Universal Serial Bus
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L'Universal Serial Bus (USB) est un bus informatique plug-and-play servant à brancher des périphériques informatiques à un ordinateur pour communiquer en série.
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[modifier] Usage
L'USB Universal Serial Bus a été conçu au milieu des années 1990 afin de remplacer les nombreux ports externes d'ordinateur lents et incompatibles, notamment les ports série et parallèle. L'USB est aujourd'hui présent sur tous les ordinateurs et est généralement utilisé pour brancher les imprimantes, les scanners, les modems et de nombreux appareils stockant des données, dont les clés USB.
[modifier] Spécifications techniques
L'Universal Serial Bus est une connexion à haute vitesse qui permet de connecter des périphériques externes à un ordinateur (hôte dans la littérature USB). Il supporte le branchement simultané de 127 périphériques, en série. Le bus supporte les branchements et débranchements à chaud (sans avoir besoin de redémarrer l'ordinateur) et fournit l'alimentation électrique des périphériques, dans la limite des 500 mA et 5V.
La version 1.1 du bus peut communiquer dans deux modes : lent (1,5 Mbit/s) ou rapide (12 Mbit/s ou 1,5 Mo/s).
- Le mode lent permet de connecter des périphériques qui ont besoin de transférer peu de données, comme les claviers et souris.
- Le mode rapide est utilisé pour connecter des imprimantes, scanners, disques durs, graveurs de CD et autres périphériques ayant besoin de plus de rapidité. Néanmoins il est insuffisant pour beaucoup de périphériques de stockage de masse (par exemple, il ne permet que la vitesse 4x sur les lecteurs/graveurs de CD).
La nouvelle version de ce bus, USB 2.0, comporte un troisième mode permettant de communiquer à 480 Mbit/s (soit 60 Mo/s). Il est utilisé par les périphériques rapides : disques durs, graveurs, etc. On appelle maintenant (depuis fin 2002) « USB 2.0 » tout dispositif USB, même à la norme 1.1 :
- USB 2.0 Full Speed pour un dispositif transmettant au maximum à 12 Mbit/s (ex USB 1.1) ;
- USB 2.0 High Speed pour un dispositif transmettant jusqu'à 480 Mbit/s (ex USB 2.0).
Les logos apposés sur le dispositif diffèrent. Voir les détails sur le site http://www.usb.org.
[modifier] Utilisation concrète
Le bus USB supporte un protocole plug-and-play (« branchez et utilisez »). Dès la connexion, l'hôte lit certaines informations sur le périphérique. Celles-ci lui permettent d'identifier le périphérique (type, constructeur, nom, version) et donc facilitent le travail du système pour déterminer le driver le plus approprié.
L'hôte communique successivement avec chaque périphérique, le débit total est donc partagé entre l'ensemble des périphériques. Il est possible d'attribuer à certains périphériques un débit constant pour une période de temps. Le reste du débit est toujours attribué de façon équitable entre les autres périphériques.
Une autre caractéristique du protocole USB est la possibilité de structurer la communication entre un hôte et un périphérique en plusieurs canaux logiques pour simplifier la commande du périphérique. Par exemple sur un disque dur USB, il est commode de disposer d'un canal pour passer les commandes (lire/écrire secteur n°, formater secteur n°) et d'un autre séparé pour passer les données (contenu du secteur).
Le bus USB reste un bus externe lent et ne peut pas entrer en concurrence avec des bus internes comme les bus PCI ou bus AGP.
Voici les fonctions des pins, pour les types A et B décrites ci-dessous :
- Alimentation +5V (VBUS) 500mA maximum ;
- Données (D-) ;
- Données (D+) ;
- Masse (GND).
Voici les fonctions des pins, pour le type mini B décrites ci-dessous :
- Alimentation +5V (VBUS) 500mA maximum ;
- Données (D-) ;
- Données (D+) ;
- non utilisé (ID) ;
- Masse (GND).
Le mini A n'est pas défini dans la norme.
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[modifier] Fonctionnement du bus USB
L’architecture USB a pour caractéristique de fournir l’alimentation électrique aux périphériques qu’elle relie, dans la limite de 15 W maximum par périphérique. Elle utilise pour cela un câble composé de quatre fils (la masse GND, l’alimentation VBUS et deux fils de données appelés D- et D+). Ces deux derniers fils (D+ et D-) utilisent le principe de la transmission différentielle afin de garantir une certaine immunité aux bruits parasites de l'environnement physique du périphérique ou de son câble.
La norme USB permet le chaînage des périphériques, en utilisant une topologie en bus ou en étoile. Les périphériques peuvent alors être soit connectés les uns à la suite des autres, soit ramifiés. La ramification se fait à l’aide de boîtiers appelés « hubs » (en français concentrateurs), comportant une seule entrée et plusieurs sorties. Certains sont actifs (fournissant de l’énergie électrique), d’autres passifs (alimentés par l'ordinateur).
La communication entre l’hôte (l’ordinateur) et les périphériques se fait selon un protocole basé sur le principe de l’anneau à jeton (token ring).
La bande passante est partagée temporellement entre tous les périphériques connectés. L’hôte émet un signal de début de séquence chaque milliseconde, intervalle de temps pendant lequel il va donner simultanément la « parole » à chacun d’entre eux. Lorsque l’hôte désire communiquer avec un périphérique, il émet un jeton (un paquet de données, contenant l’adresse du périphérique, codé sur 7 bits) désignant un périphérique, c'est donc l'hôte qui décide du « dialogue » avec les périphériques. Si le périphérique reconnaît son adresse dans le jeton, il envoie un paquet de données (de 8 à 255 octets) en réponse, sinon il fait suivre le paquet aux autres périphériques connectés. Les données ainsi échangées sont codées selon le codage NRZI.
Puisque l’adresse est codée sur 7 bits, 128 périphériques (2^7) peuvent être connectés simultanément à un port de ce type. Il convient en réalité de ramener ce chiffre à 127 car l’adresse 0 est une adresse réservée. À raison d'une longueur de câble maximale entre deux périphériques de 5 mètres et d'un nombre maximal de 5 hubs (alimentés), il est possible de créer une chaîne longue de 25 mètres.
Les ports USB supportent le Hot plug and play. Ainsi, les périphériques peuvent être branchés sans éteindre l’ordinateur. Lors de la connexion du périphérique à l’hôte, ce dernier détecte l’ajout du nouvel élément grâce au changement de la tension entre les fils D+ et D-. À ce moment, l’ordinateur envoie un signal d’initialisation au périphérique pendant 10 ms, puis lui fournit du courant grâce aux fils GND et VBUS (jusqu’à 100mA). Le périphérique est alors alimenté en courant électrique et récupère temporairement l’adresse par défaut (l’adresse 0). L’étape suivante consiste à lui fournir son adresse définitive (c’est la procédure d’énumération). Pour cela, l’ordinateur interroge les périphériques déjà branchés pour connaître la leur et en attribue une au nouveau, qui en retour s’identifie. L’hôte, disposant de toutes les caractéristiques nécessaires est alors en mesure de charger le pilote approprié.
[modifier] La norme On-The-Go
La norme USB 2.0 s'est enrichie d'une fonctionnalité appelée On-The-Go (OTG) pour pouvoir effectuer des échanges de données point à point entre deux périphériques sans avoir à passer par un hôte (généralement un ordinateur personnel). Un périphérique OTG peut se connecter à un autre périphérique OTG, à un périphérique (non OTG) ou à un hôte.
Dans le cas d'une connexion OTG-OTG, c'est la position du connecteur du câble sur la prise mini AB, à chaque extrémité, qui va permettre de déclarer lequel des deux périphériques OTG va être l'hôte. Ensuite, il peut se produire un renversement des rôles suite à une étape de négociation entre les deux systèmes OTG (protocole HNP).
Les applications de cette technologie sont par exemple la connexion directe d'un appareil photo avec une imprimante, la connexion d'un mobile avec un lecteur MP3, etc.
Voir : (en) http://www.usb.org/developers/onthego/.
[modifier] Voir aussi
[modifier] Articles connexes
[modifier] Liens externes
- (en) http://www.usb.org/ (forum USB officiel)
- (en) http://www.usb.org/developers/docs/ecn1.pdf (Normes connectiques)
- (fr) http://www.commentcamarche.net/pc/usb.php3 (courte présentation)
- (fr) http://www.abcelectronique.com/acquier/USB.html
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