Tout savoir sur l’USB 1.0 et 2.0

Le but de cette page sur l’USB c’est d’expliquer dans un langage connu par madame et monsieur tout le monde ce que c’est que la norme USB, comment fonctionne t-elle. En agrémentant celle-ci par des données techniques, l’utilisateur des produits USB énumérés sur ce site saura à quoi s’attendre en achetant tel et tel produit.

L’USB, C’est quoi?

l’USB ou plus exactement le bus USB (Universal Serial Bus, en français: Bus série universel) est, comme son nom l’indique, basé sur une architecture de type série ( exemple: RS-232 ). Il s’agit toutefois, d’une interface entrée-sortie beaucoup plus rapide que les ports série standards et contrairement à la RS232 où le format des données envoyées n’est pas défini, l’USB est composé de plusieurs couches de protocoles.

l’USB permet de connecter plus que les ordinateurs aux périphériques. Le bus USB a la puissance de vous connecter à un nouveau monde d’experiences et d’informatique. L’USB c’est votre connexion instantanée au merveilleux monde de la photographie digitale ou à la créativité illimitée de l’imagerie numérique. Vous pouvez utiliser l’USB pour vous connecter au monde entier par le biais de la téléphonie IP (téléphone USB) ou la vidéo conférence.

Une fois que vous aurez goûtez à l’USB, nous sommes sûr que vous allez vous y attachez.

Les normes USB

Dès 1995, le standard USB a été élaboré pour la connexion d’une grande variété de périphériques.

Le standard USB 1.0 propose alors deux modes de communication :

• Les données pleine vitesse sont cadencés à 12.000Mb/s avec une tolérance de transmission de données de ±0.25% ou 2,500ppm.
• Les données basse vitesse sont cadencés à 1.50Mb/s avec une tolérance de transmission de données de ±1.5% ou 15,000ppm.

Le standard USB 1.1 apporte des précisions aux constructeurs de périphériques USB mais ne modifie en rien le débit. Le logo suivant est apposé sur les périphériques USB 1.1:

Quant au standard USB 2.0, il permet les hauts débits. Les données haute vitesse sont cadencés à 480.00Mb/s avec une tolérance de transmission de données de ± 500ppm. Les périphériques certifiés USB 2.0 portent le logo suivant:

La compatibilité entre périphériques USB 1.0, 1.1 et 2.0 est assurée. Toutefois l’utilisation d’un périphérique USB 2.0 sur un port USB à bas débit, limitera le débit à 12 Mbit/s maximum. De plus, le système d’exploitation est susceptible d’afficher un message expliquant que le débit sera bridé.

En l’absence de logo la meilleure façon de déterminer s’il s’agit de périphériques USB à bas ou haut débit est de consulter la documentation du produit.

Il vient de paraître une spécificité On-the-Go qui ajoute la fonctionalité pair à pair (peer to peer) à l’USB. Cette fonction permet l’introduction des hôtes USB dans les téléphones mobiles et les agendas électroniques, il va de soit que les prises mâles mini A, les prises femelles mini A et les prises femelles mini A-B vont apparaître. le logo qui caracterise cette fonction normalisée sera:

 

Le dernier développement de l’USB c’est le nouveau Wireless USB ( USB sans fil). Cette technonologie asurera à la fois la vitesse et la sécurité connu sur le câble mais aussi la facilité d’utilisation de la technology sans fil (wireless). La connectivité sans fil a imposé un style de vie, libre et mobile, plein d’avenir pour les utilisateurs de l’informatique mobile. La technologie Wireless USB permettera une connectivité haute vitesse robuste grâce à l’utilisation de la plateform radio: WiMedia MB-OFDM Ultra-wideband (UWB) developpée par la WiMedia Alliance. Le logo pour cette technologie sera représenté par:

Architecture et Topologie

L’USB utilise une topologie en étoile à étages, qui ressemble à celle de l’Ethernet 10 base-T. Ceci impose l’utilisation d’un Hub quelque part, ce qui sous entend une plus grande dépense, d’avantages de boîtes sur votre bureau et d’avantages de câbles. Cependant la situation n’est pas aussi mauvaise qu’on le croît. Beaucoup d’appareils comprennent des Hubs USB. Par exemple votre clavier peut contenir un Hub qui est connecté à votre ordinateur. Votre souris et d’autres appareils tel qu’un caméscope numérique peuvent être branchés facilement au dos de votre clavier. Les moniteurs ne sont que d’autres périphériques sur une longue liste d’appareils qui comportent communément des Hubs intégrés.

Cette topologie en étoile à étages, comparé à des appareils à simple connexion en guirlandes (daisy chaining) comporte tout de même des avantages. D’abord l’alimentation de chaque appareil peut être contrôlée et même coupée si des conditions de surintensité se produisent sans perturber d’autres appareils USB. Les appareils à Haute vitesse ainsi que ceux à vitesse Pleine et Basse peuvent être maintenus alors que le Hub filtre les transactions de vitesse Haute et Pleine de façon à ce que les appareils à vitesse lente ne les reçoivent pas.

On peut connecter jusqu’à 127 appareils à un Bus USB à un temps donné. Vous avez besoin d’avantages d’appareils? Ajouter simplement un autre port ou un autre Hôte. Alors que la plupart des Hôtes USB précédent n’avaient que 2 ports, la plupart des constructeurs ont considéré ceci comme limitatif et commencent à introduire 4 et 5 ports Hôtes sur carte avec un port interne pour les disques dur etc. Les Hôtes précédent n’avaient qu’un contrôleur USB et ainsi les 2 ports partageaient la même bande passante USB disponible. Comme les exigences des bandes passantes ont augmenté, nous commençons à voir des cartes multi-ports avec 2 contrôleurs ou plus qui permettent des canaux individuels.

Les contrôleurs d’Hôte USB ont leur propre caractéristiques. L’USB 1.1 comprenait 2 spécifications de contrôleur d’interface Hôte, UHCI (Contrôleur d’Interface d’Hôte Universel) ) développé par Intel qui met d’avantage le poids sur le logiciel Microsoft par exemple et qui permet d’avoir des appareils meilleur marché et le OHCI (Contrôleur d’Interface d’Hôte Ouvert) développé par Compaq, Microsoft et National Semiconductor qui met d’avantage la charge de travail sur l’appareil (Intel) et se contente de logiciel plus simple. Ce sont les relations typiques entre les ingénieurs qui fabriquent le matériel et ceux qui font les logiciels…

Avec l’apparition de l’USB 2.0 on a eu besoin d’une nouvelle caractéristique de contrôleur d’interface d’Hôte pour décrire les détails du niveau d’enregistrement spécifique à l’USB 2.0. Le EHCI ( Contrôleur d’Interface d’Hôte Accrue) était né. Tous les grands fabricants se sont réunis pour nous fournir une interface standard et ainsi un seul nouveau driver (pilote) à exécuter dans notre O.S. (Operating System ou système d’exploitation).

L’USB, comme son nom l’indique est un Bus Série. Il utilise 4 fils isolés dont 2 sont l’alimentation (+5V et GND). Les 2 restants forment une paire torsadée qui véhiculent les signaux de données différentiels. Il utilise un schéma d’encodage NRZI ( Pas de retour à Zéro inversé) pour envoyer des données avec un champ sync de manière à synchroniser les horloges de l’Hôte et du récepteur.

L’USB supporte le système “plug’n play” branchement à chaud avec des drivers qui sont directement chargeable et déchargeable. L’utilisateur branche simplement l’appareil sur le Bus. L’Hôte détectera cet ajout, interrogera l’appareil nouvellement inséré et chargera le driver approprié pendant le temps qu’il faut au sablier pour clignoter sur votre écran assurant qu’un driver est installé pour votre appareil. L’utilisateur final n’a pas besoin de se soucier des terminaisons, de termes tel que IRQs et adresses de ports, ou de la réinitialisation de l’ordinateur. Une fois que l’utilisateur a terminé, on peut simplement retirer le câble, l’Hôte détectera cette absence et déchargera automatiquement le driver.

Les Connecteurs

Tous les appareils ont une connexion amont vers l’hôte et tous les hôtes ont une connexion aval vers l’appareil. Les connecteurs amont et aval ne sont pas interchangeables mécaniquement, éliminant ainsi les connexions de rebouclage interdite aux Hubs comme pour un port aval connecté à un port aval. Il y a généralement 2 types de connecteurs, appelé type A et type B présenté ci-dessous.

La technologie 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+).

 

Les prises mâles de type A sont toujours tournés vers l’Amont. Les prises femelles de type A se trouveront généralement sur les hôtes et les Hubs. Par exemple, les prises femelles de type A sont courantes sur les cartes mères des ordinateurs et les Hubs. Les prises mâles de type B sont toujours connecté vers l’aval et par conséquent les prises femelles de type B se trouvent sur les appareils.

Il peut-être intéressant de trouver des câbles de type A vers type A avec un câblage direct et une matrice de changeur de genre USB dans certains magasins d’ordinateurs. C’est en contradiction avec la spécification USB. Les seuls appareils avec prise type A vers prise type A sont des ponts que l’on utilise pour brancher 2 ordinateurs entre eux. D’autres câbles prohibés sont les extensions USB qui ont une prise mâle à une extrémité (soit de type A ou de type B) et une prise femelle à l’autre. Ces câbles ne respectent pas les exigences de longueur de câble de l’USB.