USB — наиболее часто используемый и универсальный интерфейс для подключения современных цифровых устройств — от персональных компьютеров и смартфонов до внешних запоминающих устройств и различных периферийных устройств. Он остается удобным решением в области встраиваемых систем, поддерживающим широкий спектр приложений, включая связь с регистраторами данных и промышленными контроллерами, обновление прошивки для медицинских устройств и устройств IoT, а также подключение периферийных устройств во встроенных системах Linux.
Сегодня освоение технологии USB стало важнейшим основополагающим навыком при проектировании встраиваемых систем. В этой статье представлен всесторонний обзор технологии USB, охватывающий все, от ее исторического развития до основ разработки встраиваемых систем.
Предыстория развития USB
USB (универсальная последовательная шина) в настоящее время широко используется для зарядки, передачи данных и передачи видео между персональными компьютерами и различными электронными устройствами. До 1996 года подключение периферийных устройств к персональным компьютерам требовало использования различных фирменных интерфейсов связи (PS/2, RS-232C, IEEE 1284, SCSI, IEEE 1394/FireWire и т. д.). Для каждого подключенного устройства требовался собственный выделенный кабель, и процесс настройки был чрезвычайно трудоемким.
В этой ситуации возникло сильное желание упростить соединения между персональными компьютерами и периферийными устройствами. Такие компании, как Intel и Microsoft, взяли на себя инициативу по созданию организации по стандартизации (USB-IF: Форум разработчиков USB), которая разработала стандарт USB 1.0 в 1996 году.
Первоначальная концепция USB заключалась в том, чтобы предоставить единый стандарт, который позволил бы различным устройствам подключаться к единому интерфейсу, обеспечивая функциональность Plug-and-Play — то есть устройства можно было подключать или отключать в любое время, пока система включена, и сразу же использовать — и позволяя подавать питание от ПК (функция с питанием по шине). Впоследствии улучшения спецификации USB 1.1 и поддержка USB в Windows еще больше повысили его удобство, что привело к быстрому внедрению.
Еще одним ключевым фактором широкого распространения USB была его бесплатная природа, а также система тестирования и сертификации, созданная для обеспечения качества связи. Впоследствии, чтобы удовлетворить растущий спрос, был представлен USB 2.0 (USB High-Speed), который поддерживал высокоскоростную связь, а поддержка в Windows 2000 и Windows XP еще больше ускорила его внедрение.