USB - was diese Schnittstelle so besonders macht

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1 USB - was diese Schnittstelle so besonders macht Susanne Grein susanne.grein@student.hs-rm.de 10. Februar 2010 Zusammenfassung In der heutigen Zeit sind Computer nicht mehr nur Textverarbeitungswerkzeuge oder abstrakte Rechenmaschinen. Sie sollen eine Vielzahl von Aufgaben erledigen, mit unzähligen verschiedenen Geräten umgehen können und dabei auch noch möglichst schnell und kosteneffizient sein. Die Schnittstelle USB ermöglicht den Umgang mit nahezu allen Arten von Geräten und hat sich seit ihrem erstmaligen Erscheinen im Jahre 1996 immer weiter zur Standardschnittstelle in modernen Computern entwickelt. Diese Facharbeit entstand im Rahmen der Veranstaltung Fachseminar im Wintersemester 2009/2010 an der Hochschule RheinMain und beschäftigt sich mit dem Thema USB. Es werden Einblicke in den Aufbau sowie die Funktionsweise der beteiligten Geräte gegeben. Inhaltsverzeichnis 1 Grundlagen Begriffserklärung Eigenschaften Historischer Überblick Hardware Teilnehmer Host Hub Endgeräte Topologie Kabel und Stecker Kabel Stecker Transfer über USB Pipe - Endpoint Konzept Transfertypen Weitere USB Varianten USB On-The-Go Wireless USB Fazit 11 1

2 1 Grundlagen Erste Einblicke und Grundbegriffe der Schnittstelle USB sind in den folgenden Abschnitten zu finden und geben einen ersten Überblick darüber, was USB bedeutet und wie diese Schnittstelle entstanden ist. 1.1 Begriffserklärung Der Name, oder vielmehr die Abkürzung USB bedeutet ausgeschrieben Universal Serial Bus, übersetzt Universeller Serieller Bus / Übertragungsweg. Schon aus dem Namen lassen sich einige Eigenschaften erkennen. Universell: vielseitig einsetzbar, überall vorkommend. Seriell: nacheinander übertragene Signale. Bus: im deutschen ein Transportmittel, welches in diesem Falle keine Menschen, sondern Daten transportiert. Nach dem englischen Begriff eine Hauptleitung, ein Verteiler oder ein Übertragungsweg [4]. Der Begriff USB beschreibt in der Informationstechnik eine der am meisten verwendeten Schnittstellen in Computersystemen. 1.2 Eigenschaften Neben den beiden bereits erwähnten Eigenschaften universell und seriell verfügt der USB über eine Reihe weiterer Eigenschaften, die ihn als moderne und zukunftsorientierte Schnittstelle auszeichnen. Axelson fasst die wichtigsten Eigenschaften des USB wie folgt zusammen [2]. Leichte Anwendbarkeit USB Treiber sind in allen modernen Betriebssystemen vorhanden, die Installation und Konfiguration angeschlossener Geräten geschieht in der Regel ohne Eingriff des Anwenders. Durch diese hohe Form der Abstraktion ist es jedem Anwender möglich, USB Geräte anzuschließen und zu verwenden. Flexible Geschwindigkeiten Seit der Entwicklung des USB wurde die Geschwindigkeit verbessert, da neue Technologien höhere Datenraten erfordern. Mittlerweile gibt es den USB in vier Geschwindigkeiten: Low-Speed (1,5 Mbit/s), Full-Speed (12 Mbit/s), High-Speed (480 Mbit/s) und Superspeed (5 Gbit/s). Die unterschiedlichen Geschwindigkeiten machen den USB flexibel und passend für beinahe jedes Endgerät. Kostengünstig Sowohl Kabel und Stecker, als auch USB Endgeräte sind kostengünstig in der Herstellung. Durch die verschiedenen Geschwindigkeiten lassen sich für billige Endgeräte wie Mäuse oder Tastaturen auch billige Kabel verwenden, da diese Geräte keine hohen Datenraten erfordern. Energiesparend USB Geräte können in einen sogenannten Suspend Modus versetzt werden, in dem sie kaum Strom benötigen. Dies geschieht, wenn über einen gewissen Zeitraum hinweg keine Aktivität auf dem Bus verzeichnet wird. Trotzdem bleibt das Gerät weiterhin benutzbar und wird aus dem Suspend Modus zurück geholt, wenn es benötigt wird. Stromversorgung Über USB angeschlossene Geräte können mit bis zu 500 ma, bzw. 100 ma vor der Konfiguration, versorgt werden. Dadurch entfallen für viele Geräte gesonderte Stromkabel, was insbesondere bei Eingabegeräten ein Höchstmaß an Benutzbarkeit bedeutet. 2

3 1.3 Historischer Überblick Fast zwanzig Jahre lang dominierten die serielle RS-232 und die parallele Centronics Schnittstelle die Computerwelt. Für diese Schnittstellen gab es viele Endgeräte, der Wechsel zu einer neuen Schnittstelle verlief also schwerfällig. Dennoch sah man die Notwendigkeit einer neuen Technologie ein, da die alten Schnittstellen die Anzahl der verwaltbaren Endgeräte stark einschränkten [2]. Sowohl die Centronics Schnittstelle als auch die RS-232 Schnittstelle verlangten pro Endgerät eine eigene Interrupt Leitung, welche in Computersystemen aber nur begrenzt vorhanden sind. Die erste USB-Spezifikation wurde 1996 veröffentlicht, dabei handelte es sich um Version 1.0, welche bereits zwei Geschwindigkeiten, nämlich Low- und Full-Speed, beschrieb. Da es zu dieser Zeit noch kein Betriebssystem gab, welches USB voll unterstützte, konnte die Schnittstelle nur langsam Fuss fassen. Auch die Hardware zu dieser Zeit unterstütze USB entweder gar nicht oder bewarb dies nicht ausreichend [2, 8]. Ende 1998 wurde die Version 1.1 veröffentlicht, welche einen neuen Transfertyp enthielt und Fehler der ersten Version beseitigte. Erst mit der Version 2.0 datiert vom April 2000 kam die High-Speed Option hinzu. Zu diesem Zeitpunkt unterstützten auch die meisten Betriebssysteme USB und es gab bereits eine Auswahl von USB Geräten am Markt [2, 8]. Im Jahr 2008, knapp zehn Jahre nach der ersten ernstzunehmenden Version der USB Spezifikation erschien die Version 3.0, die neben einer neuen Geschwindigkeit (Superspeed) auch neue Kabel und Stecker vorstellt, welche größtenteils mit alten Geräten kompatibel sein sollen [8, 5]. 2 Hardware Der technische bzw. logische Aufbau der Teilnehmer, die an einem USB Transfer beteiligt sind werden in diesem Kapitel erläutert. Auch der Aufbau der Kabel und Stecker wird erklärt und auf die Unterschiede der verschiedenen Typen beider eingegangen. 2.1 Teilnehmer An einem Datentransfer über USB sind verschiedene Geräte beteiligt. Deren Aufgaben und Aufbau werden nachfolgend erläutert Host Als Host wird der Computer bezeichnet, welcher die, in der Regel, zwei initialen USB Ports (Root-Hub) sowie einen Hostcontroller beherbergt. Der Hostcontroller ist ein Teil aller modernen Betriebssysteme, einen Root-Hub findet man auf allen modernen Mainboards oder kann ihn zur Not über Erweiterungskarten hinzufügen [2]. Die Hauptaufgabe des Hosts ist der Datenaustausch mit den Endgeräten. Er sorgt dafür, dass die angeschlossenen Geräte kommunzieren können, kennt und erkennt angeschlossene oder entfernte Geräte und initiiert jegliche Art von Kommunikation [2]. Der USB Hostcontroller benötigt lediglich eine einzige Interrupt Leitung, gibt aber die Möglichkeit zum Anschluss von bis zu 127 Endgeräten. Angeschlossene Geräte werden dem Host von den Hubs gemeldet. Dies geschieht 3

4 entweder beim Anschalten oder im laufenden Betrieb durch Absinken des Widerstandes an einem Port. Hubs besitzen zu diesem Zweck einen Interrupt-In Endpunkt, an den solche Ereignisse gemeldet werden [2, 6]. Um Geräte konfigurieren zu können, findet die sogenannte Enumeration statt. Dabei ordnet der Host den Geräten Adressen zu und fragt Informationen über deren Fähigkeiten (Funktionen) ab. Benötigt ein Gerät eine feste Bandbreite, teilt es dies dem Host bei der Enumeration mit. Steht die geforderte Bandbreite nicht zur Verfügung, findet mit diesem Gerät zunächst gar keine Kommunikation statt. In diesem Fall steht es dem Gerät frei, eine geringere Bandbreite anzufordern oder zu warten, bis genügend Bandbreite zur Verfügung steht [2, 6]. Um die vorhandene Bandbreite auf die angeschlossenen Geräte zu verteilen, segmentiert der Host die verfügbare Zeit in Frames (Low- und Full-Speed) und Mikroframes (High-Speed) und ordnet jeder Übertragung einen Teil davon zu [3, 2]. Jeder Datentransfer auf dem Bus läuft über den Host, Endgeräte können nicht ohne Weiteres direkt miteinander kommunizieren, was ein Kritikpunkt am USB darstellt. Zwar gibt es mittlerweile auch sogenannte USB-On-The-Go Geräte, die eine direkte Kommunikation zweier Endgeräte ermöglichen, aber dies wird dadurch erreicht, dass eins der beiden Geräte gewisse Host-Funktionalitäten implementiert [7] Hub Als Hub bezeichnet man solche USB Geräte, die weitere Ports zum Anschluss von Endgeräten zur Verfügung stellen [6]. Mit den zwei Ports des Root-Hubs kommt man in den seltensten Fällen aus, da diese schon mit Maus und Tastatur vollständig aufgebraucht sind. Als Upstream bezeichnet man die Kommunikation von Endgerät zum Host. Downstream ist die Kommunikation von Host zum Endgerät. Ein Hub leitet die empfangenen Signale aus Downstream- Richtung an sämtliche angeschlossenen Geräte weiter. Die Antwort des Gerätes jedoch wird nur in Upstream Richtung weitergegeben [6] Endgeräte Endgeräte sind alle Geräte, die über einen USB Anschluss an den Host angeschlossen werden. Die Möglichkeiten sind nahezu unbegrenzt. Die Gerätevielfalt auf dem heutigen Markt reicht von einfachen Interrupt-Geräten wie Tastatur und Maus über blockorientierte Geräte wie Festplatten und USB Sticks, Streaming-Geräten wie Mikrofone und Videokameras bis hin zu Spaßartikeln wie Raketenwerfer oder Tassenwärmer. Oft werden verschiedene Funktionen in einem Gerät zusammengefasst. Ein MP3 Player kann sowohl als Massenspeichergerät als auch als Audio Gerät angesehen werden. Jede dieser Funktionen benötigt einen eigenen Treiber, wird über einen Deskriptor beschrieben und muss gesondert am Host angemeldet werden [2]. Die Erkennung der Funktionen erfolgt bei der Enumeration des Gerätes. Über Deskriptoren teilt das Gerät dem Host mit, was es kann und was es benötigt. Jede Funktion hat dabei einen bestimmten Endpunkt im Gerät, an dem der Host das Gerät bindet und an den die Daten gesendet werden [2]. 4

5 Datenpakete werden vom Hostcontroller als Broadcast an alle angeschlossenen Geräte gesendet. Aus diesem Grund muss ein Endgerät in der Lage sein, den Empfänger eines Paketes zu erkennen. Dafür wird die Zieladresse des Paketes ausgelesen und mit der eigenen verglichen. Sofern sie übereinstimmen, wird das Paket in den Puffer des Gerätes gesichert und ein Interrupt ausgelöst, ansonsten ignoriert [6]. Die USB Spezifikation sieht gewisse Standardanforderungen vor, auf die jedes USB Gerät reagieren können muss. Der Host sendet während der Enumeration und eventuell auch im laufenden Betrieb solche Standardanforderungen an das Gerät, beispielsweise um dessen Funktionen oder den derzeitigen Status abzufragen. Nicht jede Standardanforderung muss aufwendig beantwortet werden, die Antwort muss lediglich verständlich sein, also einem gewissen Standard gehorchen und zum Beispiel mitteilen können, dass eine gewisse Funktion nicht unterstützt wird [3, 2]. 2.2 Topologie Physikalisch bilden Host und Endgeräte einen kaskadierenden Stern [2]. Startpunkt ist der Root- Hub, an den entweder normale Endgeräte, Hubs oder Endgeräte mit integriertem Hub angeschlossen sein können, vgl. Abbildung 1. Abbildung 1: Physikalische Topologie USB Da der Hub alle Endgeräte so sieht, als seien sie unmittelbar mit ihm verbunden, ist die logische Topologie kein kaskadierender, sondern einfacher Stern [2]. Die verschiedenen USB Geschwindigkeiten können weitestgehend problemlos miteinander kombiniert werden, da USB 2.0 abwärtskompatibel zu USB 1.0 und USB 1.1 und USB 3.0 abwärtskompatibel zu USB 2.0 ist [3, 5]. 2.3 Kabel und Stecker Die USB Spezifikation sieht verschiedene Kabel- und Steckertypen vor, die je nach Art und Geschwindigkeit des Gerätes in Qualität, Preis und Aufbau variieren. 5

6 Abbildung 2: Architektur USB 3.0 Geräte [5] Kabel In den USB Spezifikationen 1.0 bis 2.0 sind je vier Adern pro Kabel vorgesehen: ein Adernpaar für Daten und eins für die Stromversorgung (Spannung, Erde). Je nach Einsatzgebiet bzw. Geschwindigkeit muss die Qualität des Kabels angepasst werden [3]. Low-Speed Kabel Die Adernpaare von Low-Speed Kabeln sind weder verdrillt noch besonders geschirmt. Die USB Spezifikation sieht für Low-Speed Kabel keinen Stecker vom Typ B vor, was bedeutet, dass das Kabel fest am Endgerät montiert sein muss. Bei Low-Speed Geräten handelt es sich meistens um billige Endgeräte wie Tastaturen oder Mäuse. Die zugehörigen USB Kabel sind ebenfalls billig in der Herstellung und durch den einfachen Aufbau flexibel und biegsam [2, 3]. Aufgrund des schlichten Aufbaus ist die Länge von Low-Speed Kabeln auf etwa 3 Meter begrenzt [8]. Full-Speed Kabel USB Full-Speed Kabel besitzen auf beiden Seiten Stecker. In Upstream Richtung, also am Host, wird ein Stecker vom Typ A verlangt. In Downstream Richtung, also am Endgerät, sieht die Spezifikation einen Stecker vom Typ B vor. Die Datenkabel sind verdrillt und das gesamte Kabel ist geschirmt [3]. Die maximale Länge von Full-Speed Kabeln liegt bei etwa 5 Metern [8]. High-Speed Kabel Speed Kabel [3]. Für High-Speed Kabel gelten die gleichen Spezifikationen wie für Full- 6

7 Superspeed Kabel Mit der USB 3.0 Spezifikation wurde auch ein neuer Kabeltyp eingeführt, da die höhere Geschwindigkeit von USB 3.0 dadurch erreicht wird, dass es mehr als ein Datenkabelpaar gibt, vgl. Abbildung 3. Insgesamt gibt es drei paarweise verdrillte Kabelpaare. Zwei davon sind geschirmt (SDP), eins ist ungeschirmt (UTP). Zusätzlich gibt es ein weiteres Kabelpaar für Spannung und Erde, welches weder verdrillt noch geschirmt ist. Das UTP Kabelpaar ist für USB 2.0 Übertragungen vorgesehen und sichert somit die Abwärtskompatibilität [5]. Abbildung 3: Aufbau USB 3.0 Kabel [5] Im Handel angebotene USB Verlängerungskabel entsprechen nicht der Spezifikation, sofern sie das empfangene Signal nicht verstärken. Die Länge eines USB Kabels kann lediglich über einen Hub erhöht werden, da dieser dann als Repeater fungiert [3, 5]. Ebenfalls nicht in der Spezifikation vorgesehen sind Low-Speed Geräte, deren Kabel entfernt werden können, sowie Typ A Buchsen an Endgeräten (Ausnahme: USB On-The-Go). USB Kabel die an den Enden entweder zwei Stecker Typ A oder zwei Stecker Typ B besitzen verstoßen auch gegen die Spezifikation. Standardkonforme USB Kabel müssen das USB Logo mit Angabe der Geschwindigkeit auf den Steckern tragen, damit einfach und schnell erkennbar ist, welche Qualität das Kabel hat [3, 5] Stecker Der USB Standard definiert zwei verschiedene Steckertypen, die den Anschluss von Geräten verpolungs- und vertauschungssicher machen. Stecker Typ A In Richtung des Hosts werden immer Stecker vom Typ A verwendet, vgl. Abbildung 4. Diesen Stecker findet man an allen Endgeräten, die per Kabel an den Host angeschlossen werden. Am Host findet man dazu passende Typ A Buchsen [3]. Durch ihren speziellen Aufbau können die Kabel nur auf eine Art eingesteckt werden, was verhindert, dass fälschlicherweise zum Beispiel das Stromkabel mit einem Datenkabel des Endgerätes verbunden wird und einen Kurzschluss erzeugt. 7

8 Für USB On-The-Go Geräte wird in Stecker Typ Micro-A verwendet, welcher kleiner und schlanker ist. Die Micro-A Buchse darf nur an dem Gerät zu finden sein, welches einen Teil der Host Funktionalität implementiert und das angeschlossene Gerät mit Strom versorgen kann [7]. Abbildung 4: USB Stecker Typ A und Buchse Typ A [3] Stecker Typ B Der Stecker Typ B ist immer in Richtung Endgerät zu finden. Am Endgerät selber befindet sich eine Buchse vom Typ B, vgl. Abbildung 5. In der USB Spezifikation findet man verschiedene Typ B Stecker [5, 3]. Der Standardstecker ist relativ groß, man findet ihn an größeren Geräten wie Scannern oder älteren Fesplatten. Praktischer ist der Micro-B Stecker, welcher an kleineren Endgeräten wie Handys zum Einsatz kommt. Es gibt auch herstellerspezifische Typ B Varianten auf dem Markt, welche nicht in der USB Spezifikation zu finden sind. Abbildung 5: USB Stecker Typ B und Buchse Typ B [3] 3 Transfer über USB Um ein möglichst großes Anwendungsspektrum abzudecken, bietet USB verschiedene Techniken und Konzepte zum Datentransfer an, auf die in diesem Kapitel eingegangen wird. 3.1 Pipe - Endpoint Konzept Laut USB Spezifikation besitzen Endgeräte sogenannte Endpoints, die entweder Ein- bzw. Ausgangspunkte für Kommunikation darstellen [3]. Ein zwischen einem solchen Endpoint und der Host Software eingerichteter Kommunikationspfad wird als Pipe bezeichnet [3]. Ein Endgerät kann mehrere Endpoints besitzen, die entweder einen IN-Endpoint zum Annehmen von Daten oder einen OUT-Endpoint zum Versenden von Daten darstellen. Die einzige 8

9 Ausnahme bildet der Endpoint 0, der bidirektional ist. Dies ist der einzige Endpoint, den jedes USB Gerät aufweisen muss, da hierüber die Enumeration und Statusabfrage des Gerätes läuft. Je nach Funktionsumfang eines Gerätes können je 15 weitere Endpoints für IN oder OUT vorgesehen werden. Lediglich Low-Speed Geräte sind auf zwei weitere Endpoints limitiert [3]. Pipes stellen Kommunikationspfade zwischen Host und Endgerät dar. Jeder Pipe wird eine Transferart zugeordnet und sie kennt die Eigenschaften des Endpunktes, mit dem sie verknüpft ist. Die Kommunikationsmodi einer Pipe sind Stream oder Message. Im Stream Modus sind die Daten, im Gegensatz zum Message Modus, nicht strukturiert und es wird davon ausgegangen, dass nur ein Endgerät zu einem Zeitpunkt bedient wird [3]. 3.2 Transfertypen Wegen der Vielzahl an verschiedenen USB Geräten muss auch der Datentransfer in gewisse Gruppen eingeteilt werden, um allen Anforderungen gerecht werden zu können. Der USB Standard spezifiert dazu vier verschiedene Transfertypen, die nachfolgend erläutert werden. Control Transfer Der Endpoint 0 eines Gerätes ist mit der Control Transferart assoziiert und dient dazu, das Gerät zu initialisieren und dessen Eigenschaften sowie Status abzufragen. Der Control Transfer ist die einzige Transferart, die alle USB Geräte unterstützen müssen. Low-Speed Geräte unterstützen neben dem Control Transfer nur noch den Interrupt Transfer, der im nächsten Abschnitt erläutert wird. Für den Control Transfer wird der Pipe Modus Message verwendet, deshalb müssen Control Transfers strukturiert nach der USB Spezifikation übertragen werden [3, 2, 6]. Interrupt Transfer Um kleinere Datenmengen zu übertragen, wie sie beispielsweise bei einem Tastaturanschlag entstehen, wird der Interrupt Transfer verwendet. Dieser ist auch für Low-Speed Geräte zugelassen und eignet sich für alle Geräte, die periodisch kleine Datenmengen senden müssen. Dabei ist der Begriff Interrupt nicht mit der Bedeutung eines Interrupts im Betriebssystem zu verwechseln, bei der die CPU unterbrochen wird. Interrupt bedeutet in diesem Falle lediglich, dass ein Gerät seinen Status verändert, wenn beispielsweise Daten zum Versenden anliegen. Der Hostcontroller fragt die Geräte zyklisch ab und erkennt, wenn eins der Geräte einen Interrupt meldet. In diesem Falle werden die zu versendenden Daten abgeholt. Für den Interrupt Transfer sind keine strukturierten Nachrichten gefordert, sie erfolgen also im Stream Modus [3, 6]. Bulk Transfer Bei Geräten wie Festplatten oder Scannern liegen meistens große Datenblöcke an, die entweder auf einen IN oder OUT Endpoint zu übertragen sind. Dafür können Geräte die Transferart Bulk verwenden, die sich für zeitunkritische Übertragungen großer Datenmengen eignet. Liegen bei einem Gerät Daten zum Versenden an, verändert es seinen Status entsprechend und der Hostcontroller bemerkt dies beim Durchlaufen der Geräte. Sofern genug Bandbreite vorhanden ist, werden die Daten dann alle auf einmal abgeholt [6]. Die übertragung der Daten wird von der USB Spezifikation garantiert, allerdings werden keinerlei Garantien bezüglich der Übertragungsgeschwindigkeit gemacht. Die Daten werden im Stream Modus übertragen, erfordern also keine Strukturierung der Datenpakete [3]. 9

10 Isochronous Transfer Der Isochrone Transfer eignet sich für zeitkritische Übertragungen. Ein Endpoint, der mit dem Transfertyp Isochron verknüpft ist, fordert bei der Enumeration eine gewisse Bandbreite, die er entweder ganz oder gar nicht erhält. Vergleichbar mit dem Isochronen Transfer ist das in Netzwerken eingesetzte UDP Protokoll, bei dem eine konstante Datenrate wichtiger ist, als die korrekte Übertragung der Daten. Die Einsatzgebiete des Isochronen Transfers sind daher wie bei UDP die Übertragung von Audio- oder Videodateien [3, 6]. 4 Weitere USB Varianten Der ursprüngliche USB eignet sich für eine Vielzahl von Aufgaben, bei denen das Endgerät simpel und wenig komplex ist und der Host den größten Teil der Arbeit übernimmt. Einige Bereiche werden jedoch von der Spezifikation nicht abgedeckt, weshalb im Laufe der Zeit Erweiterungen hinzukamen, die ein noch breiteres Anwendungsspektrum abdecken. [7]. 4.1 USB On-The-Go In vielen Anwendungsfällen möchte man Endgeräte direkt miteinander verknüpfen und nicht noch einen Computer dazwischen schalten müssen. Auf diese Art und Weise könnte man Digitalkameras direkt mit einem Drucker verbinden oder einen MP3 Player direkt mit einem anderen MP3 Player [7]. Dafür wurde 2001 die USB On-The-Go Spezifikation veröffentlicht, welche Mechanismen vorsieht, um Endgeräte direkt miteinander verbinden zu können [8]. Um dies zu ermöglichen, muss eins der Geräte einen Teil der Host Funktionalität implementieren und über eine Micro A Buchse verfügen. Natürlich muss das Gerät nicht die vollständigen Host Funktionalitäten unterstützen, es muss lediglich soviel können, um das daran anzuschließende Gerät bedienen zu können. Bei der Verbindung von OTG und normalen Geräten gibt es laut USB On-The-Go Spezifiaktion folgende Konstellationen [7]. OTG und normaler Host Alle OTG Geräte verfügen über die Standardfunktionalität eines normalen Endgerätes. Der Host erkennt das OTG Gerät als Endgerät und behandelt es entsprechend. OTG und normales Endgerät Bei der Verbindung eines OTG Gerätes mit einem normalen Endgerät, muss das OTG Gerät zunächst überprüfen, ob es diese Art von Endgerät unterstützt. Im positiven Fall können die Geräte mit dem Datenaustausch beginnen. OTG und OTG Werden zwei OTG Geräte miteinander verbunden, hat im wechselseitigen Ausschluss immer nur eins der beiden die Kontrolle über den Bus. Beide Geräte können als Host oder als Endgeräte agieren, müssen sich aber abwechseln. 4.2 Wireless USB Obwohl der kabelgebundene USB schon das Problem der begrenzten Interruptleitungen eines Computers behebt, ist der Benutzer immernoch in der Anzahl der anschließbaren Geräte eingeschränkt, da freie USB Ports nur in begrenzter Anzahl zur Verfügung stehen. Auch beschränkt 10

11 das Kabel die Entfernung des Gerätes vom Computer und stört in vielen Fällen bei der Benutzung des Endgerätes. Die Revision 1.0 der Wireless USB Spezifikation erschien im Jahre 2005 und stellt Richtlinien zur Entwicklung von WUSB Geräten vor [1]. Wie beim normalen USB bilden die Wireless Geräte und der Host eine Sterntopologie und die Kommunikation findet nur über den Host statt. Der Verbindungsaufbau geschieht durch einen Handshake, bei dem Host und Gerät ihre ID und einen Sicherheitsschlüssel übermitteln. Der Host teilt dem WUSB Gerät dann eine USB Adresse zu, unter der er das Gerät von da an kennt. Die Verbindung kann durch einen expliziten Verbindungsabbau geschehen oder wenn der Host über einen längeren Zeitraum hinweg nicht mit dem Gerät kommuniziert hat [1]. Sowohl die Transfertypen als auch das Endpoint / Pipe Konzept sind beim Wireless USB das selbe wie beim Kabelgebundenen USB, auch besteht die Limitierung für maximal 127 Geräte. Hubs sind nicht vorgesehen, da sie auch aufgrund der drahtlosen Kommunikation nicht benötigt werden [1]. Ebenfalls als Wireless USB bezeichnet, aber auf einer anderen Technologie beruhend, ist eine Technologie der Firma Cypress. Diese beschäftigt sich mit Adaptern, welche drahtlose Signale USB konform umwandeln und bearbeiten können [8]. 5 Fazit Seit beinahe 15 Jahren ist die USB Schnittstelle nun auf dem Markt etabliert. Seit ihrer Entstehung hat sie sich viel getan und heute ist USB die wohl vielseitigste Schnittstelle in der Computer Welt. Das Anwendungsspektrum ist vielfältig und reicht von einfachen Eingabegeräten bis hin zu komplexen Mess- oder Steuergeräten. Mit USB 3.0 stellt das USB-IF (USB Inventers Forum, Initiatoren des USB) eine neue Geschwindigkeit vor, die USB in direkte Konkurrenz zu Apple s FireWire Schnittstelle rückt. Mit 5,0 GBit/Sekunde eignet sich USB endlich auch für die Übertragung von Videostreams. Durch Erweiterungen wie Wireless USB und USB On-The-Go bietet USB noch mehr Funktionalitäten, die man bei anderen Schnittstellen vergeblich sucht. Der Kabel- und Steckeraufbau ist simpel und die verschiedenen Transfertypen logisch und funktional. Dank der guten USB Unterstützung moderner Betriebssysteme ist die Verwendung von USB Geräten nahezu jedem Benutzer möglich und bereitet keine Kopfschmerzen. Der Kritikpunkt, dass USB durch seinen Polling Charakter zu rechenintensiv und ineffizient sei lässt sich zwar nicht abstreiten. Im Hinblick auf die Tatsache, dass Rechenleistung immer billiger wird, kann man diesen jedoch beinahe vernachlässigen. Bei Betrachtung der Möglichkeiten, die USB dem Benutzer zu derart niedrigen Kosten und geringem Aufwand bietet, muss man zu dem Schluss kommen, dass es eine zukunftsorientierte Schnittstelle ist, die aus modernen Computern nicht mehr wegzudenken ist. 11

12 Literatur [1] Agere, Hewlett-Packard, Intel, Microsoft, NEC, Philips, Samsung. Wireless Universal Serial Bus Specification, Mai [2] Jan Axelson. USB Handbuch für Entwickler, Datenübertragung, Transfer-Typen, USB 2.0, Design und Programmierung von USB-Geräten, Kommunikation von Visual-Basic- Anwendungen mit USB-Geräten. Mitp, [3] Compaq, Hewlett-Packard, Intel, Lucent, Microsoft, NEC, Philips. Universal Serial Bus Specification Revision 2.0, April [4] Leo GmbH. Leo deutsch-englisches wörterbuch, [Online; Stand 10. Februar 2010]. [5] Hewlett Packard Company, Intel Corporation, Microsoft Corporation, NEC Corporation, ST- NXP Wireless, Texas Instruments. Universal Serial Bus 3.0 Specification, November [6] Hans Joachim Kelm. USB 2.0 Datendienste, Function, Hub, Host, Errorhandling, Powermanagement, USB-Treiber, USB-Bausteine, USB-Applikationen, Test und Analyse. Franzis, [7] USB-IF. On-The-Go and Embedded Host Supplement to the USB Revision 2.0 Specification, Mai [8] Wikipedia. Wikipedia, die frei enzyklopädie, [Online; Stand 10. Februar 2010]. 12