USB

پورت USB

در سال ۱۹۹۴ گروهی متشکل از هفت شرکت  CompaqDECIBMIntel,MicrosoftNEC و  Nortel برای توسعه USB شروع به کار کردند. هدف پروژه  ایجاد پورتی با سرعت بالا، پیکربندی نرم افزاری ساده و قابلیت ارتباط آسان ابزارهای جانبی به کامپیوترها و در نهایت جایگزین شدن با کانکتورهای مختلف پشت کیس کامپیوتر بود. این گروه کار تحقیق در مورد این استاندارد را در شرکت Intel شروع کردند و اولین مدارمجتمع با پشتیبانی از USB در سال ۱۹۹۵  توسط Intel تولید شد.

از آن زمان به بعد گروه توسعه که بعدا به انجمن اجرائی USB-IF تغییر نام داد، وظیفه تعیین استاندارد و گسترش USB را بر عهده دارند و هر چند سال یکبار نسخه جدیدی از USB را که پاسخگوی نیازهای رو به رشد کاربران باشد ، معرفی میکنند.

در حال حاضر سه نسخه اصلی استاندارد USB وجود دارد که تفاوت اصلی  آنها سرعت تبادل اطلاعات میباشد.  اولین نسخه USB در سال ۱۹۹۶ تدوین شد و در آن نرخ تبادل داده ۱٫۵Mbit/s (یک و نیم مگا بیت در ثانیه) به عنوان پهنای باند پایین و ۱۲Mbit/s به عنوان پهنای باند کامل مشخص شد. استاندارد کردن و بخش بندی سرعت تبادل اطلاعات این امکان را فراهم کرد تا هر وسیله ای بسته به نیاز خود در یکی از گروه ها طبقه بندی شود و در هزینه ها صرفه جویی شود. به عنوان مثال کیبورد یا ماوس کامپیوتر که نیاز به تبادل اطلاعات حجیم ندارند میتوانند در گروه پهنای باند پایین با استاندارهای فیزیکی و کنترل کننده های به مراتب ازران تر قرار بگیرند. در نسخه USB 2.0 که در سال ۲۰۰۰ با اضافه شدن پهنای باند سریع(Hi-Speed) معرفی شد. در این استاندارد سرعت تبادل اطلاعات از لحاظ تئوری ۴۸۰Mbit/s میباشد که البته به صورت عملی این نرخ تا ۲۸۰Mbit/s کاهش می یابد.

نسخه آخر یا USB 3.0 در سال ۲۰۰۸ معرفی شد که در آن پهنای باند فوق سریع با سرعت تبادل تئوری ۵Gbit/s ( پنج گیگابیت در ثانیه) به استاندارهای قبلی اضافه شد.

پورت USB شامل چهارسیم میباشد که دوتای آنها برای تامین توان لوازم متصل شده  استفاده میشود. ولتاژ روی این سیم ۵ ولت میباشد و حداکثر جریانی که میتوان به صورت مداوم از آن کشید حداکثر ۵۰۰mA میباشد.

پایه های USB

پایه های USB

دو سیم وسطی با نامهای D+ و D- نیز برای تبادل اطلاعات به صورت تفاضلی استفاده میشوند.

ایجاد هر ارتباط USB نیازمند یک میزبان (USB Host )  ، وسیله جانبی ( USB Device ) و مسیر ارتباطی بین آنها میباشد . میزبان جزء اصلی یک ارتباط USB میباشد و وظیفه تشخیص وسایل جانبی متصل شده ، تامین توان مورد نیاز آنها و کنترل انتقال داده را بر عهده دارد. وسایل جانبی نیز وظیفه دارند به درخواست های میزبان پاسخ داده و اطلاعات درخواستی میزبان را ارسال نمایند. در هر سیستم ارتباطی مبتنی بر USB حداکثر تعداد وسایل جانبی ۱۲۷ عدد میباشد ولی میزبان منحصر به فرد میباشد.

با فراگیر شدن این رابط شرکت های تولید کننده قطعات نیمه هادی به تدریج شروع به تولید تراشه های مجهز به USB کرده اند و در حال حاظر پشتیبانی از رابطDevice  USB  یکی از ویژگی های معمول در میکروکنترلرها میباشد. ولی با توجه به پیچیدگی های USB Host معمولا تراشه های با ارزش بالاتر از آن پشتیبانی میکنند.

هدف یک پروژه و نیازهای آن تعیین میکند که تراشه استفاده شده در آن باید از USB Host پشتیبانی کند یا تنها پشتیبانی از USB Device برای آن کافی میباشد. به طور مثال در پروژه ای که نیاز است اطلاعاتی از طریق USB به کامپیوتر منتقل شود تراشه موردنظر باید در نقش یک Device عمل کند. ولی در پروژه دیگری که نیاز داریم اطلاعاتی را در حافظه های USB ذخیره کنیم تراشه مورد نظر باید از USB Host پشتیبانی کند .

وسایل جانبی یا Device ها برای اتصال به سیستم عامل نیاز به راه انداز ( Driver ) دارند. راه اندازها نحوه برقراری ارتباط بین وسیله جانبی ، سیستم عامل و برنامه های کاربردی را مشخص میکنند. درایور نویسی کار نسبتا پیچیده ای میباشد و به همین دلیل در سیستم عاملهای مختلف درایورهای آماده ای برای کار با کلاسهای مختلف USB فراهم شده است. کلاسهای USB به طور خلاصه وسایل جانبی که وظایف و خصوصیات مشترکی دارند را طبقه بندی میکند تا هر گروه بتواند طبق یک قالب استاندارد و با راه انداز مشترک فعالیت کند. به طور مثال برای ساخت یک دستگاه بارکدخوان USB که بارکد خوانده شده را شبیه کیبرد به سیستم عامل منتقل کند میتوانیم از کلاس مربوط به رابط انسانی یا HID استفاده کنیم . در این صورت نه تنها نیازی به درایور نویسی نداریم بلکه به جهت استاندارد بودن این کلاس اکثر سیستم عاملها نیز از آن پشتیبانی خواهند کرد.

از کلاسهای پر کاربرد میتوان به کلاس لوازم ذخیره سازی انبوه ( Mass Storage) برای لوازمی مثل فلش مموری ها و هارددیسک های قابل حمل و کلاس رابط انسانی ( Human Interface ) برای ماوس ، کیبرد و دسته بازی اشاره کرد. کلاس پورت سریال مجازی (Virtual Serial Port) نیز به جهت سادگی و شباهت آن به پورت های سریال برای ارتباط کم دردسر بین تراشه ها و برنامه های کاربردی استفاده میشود و مبدلهای USB به سریال از این کلاس استفاده میکنند.

ویژگی های اصلی USB :

  1. سرعت تبادل اطلاعات بالا
  2. سادگی استفاده در سمت مصرف کننده
  3. امکان تامین تغذیه از طریق USB

 

معایب:

  1. محدودیت طول کابل ارتباطی به ۱۰ متر
  2. پیچیدگی برنامه نویسی