O Universal Serial Bus (USB) é uma nova filosofia de barramento serial para o fluxo de dados entre um computador e dispositivos periféricos. O USB foi projetado para preencher certas lacunas deixadas, até então, pelos outros barramentos seriais. Ele oferece:

• Melhor integração entre a computação e os sistemas de comunicações, focalizando-se na CTI (Computer Telephony Integration);

• Maior comodidade para o usuário, que não necessita de configurar o dispositivo, pois o próprio sistema se encarrega desta tarefa; o USB incorpora a filosofia plug-and-play;

• Expansão no número de portas; ele pode endereçar até 127 dispositivos.

O sistema USB é composto pelo Controlador Host USB, por dispositivos USB e por interconexões. A Figura 4 mostra a topologia de um sistema USB. O host é responsável por: detectar a inserção e a remoção de um dispositivo, por gerenciar o fluxo de dados e de controle, monitorando o estado das transferências, e por controlar a interface elétrica entre ele e os dispositivos.

Figura 4: Topologia de um sistema USB

 

Um dispositivo USB pode ser de dois tipos: função ou hub. A função é capaz de transmitir ou receber dados ou informações de controle pelo barramento. Ela serve para aumentar a capacidade do sistema.

Exemplos de funções: mouse, teclado, impressora e adaptador telefônico como um ISDN.

Cada função contém informações descrevendo suas capacidades e os recursos dos quais necessita.

O hub é o elemento chave na topologia USB, pois é ele que permite a expansão do número de conexões do sistema. Cada hub converte um ponto de conexão em outros múltiplos pontos. A arquitetura USB permite o uso de múltiplos hubs.

O USB permite dois modos de comunicação: um de alta velocidade, operando a 12 Mb/s, e outro de baixa velocidade, a 1,5 Mb/s. O modo de baixa velocidade visa a atender a um pequeno número de dispositivos com largura de banda estreita, como mouses. Cada função é responsável por indicar em que modo irá operar.

Estrutura Elétrica do USB

O barramento físico é composto de um cabo com quatro fios: VBus, D+, D- e GND.

 O fio VBus é o meio de fornecimento de alimentação para os dispositivos que necessitarem dela. Em um sistema USB, existem hubs e funções que possuem alimentação própria e hubs e funções que são alimentados pelo barramento através de VBus. VBus é nominalmente +5 V. Para aplicações de alta velocidade, os fios D+ e D- são entrelaçados. Os dados são transmitidos através de D+ e D- por meio de diferenças de tensão entre eles. O USB usa uma codificação NRZI.

Os cabos são conectados aos dispositivos conforme ilustrado na Figura 5. A posição dos resitores de pull-up muda dependendo de tratar-se de alta ou baixa velocidade. Quando não existe função conectada ao hub, os resistores de pull-down fazem com que ambos D+ e D- fiquem abaixo de um valor de tensão de limiar para a detecção da presença do dispositivo. Se essa condição persistir por mais que 2,5 microssegundos, é caracterizada a desconexão do dispositivo. A conexão de um dispositivo é caracterizada pela situação oposta, ou seja, quando apenas uma das linhas é levada além da tensão de limiar e esta situação persiste por mais de 2,5 microssegundos.