USB Visão Geral Oscar Remigius Albrecht Filho

História e Atualidade Padrão Serial Desenvolvido em 1995 por um esforço conjunto de várias empresas, como Microsoft e Intel Havia a necessidade de um padrão para conectar diversos tipos de dispositivo externos em uma mesma porta Significa Universal Serial Bus Baseado no padrão Plug And Play, que dispensa configuração manual Acrescenta a possibilidade de conectar e utilizar o dispositivo com o computador ligado, sem precisar reiniciá-lo

História e Atualidade Com a utilização de Hubs, possibilita conectar diversos dispositivos em uma mesma porta Permite que o dispositivo seja alimentado pelo cabo Inicialmente projetada para utilização em meios magnéticos e discos óticos Não foi projetado para ser o barramento principal do computador Muito útil para drives externos pela facilidade de conectar os dispositivos

História e Atualidade Performance comparável à dos dispositivos internos Os drives com serviços que fazem a interface da tecnologia convencional (IDE, ATA, SATA) com a porta USB, fazendo com que do ponto de vista funcional o drive seja igual a qualquer drive interno.

Velocidade Versão 1.1: até 12 Mega bits por segundo O desempenho é considerado satisfatório, mais rápido que as portas seriais e paralelas, mas mais lento que SCSI (de 80 a 160MB/s) e FireWire (400 Mbps) Versão 2.0 até 480 Mbps Idealizada para utilização de dispositivos que necessitam grande transferência de dados, ex: HD

Velocidade A USB suporta três taxas de velocidade: Low Speed (USB 1.0) taxa de 1.5 Mbps, mais utilizado em dispositivos como teclado e mouse. Full Speed (USB 1.1) taxa de 12 Mbps, foi a taxa mais alta antes do USB, é suportado por todos os dispositivos. Hi-Speed (USB 2.0) taxa de 480 Mbps, muito superior a sua predecessora, mas não está ainda tão popularizada.

Funcionamento Utiliza a codificação NRZI (non-return-to-zero) “1” é simbolizado por uma condição e “0” por outra, não existe condição neutra. Os sinais são transmitidos por 2 fios: D+ e D-, utilizando o modo de transmissão Half-Duplex para amenizar os efeitos do eletromagnetismo em cabos mais longos. Quando um dispositivo é conectado a primeira vez em um computador, este lê a descrição do dispositivo e instala o driver necessário. Após isto, sempre que conectado o dispositivo receberá um endereço único de 7 bits como identificador.

Funcionamento Para a comunicação entre o computador e o periférico são utilizados 3 pacotes: pacote de token, de dados e o de ACK (acknowledgment) Pacote de token: contém dados como identificação do dispositivo com o qual será estabelecida a comunicação e algumas outras informações de controle. Pacote de dados: contém os dados em si. Este pacote pode estar vazio. ACK: para confirmar se o pacote de dados foi recebido com sucesso, utiliza-se o ACK.

Funcionamento A comunicação é síncrona, então sempre haverá um byte de sincronismo antes de cada pacote

Funcionamento Pacote de token: Consiste de 4 campos: PID (packet identifier): onde é especificado o tipo do pacote de token: out, setup (dos host para o dispositivo) ou in (do dispositivo para o host) ADDR: endereço do dispositivo ENDP: numero destinado a um endpoint CRC5: checagem, leva em contra o ADDR e ENDP

Funcionamento Pacote de dados: Consiste de 3 campos: PID : onde é especificado o tipo do pacote de dados: DATA0, DATA1, DATA2 e MDATA, sendo os 2 últimos apenas para o hish speed Campo data: dado em si (dados úteis) CRC: checagem, que leva em conta apenas o campo Data

Funcionamento Pacote de ACK: Consiste de 1 campo: PID : onde é especificado o tipo do pacote de ACK: ACK, caso o pacote tenha sido recebido sem erros, NAK, caso o dispositivo não possa enviar ou receber dados no momento e STALL, caso o dispositivo precise de intervenção do host.

Funcionamento A figura esclarece a árvore, um hub pode se conectar com diversos dispositivos, estes podem ser outros hubs que também podem ser conectados a vários dispositivos.

Cabo O cabo tem um tamanho máximo de 5 metros, quando o cado do RS-232C pode ter até 11 metros. Caso seja necessário um cabo maior, este deve ter hubs a cada 5 metros. O cabo é composto de 4 fios: dois para dados (de cor branca e verde, chamados de D- e D+), um de energia (vermelho, no qual passa uma corrente de 5V, chamado de VCC) e um para terra (de cor preta).

Conectores É improvável que se consiga conectar um dispositivo USB de forma errada, não é possível que este seja conectado de cabeça para baixo e é claramente visível quando está corretamente conectado. Usuários inexperientes podem ter que tentar conectar de ambos os lados. Precisa-se de pouca força para conectar e não é necessário prender o dispositivo. É robusto, não tem pinos ou pontos frágeis. O contato elétrico é protegido por um plástico e este conjunto é protegido por um revestimento de metal

Conectores A camada de metal encosta na entrada USB antes de qualquer outra parte. O metal da entrada está normalmente ligado ao terra, possibilitando que a estática seja descarregada por este caminho, ao invés de componentes eletrônicos frágeis. Não protege 100%, mas garante um nível de proteção satisfatório. A padronização dos conectores é muito rígida e define até o tamanho deste, evitando que a incompatibilidade se dê pelo tamanho dos conectores.

Conectores Os tipos de conectores padronizados são: micro USB, mini USB, tipo B, tipo A fêmea e tipo A, respectivamente da esquerda para a direita na foto:

Curiosidades Existem hubs especiais, chamados “sharing hubs” que possibilitam que vários dispositivos acessem a mesma porta. A troca de prioridade de acesso é feita automaticamente ou manualmente, dependendo do hub.

Referências http://en.wikipedia.org/wiki/Usb, visitado em 12/08/2007 Júlio Preuss, “USB - Universal Serial Bus”, http://www.clubedohardware.com.br/artigos/871/, visitado em 12/08/2007 http://www.everythingusb.com/usb_vacuum_cleaner.html, “Another USB Appliance: Vacuum Cleaner” , visitado em 12/08/2007