PCやスマートフォンをはじめ、外部ストレージや各種周辺機器まで??
USBは、現代のデジタル機器をつなぐ最も身近で汎用性の高いインターフェースです。
その利便性は組み込み分野でも変わらず、データロガーや産業用コントローラーとの通信、医療機器やIoTデバイスのファームウェア更新、
さらに組み込みLinuxシステムでの周辺機器接続など、多岐にわたる用途を支えています。
いまやUSBの知識は、組み込みシステムを設計するうえで欠かせない基礎技術となっています。
本記事ではそんなUSBの歴史から組み込み開発の基礎までを解説します。
このカタログについて
| ドキュメント名 | なぜ USB 規格は難しい？ 歴史から読み解く種類やコネクタの違い |
|---|---|
| ドキュメント種別 | ホワイトペーパー |
| ファイルサイズ | 1Mb |
| 取り扱い企業 | 株式会社リョーサン (この企業の取り扱いカタログ一覧) |
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このカタログの内容
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なぜUSB規格は難しい？
歴史から読み解く種類やコネクタの違い
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PCやスマートフォンをはじめ、外部ストレージや各種周辺機器まで??USBは、現代のデジタル機器をつなぐ最も身近で汎用性の
高いインターフェースです。その利便性は組み込み分野でも変わらず、データロガーや産業用コントローラーとの通信、医療機器や
IoTデバイスのファームウェア更新、さらに組み込みLinuxシステムでの周辺機器接続など、多岐にわたる用途を支えています。い
まやUSBの知識は、組み込みシステムを設計するうえで欠かせない基礎技術となっています。本記事ではそんなUSBの歴史から
組み込み開発の基礎までは解説します。
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USB登場背景
USB（Universal Serial Bus）は現在PCからいろいろな電子機器の充電、データ通信、
映像伝送などに広く使われています。1996年以前はPCに周辺機器をつなぐには、いろいろ
な専用通信インターフェース（例えばPS/2、RS-232C、IEEE1284、SCSI、
IEEE1394/FireWireなど）を使用する必要がありました。接続機器ごとにその専用ケーブ
ルが必要で、かつ設定も手間がかかりました。そのような状況のためPCと周辺機器の接続を
シンプルにする機運は高く、IntelとMicrosoftらが中心に規格団体（USB-IF：USB
Implementers Forum, Inc.）を立ち上げ、1996年にUSB 1.0を規格しました。
USB当初の理念は統一規格よりいろんな機器が共通のインターフェースにつながること、電 USBを使ったPCと周辺機器の接続構成イメージ
源入れたまま抜き差しでき、つなげばすぐ使えること（プラグアンドプレイ機能）とPC側から
電力を供給する機能（バスパワー）でありました。その後改善されたUSB 1.1仕様と
WindowsのUSB対応より利便性が向上し、瞬く間に普及し始めました。USB普及のもう
ひとつ重要な要素はラインセスフリーであることと、通信品質を保つための試験・認証制度と
言えます。その後ニーズの高かった高速通信対応のUSB 2.0（USB High-Speed）が
誕生し、Windows 2000やWindows XPのサポートによりUSBの普及を更に加速させま
した。
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USB規格の変遷
前述のようにUSB規格は、より高速なデータ転送と高い電力供給のニーズに応えるため、登場以来継続的に進化を遂げてきました。最初期の
USB規格のデータ転送速度は1.5Mbps（LS: Low-Speed）と12Mbps（FS: Full-Speed）でしたが、その後USB 2.0の480Mbps
（HS: High-Speed）、そしてUSB 3.0、3.1、および3.2の5～20Gbps（SS: SuperSpeed）に進化しました。最新のUSB4はGen
3x2レーンより40Gbpsを実現しています。そして2022年、転送速度が2倍となる80Gbps実現に向けてUSB推進団体「USB Promoter
Group※」は次世代USB規格「USB4 Version 2.0」を発表しました。
そのいっぽう、スマートフォンへの高速充電、周辺機器間のハイパワー給電のニーズが高まり、USB Type-Cのコネクタを使用した給電規格
USB PD（Power Delivery）が規格されました。その後、EUでE-waste削減を目的としてUSB Type-C充電端子義務化となりました。
また、FireWireの後継としてIntelとAppleが共同開発したThunderbolt 3以降の規格もUSB Type-Cを採用することになりました。
※USB Promoter Group：USB規格団体（USB-IF）とは別のIntel、Appleらが中心となるUSB推進団体
USBの規格と転送速度、給電能力 4
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USBケーブル＆コネクタの種類と使い分け
SBコネクタの形状はUSB規格で規定されており、USBポート1つで周辺機器とのデータ転送と電源供給が可能です。USBは下
位互換性に対応するため、コネクタ形状が合えば接続が可能です。また、データ転送は下位規格に速度を合わせて行います。コ
ネクタ形状としてはSeries “A”、 Series “B”、Type-Cで定義され、 Series “B”のサイズとしてStandard以外にMini、
Microサイズがあります（ Series “A”もMiniとMicroやOTG※対応するためのMini-ABとMicro-ABも規格されていましたが、
Type-Cの登場より現在置き換えられつつあるため省略します）。
※OTG：On-The-GoとはPCを介せず電子機器同士接続するためにUSB 2.0以降に追加された仕様。
主にスマートフォン、タブレットやデジカメに使われていますが、組み込み機器への利用のニーズが高まっている。
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INDEX
1. USB登場背景
2. USB規格の変遷
3. USBケーブル＆コネクタの種類と使い分け
4. 組み込み向けUSBの基礎知識
5. まとめ
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