Стандарты и спецификации USB

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Национальный  авиационный университет

Институт  компьютерных технологий

Факультет компьютерных наук 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Отчёт

о проделанной  домашней работе 

по дисциплине: «Стандартизация и сертификация комплексов IT проектирования» 

на тему: «Стандарты и спецификации USB» 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                              Выполнил:

                                              студент ФКН-503

                                              Езерский В.О 

                                              Принял:

                                              Соловов А.А 
 
 
 
 
 

Киев 2010

Содержание 

1. Общая информация                                                                                          3

2. История USB                                                                                   3
3. Версии спецификации                        4
4. Стандарт USB                  7 
1. Структура                   7
2. Системное конфигурирование             17
3. Устройства USB - функции и хабы            18
4. Хост-контроллер               20

5. Список использованной литературы             21

6. Дополнение                 22 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Общая информация

 

   USB (англ. Universal Serial Bus — «универсальная последовательная шина», произносится «ю-эс-би» или «у-эс-бэ») — последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств в вычислительной технике. Символом USB являются четыре геометрические фигуры: большой круг, малый круг, треугольник, квадрат. 

     Разработка  спецификаций на шину USB производится в рамках международной некоммерческой организации USB Implementers Forum (USB-IF), объединяющей разработчиков и производителей оборудования с шиной USB. 

     Для подключения периферийных устройств к шине USB используется четырёхпроводный кабель, при этом два провода (витая пара) в дифференциальном включении используются для приёма и передачи данных, а два провода — для питания периферийного устройства. Благодаря встроенным линиям питания USB позволяет подключать периферийные устройства без собственного источника питания (максимальная сила тока, потребляемого устройством по линиям питания шины USB, не должна превышать 500 мА). 

     К одному контроллеру шины USB можно  подсоединить до 127 устройств по топологии «звезда», в том числе и концентраторы. На одной шине USB может быть до 127 устройств и до 5 уровней каскадирования хабов, не считая корневого. 

   В настоящее  время широко используются устройства, выполненные в соответствии со спецификацией USB 2.0. Ведётся внедрение в производство устройств спецификации USB 3.0. 

История USB 

   Спецификации  для USB 1.0 были представлены в ноябре 1995 года. Разработка USB поддерживалась Intel, Microsoft, Philips и US Robotics. USB стал «общим знаменателем» под тремя не связанными друг с другом стремлениями разных компаний:

• Расширение функциональности компьютера. На тот момент для подключения внешних периферийных устройств к персональному компьютеру использовалось несколько «традиционных» (англ. legacy) интерфейсов (PS/2, последовательный порт, параллельный порт, порт для подключения джойстика, SCSI), и с появлением новых внешних устройств разрабатывали и новый разъём. Предполагалось, что USB заменит их все и заодно подхлестнёт разработку нетрадиционных устройств.
• Подключить к компьютеру мобильный телефон. В то время поднимались на ноги компьютерные сети, телефоны переходили на цифровую передачу голоса, и ни один из имеющихся интерфейсов не годился для передачи с телефона на компьютер как речи, так и данных.
• Простота для пользователя. Старые интерфейсы (например, COM- и LPT-порты) были крайне просты для разработчика, но не давали настоящего «plug and play». Требовались новые механизмы взаимодействия компьютера с низко- и среднескоростными внешними устройствами — возможно, более сложные для конструкторов, но надёжные, дружественные и пригодные к «горячему» подключению.

 

   Поддержка USB вышла в виде патча к Windows 95b, в дальнейшем она вошла в стандартную  поставку Windows 98. Устройств было мало, и шину называли «useless serial bus» — «бесполезная последовательная шина». Впрочем, производители быстро осознали пользу USB, и уже к 2000 году большинство принтеров и сканеров работали с новым интерфейсом. 

   Hewlett-Packard, Intel, Lucent (ныне Alcatel-Lucent), Microsoft, NEC, и Philips совместно выступили с инициативой по разработке более скоростной версии USB. Спецификация USB 2.0 была опубликована в апреле 2000 года, и в конце 2001 года эта версия была стандартизирована USB Implementers Forum. USB 2.0 является обратно совместимой со всеми предыдущими версиями USB. 

   В середине 2000-х годов BIOS’ы компьютеров начали массово поддерживать USB. Это позволило  загружаться с флэш-дисков; пропала  надобность в PS/2-клавиатуре, например, для переустановки ОС. На современных  материнских платах устанавливают до 5 USB-контроллеров, по два порта на каждом. В современных ноутбуках COM- и LPT-портов нет в принципе, всё чаще появляются настольные компьютеры без этих портов. 
 

Версии  спецификации 

Предварительные версии:

• USB 0.7: спецификация выпущена в ноябре 1994 года.
• USB 0.8: спецификация выпущена в декабре 1994 года.
• USB 0.9: спецификация выпущена в апреле 1995 года.
• USB 0.99: спецификация выпущена в августе 1995 года.
• USB 1.0 Release Candidate: спецификация выпущена в ноябре 1995 года.

 

USB 1.0 

Спецификация  выпущена в ноябре 1995 года. 

Технические характеристики:

• два режима передачи данных:
• режим с высокой пропускной способностью (Full-Speed) — 12 Мбит/с
• режим с низкой пропускной способностью (Low-Speed) — 1,5 Мбит/с
• максимальная длина кабеля для режима с высокой пропускной способностью — 5 м [1]
• максимальная длина кабеля для режима с низкой пропускной способностью — 3 м [1]
• максимальное количество подключённых устройств (включая размножители) — 127
• возможно подключение устройств, работающих в режимах с различной пропускной способностью к одному контроллеру USB
• напряжение питания для периферийных устройств — 5 В
• максимальный ток, потребляемый периферийным устройством — 500 мА.

 

USB 1.1 

     Спецификация  выпущена в сентябре 1998 года. Исправлены проблемы и ошибки, обнаруженные в версии 1.0. Первая версия, получившая массовое распространение.

USB 2.0

 

Спецификация  выпущена в апреле 2000 года. 

USB 2.0 отличается  от USB 1.1 введением режима Hi-speed. 

Для устройств USB 2.0 регламентировано три режима работы:

• Low-speed, 10—1500 Кбит/c (используется для интерактивных устройств: клавиатуры, мыши, джойстика)
• Full-speed, 0,5—12 Мбит/с (аудио-, видеоустройства)
• Hi-speed, 25—480 Мбит/с (видеоустройства, устройства хранения информации)

 

Последующие модификации 

Последующие модификации  к спецификации USB публикуются в  рамках Извещений об инженерных изменениях (англ. Engineering Change Notices — ECN). Самые важные из модификаций ECN представлены в наборе спецификаций USB 2.0 (англ. USB 2.0 specification package), доступном на сайте USB Implementers Forum.

• Mini-B Connector ECN: извещение выпущено в октябре 2000 года.
• Errata, начиная с декабря 2000: извещение выпущено в декабре 2000 года.
• Pull-up/Pull-down Resistors ECN: извещение выпущено в мае 2002 года.
• Errata, начиная с мая 2002: извещение выпущено в мае 2002 года.
• Interface Associations ECN: извещение выпущено в мае 2003 года.
• Были добавлены новые стандарты, позволяющие ассоциировать множество интерфейсов с одной функцией устройства.
• Rounded Chamfer ECN: извещение выпущено в октябре 2003 года.
• Unicode ECN: извещение выпущено в феврале 2005 года.
• Данное ECN специфицирует, что строки закодированы с использованием UTF-16LE.
• Inter-Chip USB Supplement: извещение выпущено в марте 2006 года.
• On-The-Go Supplement 1.3: извещение выпущено в декабре 2006 года.
• USB On-The-Go делает возможным связь двух USB-устройств друг с другом без отдельного USB-хоста. На практике одно из устройств играет роль хоста для другого.

 

USB OTG

 

     USB OTG (аббр. от On-The-Go) — дальнейшее расширение спецификации USB 2.0, предназначенное для лёгкого соединения периферийных USB-устройств друг с другом без необходимости подключения к ПК. Например, цифровой фотоаппарат можно подключать к фотопринтеру напрямую, если они оба поддерживают стандарт USB OTG. К моделям КПК и коммуникаторов, поддерживающих USB OTG, можно подключать некоторые USB-устройства. Обычно это флэш-накопители, цифровые фотоаппараты, клавиатуры, мыши и другие устройства, не требующие дополнительных драйверов. Этот стандарт возник из-за резко возросшей в последнее время необходимости надёжного соединения различных устройств без использования ПК. 

     Хотя  соединение USB OTG выглядит как одноранговое, на самом деле только создаётся такое  ощущение — в действительности устройства сами определяют, какое из них будет мастер-устройством, а какое — подчинённым. Одноранговый интерфейс USB существовать не может. 

USB Wireless

      

     USB wireless — технология USB (официальная  спецификация доступна с мая  2005 года). Позволяет организовать  беспроводную связь с высокой скоростью передачи информации (до 480 Мбит/с на расстоянии 3 метра и до 110 Мбит/с на расстоянии 10 метров). 

     23 июля 2007 года USB Implementers Forum (USB-IF) объявила  о сертификации шести первых  потребительских продуктов с  поддержкой Wireless USB. 

USB 3.0 

     Стандарт USB версия 3.0 разработан в 2009 году. Созданием USB 3.0 занимались компании Intel, Microsoft, Hewlett-Packard, Texas Instruments, NEC и NXP Semiconductors.

     В спецификации USB 3.0 разъёмы и кабели обновлённого стандарта физически и функционально совместимы с USB 2.0. Кабель USB 2.0 содержит в себе четыре линии — пару для приёма/передачи данных, плюс и ноль питания. В дополнение к ним USB 3.0 добавляет пять новых линий (в результате чего кабель стал гораздо толще), однако новые контакты расположены параллельно по отношению к старым на другом контактном ряду. Теперь можно будет с лёгкостью определить принадлежность кабеля к той или иной версии стандарта, просто взглянув на его разъём. Спецификация USB 3.0 повышает максимальную скорость передачи информации до 4,8 Гбит/с — что на порядок больше 480 Мбит/с, которые может обеспечить USB 2.0.

     Версия 3.0 может похвастаться не только более  высокой скоростью передачи информации, но и увеличенной силой тока с 500 мА до 900 мА. Отныне пользователь может не только подпитывать от одного хаба гораздо большее количество устройств, но и само аппаратное обеспечение избавится от ранее поставлявшихся отдельных блоков питания. 

     Финальная спецификация USB 3.0 появилась в 2008 году, а оборудование, поддерживающее новую спецификацию, также уже существует. 

     Компания Asus выпустила материнскую плату P6X58 Premium, у которой есть два USB 3.0 порта. 

     А компания Gigabyte выпустила первую материнскую  плату с поддержкой USB 3.0 и SATA 6Gb/s для  процессоров AMD — Gigabyte GA-790FXTA-UD5 

     В блоге разработчика Linux USB subsystem Sarah Sharp объявлено о поддержке USB 3.0 ядром Linux. 

     Фирмой Intel анонсирована предварительная версия программной модели контроллера USB 3.0 [3].