Od komputerów osobistych i smartfonów po zewnętrzne urządzenia pamięci masowej i różne urządzenia peryferyjne, USB jest najczęściej używanym i wszechstronnym interfejsem do podłączania nowoczesnych urządzeń cyfrowych. Pozostaje wygodnym rozwiązaniem w obszarze systemów wbudowanych, wspierającym szeroką gamę zastosowań, w tym komunikację z rejestratorami danych i sterownikami przemysłowymi, aktualizację oprogramowania sprzętowego urządzeń medycznych i urządzeń IoT oraz podłączenie urządzeń peryferyjnych w systemach wbudowanych Linux.
Obecnie opanowanie technologii USB stało się podstawową umiejętnością niezbędną przy projektowaniu systemów wbudowanych. Artykuł ten zawiera kompleksowy przegląd technologii USB, obejmujący wszystko, od jej historycznego rozwoju po podstawy rozwoju technologii wbudowanych.
Tło rozwoju USB
USB (Universal Serial Bus) jest obecnie szeroko stosowany do ładowania, przesyłania danych i transmisji wideo pomiędzy komputerami osobistymi a różnymi urządzeniami elektronicznymi. Przed rokiem 1996 podłączanie urządzeń peryferyjnych do komputerów osobistych wymagało stosowania różnych zastrzeżonych interfejsów komunikacyjnych (PS/2, RS-232C, IEEE 1284, SCSI, IEEE 1394/FireWire itp.). Każde podłączone urządzenie wymagało własnego, dedykowanego kabla, a proces konfiguracji był niezwykle uciążliwy.
Biorąc pod uwagę tę sytuację, istniała silna potrzeba uproszczenia połączeń między komputerami osobistymi a urządzeniami peryferyjnymi. Firmy takie jak Intel i Microsoft objęły wiodącą rolę w tworzeniu organizacji normalizacyjnej (USB-IF: USB Implementers Forum), która opracowała standard USB 1.0 w 1996 roku.
Oryginalna koncepcja USB polegała na zapewnieniu ujednoliconego standardu, który umożliwiłby różnym urządzeniom podłączenie do jednego interfejsu, zapewniając funkcjonalność plug-and-play — co oznacza, że urządzenia można było podłączać i odłączać w dowolnym momencie, gdy system jest włączony i natychmiast używany — oraz umożliwiać zasilanie z komputera PC (funkcja zasilania z magistrali). Następnie ulepszenia specyfikacji USB 1.1 i obsługa USB w systemie Windows jeszcze bardziej zwiększyły wygodę, co doprowadziło do szybkiego przyjęcia.
Kolejnym kluczowym czynnikiem mającym wpływ na powszechne przyjęcie USB był jego nieodpłatny charakter oraz system testowania i certyfikacji ustanowiony w celu zapewnienia jakości komunikacji. Następnie, aby sprostać rosnącemu zapotrzebowaniu, wprowadzono USB 2.0 (USB High-Speed), który obsługiwał szybką komunikację, a obsługa w systemach Windows 2000 i Windows XP jeszcze bardziej przyspieszyła jego przyjęcie.