USB - Universal Serial Bus [univerzální sériové rozhraní] - popis

Rozhraní USB se dnes stává prakticky náhradou sériového rozhraní RS-232. Malý konektor (proti konektoru CANNON pro RS-232), sériová komunikace, možnost zřetězení až 127 zařízení, dostatečné napájení v konektoru (5V/500mA celkem), vlastnosti Plug & Play a především poměrně jednoduchý návrh a volný přístup k technologii. Toto jsou hlavní důvody obrovského nástupu USB zařízení a skutečnosti, že téměř každý současný notebook je vybaven alespoň jedním USB slotem.

Dnes jsou běžně dostupné adaptéry na USB 2.0, které podporují přenosy o rychlosti až 480Mbit/s a jsou zpětně kompatibilní se staršími USB 1.1 periferiemi, což je obrovská výhoda. Díky vysoké komunikační rychlosti tak USB rozhraní postupně vítězí nad rozhraním RS-232.

Základní vlastnosti tedy jsou:

- Plug and Play (automatická detekce a konfigurace).
- Hot Swap (možnost připojení a odpojení za chodu).
- Přenosová rychlost verze 1.1 postačující pro pomalá zařízení, 2.0 i pro rychlejší připojení:
  USB client 1.1 podporuje prenosy max. rychlosti 12 Mbit/s,
  USB client 2.0 až 480Mbit/s.
- Datový tok musí řídit procesor.
  Komunikační rychlost na USB není uživatelsky modifikovatelná, nastavují si ji obvody samy.
- Univerzální použití.
- Orientace zejména na široké nasazení (faktická náhrada sériového portu).
- Levná implementace (cena čipu pod 5 USD).

Popis technologie

USB nabízí obousměrnou komunikaci mezi PC a periferií, základní USB rozhraní je přitom umístěno na základní desce nebo na přídavné kartě. Některé počítače mají přímo na desce umístěn kořenový hub (rozbočovač s maximálně sedmi porty). Propojování lze řetězit až do sedmé úrovně nebo do 127 portů. Unikátní vlastnost USB je, že zařízení může mít hub integrován přímo v sobě.
USB je obecně popisováno jako zřetězená hvězdicová architektura, přitom každé zařízení komunikuje s hostitelským portem, jako kdyby mělo vyhrazené spojení. Přes všechna zřetězení se huby chovají pro software transparentně a každé zařízení může být samostatně adresováno. Například USB klávesnice tak může mít další USB port pro USB myš.

Kabely a porty

Kořenový USB hub je připojen přímo k hostitelskému systému. Veškerá další propojení se realizují pomocí kabelů. Jedná se vždy o 4 vodiče a 4-pinové konektory.
<----- USB rozhraní (porty, sloty) jsou v počítači obvykle označeny symbolem dle obrázku vlevo.
USB používá dva druhy standardních konektorů.
Porty na počítači a na hubu požívají zásuvku typu A. Stejně tak všechny kabely připojené pevně k zařízení (do periferií) mají konektor typu A.
Zařízení využívající separátní (odpojitelný) USB kabel využívají pro toto spojení konektor typu B. Konektor typu B je rovněž osazen na centrále CCPU-03 a slouží pouze pro překlady a RUN režim z prostředí FRED PL2.
V USB zařízeních se setkáme se dvěma druhy kabelů - série A a série B.
Oba využívají dvou párů vodičů (jeden pár pro data, druhý pro napájení).
Kabely série B jsou limitovány délkou 3m a jsou používány pro připojení pomalých periferií (1,5Mbps), jako je např. klávesnice. Tento UTP (nestíněný) kabel je často nedílnou součástí periferie. Datové vodiče nemusejí být kroucené.
Kabely série A jsou používány pro rychlé (12Mbps) periferie, délka tohoto kabelu může být maximálně 5m. Používá se STP kabel (stíněný).
Kabely série B jsou vizuálně stejné jako kabely série A. Praxe a měření dokazují, že naprostá většina USB 1.1 kabelů pracuje i s USB 2.0, nicméně ve specifikaci jsou malé odlišnosti v parametrech.
Pokud kabel způsobuje problémy při přenosu dat na USB 2.0 sběrnici, ve většině případů se jedná o kabel, který nevyhovuje ani nižší specifikaci USB 1.1.

Zapojení kabelu
PIN | Označení | Barva | Použití
--- | --- | --- | ---
1 | VBUS | červená | napájení +5V
2 | D- | bílá | Data -
3 | D+ | zelená | Data +
4 | GND | černá | napájení - GND (zem)

Výkon sběrnice

Sběrnice má definovány rychlostní úrovně s následujícím označením:

- Low Speed = 1,5Mbit/s
- Full Speed = 12Mbit/s
- High Speed = 480Mbit/s (podporováno pouze pro USB 2.0)

USB systém má tu speciální vlastnost, že může přímo napájet připojenou periferii nebo hub. Z hlediska napájení může nastat několik případů. USB zařízení jsou zařazována do kategorií podle jejich odběrů.

- "Low Bus Power" (nízkopříkonová) zařízení - napájení ze sběrnice, odběr max. 100 mA
- "High Bus Power" (vysokopříkonová) zařízení - napájení ze sběrnice, odběr max. 500 mA
- "Self-Powered" (samostaně napájená) zařízení - napájení z externího zdroje

Periferie mohou být tedy napájeny přímo z USB sběrnice, pokud jejich odběr nepřekročí 100mA , resp. 500mA.
Napájecí napětí na USB je 5V (4,75 V až 5,25 V), toto napětí dodává vždy hub dále do periferie.
Pozor u notebooků, které používate při servisu občas i bez síťového napájení. Musíte si uvědomit, že v tomto případě se může výrazně snižovat doba provozu notebooku na baterie!

Úplný popis USB sběrnice lze nalézt přímo na stránkách http://www.usb.org.