Come vengono trasmessi i dati USB?
doc-16775
I dati USB vengono trasmessi alternando le righe di dati tra lo stato J e lo stato K opposto. La codifica USB codifica i dati utilizzando la codifica della linea NRZI; un bit 0 viene trasmesso alternando le linee dati da J a K o viceversa, mentre un bit 1 viene trasmesso lasciando così le linee dati. Per garantire una densità minima delle transizioni di segnale rimane nel bitstream, USB utilizza il bit stuffing; un ulteriore bit 0 viene inserito nel flusso di dati dopo ogni apparizione di sei bit consecutivi 1 bit. Sette bit ricevuti consecutivi 1 bits sono sempre un errore. USB 3.0 ha introdotto ulteriori codifiche di trasmissione dati.
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doc-16759
USB è un bus seriale, che utilizza quattro cavi schermati per la variante USB 2.0: due per l' alimentazione (VBUS e GND) e due per i segnali di dati differenziali (contrassegnati come D+ e D- in piedinatura). Lo schema di codifica non-Return-to-Zero Inverted (NRZI) viene utilizzato per il trasferimento dei dati, con un campo di sincronizzazione per sincronizzare gli orologi host e ricevitore. I segnali D+ e D- vengono trasmessi su una coppia twistata, fornendo trasferimenti di dati semi-duplex per USB 2.0. I connettori mini e micro hanno le loro connessioni GND spostate dal pin #4 al pin #5, mentre il pin #4 serve come pin ID per l' identificazione On-The-Go host/client.
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doc-16741
Quando un dispositivo USB viene collegato per la prima volta a un host USB, viene avviato il processo di enumerazione del dispositivo USB. Il conteggio inizia inviando un segnale di reset al dispositivo USB. La velocità dati del dispositivo USB viene determinata durante la segnalazione di reset. Dopo il reset, le informazioni del dispositivo USB vengono lette dall' host e al dispositivo viene assegnato un indirizzo univoco a 7 bit. Se il dispositivo è supportato dall' host, vengono caricati i driver necessari per comunicare con il dispositivo e quest' ultimo viene impostato su uno stato configurato. Se l' host USB viene riavviato, il processo di enumerazione viene ripetuto per tutti i dispositivi collegati.
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doc-16783
Esistono due forme di base di pacchetti di dati: DATA0 e DATA1. Un pacchetto di dati deve essere sempre preceduto da un token di indirizzo, seguito di solito da un token di handshake dal ricevitore al trasmettitore. I due tipi di pacchetti forniscono il numero di sequenza a 1 bit richiesto dall' ARQ Stop-and-wait. Se un host USB non riceve una risposta (come un ACK) per i dati che ha trasmesso, non sa se i dati sono stati ricevuti o meno; i dati potrebbero essere andati persi durante il transito, oppure potrebbero essere stati ricevuti ma la risposta di handshake è stata persa.
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doc-14740
La pratica delle prove di interfaccia dei componenti può essere utilizzata per verificare il trattamento dei dati trasmessi tra varie unità o componenti del sottosistema, oltre alle prove di integrazione completa tra tali unità. I dati passati possono essere considerati come "pacchetti di messaggi" e il range o i tipi di dati possono essere controllati, per i dati generati da un' unità e testati per verificarne la validità prima di essere passati ad un' altra unità. Un' opzione per il test dell' interfaccia consiste nel tenere un file di log separato degli elementi di dati passati, spesso con un timestamp registrato per consentire l' analisi di migliaia di casi di dati passati tra le unità per giorni o settimane. I test possono includere la verifica della gestione di alcuni valori di dati estremi, mentre altre variabili d' interfaccia vengono passate come valori normali. Valori di dati insoliti in un' interfaccia possono aiutare a spiegare prestazioni inaspettate nell' unità successiva. La prova dell' interfaccia componente è una variazione delle prove della scatola nera, con l' accento sui valori dei dati al di là delle sole azioni correlate di un componente del sottosistema.
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doc-16731
La specifica USB 1.0 originale, introdotta nel gennaio 1996, definiva velocità di trasferimento dati di 1,5 Mbit/s "Low Speed" e 12 Mbit/s "Full Speed". Microsoft Windows 95, OSR 2.1 ha fornito il supporto OEM per i dispositivi. La prima versione largamente utilizzata di USB era la 1.1, che è stata pubblicata nel settembre 1998. La velocità dati di 12 Mbit/s era destinata a dispositivi ad alta velocità come le unità disco e la velocità inferiore di 1,5 Mbit/s per dispositivi a bassa velocità di trasmissione dati come i joystick. L' iMac di Apple Inc. è stato il primo prodotto mainstream con USB e il successo dell' iMac ha reso popolare la stessa USB.
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doc-16782
USB 2.0 ha anche aggiunto un token SPLIT a tre byte più grande con un numero di hub a sette bit, 12 bit di lanterne di controllo e un CRC a cinque bit. Viene utilizzato per eseguire operazioni frazionate. Anziché legare il bus USB ad alta larghezza di banda che invia i dati ad un dispositivo USB più lento, l' hub più vicino riceve un token SPLIT ad alta larghezza di banda seguito da uno o due pacchetti USB ad alta larghezza di banda, esegue il trasferimento dati a banda piena o bassa e fornisce la risposta ad alta larghezza di banda quando richiesto da un secondo token SPLIT.
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doc-16735
Sviluppata all' incirca contemporaneamente alla specifica USB 3.1, ma distinta da questa, la specifica USB Type-C Specification 1.0 è stata finalizzata nell' agosto 2014 e definisce un nuovo piccolo connettore reversibile per dispositivi USB. La spina Type-C si connette sia agli host che ai dispositivi, sostituendo i vari connettori e cavi Type-A e Type-B con uno standard pensato per essere a prova di futuro, simile ad Apple Lightning e Thunderbolt. Il connettore bifacciale a 24 pin fornisce quattro coppie di alimentazione/terra, due coppie differenziali per il bus dati USB 2.0 (anche se solo una coppia è implementata in un cavo di tipo C), quattro coppie per il bus dati ad alta velocità, due pin "sideband use" e due pin di configurazione per il rilevamento dell' orientamento del cavo, canale dati di configurazione BMC (Biphase mark code (BMC) dedicato e alimentazione VCONN +5 V per cavi attivi. Gli adattatori e i cavi di tipo A e B sono necessari per collegare i dispositivi più vecchi agli host di tipo C. Non sono ammessi adattatori e cavi con presa Tipo-C.
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doc-16734
Un comunicato stampa di gennaio 2013 del gruppo USB ha rivelato l' intenzione di aggiornare USB 3.0 a 10 Gbit/s. Il gruppo ha finito per creare una nuova versione USB, USB 3.1, che è stata rilasciata il 31 luglio 2013, introducendo una modalità di trasferimento più veloce chiamata SuperSpeed USB 10 Gbit/s, mettendola alla pari con un singolo canale Thunderbolt di prima generazione. Il logo della nuova modalità è dotato di una didascalia "Superspeed+" (stlized come SUPERSPEED+). Lo standard USB 3.1 aumenta la velocità di segnalazione dati a 10 Gbit/s in modalità USB 3.1 Gen2, raddoppiando quella di USB 3.0 (denominata USB 3.1 Gen1) e riduce il sovraccarico di codifica della linea al 3%, modificando lo schema di codifica a 128b/132b. La prima implementazione USB 3.1 ha dimostrato velocità di trasferimento di 7,2 Gbit/s.
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doc-16762
Alcuni dispositivi, come le unità disco esterne ad alta velocità, richiedono più di 500 mA di corrente e quindi possono avere problemi di alimentazione se alimentati da una sola porta USB 2.0: funzionamento irregolare, malfunzionamento o sovraccarico/danneggiamento della porta. Tali dispositivi possono essere dotati di una fonte di alimentazione esterna o di un cavo a Y con due connettori USB (uno per alimentazione e dati, l' altro solo per alimentazione) da collegare al computer. Con tale cavo, un dispositivo può prelevare energia da due porte USB contemporaneamente. Tuttavia, la specifica di conformità USB stabilisce che "l' uso di un cavo a Y (un cavo con due spinotti A) è vietato su qualsiasi periferica USB", il che significa che "se una periferica USB richiede più potenza di quella consentita dalla specifica USB a cui è progettata, deve essere autoalimentata".
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doc-16729
Le connessioni USB sono disponibili anche in cinque modalità di trasferimento dati, in ordine crescente: Low Speed (1.0), Full Speed (1.0), High Speed (2.0), SuperSpeed (3.0) e SuperSpeed+ (3.1). L' Alta Velocità è supportata solo da interfacce USB 2.0 High Speed appositamente progettate (cioè, i controllori USB 2.0 senza la designazione High Speed non lo supportano), così come da interfacce USB 3.0 e più recenti. SuperSpeed è supportato solo da interfacce USB 3.0 e più recenti, e richiede un connettore e cavo con pin e fili aggiuntivi, solitamente distinguibili dagli inserti blu nei connettori.
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