数あるインターフェースの中でもっとも有名ではないかとおもわれるＵＳＢについての解説です。 ＵＳＢ（Universal Serial Bus）は、従来のパソコンの各種インターフェースを統合する目的で開発された、 第２世代型シリアルインターフェースです。 ＵＳＢによりパソコンの周辺デバイスを接続するために使用していたケーブルが１種類ですむようになり、すっきりとした配線が可能になりました。 また、統一されたインターフェースの採用により、デバイスの新規開発等も容易になりました。又、ＵＳＢは本格的にプラグ・アンド・プレイを 実現した初めてのインターフェースであり、周辺デバイスの使い勝手の向上にも一役買いました。そんなＵＳＢにもいくつか規格が存在するので 羅列してみました。 ＵＳＢ仕様Ｒｅｖ．１．０ （１９９６年１月発表）Windows95OSR2より実装 ＵＳＢ仕様Ｒｅｖ．１．１ （１９９８年９月発表）Windows98より実装 ＵＳＢ仕様Ｒｅｖ．２．０ （２０００年４月発表）WindowsXPから順に実装 Ｒｅｖ.１．０とＲｅｖ．１．１の仕様には大きな差がなく、１．０で確認された問題点を解消するために１．１作られました。 しかし、２．０への変更は大きく、特にハードウェアの凄まじい速さの進化に追いつくため転送速度の点で大きく変更されています。 １．５Ｍｂｐｓ（ロースピード）と１２ＭＢｐｓ（フルスピード）の転送速度を持つ１．１に対して、２．０では新たに４８０Ｍｂｐｓ（ハイスピード） の速度が加えられ更なる高速転送が可能になりました。 |
ＵＳＢのシステムでは通常パソコンに搭載している１つのホストを司令塔として、ホストとそれに接続したデバイスの間でデーター通信を行います。 ですので、デバイス同士のデーター通信は一度ホストを中継することになります。ＵＳＢのポート（接続用窓口）を増設するデバイスにＨＵＢがあります。 ホストもＨＵＢの内に含まれ、「ルートハブ」と呼ばれています。 ＵＳＢの接続形態は「ピラミッド型」となっており、その頂点にルートハブが来る形で最大１２７台（ホスト除く）のデバイスを接続することが可能です。 ＵＳＢで仕様する信号はほかの接続インターフェースと異なりとてもシンプルで、１対の差動型双方向データ通信と電源及びグランドの４本で 形成されています。又コネクターにはＡタイプとＢタイプの２種類がありデバイス同士またはホスト同士の接続ができないようになっています。 |
先ほど書いたようにＵＳＢには電源信号線がとられており、ホストからデバイスに電源を供給できるようになっています。 そのためデバイスは電源を持つ必要がなく（大電量を必要とするものはＡＣアダプターから給電）利便性の向上に貢献しています。 ＵＳＢデバイスはその消費する電流及び供給形態に応じていくつかに分類されます。 ローパワーデバイス：最大１００ｍＡ ハイパワーデバイス：最大５００ｍＡ バスパワーデバイス：ＵＳＢバスからの給電 セルフバスパワーデバイス：自己電源からの給電 電源の供給には特にハブとデバイスとの接続において注意が必要で、バスパワーのハブにハイパワーのデバイスが接続できないようになっています。 これは、バスパワーのハブではダウンストーリムに対して各ポート最大１００ｍＡの電流しか供給できないためです。 |
ＵＳＢには４つのデータ通信方式が採用されています。 ○コントロール転送 ＵＳＢシステムにおけるデバイスのＩＤ発行や、接続構成情報のやり取りに使用する制御用転送方式。すべてのUSBデバイスが対応している。 ○バルク転送 大量のデータを転送する際に使用する転送方式で、データの転送速度が保証されない代わりにデーターの信頼性が保たれている。 プリンターやスキャナ、モデムなどのデバイスに適した転送方式。 ○アイソクロナス転送 一定時間内に一定のデータを転送する（１ＭＢ/秒）場合に使用される転送方式で、データの信頼性を犠牲にして転送速度を保証している。 ○インターラプト転送 一定周期で少量のデータを転送する（６２．５ＫＢ/秒）場合に仕様される転送方式。マウスやキーボードに使用される。 |
Ｒｅｖ．２．０と１．Ｘの転送速度の差が大きいため混在環境ではホストのデバイス制御方式が若干変わってきます。ＵＳＢ２．０のハブに 対して１．Ｘデバイスが接続されると、下記のような作業が行われます。 １：ホストが転送開始の合図である「スタートスプリットパケット」を送信。 ２：続けてホストがリクエストとデーターを送信し、ＵＳＢ２．０ハブに一時的に保管。 ３：ＵＳＢ２．０ハブがホストに対して受信完了通知を送信。 ４：ホストはこれを受信し、スプリット転送が完了したか尋ねる「コンプリートスプリットパケット」を送信。 ５：ＵＳＢ２．０ハブはＵＳＢ１．ｘデバイスに対してホストから受け取ったデーターを送信。 ６：この送信作業が完了できなかったっ場合は、コンプリートスプリットパケットに対して再送要求を送信。 ７：５の作業が完了した場合はＵＳＢ１．ｘデバイスがＵＳＢ２．０ハブに対して完了通知を送信。 ８：これを受けたＵＳＢ２．０ハブはホストのコンプリートスプリットハブに対して完了通知を返答。 以上で一通信単位が完了したことになります。この一連の動作を「スプリットトランザクション」と呼び、これを利用 することで、それぞれのデバイスが適切な大域を確保することが可能になっています。 |
以上の文章は、ＵＳＢインプリメントフォーラムで公開されている資料に基づき、私なりにまとめてみました。 一部情報は今回の解説には書いていないので、ＵＳＢインプリメントフォーラムの方をご覧いただければとおもいます。 次回の解説はＩＥＥＥ１３９４についてです。では、今回はこの辺で。 |