Die USB-Schnittstelle in der Unterhaltungselektronik Drucken

USB steht für Universal Serial Bus (Universeller Serieller Bus) und ist ein Industriestandard, welcher von mehreren Unternehmen der Computer- und Telekommunikationsbranche Mitte der 90er Jahre entwickelt wurde. Diese Anschlußart sollte die vielen unterschiedlichen PC-Schnittstellen (seriell, parallel, PS/2) ablösen und durch eine ersetzen. Neben den Standardperipheriegeräten wie Maus, Tastatur, Drucker, Scanner oder externe Laufwerke läßt sich weitere Hardware anschließen: so sind z. B. Speichersticks erst durch die Existenz von USB-Schnittstellen entstanden. Betriebssysteme des Softwareherstellers Microsoft untstützen diese Schnittstelle ab Version Windows 98 SE. Eventuell ist für die vollständige Unterstützung auch bei neueren Betriebssystemen wie XP die Installation von Service Packs erforderlich. Neuere LINUX-Versionen haben ebenfalls eine USB-Unterstützung implementiert. Nachdem die USB-Schnittstelle bei Computern und den dazugehörigen Endgeräten zum weitverbreiteten Standard geworden ist, hält sie nun Einzug in die Unterhaltungselektronik.

Theoretische Grundlagen

Dem USB liegt ein hierarchisches System zugrunde, bei dem ein zentraler Host - in der Regel ist dies ein Computer - die Steuerung der daran angeschlossenen Endgeräte (Clients) übernimmt. Grundsätzlich verwendet man den Begriff Host für einen Computer, der anderen Geräten Dienste zur Verfügung stellt. Ein Client dagegen nimmt Dienste in Anspruch.

Ein USB-Host verfügt über einen Hauptverteiler, dem sogenannten Root Hub, an dem entweder Geräte oder weitere Verteiler (Hubs) angeschlossen werden können. Daten, die vom Host zu den Geräten fließen nennt man Downstream. Die Richtung des Datenflusses von den Geräten zum Host bezeichnet man als Upstream. An den USB können über Verteiler bis zu 127 Geräte angeschlossen werden.

USB fasst gleichartige Geräte in so genannte Geräteklassen zusammen. Diese legen bestimmte einheitliche Kommandos und Übertragungsprotokolle fest, sodass alle Geräte einer bestimmten Klasse mit ein und demselben Treiber funktionieren. Eine häufig verwendete Klasse ist die der Massenspeichergeräte, zu denen unter anderem MP3-Player, Digitalkameras und USB-Sticks zählen.

USB-Geräteklassen Anwendung
Hub
(Verteiler)
Netzwerk
Audio
(Audio)
Lautsprecher, Mikrofon
Printer
(Drucker)
Drucker, Scanner
Mass Storage
(Massenspeicher)
Massenspeichergeräte (externe Festplatten, USB-Sticks,
MP3-Player, Digitalkameras, Handys)
Human Interface Device
(Ein-/Ausgabe)
Eingabegeräte (Tastatur, Maus, Joystick)

Der Host bestimmt die Kommunikation: er sagt dem angeschlossenen Gerät, wann und wie es Daten austauschen soll. Er kann immer nur ein Gerät und nicht mehrere gleichzeitig ansprechen. Die bisherige Spezifikation verlangte immer einen Computer als Host, die einzelnen Peripheriegeräte konnten untereinander nicht kommunizieren. Dies änderte sich erst 2001 mit der neuen Spezifikation USB On-The-Go.

USB On-The-Go

Durch USB On-The-Go (OTG) können entsprechend ausgerüstete Peripheriegeräte ohne Computer direkt miteinander kommunizieren. Bei Geräten mit USB OTG kann eines der beiden Endgeräte eine beschränkte Host-Funktionalität übernehmen; die beiden miteinander verbundenen Geräte machen untereinander aus, wer die Host-Rolle übernimmt, anschließend kann der Datentransfer beginnen.

USB on the go findet häufig in Geräten der Unterhaltungselektronik Anwendung. So können z.B. Musikdateien direkt zwischen zwei MP3-Playern ausgetauscht oder Digitalkameras oder Handys direkt an einen Drucker angeschlossen werden. In der Regel sind nur Geräte aus den Geräteklassen Massenspeicher und Drucker mit USB On-The-Go ausgestattet.

Beispiele für USB-Anwendungen in der Unterhaltungselektronik

  • Digitalkameras, MP3-Player oder Speichersticks an Fernseher, DVD-Recorder oder Hifi-Anlagen anschließen: Geräte mit USB-Schnittstelle ermöglichen den Anschluß von Geräten der Klasse Massenspeicher. So können bei einem Festplattenrecorder über die USB-Schnittstelle Bilder von der Digitalkamera auf Festplatte archiviert oder bei einer Kompaktanlage mit USB-Schnittstelle MP3-Dateien von einem MP3-Player abgespielt werden. Ein Datenfluß in die andere Richtung ist zwar theoretisch möglich, aber in den meisten Fällen nicht vorgesehen.
  • PictBridge: herstellerübergreifender Standard für den PC-losen Ausdruck von Bildern, mit dem direkt von einer Digitalkamera, Kamerahandy oder Videokamera Bilder am Drucker ausgedruckt werden können; der Drucker fungiert dabei als Host. PictBridge wird über die USB-Schnittstelle realisiert, ist aber nicht fest an diese gebunden. Kamera und Drucker tauschen sich über ihre Funktionsfähigkeit aus und verteilen die Rollen, anschließend werden im Kameramenü nur die Funktionen angezeigt, welche beide Geräte unterstützen.

Geschwindigkeiten und Datenraten

Es gibt zwei verfügbare USB-Versionen: USB 1.0/1.1 und der schnellere USB 2.0-Standard, welcher seit Anfang 2001 in neue Produkte integriert wird. Computer und Endgeräte müssen beide USB 2.0 kompatibel sein, um die deutlich schnelleren Übertragungsraten nutzen zu können. USB ist abwärtskompatibel.

USB unterstützt drei unterschiedliche Übertragungsraten:

  • Low-Speed mit 1,5 MBit/s für langsame Peripheriegeräte wie Maus und Tastatur.
  • Full-Speed mit 12 MBit/s für Drucker oder Scanner und
  • High-Speed mit 480 MBit/s für beispielweise externe Festplatten und Videogeräte.

Low-Speed und Full-Speed wurden in der USB-Spezifikation 1.0 definiert, der High-Speed-Modus kam mit der Veröffentlichung der USB-Spezifikation 2.0 als zusätzliche Option hinzu. Äußerlich sind USB 1.0/1.1 und USB 2.0-Schnittstellen nicht voneinander zu unterscheiden.

Die USB-Schnittstelle bietet viele Vorteile:

  • Automatische Konfiguration
    Geräte mit USB-Anschluß können einfach mit dem PC oder Notebook verbunden und sofort in Betrieb genommen werden, wenn der Rechner über die entsprechenden Gerätetreiber verfügt.
  • Hot-Plugin
    Im Gegensatz zu konventionellen Schnittstellen (parallel, seriell) können Peripheriegeräte während des Betriebs ohne Neustart ein- und ausgesteckt werden. Neu mit dem Rechner verbundene Geräte werden automatisch identifiziert.
  • Hohe Anzahl an möglichen Endgeräten
    Mit Verteilern, sogenannten Hubs, können bis 127 Endgeräte angeschlossen werden.
  • Keine extra Stromversorgung nötig
    Es ist nicht unbedingt eine eigene Stromversorgung für Endgeräte erforderlich, diese kann über die USB-Schnittstelle erfolgen (bis 5 V).
  • Bidirektional
    Über USB sind Datenübertragungen sowohl Upstream zum Host, als auch Downstream zur Peripherie möglich. Dies erlaubt beispielsweise die Konfiguration von USB-Peripheriegeräten via PC.
  • Anwenderfreundliche Kabel
    Die USB-Verbindungskabel sind so konzipiert, dass sie nicht aus Versehen falsch aufgesteckt werden können. Der breitere Steckertyp A (siehe Abbildung 1) wird dabei immer in den Host (Computer, Notebook) gesteckt und der eher quadratisch gebaute Steckertyp B in den Client. Für kompakte Peripheriegeräte wie Digitalkamera, PDA oder Handy wurden kleinere Stecker für den B-Typ entwickelt, so gibt es Mini-B in verschiedenen Herstellervarianten und auch Micro-B, welcher vor allem bei Handys eingesetzt wird. Ein Kabel kann bis zu 5 m lang sein.
Abbildung 1: verschiedene USB-Stecker

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