Van personal computers en smartphones tot externe opslagapparaten en diverse randapparatuur: USB is de meest gebruikte en veelzijdige interface voor het aansluiten van moderne digitale apparaten. Het blijft een handige oplossing op het gebied van embedded systemen en ondersteunt een breed scala aan toepassingen, waaronder communicatie met dataloggers en industriële controllers, firmware-updates voor medische apparaten en IoT-apparaten, en de aansluiting van randapparatuur in embedded Linux-systemen.
Tegenwoordig is het beheersen van USB-technologie een essentiële fundamentele vaardigheid geworden voor het ontwerpen van embedded systemen. Dit artikel biedt een uitgebreid overzicht van USB-technologie en behandelt alles, van de historische ontwikkeling tot de basisprincipes van ingebedde ontwikkeling.
De achtergrond van de ontwikkeling van USB
USB (Universal Serial Bus) wordt nu veel gebruikt voor opladen, datacommunicatie en videotransmissie tussen personal computers en verschillende elektronische apparaten. Vóór 1996 was voor het aansluiten van randapparatuur op personal computers het gebruik van verschillende eigen communicatie-interfaces nodig (PS/2, RS-232C, IEEE 1284, SCSI, IEEE 1394/FireWire, enz.). Elk aangesloten apparaat had zijn eigen speciale kabel nodig, en het installatieproces was uiterst omslachtig.
Gezien deze situatie bestond er een sterke wens om de verbindingen tussen personal computers en randapparatuur te vereenvoudigen. Bedrijven als Intel en Microsoft namen het voortouw bij het opzetten van een standaardorganisatie (USB-IF: USB Implementers Forum), die in 1996 de USB 1.0-standaard ontwikkelde.
Het oorspronkelijke concept achter USB was om een uniforme standaard te bieden waarmee verschillende apparaten verbinding konden maken met één enkele interface, waardoor plug-and-play-functionaliteit mogelijk werd – wat betekent dat apparaten op elk moment konden worden aangesloten of losgekoppeld terwijl het systeem was ingeschakeld en onmiddellijk konden worden gebruikt – en waardoor stroom kon worden geleverd vanaf de pc (bus-powered functionaliteit). Vervolgens hebben verbeteringen aan de USB 1.1-specificatie en de Windows-ondersteuning voor USB het gemak ervan verder vergroot, wat heeft geleid tot een snelle acceptatie.
Een andere belangrijke factor in de wijdverbreide adoptie van USB was het royaltyvrije karakter ervan en het test- en certificeringssysteem dat was opgezet om de communicatiekwaliteit te garanderen. Vervolgens werd, om aan de groeiende vraag te voldoen, USB 2.0 (USB High-Speed), dat snelle communicatie ondersteunde, geïntroduceerd, en ondersteuning in Windows 2000 en Windows XP versnelde de acceptatie ervan verder.