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EMBEDDED 89 • SETTEMBRE • 2023 52 HARDWARE | USB questo periodo, lo standard USB è anche riuscito a vin- cere la concorrenza di parecchie tecnologie alternative come ad esempio Firewire, l’interfaccia messa a punto da Apple , più veloce ma più complessa da implemen- tare. Dal punto di vista tecnico, l’aspetto più rilevante del- la specifica USB 3.0, caratterizzata da parecchie itera- zioni a livello di velocità di trasferimento dati, è stato l’annuncio del connettore Type-C. Tra le caratteristi- che di rilievo del connettore USB-C da segnalare la più ampia gamma di dispositivi supportati e la possibilità di effettuare il collegamento indipendentemente dal verso di inserzione. USB-C si è rapidamente afferma- to come il metodo preferito per caricare e alimentare i dispositivi portatili, dagli smartphone ai laptop. La ca- pacità di erogazione della potenza è stata aumentata al fine di eguagliare quella di un tradizionale adattatore di potenza. L’avvento di USB-C e USB 3.0, inoltre, ha comportato l’introduzione di una gamma di differenti tensioni di uscita, con l’aggiunta dei seguenti valori di tensione: 9, 12, 15 e 20 V (Fig. 3). Fin dall’inizio, l’USB ha cercato di mantenersi coeren- te con gli obiettivi per i quali era stato concepito. La lunghezza dei cavi si è mantenuta sempre limitata, in quanto lo scopo è connettere dispositivi posti nel me- desimo spazio fisico dell’host e non di realizzare con- nessioni di rete. La topologia di connessione ad albe- ro, inoltre, prevede che tutte le comunicazioni passino attraverso il controllore host. I dispositivi non possono comunicare direttamente l’uno con l’altro. USB: architettura e concetti fondamentali Dal punto di vista funzionale, l’architettura USB è ba- sata su una topologia a stella a più livelli, dove il con- trollore upstream del root host è solitamente interno a un desktop PC o a un laptop. A un singolo controllore possono essere connessi fino a 127 dispositivi attraverso diversi hub (ovvero dispositivi che forniscono ulteriori punti di collegamento) esterni. Le periferiche connesse sono catalogate in base al tipo di classe (HMI, dispositi- vi per lo streaming multimediale e così via). Ciascun di- spositivo, come ad esempio una tastiera, è identificato in maniera univoca mediante un indirizzo e, solitamen- te, tre canali di endpoint (sorgenti o destinazioni della connessione) logici. Ciascun endpoint ha una funzione specifica e in un singolo dispositivo ci possono essere fino a 32 endpoint, come visibile in figura 4. La comunicazione tra il controllore host e il dispositi- vo avviene attraverso pipe (canali logici) bidirezionali, utilizzati per il controllo o per il trasferimento dati. Le funzioni del canale logico dipendono dalla classe del dispositivo, che solitamente definisce il tipo di trasferi- mento dati. USB prevede quattro tipi di trasferimento dati: controllo, interrupt, bulk e isocrono. La figura 5 illustra gli attributi di ciascun tipo di trasfe- rimento dati ed elenca un esempio di applicazione per ognuno di essi. Il processo di inizializzazione di un dispositivo (enume- razione) viene avviato collegando un dispositivo USB a un controllore host. In questo procedimento, l’host invia un segnale di reset al dispositivo e richiede i para- metri dello stesso al fine di stabilire la classe del dispo- sitivo e la velocità di trasferimento. Una volta ricevute queste informazioni, il controllore host attribuisce un indirizzo a 7 bit univoco al dispositivo, dopo di che può iniziare il trasferimento dei dati. Per una spiegazione tecnica più approfondita dell’ar- chitettura USB e del relativo funzionamento, è possibi- le reperire risorse molto utili sul sito Web di USB-IF . La nota applicativa AN57294 di Infineon (già Cypress) fornisce anch’essa una spiegazione dettagliata del fun- zionamento di USB 2.0. Fig. 3 – L’incremento della capacità di erogazione della potenza di USB da 2,5 a 100 W permette di alimentare una gamma più ampia di dispositivi (Fonte: USB-IF) Fig. 4 – Modalità di comunicazione tra un host USB e gli endpoint mediante canali logici in un dispositivo (Fonte: Infineon)