокарта. Виды видеокарт

Анализ компании Apple

Трансформаторы тока и напряжения

Транзисторы

Устройство стиральной машины LG. Электрика

Конструкции распределительных устройств. (Лекция 15)

Электробезопасность. Правила технической эксплуатации электроустановок

Магнитные пускатели и контакторы

Работа на радиостанциях КВ и УКВ диапазонов. Антенны военных радиостанций. (Тема 5.1)

Шина USB
(Universal Serial Bus
— универсальная последовательная шина)
появилась по компьютерным меркам довольно давно
— версия первого утвержденного варианта стандарта
появилась 15 января 1996 года. Разработка
стандарта была инициировна весьма авторитетными
фирмами — Intel, DEC, IBM, NEC, Northen Telecom и
Compaq.
Поддержка USB вышла в виде патча к Windows 95b, в
дальнейшем она вошла в стандартную поставку
Windows 98
Plug&Play (Plug — вставлять — подключение
устройства к работающему компьютеру,
автоматическое распознавание его немедленно
после подключения и последующей установки
соответствующих драйверов.
Алгоритм:
•подключение флешки к работающему компьютеру,
•передача от флешки имени, типа устройства,
•поиск в базе компьютера, в Интернете драйвера для
данного устройства,
•установка драйвера устройства,
начало работы флешки.
Основная цель стандарта, поставленная перед его
разработчиками — создать реальную возможность
пользователям работать в режиме Plug&Play с
периферийными устройствами.
Передача данных + питание подключенных
устройств (как в MicroLAN)
Напряжение питания для периферийных устройств
-5V
Максимальный ток потребления на одно устройство
— 500 mA
Standard A – хаб, ведущее устройство (компьютер)
Standard B – ведомое устройство (принтер, …)
Максимальное количество подключенных устройств
(используя размножители, хабы) — 127
Топология точка-точка:
(1996) USB1:
•Высокая скорость обмена (full-speed signaling bit
rate) — 12 Mb/s
•Максимальная длина кабеля для высокой скорости
обмена — 5 m
(1999) USB2,
которая отличается тем, что полоса пропускания
шины до 480 Mbits/s
(2008) USB 3. 0
• повышает максимальную скорость передачи
информации до 5 Гбит/с
• и увеличенной силой тока с 500 мА до 900 мА
•добавляет ещё четыре линии связи (две витые пары), в
результате чего кабель стал гораздо толще.
•Hовые контакты в разъёмах USB 3.0 расположены
отдельно от старых в другом контактном ряду.
Есть протокол PnP – подключение устройств к USB порту, — такой же
алгоритм для подключаемых к питанию в розетке 220В бытовых
устройств
Задачи:
•Передать имя устройства (центральный модуль – получит имя
подключенного устройства, будет сформирован список всех подключенных
устройств),
•Передать максимальную потребляемую мощность устройства
(розетка будет иметь возможность установить защиту – токовую отсечку
– с уставкой по току, равной максимальной потребляемой мощности
устройства, что даст максимально гибкую настройку защиты под каждое
подключенное устройство),
•передать максимальное время непрерывной работы устройства
(защита от перегрева устройства).
•Подать питание на устройство (включить напряжение 220 В на данную
розетку),
•Система безопасности — разрешить работу (подачу питания) только
заданным списком устройств (система безопасности), возможность
составить расписание разрешенных устройств (только в указанные
промежутки времени), ограничить подключение данного устройства
заданным списком розеток.
Bluetooth
(/bluːtuːθ/, переводится синий зуб, в честь Харальда I
Синезубого)
Харальд I Синезубый Гормссон (датск. Harald
Blåtand, норв. Harald Blåtann, англ. Harold Bluetooth;
930-е—1 ноября 986?) — король Дании и Норвегии.
По распространённой версии получил прозвище изза тёмного цвета зубов; слово blå в то время
означало гораздо более тёмный цвет, чем синий.
— производственная спецификация беспроводных
персональных сетей
(WPAN — Wireless Personal Area Network).
Bluetooth обеспечивает обмен информацией между
такими устройствами как карманные и обычные
персональные компьютеры, мобильные телефоны,
ноутбуки, принтеры, цифровые фотоаппараты, мышки,
клавиатуры, джойстики, наушники, гарнитуры
на надёжной, недорогой, повсеместно доступной
радиочастоте для ближней связи.
Радиосвязь Bluetooth осуществляется в
ISM-диапазоне (англ. Industry, Science and Medicine),
который используется в различных
приборах и беспроводных сетях
бытовых
(свободный от лицензирования диапазон 2,4—2,48
ГГц).
Спектр сигнала формируется по методу FHSS
(Frequency Hopping Spread Spectrum — псевдослучайная
перестройка рабочей частоты).
Согласно алгоритму FHSS, в Bluetooth несущая
частота сигнала скачкообразно меняется 1600 раз
в секунду, каждые 625 мкс (один временной слот)
всего выделяется 79 рабочих частот (при dF=80МГц
— каждая рабочая полоса ~ 1МГц
Последовательность переключения между частотами
для каждого соединения является псевдослучайной
и известна только передатчику и приёмнику,
которые синхронно перестраиваются с одной
несущей частоты на другую.
Передача по протоколу FHSS
При передаче цифровых данных и аудиосигнала
(64 Кбит/с в обоих направлениях) используются
различные схемы кодирования.
Без
помехоустойчивого
кодирования
это
обеспечивает передачу данных со скоростями
723,2 Кбит/с с обратным каналом 57,6 Кбит/с,
или 433,9 Кбит/c в обоих направлениях.
Bluetooth Low Energy (BLE) — Bluetooth 4.0
стандарт BLE изначально ориентирован на применение в
системах сбора данных, мониторинга с автономным
питанием.
Основными
областями
применения
BLE
являются
устройства обеспечения безопасности, управления
электроприборами и отображения показаний, датчики с
батарейным питанием, домашние медицинские приборы,
спортивные тренажеры.
Особенности, создающие низкое потребление:
— дальность – до 50м
— быстрое время включения — 6 мс
— короткое время передачи данных — 6 мс
— низкая скорость передачи данных — 0.26 Mb/s
Wi-Fi
Wireless-Fidelity
(дословно
точность») по аналогии с Hi-Fi.
«беспроводная
Установка Wireless LAN рекомендовалась там, где
развёртывание кабельной системы было невозможно
или экономически нецелесообразно.
в полосе 2400—2483,5 МГц (стандарты 802.11b и
802.11g),
5 ГГц (стандарт 802.11a),
с мощностью излучения передающих устройств до
100 мВт включительно.
WiFi является технологией, в основном предназначенной
для организации небольших беспроводных сетей внутри
помещений и построения беспроводных мостов. (вне
помещений работа должна быть лицензирована –
необходимо получить разрешение).
OFDM — Orthogonal frequency-division multiplexing —
ортогональное частотное разделение каналов с
мультиплексированием
Низкая скорость передачи данных в каждом
канале – для борьбы с многолучевым приемом
сигнала – время передачи одного бита больше
разности времен приема разных лучей.
Передача – разбиение одного канала на несколько
Прием – сбор многих каналов – в один

English     Русский Правила

― Spline

Главная » Полезная информация  » Статьи, обзоры и описания  » Описания интерфейсов

При подготовке этого раздела использовались материалы с USB Implementers Forum.

Содержание:

  • Введение

  • Технические характеристики

  • Топология

  • Кабели и разъемы

  • Какие устройства есть или будут использовать USB

  • Развитие USB

       

Введение

        Шина USB (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина) появилась по компьютерным меркам довольно давно — версия первого утвержденного варианта стандарта появилась 15 января 1996 года. Разработка стандарта была инициировна весьма авторитетными фирмами — Intel, DEC, IBM, NEC, Northen Telecom и Compaq.
        Основная цель стандарта, поставленная перед его разработчиками — создать реальную возможность пользователям работать в режиме Plug&Play с периферийными устройствами. Это означает, что должно быть предусмотрено подключение устройства к работающему компьютеру, автоматическое распознавание его немедленно после подключения и последующей установки соответствующих драйверов. Кроме этого, желательно питание маломощных устройств подавать с самой шины. Скорость шины должна быть достаточной для подавляющего большинства периферийных устройств. Попутно решается историческая проблема нехватки ресурсов на внутренних шинах IBM PC совместимого компьютера — контроллер USB занимает только одно прерывание независимо от количества подключенных к шине устройств.

Практически все поставленные задачи были решены в стандарте на USB и весной 1997 года стали появляться компьютеры, оборудованные разъемами для подключения USB устройств (см. фото слева), но периферия с подключением к USB  до середины 1998 года  так практически и не появилась. В чем дело? Почему только к концу 1998 года уже существенно активнее производители оборудования стали предлагать на рынке устройства с USB интерфейсом? Этому есть несколько объяснений:

  • отсутствие острой необходимости для пользователей настольных компьютеров в устройствах с полной поддержкой Plug&Play. Периферия к настольному компьютеру подключается, как правило, всерьез и надолго и особой нужды в частой смене периферии у подавляющего большинства пользователей нет.

  • более высокая стоимость устройств с USB по сравнению с аналогичными устройствами, имеющими стандартные интерфейсы

  • отсутствие поддержки со стороны производителей программного обеспечения и, главным образом, Microsoft, хотя она и была одним из авторов стандарта. Только в Windows 98 появилась полная поддержка USB, а в Windows NT она только должна быть в 1999 году.

Сейчас USB стала активно внедряться производителями компьютерной периферии. Сенсацией стало наличие в компьютере iMAC фирмы Apple Computers только USB в качестве внешней шины.

Технические характеристики

Возможности USB следуют из ее технических характеристик:

  • Высокая скорость обмена (full-speed signaling bit rate) — 12 Mb/s

  • Максимальная длина кабеля для высокой скорости обмена — 5 m

  • Низкая скорость обмена (low-speed signaling bit rate) — 1. 5 Mb/s

  • Максимальная длина кабеля для низкой скорости обмена — 3 m

  • Максимальное количество подключенных устройств (включая размножители) — 127

  • Возможно подключение устройств с различными скоростями обмена

  • Отсутствие необходимости в установке пользователем дополнительных элементов, таких как терминаторы для SCSI

  • Напряжение питания для периферийных устройств — 5 V

  • Максимальный ток потребления на одно устройство — 500 mA (это не означает, что через USB можно запитать устройства с общим током потребления 127 x 500 mA=63.5 A)

Поэтому целесообразно подключать к USB практически любые периферийные устройства, кроме цифровых видеокамер и высокоскоростных жестких дисков. Особенно удобен этот интерфейс для подключения часто подключаемых/отключаемых приборов, таких как цифровые фотокамеры. Конструкция разъемов для USB рассчитана на многократное сочленение/расчленение.
Возможность использования  только двух скоростей обмена данными ограничивает применяемость шины, но существенно уменьшает количество линий интерфейса и упрощает аппаратную реализацию.
Питание непосредственно от USB возможно только для устройств с малым потреблением, таких как клавиатуры, мыши, джойстики и т.п.

Топология

Такой иконой официально обозначается шина USB как в Windows 98, так и на задних стенках компьютеров (к сожалению, далеко не всех), а также на всех разъемах USB. Эта икона на самом деле правильно отображает идею топологии USB. Топология USB практически не отличается от топологии обычной локальной сети на витой паре, обычно называемой «звездой». Даже терминология похожа — размножители шины также называются HUB’ами.

 

Условно дерево подключения USB устройств к компьютеру можно изобразить так (цифрами обозначены периферийные устройства с USB интерфейсом):

Вместо любого из устройств может также стоять HUB. Основное отличие от топологии обычной локальной сети — компьютер (или host устройство) может быть только один. HUB может быть как отдельным устройством с собственным блоком питания, так и встроенным в периферийное устройство. Наиболее часто HUB’ы встраиваются в мониторы и клавиатуры

На рисунке выше показан пример правильного соединения периферийных устройств в условную USB сеть. Так как обмен данными по USB идет только между компьютером и периферийным устройством (между устройствами обмена нет), то устройства с большими объемами приема и/или передачи данных должны подключаться либо к самому компьютеру, либо к ближайшему свободному узлу. В данном случае наивысший трафик у колонок (~1.3 Mb/s), затем идут модем и сканер, подключенные к HUB’у в мониторе и завершают цепь клавиатура, джойстик и мышь, трафик у которых близок к нулю.
Может возникнуть вопрос — почему колонки имеют такой высокий трафик? Дело в том, что колонки с USB интерфейсом существенно отличаются от обычных. Для использования таких колонок НЕ ТРЕБУЕТСЯ звуковая карта. Драйвер колонок отправляет оцифрованный звук сразу в колонки, где с помощью АЦП (ADC) он преобразуется в аналоговый сигнал и подается на динамики.

Кабели и разъемы

Сигналы USB передаются по 4-х проводному кабелю, схематично показанному на рисунке ниже:

 

 

 

Здесь GND — цепь «корпуса» для питания периферийных устройств, VBus — +5V также для цепей питания. Шина D+ предназначена для передачи данных по шине, а шина D- для приема данных.
Кабель для поддержки полной скорости шины (full-speed) выполняется как витая пара, защищается экраном и может также использоваться для работы в режиме минимальной скорости (low-speed). Кабель для работы только на минимальной скорости (например, для подключения мыши)  может быть любым и неэкранированным.
Разъемы, используемые для подключения периферийных устройств, показаны на рисунке ниже.

Разъемы серии «А»

Разъемы серии «В»

Вилка типа «A».

Вилка типа «B».

Розетка типа «А»

Розетка типа «В»

Как видно из рисунка, невозможно подключить устройство неправильно, так как разъем серии «А» можно подключить только к активному устройству на USB — HUB’у или компьютеру, а серии «В» только к собственно периферийному устройству.

USB разъемы имеют следующую нумерацию контактов:

Номер контакта

Назначение

Цвет провода

1

V BUS

Красный

2

D —

Белый

3

D +

Зеленый

4

GND

Черный

Оплетка

Экран

Оплетка

 

Цоколевка разъемов USB

    

   

Розетка типа ‘A’

Розетка типа ‘B’

 

         

Вилка типа ‘A’

Вилка типа ‘B’

 

Какие устройства есть или будут использовать USB

В режиме низкой скорости:

В режиме высокой скорости:

Развитие USB

           В 1999 году тот же консорциум компьютерных компаний, который инициировал разработку первой версии стандарта на шину USB, начал активно разрабатывать версию 2. 0 USB, которая отличается тем, что полоса пропускания шины увеличена в 20 (!) раз, до 250 Mbits/s, что делает возможным передачу видеоданных по USB и делает ее прямым конкурентом IEEE-1394 (FireWire).
           Совместимость всей ранее выпущенной периферии и высокоскоростных кабелей полностью сохраняется и сохраняется одно из самых главных достоинств USB — низкая стоимость контроллера. Контроллер стандарта 2.0 также предполагается интегрировать в chipset.
           Все хорошо, но есть одно но: шина IEEE-1394 уже весьма активно используется даже в бытовых цифровых видеокамерах, для нее есть платы видеомонтажа и при постоянном падении цен на цифровые видеокамеры она будет использоваться все шире и шире. Новая же версия USB должна быть только окончательно разработана к середине 2000 года, а первые устройства с поддержкой нового варианта USB должны появиться не ранее конца 2000 года. Для компьютерной индустрии это очень большие сроки. Уже в июле 1999 года, например, фирма ASUSTeK Computers выпускает первую материнскую плату (P3B-1394) со встроенным контроллером IEEE-1394. Наверняка это не останется незамеченным и другие производители также начнут выпускать подобные платы. Поэтому к моменту выхода устройств на USB 2.0 место под солнцем может быть уже занято.

  

Последовательная универсальная шина USB (Universal Serial Bus)

История появления и развития стандартов Universal Serial Bus (USB)

&nbsp &nbsp До появления первой реализации шины USB стандартная комплектация персонального компьютера включала один параллельный порт, обычно для подключения принтера (порт LPT), два последовательных коммуникационных порта (порты COM), обычно для подключения мыши и модема, и один порт для джойстика (порт GAME). Такая конфигурация была вполне приемлемой на заре появления персональных компьютеров, и долгие годы являлась практическим стандартом для производителей оборудования. Однако прогресс не стоял на месте, номенклатура и функциональность внешних устройств постоянно совершенствовались, что в конце концов привело к необходимости пересмотра стандартной конфигурации, ограничивающей возможность подключения дополнительных периферийных устройств, которых, с каждым днем становилось все больше и больше.

&nbsp &nbsp Попытки увеличения количества стандартных портов ввода-вывода не могли привести к кардинальному решению проблемы, и возникла необходимость разработки нового стандарта, который бы обеспечивал простое, быстрое и удобное подключение большого количества разнообразных по назначению периферийных устройств к любому компьютеру стандартной конфигурации, что, в конце концов, привело к появлению универсальной последовательной шины Universal Serial Bus (USB)

&nbsp &nbsp Первая спецификация последовательного интерфейса USB (Universal Serial Bus), получившая название USB 1.0, появилась в 1996 г. , усовершенствованная версия на ее основе, USB 1.1 — в 1998 г. Пропускная способность шин USB 1.0 и USB 1.1 — до 12 Мбит/с (реально до 1 мегабайта в секунду) была вполне достаточной для низкоскоростных периферийных устройств, вроде аналогового модема или компьютерной мышки, однако недостаточной для устройств с высокой скоростью передачи данных, что являлось главным недостатком данной спецификации. Однако, практика показала, что универсальная последовательная шина — это очень удачное решение, принятое практически всеми производителями компьютерного оборудования в качестве магистрального направления развития компьютерной периферии.

В 2000 г. появилась новая спецификация — USB 2.0, обеспечивающая уже скорость передачи данных до 480 Мбит/с (реально до 32 мегабайт в секунду). Спецификация предполагала полную совместимость с предыдущим стандартом USB 1.X и вполне приемлемое быстродействие для большинства периферийных устройств. Начинается бум производства устройств, оснащенных интерфейсом USB. «Классические» интерфейсы ввода — вывода были полностью вытеснены и стали экзотикой. Однако, для части высокоскоростного периферийного оборудования даже удачная спецификация USB 2.0 оставалась узким местом, что требовало дальнейшего развития стандарта.

В 2005 г. была анонсирована спецификация для беспроводной реализации USB — Wireless USB — WUSB, позволяющей выполнять беспроводное подключение устройств на расстоянии до 3-х метров с максимальной скоростью передачи данных 480 Мбит/сек, и на расстоянии до 10 метров с максимальной скоростью 110 Мбит/сек. Спецификация не получила бурного развития и не решала задачу повышения реальной скорости передачи данных.

В 2006 г. была анонсирована спецификация USB-OTG ( USB On-The-Go, благодаря которой стала возможной связь двух USB-устройств друг с другом без отдельного USB-хоста. Роль хоста в данном случае выполняет одно из периферийных устройств. Смартфонам, цифровым фотоаппаратам и прочим мобильным устройствам приходится быть как хостом, так и периферийным устройством. Например, при подключении по USB к компьютеру фотоаппарата, он является периферийным устройством, а при подключении принтеру он является хостом. Поддержка спецификации USB-OTG постепенно стала стандартом для мобильных устройств.

В 2008 г. появилась окончательная спецификация нового стандарта универсальной последовательной шины — USB 3.0 . Как и в предыдущих версиях реализации шины, предусмотрена электрическая и функциональная совместимость с предыдущими стандартами. Скорость передачи данных для USB 3.0 увеличилась в 10 раз — до 5 Гбит/сек. В интерфейсном кабеле добавились 4 дополнительные жилы, и их контакты были выведены отдельно от 4-х контактов предыдущих стандартов, в дополнительном контактном ряду. Кроме повышенной скорости передачи данных шина USB характеризуется еще и увеличившейся, по сравнению с предыдущими стандартами, силой тока в цепи питания. Максимальная скорость передачи данных по шине USB 3.0 стала приемлемой практически для любого, массово производимого периферийного компьютерного оборудования.

В 2013 году была принята спецификация следующего интерфейса — USB 3.1, скорость передачи данных которого может достигать 10 Гбит/с. Кроме того, появился компактный 24-контактный разъём USB Type-C, который является симметричным, позволяя вставлять кабель любой стороной.

После выхода стандарта USB 3.1 организация USB Implementers Forum (USB-IF) объявила, что разъёмы USB 3.0 со скоростью до 5 Гбит/с (SuperSpeed) теперь будут классифицироваться как USB 3.1 Gen 1, а новые разъёмы USB 3.1 со скоростью до 10 Гбит/с (SuperSpeed USB 10Gbps) — как USB 3.1 Gen 2. Стандарт USB 3.1 обратно совместим с USB 3.0 и USB 2.0.

В 2017 году организация USB Implementers Forum (USB-IF) опубликовала спецификацию USB 3.2. Максимальная скорость передачи составляет 10 Гбит/с. Однако в USB 3.2 предусмотрена возможность агрегации двух подключений (Dual-Lane Operation), позволяющая увеличить теоретическую пропускную способность до 20 Гбит/с . Реализация этой возможности сделана опциональной, то есть ее поддержка на уровне оборудования будет зависеть от конкретного производителя и технической необходимости, которая отличается, например, для принтера и переносного жесткого диска. Возможность реализации данного режима предусмотрена только при использовании USB Type-C.

www.usb.org — Документация по спецификациям USB для разработчиков на английском языке.

Нельзя не отметить, что существовала, и пока еще существует, альтернатива шине USB. Еще до ее появления, компания Apple разработала спецификацию последовательной шины FireWire (другое название — iLink), которая в 1995 г. была стандартизована Американским Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) под номером 1394. Шина IEEE 1394 может работать в трех режимах: со скоростью передачи данных до 100, 200 и 400 Мбит/с. Однако, по причине высокой стоимости и более сложной реализации, чем USB, эта разновидность высокоскоростной последовательной шины, большого распространения не получила, и постепенно вытесняется USB 2.0 – USB 3.2.

Общие принципы работы периферийных устройств Universal Serial Bus (USB)

&nbsp &nbsp Интерфейс USB оказался настолько удачным решением, что им оснастили практически все классы периферийных устройств, от мобильного телефона до веб-камеры или переносного жесткого диска. Наибольшее распространение получили (пока) устройства с поддержкой USB 2.0. Однако, USB 3.0 – 3.1 более востребован для высокоскоростных устройств, где он становится основным, постепенно вытесняя USB 2.0.

&nbsp &nbsp Периферийные устройства, с поддержкой USB при подключении к компьютеру автоматически распознаются системой (в частности, программное обеспечение драйвера и пропускную способность шины), и готовы к работе без вмешательства пользователя. Устройства с небольшим энергопотреблением (до 500мА) могут не иметь своего блока питания и запитываться непосредственно от шины USB.

  1. Благодаря использованию USB отпадает необходимость снятия корпуса компьютера для установки дополнительных периферийных устройств, а также необходимость выполнения сложных настроек при их установке.

  2. USB устраняет проблему ограничения числа подключаемых устройств. При использовании USB с компьютером может одновременно работать до 127 устройств.

  3. USB позволяет выполнять «горячее» (оперативное) подключение. При этом не требуется предварительное выключение компьютера, затем подключение устройства, перезагрузка компьютера и настройка установленных периферийных устройств. Для отключения периферийного устройства не требуется выполнять процедуру, обратную описанной.

Проще говоря, USB позволяет фактически реализовать все преимущества современной технологии «plug and play» («включай и работай»). Устройства, разработанные для USB 1.x могут работать с контроллерами USB 2.0. и USB 3.0

При подключении периферийного устройства вырабатывается аппаратное прерывание и управление получает драйвер HCD (Host Controller Driver) контроллера USB (USB Host Controller — UHC ), который на сегодняшний день интегрирован во все выпускаемые чипсеты материнских плат. Он опрашивает устройство и получает от него идентификационную информацию, исходя из которой управление передается драйверу, обслуживающему данный тип устройств. UHC контроллер имеет корневой (root) концентратор (Hub), обеспечивающий подключение к шине устройств USB.

Концентратор (USB HUB).

Точки подключения называются портами. К порту, в качестве устройства, может быть подключен другой концентратор. Каждый концентратор имеет исходящий порт (upstream port), соединяющие его с главным контроллером и нисходящие порты (downstream port) для подключения периферийных устройств. Концентраторы могут обнаруживать, выполнять соединение и отсоединение в каждом порте нисходящей связи и обеспечивать распределение напряжения питания в устройства нисходящего соединения. Каждый из портов нисходящей связи может быть индивидуально активизирован и сконфигурирован на полной или низкой скорости. Концентратор состоит из двух блоков: контроллера концентратора и ретранслятора концентратора. Ретранслятор — работающий под управлением протокола коммутатор между портом восходящей связи и портами нисходящей связи. Концентратор содержит также аппаратные средства поддержки перевода в исходное состояние и приостановки/возобновления подключения. Контроллер обеспечивает интерфейсные регистры, обеспечивающие передачу данных в главный контроллер и обратно. Определенное состояние и управляющие команды концентратора позволяют главному процессору конфигурировать концентратор, а также контролировать и управлять его портами.

Внешние концентраторы могут иметь собственный блок питания или же запитываться от шины USB.

Кабели и разъемы USB

Разъемы типа А используются для подключения к компьютеру или концентратору. Разъемы типа B используются для подключения к периферийным устройствам.

Все разъёмы USB, имеющие возможность входить в соединение друг с другом, рассчитаны на совместную работу.

Имеется электрическая совместимости всех контактов разъёма USB 2.0 с соответствующими контактами разъёма USB 3.0. При этом разъём USB 3.0 имеет дополнительные контакты, не имеющие соответствия в разъёме USB 2.0, и, следовательно, при соединении разъёмов разных версий «лишние» контакты не будут задействованы, обеспечивая нормальную работу соединения версии 2. 0. Все гнёзда и штекеры между USB 3.0 Тип A и USB 2.0 Тип A рассчитаны на совместную работу. Размер гнезда USB 3.0 Тип B несколько больше, чем это могло бы потребоваться для штекера USB 2.0 Тип B и более ранних. При этом предусмотрено подключение в эти гнёзда и такого типа штекеров. Соответственно, для подключения к компьютеру периферийного устройства с разъёмом USB 3.0 Тип B можно использовать кабели обоих типов, но для устройства с разъёмом USB 2.0 Тип B — только кабель USB 2.0. Гнёзда eSATAp, обозначенные как eSATA/USB Combo, то есть имеющие возможность подключения к ним штекера USB, имеют возможность подключения штекеров USB Тип A: USB 2.0 и USB 3.0, но в скоростном режиме USB 2.0.

Разъёмы USB Type-C служат для подключения как к периферийным устройствам, так и к компьютерам, заменяя различные разъёмы и кабели типов A и B предыдущих стандартов USB, и предоставляя возможности расширения в будущем. 24-контактный двухсторонний разъём является достаточно компактным, близким по размерам к разъёмам микро-B стандарта USB 2. 0. Размеры разъёма — 8,4 мм на 2,6 мм. Коннектор предоставляет 4 пары контактов для питания и заземления, две дифференциальные пары D+/D- для передачи данных на скоростях менее SuperSpeed (в кабелях Type-C подключена только одна из пар), четыре дифференциальные пары для передачи высокоскоростных сигналов SuperSpeed, два вспомогательных контакта (sideband), два контакта конфигурации для определения ориентации кабеля, выделенный канал конфигурационных данных (кодирование BMC — biphase-mark code) и контакт питания +5 V для активных кабелей.

Контакты разъёма и разводка кабеля USB Type-C


Type-C — штекер и гнездо
Кон. Название Описание Кон. Название Описание
A1 GND Заземление B12 GND Заземление
A2 SSTXp1 Диф. пара № 1 SuperSpeed, передача, положительный B11 SSRXp1 Диф. пара № 2 SuperSpeed, приём, положительный
A3 SSTXn1 Диф. пара № 1 SuperSpeed, передача, отрицательный B10 SSRXn1 Диф. пара № 2 SuperSpeed, приём, отрицательный
A4 VBUS Питание B9 VBUS Питание
A5 CC1 Канал конфигурации B8 SBU2 Sideband № 2 (SBU)
A6 Dp1 Диф. пара не-SuperSpeed, положение 1, положительный B7 Dn2 Диф. пара не-SuperSpeed, положение 2, отрицательный
A7 Dn1 Диф. пара не-SuperSpeed, положение 1, отрицательный B6 Dp2 Диф. пара не-SuperSpeed, положение 2, положительный
A8 SBU1 Sideband № 1 (SBU) B5 CC2 Канал конфигурации
A9 VBUS Питание B4 VBUS Питание
A10 SSRXn2 Диф. пара № 4 SuperSpeed, передача, отрицательный B3 SSTXn2 Диф. пара № 3 SuperSpeed, приём, отрицательный
A11 SSRXp2 Диф. пара № 4 SuperSpeed, передача, положительный B2 SSTXp2 Диф. пара № 3 SuperSpeed, приём, положительный
A12 GND Заземление B1 GND Заземление
  1. Неэкранированная дифференциальная пара, может использоваться для реализации USB Low Speed (1. 0), Full Speed (1.0), High Speed (2.0) — до 480 Мбит/с
  2. В кабеле реализована только одна из дифференциальных пар не-SuperSpeed. Данный контакт не используется в штекере.
Назначение проводников в кабеле USB 3.1 Type-C
Разъём №1 кабеля Type-C Кабель Type-C Разъём №2 кабеля Type-C
Контакт Название Цвет оболочки проводника Название Описание Контакт Название
Оплётка Экран Оплётка кабеля Экран Внешняя оплётка кабеля Оплётка Экран
A1, B1, A12, B12 GND Лужёный GND_PWRrt1
GND_PWRrt2
Общая земля> A1, B1, A12, B12 GND
A4, B4, A9, B9 VBUS Красный PWR_VBUS1
PWR_VBUS2
VBUS питание A4, B4, A9, B9 VBUS
B5 VCONN Жёлтый
PWR_VCONN VCONN питание B5 VCONN
A5 CC Синий CC Канал конфигурирования A5 CC
A6 Dp1 Белый UTP_Dp Неэкранированная дифференциальная пара, positive A6 Dp1
A7 Dn1 Зелёный UTP_Dn Неэкранированная дифференциальная пара, negative A7 Dn1
A8 SBU1 Красный SBU_A Полоса передачи данных A B8 SBU2
B8 SBU2 Чёрный SBU_B Полоса передачи данных B A8 SBU1
A2 SSTXp1 Жёлтый * SDPp1 Экранированная дифференциальная пара #1, positive B11 SSRXp1
A3 SSTXn1 Коричневый * SDPn1 Экранированная дифференциальная пара #1, negative B10 SSRXn1
B11 SSRXp1 Зелёный * SDPp2 Экранированная дифференциальная пара #2, positive A2 SSTXp1
B10 SSRXn1 Оранжевый * SDPn2 Экранированная дифференциальная пара #2, negative A3 SSTXn1
B2 SSTXp2 Белый * SDPp3 Экранированная дифференциальная пара #3, positive A11 SSRXp2
B3 SSTXn2 Чёрный * SDPn3 Экранированная дифференциальная пара #3, negative A10 SSRXn2
A11 SSRXp2 Красный * SDPp4 Экранированная дифференциальная пара #4, positive B2 SSTXp2
A10 SSRXn2 Синий * SDPn4 Экранированная дифференциальная пара #4, negative B3 SSTXn2
* Цвета для оболочки проводников не установлены стандартом

Подключение ранее выпущенных устройств к компьютерам, оснащённым разъёмом USB Type-C, потребует кабеля или адаптера, имеющих штекер или разъём типа A или типа B на одном конце и штекер USB Type-C на другом конце. Стандартом не допускаются адаптеры с разъёмом USB Type-C, поскольку их использование могло бы создать «множество неправильных и потенциально опасных» комбинаций кабелей.

Кабели USB 3.1 с двумя штекерами Type-C на концах должны полностью соответствовать спецификации — содержать все необходимые проводники, должны быть активными, включающими в себя чип электронной идентификации, перечисляющий идентификаторы функций в зависимости от конфигурации канала и сообщения, определяемые вендором (VDM) из спецификации USB Power Delivery 2.0. Устройства с разъёмом USB Type-C могут опционально поддерживать шины питания с током в 1,5 или 3 ампера при напряжении 5 вольт в дополнение к основному питанию. Источники питания должны уведомлять о возможности предоставления увеличенных токов через конфигурационный канал либо полностью поддерживать спецификацию USB Power Delivery через конфигурационный контакт (кодирование BMC) или более старые сигналы, кодируемые как BFSK через контакт VBUS. Кабели USB 2.0, не поддерживающие шину SuperSpeed, могут не содержать чип электронной идентификации, если только они не могут передавать ток 5 ампер.

Спецификация коннекторов USB Type-C версии 1.0 была опубликована форумом разработчиков USB в августе 2014 года. Она была разработана примерно в то же время, что и спецификация USB 3.1.

Использование коннектора USB Type-C не обязательно означает, что устройство реализует высокоскоростной стандарт USB 3.1 Gen1/Gen2 или протокол USB Power Delivery.

&nbsp &nbsp Универсальная последовательная шина является самым распространенным, и наверно, самым удачным компьютерным интерфейсом периферийных устройств за всю историю развития компьютерного оборудования, что подтверждается огромным количеством USB — устройств, некоторые из которых могут показаться несколько неожиданными или глуповато-смешными.

Если вы желаете поделиться ссылкой на эту страницу в своей социальной сети, пользуйтесь кнопкой «Поделиться»

В начало старницы &nbsp&nbsp&nbsp | &nbsp&nbsp&nbsp На главную страницу сайта

Что такое универсальная последовательная шина (USB)?

Что означает универсальная последовательная шина (USB)?

Универсальная последовательная шина (USB) — это общий интерфейс, обеспечивающий связь между устройствами и хост-контроллером, таким как персональный компьютер (ПК) или смартфон. Он подключает периферийные устройства, такие как цифровые камеры, мыши, клавиатуры, принтеры, сканеры, мультимедийные устройства, внешние жесткие диски и флэш-накопители. Из-за широкого спектра применений, включая поддержку электропитания, USB заменил широкий спектр интерфейсов, таких как параллельный и последовательный порты.

USB предназначен для расширения возможностей plug-and-play и обеспечения горячей замены. Plug-and-play позволяет операционной системе (ОС) спонтанно настраивать и обнаруживать новое периферийное устройство без перезагрузки компьютера. Кроме того, горячая замена позволяет удалять и заменять новые периферийные устройства без перезагрузки.

Существует несколько типов разъемов USB. В прошлом большинство USB-кабелей были одного из двух типов: типа A и типа B. Стандарт USB 2.0 — тип A; он имеет плоский прямоугольный интерфейс, который вставляется в концентратор или USB-хост, который передает данные и подает питание. Клавиатура или мышь являются распространенными примерами USB-разъема типа A. Разъем USB типа B имеет квадратную форму со скошенными внешними углами. Он подключен к восходящему порту, который использует съемный кабель, такой как принтер. Разъем типа B также передает данные и подает питание. Некоторые разъемы типа B не имеют подключения для передачи данных и используются только для подключения питания.

Сегодня новые разъемы заменили старые, такие как Mini-USB (или Mini-B), от которых отказались в пользу кабелей Micro-USB и USB-C. Кабели Micro-USB обычно используются для зарядки и передачи данных между смартфонами, игровыми контроллерами и некоторыми компьютерными периферийными устройствами. Micro-USB постепенно заменяется разъемами типа C, которые становятся новым стандартом для Android-смартфонов и планшетов.

Techopedia объясняет универсальную последовательную шину (USB)

Универсальная последовательная шина (USB) — это новый порт, который используется в качестве общего интерфейса для подключения нескольких различных типов устройств, таких как:

  • Клавиатуры.
  • Принтеры.
  • Мультимедийные устройства.
  • Камеры.
  • Сканеры.
  • Мыши.

Он отличается простотой установки, более высокой скоростью передачи данных, более качественным кабелем и горячей заменой. Он окончательно заменил более громоздкие и медленные последовательные и параллельные порты.

USB был изобретен и создан Аджаем Бхаттом, компьютерным архитектором, работавшим в Intel. В 1994 году семь компаний, в том числе Intel, Compaq, Microsoft, IBM, Digital Equipment Corporation (DEC), Nortel и NEC Corporation, начали разработку USB.

Их целью было упростить подключение периферийных устройств к ПК и исключить чрезмерное количество разъемов. Затрагиваемые факторы включали: создание большей пропускной способности, оптимизацию конфигураций программного обеспечения и решение проблем с использованием существующих интерфейсов.

Дизайн USB стандартизирован Форумом разработчиков USB (USBIF), который состоит из группы компаний, поддерживающих и продвигающих USB. USBIF не только продает USB, но и поддерживает спецификации и поддерживает программу соответствия. Спецификации для USB были созданы в 2005 году с версией 2.0. Стандарты были введены USBIF в 2001 году; к ним относятся более старые версии 0.9, 1.0 и 1.1, которые обратно совместимы.

Одной из замечательных особенностей USB является горячая замена. Эта функция позволяет удалять или заменять устройство без предварительной перезагрузки и прерывания работы системы. Старые порты требовали перезагрузки ПК при добавлении или удалении нового устройства.

Перезагрузка позволила изменить конфигурацию устройства и предотвратить электростатический разряд (ЭСР) — нежелательный электрический ток, способный нанести серьезный ущерб чувствительному электронному оборудованию, например интегральным схемам.

Горячая замена отказоустойчива, т. е. способна продолжать работу, несмотря на аппаратный сбой. Однако следует соблюдать осторожность при горячей замене некоторых устройств, таких как камера; Порт, камера или другие устройства могут быть повреждены при случайном замыкании одного контакта.

Еще одна особенность USB — использование постоянного тока (DC). Фактически, несколько устройств используют линию питания USB для подключения к постоянному току и не передают данные. Примеры устройств, использующих разъем USB только для постоянного тока, включают набор динамиков, аудиоразъем и устройства питания, такие как миниатюрный холодильник, подогреватель кофейных чашек или лампа для клавиатуры.

Версия USB 1 допускала две скорости: 1,5 Мбит/с (мегабит в секунду) и 12 Мбит/с, которые хорошо подходят для медленных устройств ввода-вывода. USB версии 2 обеспечивает скорость до 480 Мбит/с и обратно совместим с более медленными USB-устройствами. Первая версия USB 3 (USB 3.0 или SuperSpeed ​​USB) была выпущена в 2008 году и обеспечивала скорость 500 Мбит/с. В 2013 и 2017 годах были выпущены две новые версии USB 3: USB 3.1 и USB 3.2, которые обеспечивали скорость 1,21 Гбит/с и 2,42 Гбит/с соответственно.

Что такое универсальная последовательная шина USB » Electronics Notes

USB, универсальная последовательная шина имеет версии, включая USB 1.

1, USB 2 и USB3/3.1, и обеспечивает удобное и эффективное подключение для компьютерных систем.

Универсальная последовательная шина USB Включает:
Знакомство с USB Стандарты USB Разъемы, распиновка и кабели Передача данных и протокол USB 3 USB-C USB-концентраторы Как купить лучший USB-концентратор


USB, универсальная последовательная шина — один из наиболее распространенных интерфейсов для подключения различных периферийных устройств к компьютерам и обеспечения относительно локальных и небольших уровней передачи данных.

Интерфейсы USB

можно найти везде, от персональных компьютеров и ноутбуков до периферийных устройств, мобильных телефонов, камер, флэш-накопителей, резервных жестких дисков и очень многих других устройств. Сочетание удобства и производительности сделало его одним из наиболее широко используемых компьютерных интерфейсов.

Универсальная последовательная шина USB представляет собой очень простое и эффективное средство подключения, поэтому она очень широко используется.

В то время как USB обеспечивает достаточно быстрый механизм последовательной передачи данных для передачи данных, также возможно получать питание через разъем, что позволяет питать небольшие устройства через разъем, что делает его еще более удобным в использовании, особенно «на месте». -иди’

Выбор разъемов USB, адаптеров и кабелей

Что такое USB

USB или универсальная последовательная шина — это интерфейс данных, используемый с компьютерами, позволяющий компьютеру отправлять и получать данные, а также обеспечивать питанием некоторые периферийные устройства, такие как дисководы, карты флэш-памяти и т. п., так что отдельные источники питания не требуются для каждого из них. вещь.

USB в настоящее время является наиболее распространенной формой компьютерного интерфейса, и он пришел на смену другим формам портов компьютерного интерфейса, которые обычно работают намного медленнее. Наличие стандартного типа интерфейсного порта значительно увеличивает гибкость компьютеров, поскольку нет необходимости иметь кабели для различных портов, которые использовались ранее.

USB использует последовательную форму передачи данных и позволяет подключать до 127 различных периферийных устройств к одному порту — для этого потребуется использовать концентратор или концентраторы, чтобы обеспечить подключение этого числа.

Выпуски USB и эволюция

Интерфейс USB был разработан в связи с потребностью в удобном в использовании коммуникационном интерфейсе, который поддерживал бы более высокие скорости передачи данных, требуемые в компьютерной и периферийной промышленности.

Первым надлежащим выпуском спецификации USB была версия 0.7 спецификации. Это произошло в ноябре 1994 года. За ним в январе 1996 года последовал USB 1.0. USB 1.0 получил широкое распространение и стал стандартом для многих ПК, а также для многих принтеров, использующих этот стандарт. В дополнение к этому множество других периферийных устройств используют интерфейс USB, а небольшие карты памяти начинают появляться как удобный способ передачи или временного хранения данных.


Обзор версий USB и производительности
 
USB-версия Детали
USB 1 Низкая скорость:   1,5 Мбит/с
Полная скорость:   12 Мбит/с
USB 2 «Высокая скорость» 480 Мбит/с
USB 3 Необработанные скорости передачи данных 5 Гбит/с для USB 3.0 и 10 Гбит/с для 3.1.

Подробнее о . . . . Стандарты USB, USB1, 2, 3 и т. д.


USB-разъем типа B

Основная концепция USB заключалась в интерфейсе, который позволял подключать к ПК различные компьютерные периферийные устройства, такие как клавиатуры и мыши. Однако с момента его появления область применения USB расширилась, и он использовался для многих других целей, включая измерения и автоматизацию.

С точки зрения производительности, USB 1.1 обеспечивает максимальную пропускную способность 12 Мбит/с, но с введением USB 2. 0 максимальная скорость составляет 480 Мбит/с.

Во время работы USB-хост автоматически определяет добавление нового устройства. Затем он запрашивает идентификацию с устройства и соответствующим образом настраивает драйверы. Топология шины позволяет одновременно использовать до 127 устройств на одном порту. И наоборот, классический последовательный порт поддерживает одно устройство на каждом порту. Добавляя концентраторы, к хосту USB можно добавить больше портов, создавая соединения для большего количества периферийных устройств.

Внедрение USB 3, как USB 3.0, так и 3.1, привело к значительному увеличению скорости и функциональности. Скорость передачи данных USB 3.0 увеличена до 5 Гбит/с для USB 3.0, что примерно в 10 раз быстрее, чем стандарт USB 2.0, и 10 Гбит/с для USB 3.1.

Разъемы USB

USB-система имеет ряд различных разъемов, самым большим из которых является USB-разъем типа A, но есть также версии mini и micro, а также типы A и B. Также был представлен новый разъем типа C, обеспечивающий производительность, необходимую для последней версии USB.

USB 3 требует кабеля с более высокими характеристиками. Производители отличают разъемы USB 3 типа A от их аналогов USB 2, используя синий цвет для внутренней пластиковой кромки для розеток и вилок Standard-A, и они часто маркируются словами SuperSpeed ​​​​или инициалами SS.

Разъем USB 3 типа A
Обратите внимание на синюю вставку на разъеме, которая обычно обозначает USB 3

Разъем USB-C также широко используется, и там, где он обнаружен, возможности USB 3.1 являются стандартом по умолчанию.

Подробнее о . . . . Разъемы, выводы и выводы.


Форум разработчиков USB, USB-IF

Для разработки спецификаций USB и управления ими в 19 году была создана организация под названием USB Implementers Forum, USB-IF.95 группой компаний, разрабатывавшей USB. Среди компаний-основателей были Compaq, Digital, IBM, Intel, Microsoft, NEC и Nortel.

С момента основания число участников форума значительно увеличилось, и сейчас в нем насчитывается более 700 компаний.

USB-IF обеспечивает множество функций с точки зрения поддержания существующих стандартов, но, что более важно, с точки зрения постоянного развития интерфейса USB для удовлетворения постоянно растущих потребностей отрасли и огромного числа пользователей по всему миру. В дополнение к этому форум также публикует и продвигает стандарт, чтобы обеспечить его дальнейшее внедрение. Еще одной функцией форума является предоставление программы соответствия, чтобы продукты соответствовали стандарту и могли взаимодействовать. Затем совместимые продукты могут использовать соответствующие логотипы.

Для достижения этих целей USB-IF разделен на три основные рабочие группы:

  • Рабочая группа USB-устройств
  • Комитет по соблюдению
  • Комитет по маркетингу
Разъем USB типа A на кабеле

Разделение различных областей на разные рабочие группы позволяет людям с определенными областями знаний присоединиться к соответствующей группе и сосредоточиться на одной конкретной области.

USB-концентраторы

USB-концентраторы

— это устройства, которые расширяют один USB-порт, позволяя подключать несколько USB-устройств. Многие компьютеры имеют ограниченное количество USB-портов, но требуют одновременного подключения все большего числа устройств.

Концентратор USB 3 с разъемами типа A

Использование концентратора USB позволяет значительно расширить степень подключения, тем самым обеспечивая более высокий уровень подключения для одного USB-порта компьютера.

Подробнее о . . . . USB-концентраторы.


Как пользоваться USB: советы и подсказки

Система USB очень проста в использовании и не требует никаких инструкций по ее использованию. Однако несколько простых рекомендаций могут помочь убедиться, что он работает хорошо и не вызывает сбоев.

  • Надежно подключите устройство:   Убедитесь, что устройство надежно подключено, чтобы обеспечить надлежащий контакт. Кроме того, поскольку штекер USB удерживается в гнезде за счет трения, убедитесь, что он вставлен полностью и не выпадет.

  • Будьте осторожны при подключении:   Убедитесь, что вилка вставлена ​​правильно. Иногда может потребоваться тщательный осмотр, чтобы убедиться, что USB-штекер вставлен правильно. Особенно с меньшими разъемами, USB mini и USB micro, может быть не всегда легко понять, в каком направлении он должен быть.

  • Правильное извлечение:   При использовании таких устройств, как карты памяти, убедитесь, что устройство извлечено в программном обеспечении, прежде чем физически вытащить его.

  • Помните о существующих ограничениях:   USB-порты могут подавать только определенный ток. Периферийные устройства, такие как внешние приводы компакт-дисков или даже другое оборудование, могут требовать относительно высокого уровня тока и могут не работать, если они подключены через ключ-расширитель. Возможно, их потребуется подключить непосредственно к порту компьютера и т. д.

Типичный внешний USB-привод CD/DVD для ноутбука

Преимущества и недостатки USB

USB имеет много преимуществ по сравнению с другими технологиями, но также имеет ряд недостатков, которые необходимо учитывать при выборе технологии.

Преимущества USB

  • Простота использования
  • Приемлемая скорость передачи данных для многих приложений
  • Прочная соединительная система
  • Доступны различные типы и размеры разъемов
  • Низкая стоимость

Недостатки USB

  • Передача данных не такая быстрая, как у некоторых других систем
  • Ограниченные возможности и общая производительность

USB имеет много преимуществ, поэтому он так широко используется. Однако его простота и удобство использования означают, что он не всегда применим в приложениях, где требуются более сложные интерфейсы для очень высокой скорости передачи данных.

USB, универсальная последовательная шина используется практически без исключения на большинстве ПК, даже Macbook, которые перешли на разъем Lightning, имеют интерфейсные кабели, позволяющие легко взаимодействовать с USB. С множеством других периферийных устройств, использующих USB, подключение через этот интерфейс необходимо практически для каждого компьютерного устройства.

Беспроводное и проводное подключение Темы:
Основы мобильной связи 2G GSM 3G УМТС 4G LTE 5G Wi-Fi IEEE 802.15.4 Беспроводные телефоны стандарта DECT NFC-коммуникация ближнего поля Основы работы в сети Что такое облако Ethernet Серийные данные USB СигФокс Лора VoIP SDN NFV SD-WAN
    Вернуться к разделу Беспроводное и проводное подключение

Универсальная последовательная шина (USB) | Документы Майкрософт

Твиттер LinkedIn Фейсбук Эл. адрес

  • Статья
  • 4 минуты на чтение

В этом документе содержатся рекомендации по проектированию и разработке компонентов USB. Цель этого документа — дать возможность партнерам по экосистеме создать устройство с оптимизированной функциональностью USB.

Функции USB в Windows 10

Windows 10 поддерживает:

  • Контроллеры с двойной ролью, которые могут функционировать как USB-хост или как USB-устройство. Например, телефон может подключаться к ПК в качестве USB-устройства или к другим периферийным USB-устройствам в качестве USB-хоста.

  • USB Type C, переворачиваемый двусторонний USB-разъем примерно того же размера, что и USB-разъем micro-B. Кроме того, USB Type-C обеспечивает поддержку следующих функций:

    • USB 3.1 Gen 2 (10 Гбит/с)
    • Power Delivery, позволяющий устройствам и системам обеспечивать и потреблять до 20 В, 5 А.
    • Альтернативные режимы, позволяющие протоколам, отличным от USB, таким как DisplayPort, Thunderbolt или MHL, использовать разъем USB Type-C.
    • Сообщение об ошибке рекламного щита
  • USB 2.0, 3.0, а теперь и USB 3.1, что позволяет OEM-производителям легко выбирать из широкого спектра контроллеров и периферийных устройств.

  • Универсальные драйверы могут быть созданы для периферийных устройств USB, которые работают на всех устройствах Windows 10, от Интернета вещей (IOT) до серверов.

Партнерам рекомендуется протестировать эти функции с помощью комплекта Hardware Lab Kit и посетить блог основной группы USB для получения обновленной информации о функциях и тестах HLK, включая следующие сообщения, связанные с Windows 10:

  • Тесты USB в Windows 10 Лабораторный комплект оборудования (HLK)

  • Новое в Windows 10: USB Dual Role, Type-C, SuperSpeedPlus и многое другое…

  • Новое в Windows 10: двойная роль USB на мобильных устройствах

Сценарии USB для устройств Windows 10

Windows 10 позволяет поставщикам оборудования внедрять инновации и создавать отличные системы Dual Role и USB Type-C. Несколько примеров сценариев, которые активируются функциями USB в Windows 10, показаны ниже:

  • Замена проприетарных стыковочных разъемов стандартным разъемом USB Type-C

    .
  • Ускоренная зарядка через USB Type-C с током и/или подачей питания

  • Возможность использования внешних периферийных устройств USB для зарядки системы

  • Вывод видео/аудио через USB Type-C с использованием альтернативных режимов

  • Подключение периферийных устройств USB к устройствам Windows Mobile

  • Создание универсальных приложений, которые могут взаимодействовать с пользовательскими периферийными устройствами USB

Рис. 1 Пример новых сценариев USB для настольной системы Windows 10

Рис. 2 Пример новых сценариев USB для мобильного устройства Windows 10

Рекомендации по USB для Windows 10

  • В общем, USB должен «просто работать» при минимальном взаимодействии с пользователем.
  • Ожидается, что аппаратное/микропрограммное обеспечение
  • будет принимать первоначальные политические решения, введенные с функциями двойной роли, подачи питания и альтернативного режима.
  • Windows внесет изменения в политику, чтобы улучшить взаимодействие с пользователем и помочь пользователю устранить проблемы, если что-то пойдет не так.
  • Партнеры должны убедиться, что их USB-оборудование (например, системы, концентраторы, кабели или аксессуары) может взаимодействовать с другим USB-оборудованием, которое появится или уже появится на рынке. Мы поощряем участие в мероприятиях по совместимости и соответствию, проводимых USB-IF.
  • Мы рекомендуем поддерживать альтернативный режим DisplayPort для вывода видео/аудио через USB Type-C.
  • Для систем с несколькими портами USB, которые имеют разные возможности USB, мы рекомендуем четко указать клиенту, какие порты имеют какие возможности. Например, значок, отпечатанный рядом с портом USB, может использоваться, чтобы показать, что порт поддерживает альтернативные режимы и подачу питания.
  • Партнеры должны следовать последней спецификации ACPI, чтобы правильно описывать свои USB-порты, например методы _UPC и _PLD.

Минимальные аппаратные требования для USB

USB не является обязательным для всех устройств и компьютеров под управлением Windows 10. Windows 10 поддерживает следующие контроллеры USB:

  • Функциональные контроллеры
  • Хост-контроллеры
  • Двухролевые контроллеры OTG

Полный набор требований к оборудованию для Windows 10 см. в разделе Минимальные требования к оборудованию.

Спецификации программы совместимости оборудования Windows для USB

Программа совместимости оборудования Windows использует тесты из набора Windows Hardware Lab Kit (HLK), которые OEM-производители могут использовать для диагностики проблем на ранних этапах процесса разработки, обеспечения совместимости драйверов с Windows и, при необходимости, сертификации устройств или систем. Тесты в HLK могут проверять режим двойной роли и функции в любом выпуске Windows 10.

В требованиях программы совместимости оборудования Windows System.Fundamentals.SystemUSB.SystemExposesUSBPort перечисляются рекомендуемые, поддерживаемые или не поддерживаемые типы USB-контроллеров.

Поддерживаемые рекомендации для USB из Windows 8.1

Эти рекомендации из Windows 8.1 сохраняются для Windows 10. интегрированы в SoC или чипсет. Операционная система поддерживает стандартные контроллеры EHCI и XHCI 1.0, включая регистры отладки. Если хост-контроллер не полностью совместим с опубликованными стандартными спецификациями, отклонения должны быть задокументированы, а поддержка хост-контроллера определяется в каждом конкретном случае. Кроме того, возможность отладки важна для хост-контроллеров XHCI.

Интерфейс хост-контроллера USB Замечания
XHCI 1.0+Errata или выше (включая возможность отладки) Требуется для Windows HLK, начиная с июня 2012 г.
ЭХКИ Поддерживается
Дополнительные контроллеры UHCI/OHCI Не поддерживается

Блоги

Блог USB Core Team

Блог о сертификации оборудования Windows

Видео

Стыковка

Включение новых сценариев USB-подключения

Создание новых приложений для USB-аксессуаров

Создание отличных устройств USB 3. 0

Другие руководства и справочники

Windows 10: новые возможности USB

Драйверы универсальной последовательной шины (USB)

Настройка подключения USB 3.0 в Visual Studio

Настройка подключения USB 3.0 вручную

Справочник по USB

О протоколе USB, распространенных ошибках шины USB и способах их устранения

Введение в протокол USB

История USB

Протокол USB, также известный как универсальная последовательная шина, был впервые создан и представлен в 1996 г. как способ институционализации более распространенных, унифицированных кабелей и разъемов, которые можно было бы использовать на множестве различных устройств. С увеличением количества технологических устройств за это время наличие универсального кабеля помогло бы уменьшить путаницу и неудобства, связанные с наличием набора кабелей, необходимых для каждого отдельного устройства.

Архитектура USB была разработана на стыке компаний, включая Compaq, Digital Equipment, IBM, Intel, Microsoft и Northern Telecom, и в настоящее время поддерживается и регулируется Форумом разработчиков USB, или USB-IF. USB-IF обеспечивает соблюдение стандартов и спецификаций, которым должны соответствовать производители USB-устройств, чтобы быть проверенными в качестве надежного источника USB. Устройства, которые соответствуют как физическому уровню стандарта USB (механическому и электрическому), так и программному уровню, одобрены для использования логотипа USB, информируя потребителей и других пользователей USB о том, что их кабели или устройства безопасны в использовании.

Как USB передает и получает данные?

Как стандарт USB определяет, как должен работать USB-кабель или устройство? Существует множество механизмов, которых необходимо придерживаться, в том числе то, как различные USB-устройства должны взаимодействовать друг с другом при перечислении и обмене данными.

Хосты USB также известны как главные устройства, и они инициируют все коммуникации, происходящие по шине USB. Как правило, компьютер или другой контроллер считаются ведущими и отвечают другим устройствам только при запросе определенной информации. Периферийное устройство или ведомое устройство подключается к главному устройству и запрограммировано для предоставления главному устройству информации, необходимой для работы. Как правило, к периферийным устройствам относятся флэш-накопители USB, компьютерные мыши и клавиатуры, камеры и другие подобные устройства.

Важно, чтобы хост и периферийные устройства могли эффективно взаимодействовать друг с другом. Если одно из них не сможет выполнять свою работу, связь между двумя устройствами будет нарушена. Например, если пользователь подключает флэш-устройство к своему хост-компьютеру и ничего не происходит, это, скорее всего, указывает на проблему со связью по шине. Что приводит к тому, как связь происходит по шине USB. Как данные USB передаются и принимаются? Это можно лучше понять, ознакомившись с теорией работы о том, как данные USB передаются по шине, с различными полями и типами пакетов данных USB, а также с типами передачи данных USB.

Поля пакета данных USB

Поля пакета данных USB составляют пакет USB, состоящий из отдельных битов.

Поля пакета данных USB включают поле синхронизации, поле идентификатора пакета (PID), поле ADDR (адрес), поле ENDP (конечная точка), поле CRC (контроль циклического избыточного кода) и поле EOP (конец пакета).

  • Поле SYNC используется для синхронизации часов приемника и передатчика.
  • Поле PID содержит информацию о типе отправляемых данных. В таблице ниже представлены тип PID, имя PID и назначение пакета:

Таблица 1 : Типы пакетов USB

Тип PID Имя PID Описание
Жетон ВЫХОД Передача с хоста на устройство
В Передача устройства на хост
СОФ Маркер начала кадра
НАСТРОЙКА Передача управления от хоста к устройству
Данные ДАННЫЕ0 Пакет данных
ДАННЫЕ1 Пакет данных
ДАННЫЕ2 Высокоскоростной пакет данных
МДАТА Разделенный/высокоскоростной пакет данных
Рукопожатие ПОДТВЕРЖДЕНИЕ Пакет данных был получен без ошибок
НАК Приемник не может принять данные или передатчик не может отправить данные
СТОЙКА Конечная точка остановлена ​​или запрос канала управления не поддерживается
NYET Пока нет ответа
Специальный ПРЕД Преамбула полноскоростного концентратора для низкоскоростного трафика
ОШИБКА Ошибка рукопожатия для разделенной транзакции
РАЗДЕЛИТЬ Преамбула к высокоскоростному концентратору для низкоскоростного/полноскоростного трафика
ПИН-код Токен управления высокоскоростным потоком
доб Маркер расширения протокола

 

  • Поле ADDR (адрес) содержит адрес устройства, на которое отправляется пакет.
  • Поле ENDP (конечная точка) указывает номер конечной точки
  • Поле CRC используется для проверки данных в пакете на наличие ошибок
  • Поле EOP указывает на конец пакета
Пакеты данных USB

Эти поля используются для формирования пакетов данных, которые определяют различные транзакции. Существует четыре типа пакетов USB, включая:

Token Pack , который инициируется хостом и определяет, будет ли хост отправлять или получать данные.

Пакет данных , где данные отправляются передатчиком, и устройство может вернуть пакет NAK или Stall, чтобы указать, что они не могут ответить.

Пакет рукопожатия, используется для подтверждения данных или сообщения об ошибках.

Пакет начала кадра, разбивает шину USB на временные сегменты и планирует передачу данных.

Эти пакеты формируются в кадры и отправляются через транзакцию USB. Продолжительность и частота транзакции зависят от типа передачи, используемого для конечной точки.

Типы передачи данных USB

Вся связь между USB-хостом и USB-устройством адресована определенной конечной точке на устройстве. Каждая конечная точка устройства является однонаправленным приемником или передатчиком данных; указан как отправитель или получатель данных от хоста.

Каждая конечная точка отличается друг от друга в зависимости от требований к полосе пропускания и способа передачи данных. Четыре типа передачи данных USB включают в себя: Control, Isochronous, Interrupt и Bulk.

Управление: Непериодические передачи. Обычно используется для настройки устройства, команд и состояния.

Прерывание : Это транзакция, которая гарантированно произойдет в течение определенного интервала времени. Устройство укажет временной интервал, через который хост должен проверять устройство на наличие новых данных. Это используется устройствами ввода, такими как мыши и клавиатуры.

Изохронный : Периодическая и непрерывная передача срочных данных. Нет проверки ошибок или повторной передачи данных, отправленных в этих пакетах. Это используется для устройств, которым необходимо резервировать полосу пропускания и которые имеют высокую устойчивость к ошибкам. Примеры включают мультимедийные устройства для аудио и видео.

Bulk : Общая схема передачи больших объемов данных. Это для контекстов, где более важно, чтобы данные передавались без ошибок, чем чтобы данные поступали своевременно. Массовые переводы имеют самый низкий приоритет. Если автобус занят другими пересадками, эта транзакция может быть задержана. Данные гарантированно поступают без ошибок. Если в CRC обнаружена ошибка, данные будут переданы повторно. Примерами такого типа передачи являются файлы с запоминающего устройства или вывод со сканера.

Различные типы разъемов USB и скорость передачи сигналов

Какие существуют типы разъемов USB?

USB-кабели и разъемы создают интерфейс, позволяющий компьютерам и периферийным устройствам соединяться друг с другом и передавать данные. Существует множество типов разъемов USB, которые использовались для взаимодействия с протоколами USB 1.1/2.0 и USB 3.0. Некоторые из наиболее часто используемых разъемов включают USB Standard-A, USB Standard-B, USB Mini-B, USB Micro-B и USB Type-C.

Milos634 / CC BY-SA

USB Type-A : наиболее широко используемый тип разъема. Он в основном используется на хост-контроллерах в компьютерах и концентраторах и чаще используется в качестве нисходящего соединения.

UBB Type-B : в основном используется для подключения периферийных USB-устройств, включая принтеры и компактные устройства, такие как мобильные телефоны. Он обычно используется в качестве восходящего соединения.

USB Type-C: — это усовершенствованный тип разъема с обратимой конструкцией, предназначенный для замены других разъемов в надежде, что один кабель будет работать с различными устройствами.

За прошедшие годы было введено несколько версий и спецификаций USB для поддержки развития стандарта USB и его постоянно улучшающейся скорости передачи сигналов.

Спецификации USB и их скорости передачи сигналов

Полноскоростной USB (USB 1.1)

Первая спецификация USB, USB 1.0, была введена в 1996 году и изначально поддерживала низкоскоростную скорость передачи данных 1,5 Мбит/с. Позднее эта спецификация была пересмотрена в 1998 на USB 1.1, также известный как полноскоростной USB. Эта обновленная спецификация поддерживает пропускную способность 12 Мбит/с и уровни мощности до 2,5 Вт. Разъемы USB, поддерживающие эту спецификацию, включают USB Type-A и USB Type-B.

Высокоскоростной USB (USB 2.0)

В 2001 году была представлена ​​спецификация USB 2.0. USB 2.0, также известный как High-Speed ​​USB, поддерживает скорость передачи 480 Мбит/с и обратно совместим с USB 1.1. USB 2.0 также использует те же кабели и разъемы USB Type-A и USB Type-B, а также те же программные интерфейсы, что и USB 1.1, но значительно увеличивает поддержку периферийных устройств с более высокой пропускной способностью, таких как устройства видеокамеры.

SuperSpeed ​​USB (USB 3.x)

USB 3.0

Спецификация USB 3.0, также известная как SuperSpeed ​​USB, была впервые выпущена в 2008 году для удовлетворения растущих потребностей потребителей в USB-устройствах, способных выдерживать еще большую мощность и более высокие скорости передачи. USB 3.0 поддерживает скорость передачи данных до 5 Гбит/с и мощность до 4,5 Вт, что делает его в десять раз быстрее и вдвое мощнее, чем USB 2.0. Как и предыдущие спецификации USB, SuperSpeed ​​USB обратно совместим со своими предшественниками и поддерживается кабелями и типами разъемов, включая USB Type-A и USB Type-B.

На протяжении многих лет SuperSpeed ​​USB подвергался многочисленным изменениям, чтобы отразить улучшение постоянной скорости.

USB 3.1

В 2013 году был представлен SuperSpeed ​​USB 3.1, отражающий его поддержку скорости передачи до 10 Гбит/с за счет использования двухканальной операции в разъеме USB Type-C.

USB 3.2

В 2017 году был выпущен USB 3.2, еще больше повысивший скорость передачи данных. Эта версия поддерживает скорость передачи USB до 20 Гбит/с, что возможно благодаря спецификации, указывающей 10 Гбит/с по 2 полосам в кабеле USB Type-C.

За прошедшие годы были внесены многочисленные изменения в соглашения об именах и брендинге различных выпусков USB 3.0, USB 3.1 и USB 3.2. Сегодня USB 3.2 включает в себя все предыдущие спецификации USB 3.0 и USB 3.1, поддерживая скорости передачи данных 5 Гбит/с, 10 Гбит/с и 20 Гбит/с.

  • USB 3.0 теперь называется USB 3.2 Gen 1 (SuperSpeed ​​USB) и имеет максимальную пропускную способность 5 Гбит/с.
  • USB 3.1 теперь называется USB 3.2 Gen 2×1 (SuperSpeed ​​USB 10 Гбит/с) и имеет максимальную пропускную способность 10 Гбит/с.
  • USB 3.2 теперь называется USB 3.2 Gen 2×2 (SuperSpeed ​​USB 20 Гбит/с) и имеет максимальную пропускную способность 20 Гбит/с. Это также известно как SuperSpeed ​​USB 20Gbps.
USB4

Спецификация USB4 была выпущена в 2019 году и предлагает пользователям одни из самых надежных функций и возможностей, включая возможность передачи данных со скоростью до 40 Гбит/с с использованием двухполосной операции по кабелю Type-C. USB4 обеспечивает самую высокую пропускную способность USB, доступную для нескольких протоколов данных и отображения, для эффективного распределения максимальной совокупной пропускной способности по шине. USB4 также имеет обратную совместимость с USB 3.2, USB 2.0 и Thunderbolt.

USB Power Delivery

Кабели USB Type-C известны своей способностью обеспечивать высокие уровни мощности, до 100 Вт, что возможно благодаря их возможностям согласования мощности, известным как USB Power Delivery (PD). Спецификация USB PD была выпущена в 2012 году как расширение спецификаций USB. USB Power Delivery — это протокол, реализованный в кабелях USB Type-C на линиях канала связи (CC) для безопасного управления контрактами на питание между источниками и приемниками. После согласования мощности между устройствами по шине VBUS подаются правильные уровни тока и напряжения.

Распространенные ошибки USB-трафика при разработке USB-устройств

При разработке USB-устройств разработчики часто сталкиваются с проблемами шины, которые могут привести к ошибкам связи USB. В то время как некоторые ошибки вызывают сбои системы, другие проблемы могут по-прежнему позволять системе работать, но с потенциально неустойчивым поведением. Ниже приведены примеры некоторых проблем с шиной USB, которые могут возникнуть:

Неправильные данные пакета USB и последовательность данных

Пакеты USB содержат механизмы проверки ошибок, включая бит CRC для обеспечения достоверности данных и бит переключения в пакете PID для обеспечения правильности данных последовательность действий. Иногда во время передачи данных USB даже они могут быть скомпрометированы, если в этом механизме возникает ошибка, что приводит к отбрасыванию отдельных транзакций USB или снижению пропускной способности.

Например, если пакет данных поврежден и CRC недействителен, приемник пошлет приемопередатчику бит NAK, информируя об ошибочном пакете данных. Затем приемопередатчики будут повторно отправлять данные несколько раз, но это, в свою очередь, может привести к отбрасыванию пакетов данных, поскольку получатель может счесть это дубликатами данных.

Один из примеров неправильной последовательности включает неверное переключение битов данных. В обычной транзакции данных PID данных будет последовательно переключаться между DATA0 и DATA1, однако, если есть проблемы с этим, может произойти повторная передача данных, когда бит переключения не обновляется правильно, вызывая повторение одного и того же бита переключения. В этих случаях последовательные DATA0 или Data1 не передаются приложению, поскольку получатель будет игнорировать повторяющиеся пакеты. Это приведет к тому, что данные не будут переданы в приложение.

USB-передачи/ретрансляции

При обычной USB-транзакции хост и периферийные устройства отправляют и получают данные, подтверждая (ACK) или отвергая (NAK) определенные транзакции, обеспечивая эффективную связь. В одном примере эффективной USB-передачи хост отправляет токен IN на периферийное устройство, и периферийное устройство отвечает пакетом данных. Хост подтвердит это и ответит пакетом ACK, который сообщит устройству, что оно правильно приняло данные и готово отправить другую транзакцию.

Однако иногда передача может быть ошибочной. Если пакет данных поврежден, хост может отбросить этот пакет, не отправляя ACK. После этого периферийное устройство получит еще один токен IN, но поскольку подтверждения ACK не было, оно повторно отправит те же данные. Это можно охарактеризовать как ретрансляцию.

Повторная передача некоторых данных может быть допустима, но если на шине происходит переполнение при повторной передаче, это может привести к снижению производительности и/или потере пакетов.

Вопросы, связанные с питанием/VBUS

Другая распространенная ошибка шины USB связана с проблемами питания и VBUS. VBUS — это провод в разъеме USB, который подает питание на устройства. Хост-устройства и периферийные устройства имеют определенные верхние ограничения на добавление или потребление тока, поэтому при обнаружении превышения тока от устройства система может отключиться во время тестирования или работы.

Системы также могут реагировать на перерасход тока неправильным подключением или нумерацией. Если хост или устройство обнаружат высокие уровни тока, любое из них может отключиться, и перечисление не будет полностью завершено.

Проблемы с перечислением

Перечисление в системе USB — это процесс, при котором хост обнаруживает наличие устройства и определяет тип подключенного устройства и скорость связи. Это когда происходит токен рукопожатия, поскольку оба устройства узнают о возможностях друг друга.

После перечисления хост перезагрузит устройство, чтобы прочитать его дескрипторы и идентифицировать его. Однако, если дескриптор устройства неправильный, например, он имеет неправильную длину в битах, это может привести к ошибкам в перечислении, вызывая неправильное соединение между устройствами.

Проблемы согласования высокой скорости

Высокоскоростные устройства также могут поддерживать передачу сигналов низкой и полной скорости, поскольку USB 2.0 обратно совместим с предыдущими спецификациями. При первом подключении устройств сначала используются полноскоростные возможности до тех пор, пока не будут подтверждены высокоскоростные возможности с любого устройства. Чтобы устройства USB 2.0 могли выполнять высокоскоростные согласования, используется протокол, известный как щебетание.

USB определяет два состояния шины данных на этом этапе, J и K чирикает. Когда высокоскоростной USB-хост подключается к другому устройству, хост перезагружает устройство и ждет ответного звукового сигнала K, который будет означать, что устройство поддерживает высокоскоростную передачу данных. Если он не ответит щебетом K, высокоскоростное хост-устройство завершит рукопожатие. Однако, если устройство действительно возвращает сигнал K, хост ответит чередующимися парами сигналов Chirp K и Chirp J, чтобы сообщить устройству, что оно способно работать на высокой скорости. Как только эта транзакция была распознана, устанавливается высокоскоростное соединение.

Проблемы с согласованием скорости могут вызвать проблемы с передачей сигналов между устройствами, в результате чего устройства будут работать неправильно. Например, если полноскоростное устройство по ошибке ответит сигналом K, хост будет думать, что оно способно работать с высокоскоростным сигналом. Это может привести к повреждению пакетов, поскольку устройство не понимает High-speed.

События сброса, приостановки и возобновления

Определенные типы низкоуровневых событий шины, включая события сброса, приостановки и возобновления, жизненно важны для успешного обмена данными между двумя высокоскоростными устройствами, и любые сбои во время этих событий могут вызвать ненормальное поведение USB устройства.

Событие сброса происходит, когда хост хочет начать обмен данными с устройством. Это позволит сбросить устройство в ненастроенное состояние по умолчанию, чтобы обеспечить бесперебойную связь. Если это событие не происходит правильно, устройства могут быть не в состоянии эффективно перечислять или обмениваться данными USB правильно.

Устройства USB могут отключаться, если они не используются, что выполняется с помощью события приостановки. В течение этого времени приостановленное устройство должно распознать сигнал возобновления и сигнал сброса. Если хост хочет снова разбудить устройство, он может выдать сигнал возобновления. Если есть проблема с отправкой или получением этих сигналов, USB-устройство может не выйти из спящего режима должным образом и перестать отвечать во время или после этих событий.

Что такое анализатор USB-протокола (USB-сниффер)?

Анализатор протоколов — это инструмент, обычно используемый разработчиками оборудования, программного обеспечения и микропрограмм для анализа и отладки встроенных систем на всех этапах жизненного цикла продукта. Анализаторы протоколов подключаются между главным компьютером и периферийными устройствами для захвата и декодирования необработанных данных и событий шины в удобочитаемый формат, часто помечая ошибки шины для облегчения устранения неполадок.

Существует множество анализаторов протоколов, каждый из которых предназначен для анализа определенных протоколов данных, включая I2C, SPI, USB, CAN и eSPI.

Анализатор протокола USB, также известный как анализатор шины USB или отладчик шины USB, специально собирает и декодирует данные шины USB на уровне протокола, включая перечисление, пакеты данных USB, отдельные транзакции USB, синхронизацию и события данных, согласование скорости , и многое другое. Инженеры обращаются к анализаторам протоколов, чтобы лучше понять шину и обнаружить ошибки, которые в противном случае могли бы остаться незамеченными.

Программное и аппаратное обеспечение Анализатор USB-протокола

Существует два различных типа анализаторов USB-протокола, которые используются для отладки USB-устройств:

  • Программное обеспечение Анализатор протокола USB
  • Аппаратный анализатор протокола USB

Программный анализатор протокола — это программный анализатор, который заменяет программный стек USB на тестируемом хост-компьютере для мониторинга данных USB. Программные анализаторы протокола USB позволяют пользователям просматривать данные, отправляемые на хост-контроллер и с него, но поскольку эти анализаторы полагаются на аппаратное обеспечение хост-компьютера для выполнения анализа, это часто может ограничивать доступную для анализа информацию USB.

Аппаратный анализатор, напротив, представляет собой аппаратный инструмент, работающий отдельно и независимо от главного компьютера. Аппаратные анализаторы подключаются между хост-компьютером и периферийным устройством, чтобы ненавязчиво отслеживать обмен данными между ними. Они позволяют пользователям легко отлаживать встроенный хост и просматривать определенные данные и события, включая согласование скорости, проблемы с синхронизацией и ошибки передачи.

Одним из существенных преимуществ использования аппаратного анализатора протоколов по сравнению с программным анализатором протоколов является его способность захватывать, декодировать и отлаживать низкоуровневые события и ошибки шины. Низкоуровневые события шины включают в себя сигналы K/J, сброс, приостановку, возобновление, вход/неактивные ключи, SOF.

Хотя программные анализаторы обеспечивают определенные уровни видимости системы USB, они не могут заменить аппаратный анализатор протоколов. Часто разработчики USB используют оба типа анализаторов, чтобы обеспечить оптимальную работу своей системы.

На что следует обратить внимание при выборе анализатора USB-протокола

Хотя многие анализаторы USB-протокола, доступные на рынке, обеспечивают возможности анализа и отладки протокола USB, каждый из них отличается своими возможностями. .

При выборе подходящего анализатора USB-протокола пользователь должен учитывать, в каких случаях будет использоваться анализатор и есть ли определенные функции, которые жизненно важны для этого.

Скорость захвата USB

Для эффективного анализа и отладки USB-устройств анализатор протокола должен иметь возможность успешно захватывать USB-трафик с той скоростью, с которой он передается. Обеспечение того, чтобы анализатор соответствовал требованиям сигнализации, является жизненно важным первым шагом в выборе правильного анализатора.

Возможности в реальном времени

Возможности мониторинга в реальном времени позволяют пользователю захватывать, декодировать и анализировать данные USB в режиме реального времени, что означает возможность просмотра данных по мере их появления, а не путем захвата, загрузки, а затем отображение данных. Это может быть чрезвычайно полезно для сокращения времени на выявление ошибок и позволяет пользователям лучше понять, как ведет себя шина.

Память

Данные, собранные аппаратным анализатором протоколов, обычно сохраняются в памяти устройства и в ОЗУ хост-компьютера для еще большего объема памяти. Больший объем памяти может быть очень полезен для пользователей, выполняющих долгосрочный сбор данных, которым необходимо записывать трафик данных в течение нескольких дней за один раз.

Декодирование на уровне класса USB

USB определяет информацию о коде класса для идентификации функциональных возможностей устройства и группировки похожих устройств, что позволяет им использовать общий драйвер класса USB. Декодирование на уровне класса USB — это преобразование низкоуровневых данных USB в удобочитаемые команды и инструкции уровня класса USB. Наличие этой возможности в анализаторе протоколов очень полезно для лучшего понимания данных быстро и легко, а не для того, чтобы пытаться разобраться в необработанном формате данных USB.

Мониторинг тока и напряжения VBUS

В разъеме USB есть несколько контактов, которые передают определенные данные по кабелю, но также есть провод VBUS, который используется для передачи питания между устройствами. Проблема с VBUS может привести к неправильному питанию устройств или отключению друг от друга из-за перерасхода тока. Наличие анализатора протокола, который позволяет отслеживать ток и напряжение VBUS, может помочь определить любые проблемы, связанные с питанием, при перечислении и подключении устройств.

Аппаратный запуск

Расширенные возможности запуска могут добавить еще одно измерение отладки USB, которое позволяет пользователям запускать захват при соблюдении определенных критериев, таких как соответствие определенным типам пакетов, данным или состояниям шины.

Цифровой ввод/вывод

Наличие функции цифрового ввода/вывода позволяет пользователям синхронизировать USB-трафик с внешней логикой.

Наличие этой функции также поддерживает выполнение триггеров и синхронизацию с внешними системами тестирования.

Синхронизация нескольких анализаторов

Иногда требуется синхронизация нескольких анализаторов протоколов, чтобы вы могли надежно контролировать обе стороны концентратора USB или любое количество точек в системе USB. Наличие этой возможности позволяет синхронизировать захват событий, запуск, запуск и остановку на нескольких анализаторах.

Межплатформенная поддержка

Наличие анализатора протоколов, поддерживаемого несколькими различными операционными системами, обеспечивает более гибкий и удобный процесс отладки. Возможность использования в уже знакомой операционной системе также снижает кривую обучения использованию инструмента.

Обзор анализаторов USB-протокола Beagle компании Total Phase

Компания Total Phase предлагает широкий выбор анализаторов USB-протоколов, отвечающих требованиям различных проектов.

Анализатор протокола Beagle USB 12 – Анализатор USB Full Speed ​​1.1

Анализатор протокола Beagle USB 12 отслеживает низко-/полноскоростной USB-трафик со скоростью до 12 Мбит/с. Этот анализатор предлагает отображение, поиск и фильтрацию захваченных данных в режиме реального времени, а также декодирование дескрипторов.

Для получения более подробных сведений об основных функциях и возможностях см. техническое описание анализатора протокола Beagle USB 12.

Анализатор протокола Beagle USB 480 – высокоскоростной анализатор USB 2.0

Анализатор протокола Beagle USB 480 ненавязчиво отслеживает высоко-, полно- и низкоскоростной трафик USB 2. 0 со скоростью до 480 Мбит/с. Этот анализатор предлагает отображение, поиск и фильтрацию захваченных данных в режиме реального времени, а также предлагает декодирование дескрипторов и декодирование класса USB.

Для получения более подробных сведений об основных функциях и возможностях см. техническое описание анализатора протокола Beagle USB 480.

Анализатор протокола питания Beagle USB 480 — высокоскоростной анализатор USB 2.0

Анализатор протокола питания Beagle USB 480 ненавязчиво отслеживает трафик USB 2.0 со скоростью до 480 Мбит/с. Этот анализатор предлагает отображение, поиск и фильтрацию захваченных данных в режиме реального времени, а также предлагает декодирование дескрипторов и декодирование класса USB. Версии Standard и Ultimate обеспечивают мониторинг и графическое отображение значений тока и напряжения VBUS в режиме реального времени, а версия Ultimate также предоставляет расширенные триггеры USB 2.0, которые позволяют пользователям создавать гибкие условия триггера на основе состояния на основе шаблонов данных, типов пакетов, ошибок. типы, события и другие критерии.

Для получения более подробных сведений об основных функциях и возможностях см. техническое описание анализатора протокола питания Beagle USB 480.

Анализатор сверхскоростных протоколов Beagle USB 50000 v2 – анализатор USB SuperSpeed ​​3.0

Анализатор сверхскоростных протоколов Beagle USB 5000 v2 ненавязчиво отслеживает сверхскоростной/высоко-/полно-/низкоскоростной USB-трафик до 5 Гбит/с. Версия Standard может одновременно отслеживать трафик USB 2.0 или USB 3.0, а версия Ultimate может одновременно отслеживать трафик USB 2.0 и USB 3.0. Этот анализатор предлагает отображение, поиск и фильтрацию захваченных данных в режиме реального времени, а также предлагает декодирование дескрипторов и декодирование класса USB. Он также предлагает пользователям возможность выполнять расширенные триггеры USB 2.0/USB 3.0, в том числе основанные на состоянии и гибкие условия триггера, основанные на шаблонах данных, типах пакетов, типах ошибок, событиях и других критериях. Кроме того, он обеспечивает улучшенную видимость шины USB 3.0, обнаруживая низкоуровневые события шины, включая обучение канала, опрос LFPS, обучающие последовательности, а также предоставляет представление LTSSM, который отслеживает переходы состояния канала в восходящем и нисходящем направлениях.

Более подробные сведения об основных функциях и возможностях см. в Техническом описании анализатора протоколов Beagle USB 5000 v2 SuperSpeed.

USB Power Delivery Analyzer

USB Power Delivery Analyzer — это инструмент, используемый для записи трафика протокола Power Delivery (PD) на разъеме USB Type-C. Он подключается в линию между двумя продуктами Type-C и пассивно фиксирует все сообщения между ними по сигналам CC1 и CC2 (канал связи). При подключении он не мешает сигналам USB 3.2 Gen 2 или USB 2.0, что позволяет захватывать согласование PD для питания, ролей данных USB и DisplayPort или других альтернативных режимов Type-C. Это устройство также поддерживает Power Delivery 3. 0, расширенные сообщения, обработку новых сообщений и декодирование DisplayPort VDM.

Для получения более подробных сведений об основных функциях и возможностях см. техническое описание USB Power Delivery Analyzer.

 

Полный обзор всех наших USB-продуктов и их сравнение см. в нашем Руководстве по USB-продуктам.

 

Универсальная последовательная шина (USB) — драйверы Windows

Обратная связь Редактировать

Твиттер LinkedIn Фейсбук Эл. адрес

  • Статья
  • 6 минут на чтение

Универсальная последовательная шина (USB) обеспечивает расширяемый последовательный интерфейс Plug and Play с возможностью «горячей» замены, который обеспечивает стандартное недорогое подключение периферийных устройств, таких как клавиатуры, мыши, джойстики, принтеры, сканеры, устройства хранения данных, модемы и другие устройства. камеры видеоконференцсвязи. Миграция на USB рекомендуется для всех периферийных устройств, которые используют устаревшие порты, такие как PS/2, последовательные и параллельные порты.

USB-IF — это специальная группа по интересам (SIG), которая поддерживает официальную спецификацию USB, спецификации тестирования и инструменты.

Операционные системы Windows включают встроенную поддержку хост-контроллеров USB, концентраторов, а также устройств и систем, соответствующих официальной спецификации USB. Windows также предоставляет программные интерфейсы, которые можно использовать для разработки драйверов устройств и приложений, взаимодействующих с USB-устройством.

USB в Windows Windows 10: что нового для USB

Обзор новых функций и улучшений USB в Windows 10.

Часто задаваемые вопросы по USB

Часто задаваемые вопросы разработчиков драйверов о стеке USB и функциях, поддерживаемых в USB.

Дескрипторы ОС Microsoft для USB-устройств

Windows определяет дескрипторы ОС MS, что позволяет лучше перечислять при подключении к системе под управлением операционной системы Windows

Драйверы USB, предоставленные корпорацией Майкрософт Драйверы на стороне устройства USB в Windows

Набор драйверов для обработки общей логики функций USB-устройств.

USB-драйверы на стороне хоста в Windows

Microsoft предоставляет основной стек драйверов, которые взаимодействуют с устройствами, подключенными к контроллерам EHCI и xHCI.

Драйверы класса устройств USB-IF

Windows предоставляет встроенные драйверы классов устройств для многих классов устройств, одобренных USB-IF, аудио, запоминающих устройств и т. д.

Универсальный функциональный драйвер USB — WinUSB

Windows предоставляет файл Winusb.sys, который можно загрузить в качестве функционального драйвера для пользовательского устройства и функции составного устройства.

Общий родительский драйвер USB для составных устройств — Usbccgp

Родительский драйвер для USB-устройств с несколькими функциями. Usbccgp создает объекты физических устройств (PDO) для каждой из этих функций. Эти отдельные PDO управляются соответствующими функциональными драйверами USB, которыми может быть драйвер Winusb.sys или драйвер класса USB-устройств.

Расширение WDF для разработки драйверов USB
  • Справочник по расширению класса диспетчера разъемов USB (UcmCx)
    • Ucmmanager.h
  • Справочник по хост-контроллеру USB
  • (UCX)
    • Ucxclass.h
    • Ucxcontroller.h
    • Ucxroothub.h
    • Ucxusbdevice.h
    • Ucxendpoint.h
    • Ucxsstreams.h
  • Справочник по расширению функционального класса USB
  • (UFX)
    • Ufxbase.h
    • Ufxclient.h
    • Ufxproprietarycharger.h
Тестирование USB-устройств с Windows

Обзор устройств Microsoft USB Test Tool (MUTT)

Получите информацию об инструментах, которые можно использовать для тестирования аппаратного или программного обеспечения USB, захвата следов операций и других системных событий и наблюдения за тем, как стек драйверов USB отвечает на запрос, отправленный клиентским драйвером или приложением.

Прочтите обзор тестов в комплекте сертификации оборудования, которые позволяют поставщикам оборудования и производителям устройств подготовить свои USB-устройства и хост-контроллеры к отправке на сертификацию оборудования Windows.

Другие ресурсы для USB

Официальная спецификация USB

Предоставляет полную техническую информацию о протоколе USB.

Блог группы Microsoft Windows USB Core

Ознакомьтесь с сообщениями, написанными командой Microsoft USB. Блог посвящен стеку USB-драйверов Windows, который работает с различными USB-хост-контроллерами и USB-концентраторами, установленными на ПК с Windows. Полезный ресурс для разработчиков клиентских драйверов USB и проектировщиков аппаратного обеспечения USB, посвященный реализации стека драйверов, устранению распространенных проблем и объяснению того, как использовать инструменты для сбора трассировок и файлов журналов.

Онлайн-списки OSR — ntdev

Список обсуждений, управляемый OSR Online для разработчиков драйверов режима ядра.

Центр разработки оборудования для Windows

Разные ресурсы, основанные на часто задаваемых вопросах разработчиков, которые не знакомы с разработкой USB-устройств и драйверов, работающих с операционными системами Windows.

Видео, связанные с USB

  • Общие сведения о USB 3.0 в Windows 8
  • Создание отличных устройств USB 3.0
  • Инновации в отладке по USB в Windows 8 (Часть I, II и III)

USB-оборудование для обучения

МУТТ устройства Устройства

MUTT и SuperMUTT, а также сопутствующий программный пакет интегрированы в набор тестов USB HCK. Они обеспечивают автоматизированное тестирование, которое можно использовать в цикле разработки USB-контроллеров, устройств и систем, особенно при стресс-тестировании.

Учебный комплект OSR USB FX2

Если вы новичок в разработке драйверов USB. Набор наиболее подходит для изучения образцов USB, входящих в данный комплект документации. Вы можете приобрести комплект для обучения в интернет-магазине OSR.

Запись драйвера клиента USB (KMDF, UMDF)

Знакомит вас с разработкой USB-драйвера. Предоставляет информацию о выборе наиболее подходящей модели драйвера USB для вашего устройства. Этот раздел также содержит руководства по написанию ваших первых USB-драйверов пользовательского режима и режима ядра с использованием шаблонов USB, включенных в Microsoft Visual Studio.

Начало работы с разработкой клиентского USB-драйвера

Справочник по программированию драйвера USB-устройства

Запись драйвера хост-контроллера USB

Если вы разрабатываете хост-контроллер xHCI, который не соответствует спецификации, или разрабатываете специальное аппаратное обеспечение, отличное от xHCI (например, виртуальный хост-контроллер), вы можете написать драйвер хост-контроллера, который взаимодействует с UCX. Например, рассмотрим беспроводную док-станцию, поддерживающую USB-устройства. ПК взаимодействует с USB-устройствами через беспроводную док-станцию, используя USB через TCP в качестве транспорта.

Разработка драйверов Windows для хост-контроллеров USB

  • Справочник по хост-контроллеру USB (UCX)
    • Ucxclass.h
    • Ucxcontroller.h
    • Ucxroothub.h
    • Ucxusbdevice.h
    • Ucxendpoint.h
    • Ucxsstreams.h
Запись драйвера функционального контроллера для USB-устройства

Вы можете разработать драйвер контроллера, который обрабатывает все передачи данных USB и команды, отправляемые хостом на устройство. Этот драйвер взаимодействует с предоставленным корпорацией Майкрософт расширением функционального контроллера USB (UFX).

Разработка драйверов Windows для функциональных контроллеров USB

Справочник по расширению функционального класса USB (UFX)

  • Ufxbase.h
  • Ufxclient.h
  • Ufxproprietarycharger.h
Запись драйвера разъема USB Type-C

В Windows 10 появилась поддержка нового разъема USB: USB Type-C. Вы можете написать драйвер для соединителя, который взаимодействует с предоставленным корпорацией Майкрософт модулем расширения класса: UcmCx для обработки сценариев, связанных с соединителями типа C, например, какие порты поддерживают тип C, какие порты поддерживают подачу питания.

Разработка драйверов Windows для разъемов USB Type-C

Справочник по расширению класса диспетчера разъемов USB (UcmCx)

  • Ucmmanager.h
Запись драйвера двухролевого контроллера USB Контроллеры USB Dual Role

теперь поддерживаются в Windows 10. Windows включает встроенные клиентские драйверы для контроллеров ChipIdea и Synopsys. Для других контроллеров Microsoft предоставляет набор интерфейсов программирования, которые позволяют расширению класса с двумя ролями (UrsCx) и его клиентскому драйверу взаимодействовать друг с другом для обработки возможности переключения ролей контроллера с двумя ролями.

Дополнительные сведения об этой функции см. в статье:

.

Архитектура стека двухролевых USB-драйверов

Справочник по программированию драйвера двухролевого контроллера USB

  • Ursdevice.h
Запись драйвера USB для эмулируемых устройств

В Windows 10 появилась поддержка эмулируемых устройств. Теперь вы можете разработать эмулированный драйвер хост-контроллера универсальной последовательной шины (USB) и подключенное виртуальное USB-устройство. Оба компонента объединены в единый драйвер KMDF, взаимодействующий с предоставленным корпорацией Майкрософт расширением класса эмуляции USB-устройств (UdeCx).

Разработка драйверов Windows для эмулируемых USB-устройств (UDE)

Справочник по программированию драйвера эмулированного хост-контроллера USB

  • Udecxusbdevice.h
  • Udecxusbendpoint.h
  • Udecxwdfdevice.h
  • Udecxurb.h
Создание приложения UWP

Содержит пошаговые инструкции по реализации функций USB в приложении UWP. Чтобы написать такое приложение для USB-устройства, вам потребуется Visual Studio и Microsoft Windows Software Development Kit (SDK).

Поговорите с USB-устройствами, от начала до конца

Windows.Устройства.USB

Написать настольное приложение для Windows

Описывает, как приложение может вызывать функции WinUSB для связи с USB-устройством.

Запись приложения WinUSB

Функции WinUSB

  • Winusb.h
  • Usbioctl.h
Общие сценарии программирования

Список общих задач, которые драйвер или приложение выполняет для связи с USB-устройством. Получите краткую информацию об интерфейсах программирования, необходимых для каждой задачи.

Образцы USB

Образцы приложений UWP для USB

Образцы драйверов Windows для USB

Средства разработки

Скачать комплекты и инструменты для Windows

Отправить и просмотреть отзыв для

Этот продукт Эта страница

Просмотреть все отзывы о странице

Универсальная последовательная шина USB Описание

Носитель данных Жесткие диски DVD-диск
Оптические диски Ленточный носитель Флэш-накопитель
Застежки-молнии RAID Съемный носитель
(U) универсальный (B) американский (S) серийный        

В настоящее время универсальная последовательная шина (также известная как USB) считается очень простым и гибким способом соединения между персональным компьютером (ПК) и многочисленными периферийными устройствами. Поскольку загрузка через USB поддерживается BIOS материнской платы вашего компьютера, такие устройства, как мышь, принтер, цифровая камера, веб-камера, динамик, модем, сетевое подключение и т. д., теперь могут быть легко подключены к вашему компьютеру через порт USB (т. е. USB-концентратор). Эта функция по сравнению с подключением через последовательный или параллельный порт является критически выгодной, поскольку она предлагает гораздо больше удобства с точки зрения скорости, мобильности и гибкости.

 

Основные характеристики USB

  • К одному хост-контроллеру USB можно подключить до 127 периферийных устройств.
  • USB-устройство
  • имеет максимальную скорость до 480 Мбит/с (для USB 2.0).
  • Длина отдельного кабеля USB может достигать 5 метров без концентратора и 40 метров с концентратором.
  • USB действует как устройство «подключи и работай».
  • USB может получать питание от собственного источника питания или от компьютера. Устройства USB используют мощность до 5 напряжений и выдают до 500 мА.
  • Если компьютер переходит в режим энергосбережения, некоторые USB-устройства автоматически переходят в «спящий» режим.
 

Скорость USB

  • USB поддерживает 3 типа скорости:
  • Низкая скорость (1,5 Мбит/с)
  • Полная скорость (12 Мбит/с)
  • Высокая скорость (480 Мбит/с)

 В начало

 

USB — устройство с возможностью горячей замены

Автоматически определяется операционной системой при подключении к ПК. USB играет роль устройства, работающего по принципу «подключи и работай». Как только операционная система запросит и установит диск с драйверами, работа USB будет активирована, и он сможет свободно взаимодействовать с ПК. Его можно отключить от компьютера в любой момент. Это также характерно для «горячей замены».

 В начало

 

USB-соединение

USB-устройства подключаются к ПК с помощью USB-кабеля. Этот кабель состоит из 2-х проводов для питания (до 5 вольт) и витой пары проводов для передачи данных.

USB-кабель использует разъемы A и B, чтобы избежать путаницы при подключении USB-устройства к ПК.

  • Головка разъема «A» «вверх по течению» к компьютеру
  • Соединительная головка «B» «ниже по потоку» к отдельным устройствам

Благодаря этой функции пользователь теперь может правильно подключить устройство, не испытывая затруднений при различении двух соответствующих разъемов. В настоящее время разъем mini-B производится для небольших устройств, таких как КПК, мобильный телефон или цифровая камера. Для справки, размер разъема A составляет приблизительно 4×12 мм, разъема B — приблизительно 7×8 мм, а размер разъема B-mini — приблизительно 3×7 мм.

Вернуться к началу

 

Блок питания USB

У вас может возникнуть вопрос, откуда USB-устройства получают питание. И это правда, что некоторые мощные устройства, такие как принтер, съемный жесткий диск… имеют свои собственные адаптеры питания. Однако для устройств с низким энергопотреблением, таких как мышь, цифровая камера или веб-камера и т. д., питание будет поступать от шины, чтобы упростить процедуру.

Поскольку мощные устройства поставляются с собственным адаптером питания, им не нужно потреблять питание от системы. Однако периферийные устройства с низким энергопотреблением (например, мышь, клавиатура) и некоторые устройства хранения данных (например, флэш-накопитель, портативный жесткий диск) получают питание от системы. Если слишком много таких устройств потребляют энергию из системы, лучшим решением будет использование концентратора с питанием. Этот концентратор содержит трансформатор, который обеспечит подачу достаточного питания на USB-устройства без перегрузки питания компьютера.

 В начало

Как работает USB

Когда компьютер включен и USB-устройства подключены к концентратору, система запросит у них информацию о необходимой пропускной способности. Затем будет происходить процесс перечисления, при котором каждому устройству назначается уникальный адрес. После этого система определит, какие данные USB-устройства хотят передать. Будет 4 разных режима передачи:

  • Прерывание: используется для устройств, которые передают небольшое количество данных, но требуют быстрого отклика (например, мышь, клавиатура)
  • Bulk: используется для устройств, которые получают большие пакеты данных (например, принтер)
  • Изохронный: используется для устройств, которым требуется процесс потоковой передачи (например, динамик, веб-камера)
  • Управление: короткие простые команды для устройства и ответ о состоянии.

После того, как все подключенные устройства будут перечислены, компьютерная система позаботится об общей пропускной способности и распределит ее между различными устройствами в соответствии с их режимом передачи. Большая часть пропускной способности будет использоваться для прерывания и изохронной передачи, чтобы гарантировать их запросы. Однажды 90% полосы пропускания, компьютер откажется от любой другой передачи из этих двух режимов. Массовая или контрольная передача (если доступна) займет оставшуюся часть пропускной способности, которая составляет до 10%.

 В начало

 

Аккуратно обращайтесь со своим USB-устройством «PLUG AND PLAY»

«Подключи и работай» не означает, что вы можете подключать свои USB-устройства к компьютеру в любое время, так как это может привести к серьезному повреждению. Ниже приведены некоторые моменты, на которые следует обратить внимание при использовании USB-устройств:

  • Копировать файлы с устройств или на них соответствующим образом
  • После завершения процесса копирования ни в коем случае не пытайтесь немедленно удалить USB-устройство (устройства) из компьютера.

Для пользователей Windows:
Посмотрите на панель задач и найдите значок «Удалить оборудование». Нажмите на нее и подождите, пока не появится сообщение, содержащее список драйверов USB.

Выберите устройство, которое вы хотите удалить из системы, нажав на сообщение (например, «Безопасное извлечение запоминающего устройства — диск (G:)»).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.