Hintergrundinformationen:
USB-Schnittstelle
Grundlagen
Der Universal Serial Bus ist ein Bus-System, das 1995 durch ein Konsortium führender Unternehmen der Computerbranche entwickelt wurde. Ziel war es, mit dem USB sämtliche zu einem PC-Arbeitsplatz gehörende Peripherie über eine einzige einheitliche Schnittstelle anschließen zu können: bis zu 127 Peripherie-Geräte mit Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 480 MBit/s.
Weitere entscheidende Vorteile für den Anwender liegen neben der Plug-and-Play-Fähigkeit der USB-Geräte darin, dass plattform-übergreifend alle modernen Betriebssysteme den USB von Hause aus unterstützen (aktuelle Windows-Versionen, Mac OS, Linux) und dass zur Erweiterung des Rechners kein Eingriff in die Rechner-Hardware mehr erforderlich ist.
Der Universal Serial Bus basiert auf einer Master/Slave - Architektur mit einem USB Host und maximal 127 USB Slave-Devices. Wie in solchen Systemen üblich, wird jeder Datentransfer vom Host angestoßen.
Topologie
USB wird als sternförmiges Bus-System aufgebaut. Durch die Kaskadierung von USB-Hubs läßt sich jedoch auch eine baumförmige Struktur erzielen. Die max. Kabellänge eines Kabel-Segmentes zwischen Hub-Port und einem daran angeschlossenen Endgerät darf 5m betragen. In der Praxis stellen USB-Teilnehmer wie z.B. Tastaturen und Monitore oft auch gleichzeitig die Funktion eines Hubs zur Verfügung.
Der Hub stellt in der Topologie die zentrale Komponente dar. Ihm obliegt neben dem reinen Routing der Daten auch die Erkennung von angeschlossenen Teilnehmern und deren entsprechende Anmeldung beim Host-PC.
Signale und Steckverbinder
Die Teilnehmer werden mit dem Hub über 4-adrige, 1:1 verdrahtete Kabel mit einem 4 poligen USB-Steckverbinder verbunden. Die eigentliche Datenübertragung wird über ein verseiltes Adernpaar durchgeführt. Die beiden übrigen Adern dienen zur Spannungsversorgung der angeschlossenen Teilnehmer.
Physikalisches Übertragungsverfahren
Die zu übertragende Daten und der zugehörige Takt werden mittels NRZI-Codierung über dasselbe Aderpaar (D+ / D-) geführt. Die Übertragung der Daten erfolgt in Paketen, denen zur Synchronisation der Empfänger ein Sync-Feld vorangestellt ist. Die Daten werden als differentielles Signal mit einer Geschwindigkeit von 1,5 MBit/s (Low Speed), 12MBit/s (Full-Speed) oder 480MBit/s (High-Speed) im Halbduplex-Verfahren über das Adernpaar übertragen. Alle möglichen Bitraten können in einem Bus-System auch gemischt eingesetzt werden.
Typische Low-Speed-Devices sind Tastaturen und Mäuse, während Drucker, Scanner und Audio-Geräte mindestens zur Full-Speed-Kategorie gehören. Kameras, externe Festplatten und DVD-Brenner sind aufgrund des zu transferierenden Datenvolumens dagegen fast zwingend High-Speed-Devices.
Spannungsversorgung
Die Spannungsversorgung von USB-Teilnehmern kann alternativ über die im Buskabel mitgeführte Versorgung von 5V oder über ein eigenes Netzteil erfolgen. In der Regel sind sowohl die Ports des Hosts als auch die eines Hubs in der Lage, die Spannungsversorgung für angeschlossene Teilnehmer zu liefern. Klassische sich über das Buskabel versorgende Teilnehmer sind neben Mäusen und Tastaturen auch USB-Interfaces z.B. für den Anschluß von Centronics-Druckern