Từ máy tính cá nhân và điện thoại thông minh đến các thiết bị lưu trữ bên ngoài và các thiết bị ngoại vi khác nhau, USB là giao diện linh hoạt và được sử dụng phổ biến nhất để kết nối các thiết bị kỹ thuật số hiện đại. Nó vẫn là một giải pháp tiện lợi trong lĩnh vực hệ thống nhúng, hỗ trợ nhiều ứng dụng, bao gồm giao tiếp với bộ ghi dữ liệu và bộ điều khiển công nghiệp, cập nhật chương trình cơ sở cho thiết bị y tế và thiết bị IoT cũng như kết nối các thiết bị ngoại vi trong hệ thống Linux nhúng.
Ngày nay, việc làm chủ công nghệ USB đã trở thành một kỹ năng nền tảng thiết yếu cho thiết kế hệ thống nhúng. Bài viết này cung cấp cái nhìn tổng quan toàn diện về công nghệ USB, bao gồm mọi thứ từ lịch sử phát triển của nó đến các nguyên tắc cơ bản của quá trình phát triển nhúng.
Bối cảnh phát triển của USB
USB (Universal Serial Bus) hiện được sử dụng rộng rãi để sạc, truyền dữ liệu và truyền video giữa máy tính cá nhân và các thiết bị điện tử khác nhau. Trước năm 1996, việc kết nối các thiết bị ngoại vi với máy tính cá nhân yêu cầu sử dụng nhiều giao diện truyền thông độc quyền khác nhau (PS/2, RS-232C, IEEE 1284, SCSI, IEEE 1394/FireWire, v.v.). Mỗi thiết bị được kết nối đều yêu cầu cáp chuyên dụng riêng và quá trình thiết lập cực kỳ phức tạp.
Trước tình hình này, người ta mong muốn đơn giản hóa kết nối giữa máy tính cá nhân và thiết bị ngoại vi. Các công ty như Intel và Microsoft đã đi đầu trong việc thành lập một tổ chức tiêu chuẩn (USB-IF: Diễn đàn triển khai USB), tổ chức này đã phát triển tiêu chuẩn USB 1.0 vào năm 1996.
Khái niệm ban đầu đằng sau USB là cung cấp một tiêu chuẩn thống nhất cho phép nhiều thiết bị khác nhau kết nối với một giao diện duy nhất, hỗ trợ chức năng cắm và chạy—nghĩa là các thiết bị có thể được cắm vào hoặc rút ra bất kỳ lúc nào trong khi hệ thống được bật và sử dụng ngay lập tức—và cho phép cấp nguồn từ PC (chức năng chạy bằng bus). Sau đó, những cải tiến về thông số kỹ thuật USB 1.1 và sự hỗ trợ của Windows dành cho USB đã nâng cao hơn nữa sự tiện lợi của nó, dẫn đến việc áp dụng nhanh chóng.
Một yếu tố quan trọng khác khiến USB được áp dụng rộng rãi là tính chất miễn phí bản quyền và hệ thống kiểm tra và chứng nhận được thiết lập để đảm bảo chất lượng truyền thông. Sau đó, để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng, USB 2.0 (USB tốc độ cao), hỗ trợ giao tiếp tốc độ cao, đã được giới thiệu và hỗ trợ trong Windows 2000 và Windows XP đã đẩy nhanh hơn nữa việc áp dụng nó.