パソコンやスマートフォンから外部ストレージ デバイスやさまざまな周辺機器に至るまで、USB は現代のデジタル デバイスを接続するために最も一般的に使用されている汎用性の高いインターフェイスです。これは、組み込みシステムの分野で便利なソリューションであり、データロガーや産業用コントローラーとの通信、医療機器やIoTデバイスのファームウェアのアップデート、組み込みLinuxシステムの周辺機器の接続など、幅広いアプリケーションをサポートしています。
現在、USB テクノロジーを習得することは、組み込みシステム設計にとって不可欠な基礎スキルとなっています。この記事では、USB テクノロジーの包括的な概要を説明し、歴史的な発展から組み込み開発の基礎までを網羅します。
USBの開発背景
USB（Universal Serial Bus）は現在、パソコンとさまざまな電子機器間の充電、データ通信、映像伝送などに広く使われています。 1996 年以前は、周辺機器をパーソナル コンピュータに接続するには、さまざまな独自の通信インターフェイス (PS/2、RS-232C、IEEE 1284、SCSI、IEEE 1394/FireWire など) を使用する必要がありました。接続する機器ごとに専用のケーブルが必要で、セットアップ作業が非常に煩雑でした。
このような状況から、パソコンと周辺機器との接続を簡素化したいという要望が強くありました。 Intel や Microsoft などの企業が主導して標準化団体 (USB-IF: USB Implementers Forum) を設立し、1996 年に USB 1.0 規格を開発しました。
USB の背後にある当初のコンセプトは、さまざまなデバイスを 1 つのインターフェイスに接続できるようにする統一規格を提供することで、プラグ アンド プレイ機能 (システムの電源がオンになっている間、いつでもデバイスを接続または取り外してすぐに使用できることを意味します) を可能にし、PC から電力を供給できる (バスパワー機能) ことを可能にすることでした。その後、USB 1.1 仕様の改良と Windows の USB サポートにより利便性がさらに向上し、急速に普及しました。
USB の普及のもう 1 つの重要な要因は、ロイヤリティフリーの性質と、通信品質を保証するために確立されたテストおよび認証システムです。その後、需要の高まりに応えて高速通信をサポートするUSB 2.0（USB High-Speed）が登場し、Windows 2000やWindows XPでのサポートによりさらに普及が加速しました。