USB

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 29. juni 2021; checks kræver 132 redigeringer .
Universal Serial Bus (USB)

USB type A
Type Dæk
Historie
Udvikler Compaq , DEC , IBM , Intel , Microsoft , NEC og Nortel
Udviklede sig 1996
Produceret fra maj 1996 [1]
fordrevet Seriel port ,
parallelport ,
spilport ,
ADB ,
PS/2 ,
specifikationer
Længde, mm 6,65 ( Type-C )
Bredde, mm
  • 12 (type-A) [2]
  • 8,45 (type-B)
  • 6,8 (mini/mikro)
  • 8,25 (Type-C)
Højde, mm
  • 4,5 (type-A) [2]
  • 7,26(type-B)
  • 10,44 (type B SuperSpeed)
  • 1,8-3 (mini/mikro)
  • 2.4 (Type-C)
Hot swap Ja
Ekstern Ja
Kabel 2–5 m (afhængig af kategori)
konklusioner
  • 4: 1 strøm, 2 data, 1 jord
  • 5 (On-The-Go)
  • 9 (SuperSpeed)
  • 11 (Powered-B SuperSpeed)
  • 24 (type-C)
Elektriske parametre
Spænding 5V DC
Maks. spænding
  • 5.00+0,25
    -0,60     PÅ
  • 5.00+0,25
    -0,55     B     (USB 3.0)
  • 20 V (strømforsyning USB PD 3.0)
  • 48V (strømforsyning USB PD 3.1) [3]
Maks. nuværende
  • 0,5 A (USB 2.0)
  • 0,9 A (USB 3.0)
  • 3 A (USB-C)
  • 5 A (batteriopladning)
  • 5 A (strømforsyning)
Dataindstillinger
Dataoverførsel pakkedata defineret af specifikationer
Bit Bredde 1 bit
Båndbredde Afhængigt af tilstanden:
  • Halv dupleks (USB 1.x og USB 2.0): 1,5; 12; 480 Mbps
  • Fuld duplex (USB 3.x og USB4): 5; ti; tyve; 40 Gbps
Maks. enheder 127
Protokol konsekvent
Pinout
type-A (venstre) og type-B (højre)
kontaktnr.MærkningBeskrivelse
en    VBUS _+5V
2    Data-Data -
3    Data+Data +
fire    Jordjorden
SkærmFletning
 Mediefiler på Wikimedia Commons

USB ( engelsk  Universal Serial Bus  - "universal serial bus") er en seriel grænseflade til tilslutning af perifere enheder til computerteknologi . Det har fået den bredeste distribution og er blevet hovedgrænsefladen til at forbinde eksterne enheder til digitale husholdningsapparater.

Interfacet gør det ikke kun muligt at udveksle data, men også at levere strøm til den perifere enhed. Netværksarkitekturen giver dig mulighed for at tilslutte et stort antal perifere enheder selv til en enhed med et enkelt USB-stik.

Udviklingen af ​​USB-specifikationer udføres inden for rammerne af den internationale non-profit organisation USB Implementers Forum (USB-IF), som forener udviklere og producenter af udstyr med USB-bussen. I udviklingsprocessen er der udviklet flere versioner af specifikationerne . Ikke desto mindre lykkedes det udviklerne at opretholde en høj grad af kompatibilitet mellem udstyr fra forskellige generationer. Interfacespecifikationen dækker en hidtil uset bred vifte af problemer relateret til forbindelsen og interaktionen af ​​perifere enheder med et computersystem:

Historie

Hos Intel er USB's fødselsdag den 15. november 1995 [4] [5] . De første specifikationer for USB 1.0 blev præsenteret i 1994-1995. USB-udvikling blev understøttet af Intel , Microsoft , Philips , US Robotics . USB er blevet en "fællesnævner" under tre ikke-relaterede ambitioner fra forskellige virksomheder:

USB-understøttelse blev udgivet i 1996 som en patch til Windows 95 OEM Service Release 2 , senere blev det standard i Windows 98 . I de tidlige år (1996-1997) var der få enheder, så bussen blev i spøg kaldt "Useless serial bus" ("useless serial bus") [6] . Producenterne indså dog hurtigt fordelene ved USB, og i 2000 arbejdede de fleste printere og scannere med den nye grænseflade.

Hewlett-Packard , Intel , Lucent (nu Alcatel-Lucent ), Microsoft , NEC og Philips tog i fællesskab initiativet til at udvikle en hurtigere version af USB. USB 2.0-specifikationen blev offentliggjort i april 2000, og i slutningen af ​​2001 blev denne version standardiseret af USB Implementers Forum. USB 2.0 er bagudkompatibel med alle tidligere versioner af USB.

Nogle af de tidligste mobile enheder havde et omfangsrigt USB-B-stik [7] indbygget i dem . Men oftere overtrådte udviklere standarden ved at indlejre en lidt mere kompakt USB-A [7] eller kom med deres eget stik. Med USB 2.0-standarden dukkede Mini-A- og Mini-B-stik op specielt til mobile enheder, og senere dukkede USB OTG-specifikationen op. I 2007 dukkede Micro-A og Micro-B stik, dobbelt så tynde som Mini- og mere pålidelige [7] . En anden ulempe ved MiniUSB er, at fikseringsenhederne var i periferien, ikke i kablet, og i tilfælde af et nedbrud skulle enheden repareres i stedet for at skifte et billigt kabel [7] . I 2009, i et forsøg på at reducere mængden af ​​elektronisk affald , blev Micro-B annonceret som hovedstandarden for mobiltelefonopladere, men memorandummet blev aldrig fuldt implementeret - Apple lavede simpelthen en adapter fra Micro-B til dets stik.

I begyndelsen af ​​2000'erne prioriterede Apple Corporation FireWire -bussen , som den var aktivt involveret i. Tidlige modeller af iPod'en var kun udstyret med et FireWire -interface , og der var ingen USB. Efterfølgende opgav virksomheden FireWire til fordel for USB, og forlod FireWire kun til genopladning i nogle modeller. Nogle af de tastaturer og mus, der blev produceret siden anden halvdel af 1990'erne, havde dog et USB-interface.

Siden begyndelsen af ​​2000'erne har USB-understøttelse været aktiveret i BIOS (USB-understøttelse i virksomhedssegmentet begyndte i midten af ​​1990'erne). Dette tillod opstart fra flashdrev , for eksempel for at geninstallere OS; behovet for et PS/2-tastatur forsvandt . Moderne stationære bundkort understøtter over 10 USB-porte. Langt de fleste moderne bærbare og stationære computere har ikke COM- og LPT - porte.

Mens distributionen af ​​USB-porte af den anden version fandt sted, havde producenter af eksterne harddiske allerede "hvilet" mod begrænsningen af ​​USB 2.0 - både hvad angår strøm og hastighed. En ny standard var påkrævet, som blev udgivet i 2008. Det var ikke muligt at møde de gamle fire årer, så fem nye kom til. De første bundkort med USB 3.0-understøttelse kom ud i 2010 . I 2013 var USB 3.0 blevet mainstream. Der er kommercielt tilgængelige udvidelseskort, der tilføjer USB 3.0-understøttelse til ældre computere.

Allerede i de første år blev der opdaget en alvorlig designfejl ved USB-A-stikket: det er asymmetrisk, men viser ikke, hvilken side det skal tilsluttes. Derudover begyndte mobiltelefoner at udvide funktionaliteten af ​​USB til at forbinde ikke-traditionelle enheder: Motorola RAZR V3 tilsluttede et headset via en Mini-B, i Samsung- smartphones blev der tilføjet seks nye mellem de fem Micro-B-ben. Begge disse problemer blev løst af det symmetriske USB-C-stik, som dukkede op i 2014. Nogle ledninger er duplikeret på begge sider, controllerne "enes" om tildelingen af ​​andre, når de er tilsluttet. Derudover har USB-C flere overflødige ledninger til at bære for eksempel analog lyd eller HDMI -video.

Udgivet i 2019 tillod USB4 at omdirigere superhøjhastighedslinjer, hvilket gav 40 Gbps én vej. Det gav også mulighed for såkaldt " protokol- tunneling ", hvor video og PCIe er "indpakket" i USB-pakker, hvilket giver mere plads til data [8] (ældre enheder, der ikke kan implementere, har brug for specielle konvertere). Forladte de gamle stik og efterlod kun USB-C.

Grundlæggende information

Et USB-kabel (op til 2.0 inklusive) består af fire kobberledere: to strømledere og to dataledere i et snoet par. Lederne er indesluttet i en jordet fletning (skærm).

USB-kabler er orienteret, det vil sige, at de har fysisk forskellige ører "til enhed" (Type B) og "til vært" (Type A). Det er muligt at implementere en USB-enhed uden et kabel med en spids "til værten" indbygget i kroppen. Det er også muligt permanent at integrere kablet i enheden, som i en mus (standarden forbyder dette for fuld- og højhastighedsenheder, men producenterne overtræder det). Der er, selvom det er forbudt af standarden, passive USB-forlængere, der har "fra værten" og "til værten"-stik.

Kabler danner grænsefladen mellem USB-enheder og USB-værten. En softwarestyret USB-controller fungerer som en vært , som leverer funktionaliteten af ​​hele grænsefladen. Controlleren er som regel integreret i southbridge- chippen , selvom den også kan laves i en separat pakke. Controlleren er forbundet til eksterne enheder via en USB-hub . På grund af det faktum, at USB-bussen har en trætopologi , kaldes top-level-hubben for rodhubben. Den er indbygget i USB-controlleren og er en integreret del af den.

For at tilslutte eksterne enheder til en USB-hub giver den porte , der slutter med stik. USB-enheder eller USB-hubs på lavere niveau kan tilsluttes til stikkene ved hjælp af kabelstyring. Sådanne hubs er aktive elektroniske enheder (der er ingen passive), der betjener flere af deres egne USB-porte. Med USB-hubs er op til fem niveauer af cascading tilladt, uden at tælle roden. Selve USB-grænsefladen tillader ikke at forbinde to computere (værtsenheder) til hinanden, dette er kun muligt ved brug af speciel elektronik, der har to USB-indgange og en specialiseret bro, for eksempel ved at emulere to tilsluttede Ethernet-adaptere, en til hver side, eller ved at bruge specialiseret fildelingssoftware [9] [10] .

Enheder kan være busdrevne, men kan også kræve en ekstern strømkilde. Enheder er garanteret op til 100mA som standard og op til 500mA efter forhandling med værtscontrolleren. Standby-tilstanden understøttes også for enheder og hubs på kommando fra bussen med fjernelse af hovedstrømforsyningen, mens standby-strømmen bevares og tændes ved kommando fra bussen.

USB understøtter hot plugging og frakobling af enheder. Dette opnås ved at øge længden af ​​stikkets jordforbindelse i forhold til signalet. Når USB-stikket er tilsluttet, lukkes jordkontakterne først, potentialerne for de to enheders sager bliver lige store, og yderligere tilslutning af signallederne fører ikke til overspændinger.

På det logiske niveau understøtter USB-enheden dataoverførsel og modtagelse af transaktioner. Hver pakke af hver transaktion indeholder nummeret på endepunktet (slutpunktet) på enheden. Når en enhed er tilsluttet, læser drivere i OS-kernen listen over endepunkter fra enheden og opretter kontroldatastrukturer for at kommunikere med hvert endepunkt på enheden. Indsamlingen af ​​endepunkter og datastrukturer i OS-kernen kaldes et rør.

Endpoints, og dermed kanaler, tilhører en af ​​fire klasser - streaming (bulk), kontrol (kontrol), isokron (isoch) og interrupt (interrupt). Lavhastighedsenheder såsom en mus kan ikke have isokrone og streamingkanaler.

Kontrolkanalen er beregnet til at udveksle korte spørgsmål-svar-pakker med enheden. Enhver enhed har kontrolkanal 0, som gør det muligt for OS-softwaren at læse kort information om enheden, inklusive producent- og modelkoder, der bruges til at vælge en driver, og en liste over andre endepunkter.

Interrupt-kanalen giver dig mulighed for at levere korte pakker i begge retninger uden at modtage svar/bekræftelse på dem, men med garanti for leveringstid - pakken bliver leveret senest i N millisekunder. For eksempel bruges det i inputenheder (tastaturer, mus, joysticks).

En isokron kanal gør det muligt at levere pakker uden leveringsgaranti og uden svar/bekræftelser, men med en garanteret leveringshastighed på N pakker pr. busperiode (1 kHz for lav og fuld hastighed, 8 kHz for høj hastighed). Bruges til at overføre lyd- og videoinformation.

Streamingkanalen garanterer leveringen af ​​hver pakke, understøtter automatisk suspension af datatransmission, når enheden ikke er klar (bufferoverløb eller underløb), men garanterer ikke leveringshastigheden og forsinkelsen. Bruges fx i printere og scannere.

Bustiden er opdelt i perioder, i begyndelsen af ​​perioden sender controlleren "periodestart"-pakken til hele bussen. Yderligere, i løbet af perioden, transmitteres afbrydelsespakker, derefter isokrone i den påkrævede mængde, i den resterende tid i perioden transmitteres kontrolpakker, og til sidst streames pakker.

Den aktive side af bussen er altid controlleren, transmissionen af ​​en datapakke fra enhed til controller implementeres som et kort spørgsmål fra controlleren og et langt, dataholdigt svar fra enheden. Pakkeskemaet for hver busperiode er skabt af den fælles indsats fra controllerhardwaren og driversoftwaren, til dette bruger mange controllere en ekstremt kompleks DMA med et komplekst DMA-program genereret af driveren.

Pakkestørrelsen for et slutpunkt er en konstant indbygget i enhedens slutpunktstabel og kan ikke ændres. Det vælges af enhedsudvikleren blandt dem, der understøttes af USB-standarden.

Versioner af specifikationen

Liste over specifikationer

Specifikation Hastighed USB standard
Lav hastighed op til 1,5 Mbps USB 1.0
Fuld fart på op til 12 Mbps USB 1.1
høj hastighed op til 480 Mbps USB 2.0
SuperSpeed op til 5 Gbps USB 3.0 / USB 3.1 Gen 1 / USB 3.2 Gen 1
SuperSpeed+ 10 Gbps op til 10 Gbps USB 3.1 Gen 2 / USB 3.2 Gen 2
SuperSpeed++ 20 Gbps op til 20 Gbps USB 3.2 Gen 2x2

Forhåndsvisninger

USB 1.0

Specifikationen blev udgivet den 15. januar 1996.

Specifikationer:

USB 1.1

Specifikationen blev udgivet i september 1998. Rettede problemer og fejl fundet i version 1.0. Den første version, der bliver bredt distribueret[ angiv ] .

USB 2.0

Specifikationen blev udgivet i april 2000.

USB 2.0 adskiller sig fra USB 1.1 ved at introducere en højhastighedstilstand (markeret på logoet som "Hi-speed" [12] ).

Der er tre driftstilstande for USB 2.0-enheder:

Efterfølgende ændringer

Efterfølgende ændringer af USB-specifikationen offentliggøres som Engineering Change Notices (ECN )  . De vigtigste af ECN-modifikationerne er præsenteret i USB 2.0 -specifikationspakken, der er tilgængelig på USB Implementers Forum-webstedet . 

  • Mini-B Connector ECN: Meddelelse udstedt oktober 2000.
  • Errata siden december 2000: meddelelse udstedt i december 2000.
  • Pull-up/Pull-down modstande ECN: Meddelelse udstedt maj 2002.
  • Errata siden maj 2002: meddelelse udstedt i maj 2002.
  • Interface Associations ECN: Meddelelse udstedt maj 2003. Nye standarder er blevet tilføjet, så flere grænseflader kan associeres med en enkelt enhedsfunktion.
  • Rounded Chamfer ECN: Meddelelse udsendt oktober 2002.
  • Unicode ECN: Meddelelse udstedt februar 2005. Denne ECN specificerer, at strenge er kodet ved hjælp af UTF-16LE .
  • Inter-Chip USB-tillæg: meddelelse udstedt marts 2006.
  • On-The-Go-tillæg 1.3: Meddelelse udsendt december 2006. USB On-The-Go gør det muligt for to USB-enheder at kommunikere med hinanden uden en separat USB-vært. I praksis spiller en af ​​enhederne rollen som vært for en anden.
USB OTG

I USB er den ene enhed altid værten, den anden er den perifere enhed. Smartphones, digitale kameraer og andre mobile enheder skal enten være en vært eller en perifer enhed: når den er tilsluttet en computer, er kameraet en perifer enhed, og når den er tilsluttet en fotoprinter, er det en vært.

USB OTG (fra On-The-Go, russisk "on the go" ) gjorde det praktisk at ændre enhedernes rolle: de bestemmer selv, hvem de skal være. OTG-enheder kan tilsluttes en computer, og USB-ydre enheder kan tilsluttes sådanne enheder gennem den samme port: normalt flashdrev, digitale kameraer, tastaturer, mus og andre enheder, der ikke kræver yderligere drivere [13] .

Enhedens rolle bestemmes af kablet: i stikket på værtssiden er ben 4 (ID) og 5 (jord) lukket; på siden af ​​periferien er ID'et ikke forbundet nogen steder.

USB 3.x

USB 3.0

Den endelige USB 3.0-specifikation dukkede op i 2008. USB 3.0 er udviklet af Intel , Microsoft , Hewlett-Packard , Texas Instruments , NEC og NXP Semiconductors .

USB 3.0-specifikationen hæver den maksimale dataoverførselshastighed til 5 Gbps, hvilket er en størrelsesorden hurtigere end USB 2.0. Også version 3.0 er kendetegnet ved en øget strømstyrke fra 500 mA til 900 mA. Flere enheder kan således strømforsynes fra én port, og der er heller ikke behov for at bruge ekstern strøm til nogle enheder [14] . I USB 3.0-specifikationen er stik og kabler i den opdaterede standard fysisk og funktionelt kompatible med USB 2.0, og for entydig identifikation er USB 3.0-stik normalt lavet af blå plast (rød for nogle producenter). USB 2.0-kablet indeholder fire linjer - et par til modtagelse/transmission af data, plus og nul strøm, stik "A" har 4 ben. For at bære højhastigheds-SuperSpeed-signaler tilføjede USB 3.0 yderligere fire kommunikationslinjer (to snoede par) og en signaljordstift (GND_DRAIN), som et resultat af hvilket kablet blev meget tykkere. Nye ben i USB 3.0-stik er placeret separat fra de gamle i en anden pin-række.

I oktober 2009 blev det rapporteret, at Intel havde besluttet at udsætte introduktionen af ​​USB 3.0-understøttelse til sine chipsæt indtil 2011. Denne beslutning førte til, at denne standard indtil 2011 ikke blev udbredt, da det ikke var nok for brugeren blot at købe et bundkort, en ekstra adapter var nødvendig, eller bundkortproducenten loddede en tredjepartscontroller til dem [15 ] [16] .

USB 3.0 Host Controller (xHCI) giver hardwareflow-understøttelse for kommandoer, statusser, indgående og udgående data, hvilket giver dig mulighed for mere fuldt ud at udnytte USB-bussens båndbredde. Streams blev tilføjet til USB 3.0 SuperSpeed-protokollen for at understøtte UASP .

Linux har understøttet USB 3.0 siden kerneversion 2.6.31 [17] . Windows 8 og 10 understøtter USB 3.0 uden yderligere drivere.

Efter udgivelsen af ​​USB 3.1-specifikationen blev USB 3.0-standarden omdøbt til USB 3.1 Gen 1. Ifølge USB-IF CTO blev dette gjort for at gøre det lettere for enhedsudviklere, det vil sige at sikre support til alle versioner af USB er to specifikationer nu nok - USB 2 og USB 3.1 - i stedet for tre [18] . Omdøbt USB 3.2 Gen 1 efter udgivelsen af ​​USB 3.2-specifikationen.

USB 3.1

Den 31. juli 2013 annoncerede USB 3.0 Promoter Group vedtagelsen af ​​specifikationen for den næste grænseflade, USB 3.1, som kan nå op til 10 Gbps [19] . Det kompakte USB Type-C- stik , der bruges med denne version, er symmetrisk, hvilket gør det muligt at indsætte kablet i begge retninger, som Apple tidligere gjorde med Lightning -stik .

Efter udgivelsen af ​​USB 3.1-standarden annoncerede USB-IF, at USB 3.0-overførselstilstand op til 5 Gb/s (SuperSpeed) nu vil blive klassificeret som USB 3.1 Gen 1, og den nye USB 3.1-overførselsstandard op til 10 Gb/s (SuperSpeed+ ) - lignende USB 3.1 Gen 2 [20] [21] .

USB 3.1 inkluderer to standarder [22] :

  • SuperSpeed ​​(USB 3.1 Gen 1) op til 5 Gb/s, det samme som USB 3.0;
  • SuperSpeed+ (USB 3.1 Gen 2) op til 10 Gbps, dobbelt USB 3.0.

I USB 3.1 Gen 2, ud over at øge hastigheden til 10 Gb/s, blev kodningsoverhead reduceret med op til 3 % ved at skifte til et 128b/132b - kodningsskema .

USB 3.1-standarden er bagudkompatibel med USB 3.0 og USB 2.0.

I praksis viste den første implementering af USB 3.1 som en IP-blok fra Synopsys en effektiv overførselshastighed på 7,2 Gb/s (900 MB pr. sekund) i december 2013 [23] .

USB 3.2

Den 22. september 2017 offentliggjorde den non-profit organisation USB Implementers Forum (USB-IF) USB 3.2 standardspecifikationen [24] , den endelige revision af USB 3.x. Den nye specifikation giver mulighed for at fordoble den maksimalt mulige dataoverførselshastighed sammenlignet med USB 3.1 Gen 2 - fra 10 til 20 Gb/s på grund af brugen af ​​to linjer ved 5 Gb/s eller 10 Gb/s kun for USB Type-C stik på grund af dets reversible kontakter og brugen af ​​duplikatudgange som en separat kanal. Værtsadaptere er blevet ændret til problemfri overgang fra 2-kanals redundant udgangstilstand til enkeltkanalstilstand. Moderne USB Type-C- kabler , der er tilgængelige, understøtter allerede denne "to-line"-tilstand, så der er ingen grund til at købe nye kabler [25] . Udseendet af de første kommercielle enheder, der understøtter USB 3.2-standarden, forventes tidligst i anden halvdel af 2019 [26] .

USB 3.2-specifikationerne erstatter USB 3.0- og USB 3.1-standarderne; enheder, der opfylder dem, vil omfatte tre hastighedsstandarder [27] :

  • SuperSpeed ​​​​USB (USB 3.2 Gen 1) op til 5 Gbps med 8b/10b-kodning som USB 3.1 Gen 1 og USB 3.0;
  • SuperSpeed+ USB 10 Gbps (USB 3.2 Gen 2) op til 10 Gbps med 128b/132b-kodning som USB 3.1 Gen 2;
  • SuperSpeed+ USB 20 Gbps (USB 3.2 Gen 2x2) op til 20 Gbps med 128b/132b-kodning over to baner, der hver er kompatibel med USB 3.1 Gen 2.

Specifikationerne angiver også en variant med to linjer, som hver især fungerer på USB 3.0-protokollen :

  • SuperSpeed+ USB 10 Gbps (USB 3.2 Gen 1x2) op til 10 Gbps med 8b/10b-kodning over to baner, hver USB 3.1 Gen 1.
Nyt navneskema

Siden udgivelsen af ​​USB 3.2-standarden har USB-IF introduceret et nyt navneskema [28] . For at hjælpe virksomheder med at mærke forskellige overførselstilstande anbefaler USB-IF at navngive 5, 10, 20 Gbps overførselstilstande som henholdsvis SuperSpeed ​​​​USB 5 Gbps, SuperSpeed ​​​​USB 10 Gbps, SuperSpeed ​​​​USB 20 Gbps [29] :

Specifikation gammelt navn oprindelige navn Overførselstilstand Marketingnavn (USB-IF branding) Hastighed Transmissionshastighed Billede
USB3.2 Gen1 USB3.1 Gen1 USB 3.0 Gen 1 SuperSpeed ​​​​USB 5 Gbps 5 Gbit/s 500 MB/s USB SuperSpeed ​​​​5 Gbps Trident Logo.svg
USB3.2 Gen2 USB3.1 Gen2 USB 3.1 Gen 2 SuperSpeed ​​​​USB 10 Gbps 10 Gbit/s 1,21 GB/s USB SuperSpeed ​​​​10 Gbps Trident Logo.svg
USB 3.2 Gen 2x2 --- USB 3.2 Gen 2×2 SuperSpeed ​​​​USB 20 Gbps 20 Gbit/s 2,42 GB/s USB SuperSpeed ​​​​20 Gbps Trident Logo.svg

USB4

I modsætning til tidligere versioner er navnet på protokollen skrevet sammen, uden et mellemrum mellem ordet "USB" og tallet "4".

Den fjerde versionsspecifikation blev offentliggjort den 29. august 2019 [30] [31] . Den nye kerneprotokol øger den maksimale hastighed til 40 Gbps (ved brug af kompatible Type-C-kabler), mens den bibeholder bagudkompatibilitet med USB 3.2, USB 2.0 og valgfri Thunderbolt 3 [32] [33] [34] .

Hastigheder op til 40 Gbps kan kun opnås med specielt mærkede kabler. For konventionelle kabler er den maksimale hastighed begrænset til 20 Gbps. [35] [36]

I november 2022 forventes den opdaterede USB4 version 2.0-specifikation at blive frigivet med en båndbredde på op til 80 Gb/s [37] .

Inter-Chip USB

Inter Chip USB(IC-USB) og High Speed ​​​​Inter-Chip USB (HSIC) er forenklede versioner af USB 2.0 til uafbrudt tilslutning af chips i én enhed. Forenkling opnås ved at erstatte det fysiske USB-lag fra asynkront til synkront, nægte muligheden for at ændre hastighed og forbindelsesdetektion, nægte elektrisk beskyttelse af chauffører og reducere deres strøm. Den logiske del af USB er uændret (inklusive logikken i bustilstandene). IC-USB definerer forbindelsen af ​​enheder med fuld hastighed (12 Mbps); HSIC definerer tilslutningen af ​​højhastigheds (480 Mbps) enheder.

Den første version af IC-USB-standarden blev vedtaget i 2006. Den første version af HSIC-standarden blev vedtaget i 2007 [38] . HSIC'en bruger to digitale linjer med LVCMOS logiske niveauer (1,2 volt ): STROBE og DATA. Den maksimale lederlængde er 10 cm Det synkrone interface giver en gennemstrømning på 480 Mbps ved en klokfrekvens på 240 MHz. HSIC fysiske lag-driveren bruger 50 % mindre strøm og optager 75 % mindre chipplads end en traditionel USB 2.0-driver [39] .

I 2012 blev den første version af Inter-Chip USB-specifikationerne for USB 3.0 [40] vedtaget .

Trådløs USB

Trådløs USB  - USB-teknologi (officiel specifikation tilgængelig siden maj 2005 ), som giver dig mulighed for at organisere trådløs kommunikation med en høj dataoverførselshastighed (op til 480 Mbps i en afstand på 3 meter og op til 110 Mbps på en afstand af 10 meter) .

Den 23. juli 2007 annoncerede USB-IF certificeringen af ​​de første seks forbrugerprodukter til at understøtte trådløs USB [41] .

Media Agnostic USB

I 2013 blev MA-USB-specifikationen introduceret, hvilket gør det muligt at indkapsle USB-protokollen i eksisterende kommunikationskanaler, herunder WiFi og WiGig .

USB-kabler og -stik

USB 1.x og 2.0 kabler og stik

Specifikation 1.0 regulerede to typer stik: A - på siden af ​​USB-controlleren eller hub'en og B - på siden af ​​den perifere enhed. Efterfølgende blev der udviklet miniaturestik til brug af USB i bærbare og mobile enheder, kaldet Mini-USB. En ny version af miniaturestik kaldet Micro-USB blev introduceret af USB-IF den 4. januar 2007.

Almindelig Mini Mikro
Type A 4×12 mm 3×7 mm 2×7 mm
Type B 7×8 mm 3×7 mm 2×7 mm

Der findes også Mini-AB og Micro-AB stik, hvortil de tilsvarende stik af både type A og type B er tilsluttet.

Elektronikproducenter bruger et Mini-USB-kompatibelt stik, der indeholder 10 ben i stedet for 5 som i originalen (et 10-bens stik passer ikke ind i et 5-benet stik). Dette stik kan især ses i Alcatel (TCL), Fly og Philips telefoner, hvor der bruges ekstra kontakter for at muliggøre brugen af ​​et headset med mikrofon. Efter overgangen til Micro-USB + Mini-Jack, som en del af det europæiske opladerstandardiseringsprogram, er brugen af ​​dette stik dog faldet dramatisk siden 2012.

USB-A kombinerer holdbarhed og mekanisk styrke på trods af manglende skruetilspænding. Mindre udgaver af konnektorerne, som har tynde plastikfremspring, der rager højt ud fra fatningssubstratet, tolererer dog ikke hyppig lukning og åbning og kræver mere omhyggelig håndtering.

USB-signaler (op til 2.x) sendes over to ledninger i et skærmet fire-leder kabel.

Pinout Type-A og -B
Kontakt nummer Betegnelse Tråd farve Beskrivelse
en VBUS _ Rød, eller orange +5V
2 D− Hvid, eller Guld Data −
3 D+ Grøn Data+
fire GND Sort, eller Blå jorden
Pinout Mini/Micro-A og -B
Kontakt nummer Betegnelse Tråd farve Beskrivelse
en VBUS _ Rød +5V
2 D− hvid Data −
3 D+ Grøn Data+
fire ID ingen ledning On-The-Go ID identificerer enden af ​​kablet:
  • A (vært): forbundet til jord
  • B (enhed): ikke tilsluttet
5 GND Det sorte jorden

Her er GND " jord "  -kredsløbet til strømforsyning af periferiudstyr, og VBus er +5 volt, også for strømkredsløb. Data transmitteres differentielt på D− og D+ ledningerne. Tilstande "0" og "1" bestemmes af potentialeforskellen mellem linjerne på mere end 0,2 V og forudsat at på en af ​​linjerne er potentialet i forhold til GND højere end 2,8 V [42] . Differentialtransmissionsmetoden er den vigtigste, men ikke den eneste (for eksempel under initialisering informerer enheden værten om den tilstand, der understøttes af enheden ( Fuld -  Speed ​​eller Low-Speed ) ved  at trække i en af datalinjerne til V_BUS gennem en 1,5 kΩ modstand (D− for lavhastighedstilstand og D+ for fuldhastigheds- og højhastighedstilstande) [43] .

For at opretholde et tilstrækkeligt signalniveau i kablet og forhindre dets dæmpning, er det nødvendigt at korrelere kablets længde med ledernes tværsnit. Det er almindelig praksis at specificere trådmåler i AWG , såsom "28 AWG/1P...".

Tilnærmet overensstemmelse: kabelmærkning (angivelse af trådtykkelse i AWG) og den tilsvarende kabellængde:

AWG Længde, ikke mere (cm)
28 81
26 131
24 208
22 333
tyve 500

Kabellængdebegrænsninger er også relateret til signalforsinkelsen i linjen. USB 2.0-specifikationerne angiver, at latenstiden er mindre end 5,2 nanosekunder pr. meter for et kabel på 5 m. Den maksimalt tilladte linjeforsinkelse er 1,5 mikrosekunder for lavhastighedstilstand. For at give Hi Speed-tilstand skal linjen garantere en forsinkelse på mindre end 26 nanosekunder og lav hastighed - 1,5 mikrosekunder.

USB 3.0-kabler og -stik og deres USB 2.0-kompatibilitet

  • Alle USB-stik, der kan tilsluttes hinanden, er designet til at fungere sammen. Dette opnås også på grund af den elektriske kompatibilitet af alle ben på USB 2.0-stikket med de tilsvarende ben på USB 3.0-stikket. Samtidig har USB 3.0-stikket ekstra ben, der ikke matcher USB 2.0-stikket, og derfor, når du tilslutter stik af forskellige versioner, vil de "ekstra" ben ikke blive brugt, hvilket sikrer normal drift af 2.0 version forbindelsen.
  • Alle stik og stik mellem USB 3.0 Type A og USB 2.0 Type A er designet til at fungere sammen.
  • Størrelsen på USB 3.0 Type B-stikket er lidt større, end det ville være nødvendigt for et USB 2.0 Type B-stik og tidligere. Samtidig er forbindelsen til disse stik og denne type stik tilvejebragt. Derfor kan begge typer kabler bruges til at forbinde en perifer enhed med et USB 3.0 Type B-stik til en computer, men kun et USB 2.0-kabel kan bruges til en enhed med et USB 2.0 Type B-stik.
  • eSATAp -stik markeret som eSATA/USB Combo, det vil sige at have mulighed for at tilslutte et USB-stik til dem, har mulighed for at tilslutte USB Type A-stik: USB 2.0 og USB 3.0, men i USB 2.0 højhastighedstilstand.
  • Et eSATA- stik kan ikke passe ind i nogen version af et simpelt USB-stik.
  • eSATA- stikket kan tilsluttes til eSATA/USB Combo-stikket.
Billeder af USB 3.0-stik
Almindelig Mini Mikro
Type A
Type B
Type C
USB 3.0 Type A Connector Pinouts
kontaktnr. EN B mikro B
en VBUS (VCC) VBUS (VCC) VBUS (VCC)
2 D− D− D−
3 D+ D+ D+
fire GND GND ID
5 StdA_SSTX- StdA_SSTX- GND
6 StdA_SSTX+ StdA_SSTX+ StdA_SSTX-
7 GND_DRAIN GND_DRAIN StdA_SSTX+
otte StdA_SSRX- StdA_SSRX- GND_DRAIN
9 StdA_SSRX+ StdA_SSRX+ StdA_SSRX-
ti StdA_SSRX+
Skærm Skærm Skærm Skærm

Der er også to typer USB 3.0 Micro-stik: et USB 3.0 Micro-A-stik og et USB 3.0 Micro-AB-stik. Visuelt anderledes end USB 3.0 Micro-B ved den "rektangulære" (ikke afskårne) del af stikket med USB 2.0-sektionen, som undgår at sætte et Micro-A-stik i en Micro-B-stik og gør et Micro-AB-stik kompatibelt med begge stik.

Micro-AB-stikket vil blive brugt i mobile enheder med en indbygget USB 3.0-værtscontroller. Pin 4 (ID) bruges til at identificere værts-/klienttilstanden - i Micro-A-stikket er det kortsluttet til jord.

USB 3.0 Powered-B-stik pinouts

USB 3.0 Powered-B-stikket er designet med to ekstra ben, så enheder kan levere op til 1000mA til en anden enhed, såsom en trådløs USB-adapter. Dette eliminerer behovet for en strømkilde til den enhed, der er tilsluttet den trådløse USB-adapter, og tager endnu et skridt mod det ideelle trådløse kommunikationssystem (uden en separat strømforsyning). Normale kablede forbindelser til en vært eller hub bruger ikke disse to ekstra ben.

en VBUS +5V strøm
2 USB D− USB 2.0 data
3 USB D+
fire GND jorden
otte StdA_SSRX- SuperSpeed-modtagelse
9 StdA_SSRX+ SuperSpeed-modtagelse
7 GND_DRAIN jorden
5 StdA_SSTX- SuperSpeed ​​transmission
6 StdA_SSTX+ SuperSpeed ​​transmission
ti DPWR Yderligere strøm pr. enhed
elleve GND_D Enhedens strømforsyning jord
USB Type-C Pin-tildeling USB Type-C-stik - stik og stik
Kontakt Navn Beskrivelse Kontakt Navn Beskrivelse
A1 GND jorden B12 GND jorden
A2 TX1+ SuperSpeed ​​​​differentialpar # 1 [a] , gear+ B11 RX1+ SuperSpeed ​​​​Differential Pair #2 [a] Modtag+
A3 TX1- SuperSpeed ​​​​differentialpar #1 [a] , transmission- B10 RX1- SuperSpeed ​​​​differentialpar #2 [a] , modtage-
A4 VBUS _ Plus ernæring B9 VBUS _ Plus ernæring
A5 CC1 Konfigurerer kanal (eller matcher) B8 SBU2 Ekstra kanal (sidebånd)
A6 D+ Højhastighedsdifferentialpar [b] , position 1, data+ B7 D- Højhastighedsdifferentialpar [b] , position 2 [c] , data-
A7 D- Højhastighedsdifferentialpar [b] , position 1, data- B6 D+ Højhastighedsdifferentialpar [b] , position 2 [c] , data+
A8 SBU1 Ekstra kanal (sidebånd) B5 CC2 Konfigurationskanal
A9 VBUS _ Plus ernæring B4 VBUS _ Plus ernæring
A10 RX2- SuperSpeed ​​​​differentialpar #4 [a] , modtage- B3 TX2- SuperSpeed ​​​​differentialpar #3 [a] , transmission-
A11 RX2+ SuperSpeed ​​​​differentialpar #4 [a] , modtager+ B2 TX2+ SuperSpeed ​​​​differentialpar #3 [a] , gear+
A12 GND jorden B1 GND jorden
  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Afskærmet differentialpar, kan bruges til at implementere USB SuperSpeed ​​(3.0), SuperSpeed+ (3.1), SuperSpeed++ (3.2) - op til 20 Gbps
  2. ↑ 1 2 3 4 Uafskærmet differentialpar, kan bruges til at implementere USB Low-Speed ​​(1.0), Full-Speed ​​(1.1), High-Speed ​​(2.0) - op til 480 Mbps
  3. ↑ 1 2 I stikket er differentialparret kun forbundet i én position, i 2. position er der ingen kontakter.
Formålet med lederne i USB 3.1 Type-C-kablet
Stik nr. 1 på Type-C-kablet Type-C kabel Stik nr. 2 Type-C kabel
Kontakt Navn Farve på lederkappe Navn Beskrivelse Kontakt Navn
Fletning Skærm Kabelfletning Skærm Udvendig kabelkappe Fletning Skærm
A1, B1, A12, B12 GND Konserves GND_PWRrt1
GND_PWRrt2 		fælles jord A1, B1, A12, B12 GND
A4, B4, A9, B9 VBUS _ Rød PWR_VBUS 1 PWR_VBUS 2 _ _
 VBUS strømforsyning _ A4, B4, A9, B9 VBUS _
B5 V CONN Gul
 PWR_V CONN V CONN strøm B5 V CONN
A5 CC Blå CC Konfigurationskanal A5 CC
A6 Dp1 hvid UTP_Dp Uafskærmet differentialpar , positiv A6 Dp1
A7 Dn1 Grøn UTP_Dn Uafskærmet differentialpar, negativ A7 Dn1
A8 SBU1 Rød SBU_A Databånd A B8 SBU2
B8 SBU2 Det sorte SBU_B Databånd B A8 SBU1
A2 SSTXp1 Gul * SDPp1 Afskærmet differentialpar #1, positivt B11 SSRXp1
A3 SSTXn1 Brun * SDPn1 Afskærmet differentialpar #1, negativ B10 SSRXn1
B11 SSRXp1 Grøn * SDPp2 Afskærmet differentialpar #2, positivt A2 SSTXp1
B10 SSRXn1 Orange * SDPn2 Afskærmet differentialpar #2, negativ A3 SSTXn1
B2 SSTXp2 Hvid * SDPp3 Afskærmet differentialpar #3, positivt A11 SSRXp2
B3 SSTXn2 Det sorte * SDPn3 Afskærmet differentialpar #3, negativ A10 SSRXn2
A11 SSRXp2 Rød * SDPp4 Afskærmet differentialpar #4, positivt B2 SSTXp2
A10 SSRXn2 blå * SDPn4 Afskærmet differentialpar #4, negativ B3 SSTXn2
* Farver til kappeledere er ikke specificeret af standarden.

"I den nærmeste fremtid vil USB Type-C-grænsefladen blive virkelig universel. Version 2.1 giver porteffekt op til 240W. Dette vil gøre det muligt at bruge den til at drive 4K-skærme, printere og endda strømkrævende gaming-bærbare computere." https://usb.org/document-library/usb-type-cr-cable-and-connector-specification-revision-21

USB 3.0 optiske kabler

I 2013 introducerede nogle virksomheder USB 3.0 og Thunderbolt optiske (fiberoptiske) kabler, hvorigennem USB-signalet kan transmitteres op til 100 meter [44] mod 3-5 meter (typisk) for standard "kablede" kabler. Tynde og fleksible kabler giver dig mulighed for at overføre data med hastigheder op til 1 Gb/s, men giver ikke strømoverførsel.

Ved starten af ​​rejsen omdannes signalet fra et konventionelt USB elektrisk signal til optiske signaler. Ved enden af ​​stien vendes signalet.

Kommunikationsmetode

USB-specifikationen giver designeren flere muligheder for enheder, afhængigt af den nødvendige dataoverførselshastighed. Disse er lav hastighed (fysisk hastighed 1,5 Mbps ± 1,5%), fuld hastighed (12 Mbps ± 0,25%), høj hastighed (480 Mbps ± 0,05%), SuperSpeed ​​(5 Gbps ± 0,06%) , SuperSpeed+ (10 Gbps). Lav-, fuld- og højhastigheds-enheder bruger én differentiel halv-dupleks kommunikationslinje til kommunikation, SuperSpeed ​​- flere. Udvekslingsprotokollerne er identiske.

USB er et netværk med én master (vært) og et vilkårligt antal slaveenheder (enhed). Netværkstopologien  er et aktivt træ . "Aktiv" betyder, at hver knude i træet har en speciel enhed - et nav. Hubben beskæftiger sig med terminering af elektriske kabler, pakkerouting, registrering af enhedstilslutning/afbrydelse og andre funktioner. Alle forbindelser i netværket er elektriske og protokol identiske.

USB giver dig mulighed for at "hot" tilslutte og frakoble individuelle enheder eller netværkssegmenter. "Hot" betyder, at netværksdriften ikke afbrydes, og guiden er i stand til at bestemme kendsgerningen af ​​en netværkskonfigurationsændring automatisk i realtid. Da hele netværket modtager strøm fra masteren, understøttes muligheden for automatisk at styre netværkets strømforsyning: enheden informerer masteren om dens behov, og masteren kan deaktivere enheden, hvis netværkets strømkapacitet kan overskrides .

Fysisk lag

Et forenklet elektrisk diagram over USB-forbindelsen er vist på figuren. Når ingen er forbundet til værten, trækkes begge signallinjer D+ og D− op med 15 kΩ modstande til minus af strømforsyningen. Når enheden er tilsluttet, trækkes en af ​​ledningerne op til +3,3 V gennem en 1,5 kΩ modstand. Lavhastigheds-enheder trækker D−-linjen op, mens Full Speed-enheder trækker D+-linjen op. Værten bestemmer således forbindelsen og typen af ​​tilsluttet enhed. Højhastigheds-enheder fungerer som fuld hastighed på forbindelsestidspunktet og skifter til højhastighedstilstand efter udveksling af visitkort.

Tilstanden af ​​differentialparret defineret af pullup-modstandene omtales som Idle i specifikationen. Den samme tilstand med driveren tændt er angivet med bogstavet J. Den modsatte tilstand er angivet med bogstavet K. Lukningen af ​​begge linjer til minus kaldes Single Ended 0, forkortet SE0; kort til positiv - SE1.

Dataene kodes ved hjælp af NRZI -metoden (Non-return-to-zero inverted). Ifølge denne metode svarer hver nulbit af inputdataene til en ændring i tilstanden af ​​differentialparret (J→K eller K→J), og der er ingen ændring for en enhed. For at eliminere tabet af synkronisering på lange enkeltsekvenser bruges bitstuffing , det vil sige, at nul tvangsindsættes i datastrømmen for hver 6 enheder i træk.

SE0-bussens tilstand, der er længere end 10 ms, fortolkes af enheden som en nulstilling og kræver, at enheden geninitialiserer USB-stakken. Inaktiv tilstand i mere end 3 ms i træk tolkes af enheden som et busstoppested (Suspend) og kræver formelt, at enheden selv begrænser sit strømforbrug fra USB-bussen. Exit from Suspend sker enten ved genoptagelse af værtsaktivitet, eller enheden kan, hvis det er nødvendigt, sende et særligt genoptag-signal. Genoptag-signalet består af en K-tilstand i nogle få millisekunder, afsluttet af sekvensen SE0, SE0, J, hvor hver tilstand varer et bitinterval i henhold til enhedens hastighedstilstand.

Pakkestruktur

Udvekslingen foregår i korte pakker. Hver pakke starter med en Start of Packet-sekvens, for lav og fuld hastighed er det KJKJKJKK. Dernæst er der altid en speciel PID-pakkeidentifikator ( engelsk  Packet IDentifier ), der angiver pakketypen. Der er 16 forskellige pakketyper i alt, så PID'en har 4 bit. Men for pålidelighedens skyld duplikeres værdien af ​​dette felt i invers form, så længden af ​​PID-feltet i pakken er 8 bit. Pakken slutter med End of Packet-sekvensen: SE0, SE0, J. Det mindste inter-pakkeinterval er ~0,1 µs (for fuld hastighed).

Afhængigt af pakketypen kan en række andre felter med pakkeparametre og/eller data være indeholdt mellem PID og EoP. Alle disse felter (inklusive PID) sendes LSB først.

Typer af USB-pakker er vist i tabellen:

Type PID-værdi (mest signifikante bit først) Overført byte (mindst signifikant bit først) Navn Beskrivelse
reserveret 0000 0000 1111
Polet 0001 1000 0111 UD Værten giver enheden besked om, at den næste pakke vil indeholde data fra værten til enheden
1001 1001 0110 I Værten giver enheden besked om, at den er klar til at modtage en datapakke fra enheden.
0101 1010 0101 SOF En pakke, der markerer starten på en tidsramme eller mikroramme.
1101 1011 0100 OPSÆTNING Værten giver enheden besked om, at den næste pakke vil indeholde konfigurationsdata fra værten til enheden
1000 0001 1110 DELE USB høj hastighed split overførsel
0100 0010 1101 PING Kontrol af, om enheden kan modtage data (USB High Speed)
Særlig 1100 0011 1100 PRE Underretter hub'en om, at den næste transaktion vil være i lavhastighedstilstand
håndtryk ERR Split Transfer Fejl (USB High Speed)
0010 0100 1011 ACK Kvittering for modtagelse af datapakke
1010 0101 1010 NACK Manglende vilje til at betjene den forrige pakke, pakken ignoreres
0110 0110 1001 NYET Data endnu ikke klar (USB High Speed)
1110 0111 1000 GÅ I STÅ Tidligere pakke fik adgang til ikke-eksisterende eller deaktiveret funktionalitet
Data 0011 1100 0011 DATA0 Selv datapakke
1011 1101 0010 DATA1 Ulige datapakke
0111 1110 0001 DATA2 High Speed ​​​​Isochronous Data Packet (USB High Speed)
1111 1111 0000 MDATA High Speed ​​​​Isochronous Data Packet (USB High Speed)

Pakker af typen IN, OUT, SETUP er overskrifterne på en multipakketransaktion med dataudveksling. De indeholder felterne for enhedsadressen og Endpoint-nummeret i den enhed, som data vil blive udvekslet med i denne transaktion. Pakkeintegritet verificeres af CRC5-feltet.

Pakker af typen DATA indeholder et datafelt og et CRC 16 dataintegritetsfelt. Standarden begrænser den maksimalt tilladte datalængde til 8 bytes for ukonfigurerede enheder, 64 bytes for lavhastighedsenheder, 1023 bytes for fuldhastighedsenheder og 1024 bytes til højhastigheds-enheder. Enheden kan indstille sin maksimale datalængde til at være mindre end tilladt. Værten skal understøtte den maksimalt tilladte datalængde. I en normal udveksling er datapakker sammenflettet som "lige-ulige".

Pakker som ACK, NACK, STALL fuldfører transaktionen og rapporterer (u)succes af den aktuelle transaktion. Indeholder ikke yderligere felter.

Adresse

USB er et netværk, hvilket betyder, at flere enheder kan oprette forbindelse til den samme vært. Hver enhed tildeles en unik adresse under den indledende konfigurationsproces på forbindelsestidspunktet. Adressedimensionen er 7 bit, nulværdien er reserveret - derfor kan op til 127 enheder oprette forbindelse til en vært. Adressefeltet indeholder kun de pakker, der starter en transaktion (IND, UD, SETUP).

Slutpunkt

Ud over at adressere fysisk tilsluttede enheder tilbyder USB logisk adressering i enheden. Logisk adressering giver dig mulighed for at adskille datastrømme i henhold til forskellige funktioner inden for den samme enhed. For eksempel kan et tastatur med en touchpad have én datakanal til tastetryk og en anden til touchpad-data. I TCP/IP-stakken er der en direkte analogi for et slutpunkt - porte.

"Endepunkt"-feltet har en dimension på 4 bit, det vil sige, at op til 16 punkter er mulige. Hvert punkt kan selvstændigt fungere som modtager og som sender, så nogle gange er der 32. Feltet "endepunkt" er en del af adresseringen i USB-netværket og er kun indeholdt i de samme pakker, hvor der er en adresse (IN , OUT, SETUP). På tidspunktet for forbindelsen, som en del af den indledende konfiguration, skal enheden overføre oplysninger til værten om de involverede punkter og deres formål. Disse oplysninger skal være i overensstemmelse med de relevante enhedsdriversoftwaredatakanaler hos værten. Adgang til et ubrugt punkt resulterer i et STALL-svar. SETUP-pakker kan kun ankomme til nulslutpunktet.

Tidsrammer

USB-specifikationen indeholder begreberne tidsrammer og mikrorammer. For lavhastighedsenheder sender værten hvert millisekund et Keep Alive-signal bestående af en End of Packet-sekvens. For enheder med fuld hastighed sender værten en speciel SOF-pakke (Start of Frame) hvert millisekund, der markerer begyndelsen af ​​den næste frame. For høj hastighed transmitteres denne pakke hver 125 µs; sådan en periode kaldes en mikroramme. USB-specifikationen kræver, at transaktions- og pakkeplanlægning understøttes, så SOF'ens periodicitet ikke overtrædes.

Principper for dataudveksling

Dataudveksling foregår i såkaldte transaktioner - uadskillelige sekvenser af flere pakker. Initiativtageren til udvekslingen er altid værten. Den sender en kort pakke (token) med besked om starten på en ny transaktion. I denne token-pakke specificerer værten transaktionens retning (IND eller UD), enhedsadressen og slutpunktnummeret. For eksempel betyder et OUT-token, at tokenet umiddelbart efterfølges af en datapakke fra værten til enheden (DATA0 eller DATA1). Der kan være flere datapakker i en transaktion, hvis hver af dem har den maksimalt tilladte datalængde for denne enhed. Slutningen af ​​dataoverførslen bestemmes af pakkens længde, som ikke er lig med maksimum. Så snart en trunkeret pakke ankommer, sender enheden straks en svarpakke-bekræftelse (håndtryk), for eksempel ACK (alt blev modtaget), NACK (kunne ikke modtage: f.eks. var inputbufferen fuld), STALL (data adresseret til det afbrudte slutpunkt). Alle pakker i en transaktion transmitteres næsten samtidigt, den maksimale pause mellem pakker bør ikke overstige ~1 μs (for fuld hastighed), ellers vil transaktionen blive genkendt som fejlagtig.

På samme måde overføres data fra enheden til værten. Værten starter overførslen med IN-tokenet. Hvis enheden ikke har nogen data klar til at sende, svarer den med NACK, og transaktionen afsluttes. Hvis dataene er klar, begynder enheden at sende DATA0/DATA1-pakker. Princippet om at afslutte transmissionen er det samme: ufuldstændig længde af datapakken. Ved modtagelse af en ufuldstændig pakke, svarer værten på enheden med en ACK-pakke.

Transaktionen med SETUP-tokenet ligner fuldstændig OUT-transaktionen, de eneste forskelle er i logikken for dataopfattelse af enheden: disse er forbindelsesparametrene, der styrer driften af ​​enhedens USB-stabel.

Kontrol, Interrupt, Bulk, Isochronous

USB-specifikationen giver flere metoder til udveksling af data. Hvert inkluderet endepunkt skal kortlægges til en af ​​metoderne. Control, Interrupt og Bulk bruger håndtryksprotokollen beskrevet lige ovenfor. Massemetoden giver værten mulighed for frit at kommunikere med enheden, som den vil. Kontrolmetoden ligner bulk, men den udveksler kun specielle data med enheden, der styrer driften af ​​USB-protokollen i overensstemmelse med specifikationen (inden for transaktioner af SETUP-typen). Da perifere enheder ikke kan starte en udveksling, fandt de på afbrydelsesmetoden til at overføre data, der pludselig vises på enheden, hvilket giver dig mulighed for at polle enheden med en bestemt periode. Afbrydelsesmetoden er meget brugt til polling af tastaturer og mus. Standing apart er den isokrone metode, som giver dig mulighed for at reservere en del af USB-busbåndbredden til data såsom lyd eller video. Isochronous understøtter ikke transmissionsintegritetskontrol (ACK- og NACK-pakker sendes ikke), hvilket betyder, at der ikke gives genforsøg i tilfælde af fejl: forkert modtagne data går tabt.

Enhedsinitialisering

På tidspunktet for forbindelsen anmoder værten om et sæt standardiserede oplysninger (deskriptorer) fra enheden, på grundlag af hvilke den beslutter, hvordan den skal arbejde med denne enhed. Beskrivelserne indeholder oplysninger om producenten og typen af ​​enhed, baseret på hvilken værten vælger en softwaredriver. Deskriptortabeller og felttildelinger er beskrevet i kapitel 9 i USB-specifikationen.

Derefter udfører værten en hastighedsændring (hvis enheden er High Speed) og tildeler en adresse til enheden.

Fejlretning og certificering

For at fejlsøge protokoller og kontrollere overholdelse af standarden kan enhedsudviklere bruge forskellige værktøjer, der giver dig mulighed for at observere udvekslingsprocesserne på bussen [45] [46] . Disse værktøjer kan være rent softwarebaserede og henter bushændelser fra computerens USB-drivere. Sådanne værktøjer viser dog ikke hardwarebehandlede eller fejlagtige signaler på bussen. Til omfattende uafhængig kontrol anvendes specialiserede hardwarescannere og protokolanalysatorer. Brugen af ​​en hardwareanalysator anbefales af USB-konsortiet til certificering og som forberedelse til frigivelse af enheder til masseproduktion.

For at opnå retten til at placere USB-logoer på produkter er det formelt nødvendigt at certificere dem for overensstemmelse med standarden. USB-IF-organisationen tilbyder certificeringstjenester for USB-enheder og vedligeholder også en liste over tredjeparts certificeringslaboratorier [47] .

Plug and Play

Udviklerne af USB-specifikationen var opmærksomme på spørgsmålet om automatisk at detektere funktionaliteten af ​​USB-enheder for at redde brugeren fra rutinemæssige handlinger ved tilslutning af USB-enheder. Der er to mekanismer til at gøre dette:

  • Enheden kommunikerer sine attributter til værten, som inkluderer enhedsleverandør-id (VID) og produkt-id (PID). Baseret på disse identifikatorer leder værten (computeren) efter måder at arbejde med denne enhed på (normalt er dette udtrykt i kravet om at installere drivere leveret af enhedsproducenten).
  • Enheden fortæller værten identifikatoren for den standardiserede enhedsklasse. Som en del af USB-konceptet er der udviklet en række specifikationer for standard enhedsklasser, inden for hvilke arbejdet med enheder med en bestemt funktionalitet forenes. For eksempel er enheder af klassen Human Interface Device, HID (disse er mus, tastaturer, spilcontrollere osv.) og Mass Storage-enheder (“flashdrev”, diskdrev) almindeligt kendte. For populære klasser af enheder har computere færdige drivere, så forbindelsen af ​​sådanne enheder er usynlig for brugeren.

Ud over standard USB-løsninger tilbyder nogle virksomheder og entusiaster andre løsninger. For eksempel er forudinstallerede WinUSB - drivere med en tredjeparts API tilgængelig i Windows-miljøet populære .

Standard enhedsklasser

Formålet med USB-enheder kan bestemmes af klassekoderne, der rapporteres til USB-værten for at indlæse de nødvendige drivere. Klassekoder giver dig mulighed for at forene arbejde med enheder af samme type fra forskellige producenter. En enhed kan understøtte en eller flere klasser, hvis maksimale antal er bestemt af antallet af tilgængelige endepunkter.

Beskrivelse af klassekoder [48] :

Koden Navn Brugseksempler/notat
00h _ N/A Ikke indstillet
01h Lyd Lydkort , MIDI
02h Kommunikationsenhed (CDC) Modem , netværkskort , COM-port
03h Human Interface Device (HID) Tastatur , mus , joystick
05h Physical Interface Device (PID) Joystick med Force feedback- understøttelse
06h Billede Webkamera , scanner
07h Printer Printer
08h Masselagringsenhed (MSD) USB-flashdrev , hukommelseskort , kortlæser , digitalkamera
09h USB-hub USB-hub
0 Ah CDC data Anvendes i forbindelse med CDC-klassen
0bh Smart Card Reader (CCID) Smart kortlæser
0Dh indholdssikkerhed biometrisk scanner
0Eh Videoenhedsklasse Webkamera
0Fh personlig sundhedspleje Pulsindikator, medicinsk udstyr
DCH Diagnostisk enhed Bruges til at kontrollere USB-kompatibilitet
E0h Trådløs controller Bluetooth adapter
EFh Diverse ActiveSync -enheder
FEh Applikationsspecifik IrDA -enheder, firmwareopdateringstilstand (DFU)
FFh Leverandør-specifik Efter producentens skøn

Strømforsyning

USB-standarden giver mulighed for at forsyne tilsluttede enheder med en lille mængde elektrisk strøm. I starten tillod USB 2.0-standarden en enhed at trække en maksimal strøm på 0,5 A ved 5 V. USB 3.0 øgede den maksimale strøm til 0,9 A ved samme spænding. Disse standarder giver værten mulighed for at kontrollere forbruget af enheder, der er tilsluttet bussen. For at gøre dette informerer enheden værten om dens energibehov på tidspunktet for tilslutning og initialisering. Værten evaluerer dette netværkssegments energikapacitet og tillader eller forbyder enheden i at fungere.

I et forsøg på at standardisere kravene til strømintensive enheder, vedtog USB-IF i 2007 USB Battery Charging-specifikationen, som inden for USB 2.0/3.0-kablingsinfrastrukturen gjorde det muligt at øge strømmen, der forbruges af enheden op til 5A [49] [50] . Senere blev en separat USB Power Delivery-specifikation vedtaget, som giver mulighed for meget mere fleksibilitet i strømstyring.

USB-strømstandarder
Specifikation Maks. nuværende Maks. spænding Maks. strøm
USB 1.1/2.0 500 mA 5 V 2,5W
USB 3.0 900 mA 5 V 4,5 W
USB 3.2 Gen x2 1,5 A 5 V 7,5W
Batteriopladning 1.2 1,5 A 5 V 7,5W
Power Delivery 1.0/2.0/3.0 5 A [a] 20 V 100 W
Strømforsyning 3.1 5 A [a] 48 V [b] 240 W
  1. ↑ 1 2 For strømme større end 3 A kræves specielle kabler.
  2. ↑ Til spændinger over 20V kræves specielle kabler.

USB-batteriopladning

Det første forsøg på at standardisere højforbrugsgadgets og USB-udgangsstrømforsyninger resulterede i USB Battery Charging-specifikationen [51] . Den første version blev udgivet i 2007. Den nuværende version af USB BC 1.2 blev offentliggjort i 2010.

Specifikationen tillod eksistensen af ​​specielt udpegede[ hvordan? ] USB-A-stik med øget strømeffektivitet (op til 1,5 A). USB initial konfigurationsprotokollen blev suppleret med muligheden for at "forhandle" udvidet forbrug. Slutenheden kunne kun øge forbruget efter "aftale" med værten.

USB-A-stik med ikke-forbundne datalinjer var også tilladt, såsom på opladere. Sådanne opladere blev identificeret af gadgetten ved de lukkede kontakter D+ og D−. Sådanne enheder fik lov til at give strøm op til 5 A.

For små strømforbrugere anbefalede specifikationen et MicroUSB-B-stik.

USB-strømforsyning

I den nye USB Power Delivery-standard er begrebet strømforsyning blevet væsentligt redesignet [52] [53] . Både værts- og enhedsudviklere har nu fleksibiliteten til at administrere USB-strøm. Beslutningen om, hvem der er kilden, hvem der er forbrugeren, om kildens og kablets muligheder træffes i løbet af en dialog mellem enheder via en separat kommunikationskanal. Det er muligt, at enheden under dialogen kan kræve, og værten er enige om at øge forsyningsspændingen for at overføre høj effekt over den eksisterende kabelinfrastruktur. En overspænding udsendes af værten på Vbus-strømledningen. For kompatibilitet med ældre enheder returnerer værten spændingen til de gamle 5 volt, så snart den registrerer en afbrudt enhed.

USB Power Delivery-teknologi leverer op til 100W strøm. Takket være dette, ved hjælp af et konventionelt USB-kabel, blev det muligt at oplade og tilslutte alle elektroniske enheder fra en opladningskilde, som kan være en smartphone, laptop eller eksternt batteri [54] .

USBPD Rev.1

I 2012 blev den første revision af USB PD introduceret. Standard USB 2.0 og 3.0 stik- og kabelinfrastruktur blev brugt. Strømstyring blev udført gennem en dialog mellem forbrugeren og kilden via en uafhængig kommunikationskanal organiseret over strømledningen til et standard USB-kabel (V -bus ). Frekvensmodulation med en bærebølge på 24 MHz blev brugt .

Standarden tillod at øge spændingen på USB-strømstiften (Vbus) til 12 V eller 20 V ved en maksimal strøm på op til 5A.

USBPD 2.0

Den anden revision af standarden blev udgivet i 2014 sammen med USB 3.1-specifikationen og er knyttet til det nye USB Type-C-stik. Nu, til en dedikeret kommunikationskanal mellem strømkilden og forbrugeren, bruges en separat ledning i kablet (Configuration Channel). Det understøtter også bestemmelse af kabeltypen og dets kraftoverførselsevner, hvortil der skal installeres et mikrokredsløb i kabler med en øget maksimal strøm, der rapporterer kablets parametre.

Standarden tillod at øge spændingen på USB-strømstiften (Vbus) til 9, 15 eller 20 V ved en maksimal strøm på op til 5A. For strømme over 3A kræves specielle kabler med en identifikationschip.

USBPD 3.0

I 2019 blev USB PD 3.0 udgivet. Dens væsentlige forskel fra USB PD 2.0 er den programmerbare strømforsyningstilstand, når forbrugeren ikke anmoder om en fast spænding fra et område på 5, 9, 15 eller 20 V, men kan justere spændingen i området 3,3 ... 21V i trin på 20mV. Forbrugeren kan også bede kilden om at begrænse strømmen i trin på 50 mA.

USBPD 3.1

I foråret 2021 blev USB PD 3.1 udgivet. [3] En væsentlig forskel er opdelingen af ​​tilstande i Standard Power Range (kompatibel med USB PD 3.0) og Extended Power Range, hvor spændinger på 28, 36 og 48V er mulige. Den programmerbare strømforsyningstilstand er kun forbeholdt standardeffektområdet og understøttes ikke i det udvidede strømområde. For at opnå en høj reguleret spænding er den justerbare spændingsforsyningstilstand blevet introduceret, som giver dig mulighed for at indstille spændingen fra 15 til 48V i trin på 100 mV.

Således nåede den maksimale transmitterede effekt 240W. For strømme over 3A og spændinger over 20V kræves specielle kabler med identifikationschip. Der er udviklet specielle logoer til visuel mærkning af højeffektkabler. [35] [36] [55]

Ikke-standardløsninger

Styring af mobile gadgets

Producenter af mobile gadgets kunne ikke komme forbi tilgængeligheden af ​​elektricitet fra en USB-stikkontakt. Der er mange enheder, der trækker strøm uden at overholde USB-specifikationen.

Samtidig kan den ladestrøm, der kræves af enheden, være meget højere end den tilladte USB-standard. For at omgå denne begrænsning har mange telefonproducenter udviklet deres egne regler for bestemmelse af en speciel strømforsyning - en oplader [56] [57] . Nu, når den er tilsluttet den originale oplader, får telefonen mulighed for at oplade så hurtigt som muligt. Samtidig, når den er tilsluttet en standard USB-vært, følger telefonen USB-standardens anbefalinger, oplader ved reduceret strøm eller slet ikke opladning.

For eksempel bestemmer Apple-enheder den maksimale strømudgang fra opladeren ud fra spændingen ved D− og D+ benene. Hvis D+ = D− = 2,0 V, er max. strøm - 0,5 A. Hvis D+ = 2,0 V og D− = 2,8 V, så max. strøm - 1 A. Hvis D+ = 2,8 V og D− = 2,0 V, så max. strøm - 2 A [58] .

I 2007 adopterede USB-IF USB Battery Charging-specifikationen, som starter processen med at standardisere strømforsyningen til mobile enheder. I 2007-2010 vedtages en række nationale og internationale regler (f.eks. Fælles ekstern strømforsyning, GSM Universal Charging Solution, kinesisk "Technical Requirements and Test Method of Charger and Interface for Mobile Telecommunication Terminal Equipment" [59] [60] ), ifølge hvilken mobile gadget-opladere skal være udstyret med samme type stik: USB-A stik på opladerhuset og Micro-USB-B på selve gadgetten. Opladeren identificeres ved lukkede kontakter D+ og D−.

Qualcomm Quick Charge

Qualcomm - teknologier , der ligner USB Power Delivery-standarden, men lettere at implementere, har vundet en vis popularitet. Fire kompatible versioner af specifikationen er blevet frigivet [61] [62] :

Qualcomm Quick Charge 1.0-versionen (2013) sørgede for 5 V 2 A-strømforsyning og adskilte sig ikke meget fra andre ikke-standardløsninger. Modtog ikke distribution.

Qualcomm Quick Charge 2.0 (2015) gav ligesom USB Power Delivery mulighed for at øge forsyningsspændingen til 9, 12 eller 20 V efter aftale mellem opladeren og gadgetten. Men i modsætning til USB Power Delivery var kontraktmetoden meget enklere og tillod brugen af ​​eksisterende USB 2.0/3.0 kabler og stik. I henhold til tilstanden af ​​D+/D− ledningerne bestemmer gadgetten, at den er tilsluttet opladeren, hvorefter den indstiller en bestemt spænding på D+/D− ledningerne i overensstemmelse med den ønskede forsyningsspænding.

Udgaven af ​​Qualcomm Quick Charge 3.0 (2016) supplerer QC 2.0 med evnen til jævnt at justere udgangsspændingen i intervallet 3,6-20 V efter anmodning fra gadgetten.

Ifølge USB-specifikationen kan nogle kabler med Type C-stik indeholde en chip, der identificerer kablets parametre. Da dette mikrokredsløb er drevet af kabelstrømledningerne, kan en stigning i spændingen på dem være fatal for både kablet og det tilsluttede udstyr. I denne forbindelse viste brugen af ​​Quick Charge 2.0 og 3.0 på kabler med Type C-stik sig at være risikabelt. I 2015 udgav USB-IF en metode til at teste kabelinfrastruktur med Type C-stik, hvor den eksplicit forbød spændingsstyring på strømledningen ved hjælp af ikke-standardiserede metoder. Nu vil Quick Charge 2.0- og 3.0-opladere med et USB Type C-stik ikke kunne modtage et overensstemmelsescertifikat [63] . Google har udstedt en anbefaling om ikke at understøtte QC 2.0 og 3.0 på Android-enheder [64] . Problemet er løst i Quick Charge 4-specifikationen.

Qualcomm Quick Charge 4-version introduceret i november 2016. Erklæret kompatibel med kabler med Type C-stik [65] . Qualcomm Quick Charge 4+ versionen blev introduceret i sommeren 2017.

Powered USB

I 1999 vedtog en gruppe kommercielle udstyrsproducenter en virksomhedsstandard, ifølge hvilken USB-stikket var udstyret med yderligere kontakter med spændinger på 5 V, 12 V eller 24 V og en strøm på op til 6 A. Denne beslutning blev ikke understøttet med USB-IF.

Kritik

  • Mini- og især Micro-USB-stik bliver på grund af producentens designfejlberegninger ofte løse med tiden, begynder at miste kontakten og har ikke en tilstrækkelig pålidelig fastgørelse til printpladen , hvorfor de ved intensiv brug kan være helt eller delvist beskadiget. I nogle tilfælde falder stikkontakterne af, hvilket kan føre til behovet for at udskifte brættet eller endda købe en ny enhed på grund af umuligheden af ​​normal genopretning af revne trykte spor. Denne ulempe er mest udtalt i små enheder såsom mobiltelefoner, tablet-computere, elektroniske læsere og digitale lommeafspillere . .
  • Protokollen kræver, at slutenheden opretholder en ret kompleks algoritmisk stak både til direkte kommunikation over bussen og for at understøtte relaterede funktioner såsom initialisering eller svar på servicemeddelelser. På grund af deres kompleksitet og mangfoldighed implementerer enheder ofte kun de grundlæggende niveauer af protokollen i hardware, hvilket efterlader de øverste på programkodens nåde. Dette fører til en mærkbar overhead af programhukommelse og tid og indeholder også truslen om fejl og forsøg på at forenkle programkoden til skade for overholdelse af standarden.
  • Producentens kode (VID) udstedes kun til enhedsudvikleren efter en bureaukratisk procedure og en monetær omkostning på omkring $ 5.000. Derudover har USB-IF-standardudviklingsorganisationen en negativ holdning til ejernes videresalg af producentens koder for enhedskoder (PID) [66] . Alt dette begrænser bussens tilgængelighed for små producenter og uafhængige udviklere. Frit tilgængelige koder for enheder, der implementerer standardfunktionalitet (f.eks. en udvekslingsport, en hukommelsesenhed eller en lydenhed), leveres ikke af standardens skabere.
  • Listen over klasser og underklasser af enheder er inkonsekvent i dele, alt for oppustet, underklasser på samme niveau er ofte ulige og indeholder forældet funktionalitet. Som følge heraf kræver understøttelse af en bestemt standardklasse ofte redundant kode, som ikke er nødvendig for øjeblikkelig drift, både fra enheden og værten (computeren). Det samme gælder for de transmitterede pakker, hvoraf nogle er af ret historisk betydning.
  • På trods af den erklærede universalitet kræver mange enheder, selv dem, der tilhører standardklasser, for det meste softwaresupport og separate drivere på værten. Så det moderne Windows-operativsystem, når du tilslutter en ekstern COM-port eller en GPS-navigator (som tilhører den samme standardklasse af kommunikationsenheder), kræver en separat driver for hver af enhederne. Dette pålægger producenterne separate forpligtelser til at oprette og eventuelt signere drivere og indebærer risikoen for, at en enhed ikke fungerer på et operativsystem af en anden version.
  • Sammenlignet med andre dataoverførselsformater har USB 1.0-formatet store forsinkelser (forsinkelser) i informationsoverførsel. USB 2.0 High Speed-formatet har forsøgt at reducere latensproblemer, men selve formatet kræver en højhastighedstransceiver og højfrekvent interfacekabel, hvilket er overflødigt og dyrt i mange tilfælde.

Ulemper ved USB 2.0

  • Selvom den teoretiske maksimale gennemstrømning af USB 2.0 er 480 Mbit/s (60 Mb/s), er det i praksis ikke muligt at opnå en gennemstrømning tæt på toppen (maks. 45 Mb/s [67] , oftere op til 30 Mb/s). Dette skyldes det faktum, at USB-bussen er halv-dupleks - kun et snoet par bruges til at overføre data i begge retninger, derfor kan data kun overføres i en cyklus i én retning, og derfor kræves to cyklusser til tovejs dataudveksling. Til sammenligning kan FireWire -bussen, selvom den har en lavere spidsbåndbredde på 400 Mbps, hvilket formelt er 80 Mbps (10 Mb/s) mindre end USB 2.0, men da den er dupleks (to snoede par bruges til dataoverførsel - hver i sin egen retning, og tovejs dataudveksling kræver 1 cyklus), giver det dig mulighed for at give mere båndbredde til dataudveksling med harddiske og andre lagerenheder. I denne forbindelse har en række mobile drev længe "hvilet" mod den utilstrækkelige praktiske båndbredde af USB 2.0.

Fordele ved USB 3.0

  • Evne til at overføre data med hastigheder op til 5 Gb/s.
  • Controlleren er i stand til samtidigt at modtage og sende data (fuld duplex-tilstand), hvilket øgede driftshastigheden.
  • USB 3.0 giver mere strøm, hvilket gør det nemmere at tilslutte enheder som f.eks. harddiske.
  • USB 3.0 er kompatibel med ældre standarder. Det er muligt at tilslutte gamle enheder til nye porte. USB 3.0-enheder kan tilsluttes en USB 2.0-port (hvis strømforsyningen er tilstrækkelig), men enhedens hastighed vil være begrænset af portens hastighed.

Sårbarhed

I august 2014 blev en implementering af en USB-enhedssårbarhed kaldet BadUSB demonstreret . Nogle USB-enheder giver dig mulighed for at ændre firmwaren på mikrokredsløbet, der er ansvarlig for at interagere med computeren. En angriber, der har reverse-manipuleret en specifik enhed, kan oprette og skrive ondsindet kode ind i den. Denne ondsindede kode kan for eksempel ved at efterligne tastaturet, udføre de nødvendige handlinger for brugeren på den inficerede computer eller ved at efterligne en netværksenhed ændre netværksindstillinger på en sådan måde, at brugeren vil surfe på internettet gennem mellemservere kontrolleret af angriberen ( Pharming ). Ved at efterligne et USB-flashdrev kan ondsindet kode desuden downloade og køre et virusprogram på en computer med autorun aktiveret. En sådan virus kan kopiere sig selv til andre USB-enheder, der i øjeblikket er tilsluttet computeren, og inficere flere og flere USB-enheder (webcams, tastaturer, flash-kort osv.) [68] .

Den ondsindede USB Kill-enhed og lignende enheder kan udnytte en anden sårbarhed: Umiddelbart efter tilslutning til strøm, genererer USB-enheden en række højspændingsimpulser på datastifterne, hvilket ødelægger værdifulde mikrokredsløb inde i computeren [69] [70] [71] [72] . Sårbarheden opstår på grund af tilgængeligheden af ​​USB-stik, samt på grund af, at alle USB-porte får strøm, uanset hvilken enhed der er tilsluttet dem, og på grund af svag beskyttelse mod højspænding i højhastighedskontakter forbundet med chips og output på kroppen.

USB og FireWire/1394

USB Mass Storage-protokollen, som er en metode til at overføre SCSI-kommandoer over USB-bussen, har mere overhead end dens tilsvarende FireWire/1394-protokol, SBP-2. Når du tilslutter et eksternt drev eller CD/DVD-drev via FireWire, er det derfor muligt at opnå en højere dataoverførselshastighed. USB Mass Storage blev heller ikke understøttet på ældre operativsystemer (inklusive Windows 98 ) og krævede, at en driver blev installeret. SBP-2 blev understøttet i dem oprindeligt. Også i ældre operativsystemer (Windows 2000) blev USB-lagringsprotokollen implementeret i en trunkeret form, som ikke tillod brug af funktionen til at skrive cd'er og dvd'er på et USB-tilsluttet drev; SBP-2 havde aldrig sådanne begrænsninger.

USB-bussen er strengt orienteret, så tilslutning af to computere kræver ekstra hardware. Tilslutningen af ​​udstyr uden en computer, såsom en printer og scanner eller kamera og printer, blev defineret af USB OTG- standarden ; tidligere var disse implementeringer knyttet til en bestemt producent. 1394/FireWire-bussen er i første omgang ikke påvirket af denne ulempe (f.eks. kan to videokameraer tilsluttes).

Fakta

Svejser Saldanha, lederen af ​​en af ​​de evangeliske kulter i Brasilien , forbød sine tilhængere at bruge USB-enheder og -porte - han så i USB-emblemet symbolet på Satan  - en trefork, hvormed syndernes sjæle tortureres i helvede , og udtalte at alle, der bruger USB, tilbeder Satan [73] [74] [75] [76] .

Noter

  1. ↑ 82371FB (PIIX) og 82371SB (PIIX3) PCI ISA IDE Xcelerator . Intel (maj 1996). Hentet 12. marts 2016. Arkiveret fra originalen 13. marts 2016.
  2. ↑ 1 2 USB 'A' Plug Form Factor Revision 1.0 (PDF). USB Implementers Forum (23. marts 2005). - "Kropslængden er fuldt ud 12 mm i bredden og 4,5 mm i højden uden afvigelser". Hentet 4. juni 2017. Arkiveret fra originalen 19. maj 2017.
  3. ↑ 1 2 USB-C-strømforsyning når 240 W med udvidet effektområde . Hentet 23. februar 2022. Arkiveret fra originalen 14. november 2021.
  4. ↑ USB er tyve år gammel, opfinderen af ​​porten forklarede, hvorfor stikket ikke oprindeligt blev gjort til en "ændring" . Hentet 28. juni 2019. Arkiveret fra originalen 19. november 2015.
  5. ↑ Tillykke med fødselsdagen USB: Standarden fylder 20 år, og den stolte opfinder Ajay Bhatt fortæller alt . Hentet 28. juni 2019. Arkiveret fra originalen 31. maj 2019.
  6. ↑ Ubrugelig seriel bus. USB står for Useless Serial Bus. 1 USB akronym/forkortelse Betydning - Hvad står USB for? . Hentet 10. marts 2012. Arkiveret fra originalen 18. marts 2013.
  7. ↑ 1 2 3 4 Hvorfor bliver USB ved med at ændre sig? | Nostalgi Nerd - YouTube . Hentet 13. juni 2021. Arkiveret fra originalen 18. juni 2021.
  8. ↑ USB 4: Alt hvad vi ved, inklusive Apple-support | Toms hardware . Hentet 13. juni 2021. Arkiveret fra originalen 30. juni 2021.
  9. ↑ Sådan tilsluttes computere via USB (23. august 2003). Hentet 27. september 2016. Arkiveret fra originalen 31. marts 2016.
  10. ↑ Tilslutning af to pc'er ved hjælp af et USB-USB-kabel - Hardwarehemmeligheder . Hentet 28. september 2016. Arkiveret fra originalen 30. september 2016.
  11. ↑ 1 2 USB-specifikation 1.0 (afsnit 7.1.1.1 og 7.1.1.2) (link ikke tilgængeligt) . Dato for adgang: 28. oktober 2015. Arkiveret fra originalen 28. oktober 2015. 
  12. ↑ USB.org - USB-navngivning og emballageanbefalinger . Dato for adgang: 7. januar 2013. Arkiveret fra originalen 14. januar 2013.
  13. ↑ Du kan tilslutte alle ydre enheder til tablets på gratis OS, men dette kræver, at du bygger din egen kerne
  14. ↑ Arkiveret kopi . Hentet 31. marts 2017. Arkiveret fra originalen 31. marts 2017.
  15. ↑ USB 3.0 truet . Hentet 28. oktober 2009. Arkiveret fra originalen 24. maj 2011.
  16. ↑ Lær mere om revision B3 Arkiveret 4. marts 2012 på Wayback Machine 
  17. ↑ Arkiveret kopi (link ikke tilgængeligt) . Hentet 11. juni 2009. Arkiveret fra originalen 12. juni 2009.   Sarah Sharps Linux USB subsystem udvikler blog
  18. ↑ USB-IF vil ikke have dig til at blive forvirret over USB Type-C . Hentet 24. februar 2020. Arkiveret fra originalen 24. februar 2020.
  19. ↑ USB Type-C-stik: fordele, ulemper og funktioner | AndroidLime . androidlime.ru Hentet 24. marts 2016. Arkiveret fra originalen 5. april 2016.
  20. ↑ USB Platform Interoperability Lab (downlink) . Hentet 19. august 2016. Arkiveret fra originalen 20. august 2016. 
  21. ↑ USB 3.1 GEN 1 & GEN 2 FORKLARET . Hentet 19. august 2016. Arkiveret fra originalen 19. september 2016.
  22. ↑ USB.org - SuperSpeed ​​​​USB (utilgængeligt link) . Hentet 19. august 2016. Arkiveret fra originalen 14. maj 2009. 
  23. ↑ Synopsys (2013-12-10). Synopsys demonstrerer industriens første SuperSpeed ​​​​USB 10 Gbps platform-til-platform vært-enhed IP-dataoverførsel . Pressemeddelelse . Arkiveret fra originalen den 24. december 2013. Hentet 2013-12-23 . "Som målt af Ellisys USB Explorer Protocol Analyzer realiserede IP'en 10 Gbps USB 3.1 effektive datahastigheder på mere end 900 MBps mellem to Synopsys HAPS-70 FPGA-baserede prototypesystemer, mens der blev brugt bagudkompatible USB-stik, kabler og software."
  24. ↑ USB 3.2-  specifikation . USB Implementers Forum, Inc. Hentet 29. maj 2018. Arkiveret fra originalen 1. juni 2012.
  25. ↑ Sergey Karasev. USB 3.2-specifikation offentliggjort . 3DNews (28. september 2017). Hentet 29. maj 2018. Arkiveret fra originalen 29. maj 2018.
  26. ↑ Sergey Karasev. Verdens første demonstration af USB 3.2 interface-kapaciteter blev afholdt . 3DNews (28. maj 2018). Hentet 29. maj 2018. Arkiveret fra originalen 29. maj 2018.
  27. ↑ Glem USB 3.0 og USB 3.1, USB 3.2 forbliver den eneste "tredje" . Hentet 27. februar 2019. Arkiveret fra originalen 27. februar 2019.
  28. ↑ USB 3.2-specifikation Retningslinjer for sprogbrug fra USB-IF . Hentet 6. marts 2020. Arkiveret fra originalen 3. november 2021.
  29. ↑ USB DevDays 2019 - Branding Session . Hentet 6. marts 2020. Arkiveret fra originalen 22. marts 2020.
  30. ↑ USB4™-specifikation | USB-IF  (engelsk) . USB Implementers Forum (29. august 2019). Hentet 4. september 2019. Arkiveret fra originalen 12. august 2021.
  31. ↑ USB4 | USB-IF . www.usb.org. Hentet 3. september 2019. Arkiveret fra originalen 24. november 2021.
  32. ↑ Thunderbolt er valgfrit i USB4,  siger USB4-specifikationen . PCWorld (3. september 2019). Hentet 4. september 2019. Arkiveret fra originalen 6. august 2020.
  33. ↑ USB4 vil øge dataoverførselshastigheden over USB Type-C-kabler til 40 Gb/s . 3DNews (4. marts 2019). Hentet 4. september 2019. Arkiveret fra originalen 6. marts 2019.
  34. ↑ Morten Christensen. Opgrader dit SoC-design til USB4 Arkiveret 4. august 2020 på Wayback Machine
  35. ↑ 1 2 Nye USB Type-C Power Rating certificerede kabellogoer introduceret . Hentet 2. oktober 2021. Arkiveret fra originalen 2. oktober 2021.
  36. ↑ 1 2 Kabler og enheder med USB Type-C angiver nu ikke kun dataoverførselshastigheden, men også ladeeffekten . Hentet 2. oktober 2021. Arkiveret fra originalen 2. oktober 2021.
  37. ↑ Andrey Zhuchenko. Annonceret USB4 Version 2.0 standard med 80 Gb/s båndbredde . 3DNews (1. september 2022). Hentet: 11. september 2022.
  38. ↑ High-Speed ​​​​Inter-Chip USB elektrisk specifikation . Hentet 3. januar 2015. Arkiveret fra originalen 3. december 2017.
  39. ↑ Hvad er HSIC? . Hentet 28. december 2014. Arkiveret fra originalen 12. september 2015.
  40. ↑ Inter-Chip-tillæg til USB Revision 3.0-specifikationen . Hentet 21. november 2008. Arkiveret fra originalen 1. juni 2012.
  41. ↑ terralab.ru Trådløs USB: første trin (utilgængeligt link) . Hentet 1. november 2007. Arkiveret fra originalen 10. november 2007. 
  42. ↑ Guk M. Hardware IBM PC.-St. Petersburg: Peter, 2000.-S.-708-723.- ISBN 5-88782-290-2
  43. ↑ Agurov P.V. USB-interface. Øvelse i brug og programmering. - St. Petersborg: BHV-Petersburg, 2004. - 576 s. - ISBN 5-94157-202-6 .
  44. ↑ Corning Incorporated . CES 2013 (utilgængeligt link) . Optiske kabler fra Corning . Hentet 13. januar 2013. Arkiveret fra originalen 18. januar 2013. 
  45. ↑ USB-udviklingsværktøjer . Dato for adgang: 23. november 2016. Arkiveret fra originalen 4. december 2016.
  46. ↑ USB-software og hardwareværktøjer . Dato for adgang: 23. november 2016. Arkiveret fra originalen 19. november 2016.
  47. ↑ Uafhængige testlaboratorier . Hentet 28. marts 2019. Arkiveret fra originalen 28. marts 2019.
  48. ↑ USB-klassekoder (utilgængeligt link) . Dato for adgang: 22. marts 2012. Arkiveret fra originalen 2. april 2007. 
  49. ↑ Typer af ladeporte . Hentet 15. juli 2016. Arkiveret fra originalen 16. juli 2020.
  50. ↑ Grundlæggende om USB-batteriopladning: En overlevelsesvejledning . Hentet 30. juni 2016. Arkiveret fra originalen 9. september 2019.
  51. ↑ USB-batteriopladning v1.2 (ikke tilgængeligt link) . Hentet 8. november 2016. Arkiveret fra originalen 28. marts 2016. 
  52. ↑ How Power Delivery Works Arkiveret 21. september 2017 på Wayback Machine // Habr . - 22/01/2013.
  53. ↑ Revolution af grænseflader. USB 3.1 Type-C i detaljer. Visning af en elektronikingeniør Arkiveret 11. april 2018 på Wayback Machine // Sudo Null IT News . - 18.05.2015.
  54. ↑ USB Power Delivery - hvad er det, og hvordan virker det? | AndroidLime . androidlime.ru Hentet 6. maj 2018. Arkiveret fra originalen 7. maj 2018.
  55. ↑ USB-IF annoncerer nye certificerede USB Type-C®-kabelstrømklassificeringslogoer . Hentet 2. oktober 2021. Arkiveret fra originalen 1. oktober 2021.
  56. ↑ Opladning af gadgets via USB . Hentet 15. juli 2016. Arkiveret fra originalen 21. juli 2016.
  57. ↑ Opladning af gadgets via USB . Hentet 30. juni 2016. Arkiveret fra originalen 16. august 2016.
  58. ↑ Rediger en billig USB-oplader til at fodre en iPod, iPhone eller Samsung Galaxy . Hentet 8. november 2016. Arkiveret fra originalen 7. oktober 2011.
  59. ↑ "Tekniske krav og testmetode for oplader og grænseflade til mobiltelekommunikationsterminaludstyr" (CCSA YD/T 1591-2006, senere opdateret til YD/T 1591-2009)
  60. ↑ Sådan overholder du Kinas nye standarder for mobiltelefongrænseflader . Hentet 8. november 2016. Arkiveret fra originalen 14. maj 2014.
  61. ↑ Qualcomm Quick Charge - hvad det er, og hvordan hurtig opladningsteknologi virker Arkiveret 18. maj 2021 på Wayback Machine // galagram.com . - 05.05.2017.
  62. ↑ Qualcomm Quick Charge 4+ teknologi vil fremskynde opladningen med 15 % Arkivkopi dateret 30. maj 2020 på Wayback Machine // 3dnews.ru. - 02.06.2017.
  63. ↑ "Quick Charge-teknologi og USB-C. Specifikt er det ikke muligt at understøtte begge standarder i samme enhed."
       —  Google-ingeniør advarer om, at USB-C, Qualcomm Quick Charge er inkompatible  // www.extremetech.com. - 25/04/2016.
  64. ↑ Google til OEM'er: Brug ikke Qualcomm Quick Charge; USB-PD er fremtiden  : Der er to konkurrerende hurtigopladningsstandarder. Google vil dræbe en af ​​dem // Ars Technica . - 11.10.2016.
  65. ↑ Qualcomm Quick Charge 4-teknologi introduceret  : Qualcomm Quick Charge 4-teknologi er 20 % hurtigere // iXBT.com . - 17/11/2016.
  66. ↑ MCS Electronics. USB produkt-id note . Hentet 1. juni 2015. Arkiveret fra originalen 24. juni 2015.
  67. ↑ Manuel Masiero, Achim Roos. Adata DashDrive Air AE400 anmeldelse: Wi-Fi, oplader og kortlæser. Filadgang og streaming . www.tomshardware.com (10. juli 2013).
  68. ↑ 3DNews En kritisk sårbarhed er blevet opdaget i USB-standarden . Hentet 6. oktober 2014. Arkiveret fra originalen 7. oktober 2014.
  69. ↑ Et flashdrev brænder en computer med en afladning på 200 volt Arkiveret kopi af 16. september 2016 på Wayback Machine
  70. ↑ Det legendariske "killer flashdrev" blev sat til salg Arkivkopi dateret 15. september 2016 på Wayback Machine  - Rossiyskaya Gazeta, 2016-09-14
  71. ↑ USB Kill 2.0-drev kan ødelægge næsten enhver pc i en anden arkiveret kopi af 19. september 2016 på Wayback Machine  - securitylab.ru
  72. ↑ En USB nøglebrik, der deaktiverer en pc på et sekund, koster kun 50 € Arkiveret kopi af 15. september 2016 på Wayback Machine  - 3dnews.ru
  73. ↑ Acidez Bucal. BOMBA: Em SP, culto evangelico proibe uso decnologias USB  (port.) . Bobolhando (29. juni 2010). Hentet 17. april 2014. Arkiveret fra originalen 19. april 2014.
  74. ↑ Personaleskribent. Brasiliansk kult forbyder  USB . ITProPortal.com (17. november 2010). Hentet 17. april 2014. Arkiveret fra originalen 19. april 2014.
  75. ↑ Brasilianske evangelister ser symbolet på Satan i USB-emblemet (utilgængeligt link) . Ruformator (17. november 2010). Hentet 17. april 2014. Arkiveret fra originalen 19. april 2014. 
  76. ↑ Lederen af ​​det religiøse samfund kaldte USB-computerporten for en skabelse af Satan . Hentet 16. september 2016. Arkiveret fra originalen 21. september 2016.

Litteratur

  • Universal Serial Bus USB // Opgradering og reparation af pc'er / Scott Muller. - 17. udg. - M .  : Williams , 2007. - Ch. 15 : Serielle, parallelle og andre I/O-grænseflader. - S. 1016-1026. — ISBN 0-7897-3404-4 .

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger
 Computerbusser og interfaces
Basale koncepter
Processorer
Indre
bærbare computere
Kører
Periferi
Udstyrsstyring
Universel
Video interfaces
Indlejrede systemer
 Mikrocontrollere
Arkitektur
8-bit
16-bit
32-bit
Producenter
Komponenter
Periferi
Grænseflader
OS
Programmering