Voile et Electronique : Christian Couderc

l'USB, standard du moment
Comportement erratique de l'USB
Compatibilité 2 > 1
Émulation anciens ports sur hubs
USB 2 ou FireWire ?
La connectique USB
Liens microcontrôleurs
Liens sur PC

Maj : 30/10/06

Abstract :
USB bus is now a standard on all PC, serial and parallel interfaces are at the end of life. On ATX board they are still presents, but not in laptops. Evolution of ATX removes all old ports.
USB 1 is just a transition, USB 2 is the stable implantation.

Résumé :
Le bus USB est maintenant un standard sur tous les PC, les interfaces série et parallèle sont en fin de vie. Sur les cartes ATX ces ports sont encore présents, mais pas sur les portables. L'évolution de l'ATX supprime tous les anciens ports.
L'USB 1 est juste une transition, l'USB 2 est l'implantation stable.

Maintenant s'ouvre un avenir radieux, enfin, au sens marxiste du terme pour la version 1... L'Universal Serial Bus est le successeur qui améliore grandement les performances des antiques et très lents RS-232 et parallèle qui disparaissent totalement. Ce bus a de grandes qualités et se décline en deux versions.

Avant 2002 version USB 1.1 avec 1.2 Moctets/s (12 Mbits/s).

Depuis 2002, version USB 2.0 (High Speed) à 480 Mbits/seconde.

USB 2

L'USB 2 est 40 fois plus puissant que l'USB 1, il y a une compatibilité descendante partielle qui dépend des périphériques. ll est annoncé depuis 2000, mais ne s'impose que lentement , il devrait être vraiment omniprésent en 2003.

Les bonnes cartes (par exemple la MSI K266 RU2) comportent 8 ports d'origine, 4 en USB 1 et 4 en USB 2, c'est parfait.
USB 2 est supporté par Windows XP mais pas par les anciennes versions Win 98 et avant.
Ce bus très intéressant devient le standard pour tous les périphériques de sortie du PC et du Mac, mais la version 1 présentait certains défauts majeurs qui ont ralenti son introduction !

Le chapitre suivant parle des problèmes de la version 1, encore massivement implantée en 2000. Il ne conserve pas la version 2, sauf pour la consommation électrique.

Attention au stupide changement de nom marketing en 07/02, uniquement pour perturber les gogos. Il n'y a rien d'autre modifié, cela est qu'une imbécillité totale !

Les périphériques à flux tendus (cartes son et vidéo...) présentent des trous de débit gênants en USB 1, surtout quand le bus est chargé. Pour une souris cela se traduit par des passages à vide et des à-coups à l'écran ; cela n'est pas très gênant en principe, sauf pour les enragés de jeux nécessitant des déplacements très rapides, ils garderont leur vieille souris PS2 tant que ce port existera. Pour un boîtier son, c'est pire, l'oreille n'accepte pas les ruptures de flux, rien ne vaut une carte Sound-Blaster interne. Paradoxalement le phénomène est moins gênant pour une caméra, le cerveau lisse en cas d'images perdues.

Beaucoup de périphériques ne marchent absolument pas derrière certains hubs. C'est très ennuyeux, les anciennes cartes PC n'avaient que deux sorties, mais les nouveaux modèles ont 8 sorties, mais attention, il n'y a que deux prises externes (c'est la norme USB Intel). Les ports supplémentaires demandent une bretelle auxiliaire qu'il est impossible de se procurer si elle n'est pas livrée d'origine. Il faut l'exiger au moment de l'achat de la carte, vous ne pourrez jamais la commander a posteriori. Avec 8 ports, les 4 premiers sont en USB 1, les 4 autres en USB 2.
La solution à ce problème est de remplacer son mauvais hub par un meilleur, il y a des différences de qualité.
Mon premier hub était une Taïwanerie bas de gamme (6 ports, 44 €), au marquage douteux "Data Communication USB 106 ". Je ne vous le conseille pas, rien ne fonctionnait (il n'était pas en panne !) les périphériques disparaissaient aléatoirement.
Je l'ai remplacé par un Trust (7 ports, 75 €) qui a marché parfaitement (avant d'être foudroyé comme tous mes autres PC et leurs périphériques). Il y a beaucoup de produits très médiocres style design Macintosh sans alimentation sources de pannes aléatoires, transparence du boîtier ne signifie pas qualité.

Je ne voudrais pas laisser croire que l'USB version 1 soit une catastrophe, ce bus est un réel progrès dans le souci d'unifier les interfaces avec une norme commune, mais il n'était pas sec à la sortie, surtout coté Windows. Ce n'est qu'une étape. C'est une très bonne solution pour les appareils photos numériques et il présente l'avantage du branchement/débranchement sous tension avec reconnaissance, c'est le "hot plug and play ". Avec l'explosion rapide des nouveaux périphériques, et le passage à la deuxième génération maintenant stabilisée, tous ces problèmes s'estompent.

Il existe d'autres curiosités avec l'USB... A l'opposé des cas précédents, certains périphériques ne fonctionnent pas en direct sur la sortie du PC. Il faut impérativement utiliser un (bon !) hub et tout fonctionne. Cela est lié à l'alimentation, le PC fournissant le 5 volts au travers d'une résistance de sécurité qui écroule la tension rapidement, la norme limite à 100 milli Ampères au lancement et au maximum à 500 mA après initialisation (un registre 8 bits indique par pas de 2 mA le maximum demandé), mais les cartes n'arrivent pas à fournir si plusieurs périphérique gourmands tirent ensemble. Le hub ayant son propre bloc d'alimentation contourne alors le problème, mais il faut vérifier les consommations, les petits blocs saturent souvent à 500 mA (pour l'ensemble des sorties) bien que marqués 1 A. Après essais prolongés, un bloc made in China, marqué 5V 1A s'écroule à 3.5 V sous un Ampère et brûle en moins d'une heure avec de vraies flammes et une belle fumée...

Si vous utilisez une souris optique en particulier, évitez la liaison USB 1 qui provoque blocages et plantages et utilisez toujours l'adaptateur PS2 qui lui, ne plantera jamais.

De même il est stupide d'utiliser un clavier USB, passez toujours par les deux adaptateurs PS2 tant qu'ils existent dans la norme actuelle. Ces ports disparaîtront un jour en même temps que l'USB 1, alors il faudra de toutes façons tout changer, vraisemblablement pour du USB2. Ces claviers et souris vendus actuellement ne seront plus supportés. Ils n'existent encore pas à ce jour (05/2002) en USB 2.

Certains périphériques sont très médiocres, comme les mauvais scanners alimentés par le bus, ils consomment à la limite de la norme et plus pendant les pics de courant, en plantant tous les autres périphériques.
Ce genre de matériel ne marchera (à peu près) bien que derrière un hub alimenté, sans rien d'autre branché dessus.

Réservez l'USB aux matériels bien adaptés, photoscopes, caméra de vidéoconférence, joystick, scanners et imprimantes non auto alimentés.
Évitez comme nous l'avons vu clavier, souris, son et tout ce qui consomme.

En pratique, la compatibilité est relative ! La vitesse n'est pas le problème. La norme USB 1 fixe deux vitesses de fonctionnement, 1.5 Mbps pour les périphériques lents, 12 Mbps pour les rapides. La norme USB 2 en ajoute une troisième de 480 Mbps.
La tension des signaux a été abaissée de 3.3V en USB 1 en 0.4V en USB 2 pour accepter les grandes vitesses.

Les hubs première génération ne sont pas assez rapides pour supporter cette nouvelle vitesse. S'ils ne sont pas spécifiés "compatibles USB 2 ", ils ne fonctionneront pas sur des matériels récents. Vous devez avoir explicitement sur la fiche technique :
"Certifié USB 2.0 Hi-Speed, compatible amont USB 1.1 "
Les hubs sortis avant débuts 2002 ne sont jamais compatibles.

Il faudra donc identifier les anciens périphériques USB 1 et les nouveaux USB 2 pour les brancher sur les bons ports et hubs. Un USB 1 branché par erreur sur un port USB 2 replie la vitesse et écroule les débits.
Les matériels USB 2 ne fonctionnent évidement que sous XP et suivantes, ils ne sont pas vus par les versions plus anciennes qui n'ont pas les drivers.

Comment déterminer si un port est USB 1 ou 2 ?
Une carte sortie avant 2002 est obligatoirement en USB 1.
Seules les cartes d’après 2002 sont équipées de ports USB 2 (plus parfois d'autres en USB 1). Lire la documentation...

L’année 2002 marque la fin des ports série et parallèle sur les PC. Ils n’existent plus sur les portables et bientôt sur les PC de bureau.
Il faut donc se faire à cette idée, c’est comme le Franc, c’est fini, maintenant nous sommes à l’Euro.
Le problème est que vous disposez d'un vieux lot de périphériques parallèles, surtout des imprimantes, et plus encore de matériels en série, des programmateurs d'eproms, interfaces radio, des GSM… Pour ma part j'en ai recensé plusieurs dizaines en service dans mes tiroirs. La disparition des anciens ports est très gênante car vous ne pourrez plus les utiliser.
Sur le bateau, il s’agit principalement des anciens NMEA 183, qui ont devraient avoir disparu avec l’arrivée du NMEA 2000, mais qui subsistent encore, en particulier sur les GPS.
L’attachement sentimental aux vieux bibelots et la lenteur de sortie des nouveaux produits font que ces matériels existent toujours et qu’il faut bien trouver une solution pour finir de les utiliser.
Il n’y a qu’une seule solution, utiliser un pont USB <> série ou parallèle.

Les divers standards sont rigoureusement incompatibles sur le plan hardware et software. Le pont sera donc un dispositif possédant physiquement des prises de deux types, avec pour les relier, un microcontrôleur qui se chargera de convertir les signaux électriques et les trames.
Il ne faut donc pas imaginer qu’il s’agit d’un gadget magique, c’est réellement un dispositif performant qui assure une fonction délicate.
Ce matériel se présente de diverses manières

Le câble de liaison comportant le bloc électronique dans un renflement et s’alimentant sur les fils. C’est une solution simple et économique mais qui pose souvent des problèmes de niveaux et de compatibilité. Attention cela ne fonctionnera pas en USB 2, les signaux sont trop rapides sans alimentation externe. La simplicité d’utilisation d’un simple câble se paiera en termes de compatibilité et de fonctionnement hasardeux.

Le convertisseur externe alimenté. Ce sera généralement un hub USB qui restituera en plus un port série et un parallèle. Sur le plan de la construction, cela ne complique pas beaucoup, car un hub comporte déjà l’électronique nécessaire et une alimentation externe. Le fonctionnement matériel sera meilleur toujours que pour le câble précédent.
Il existe donc une gamme très ouverte dans les ponts de conversion avec une grande fourchette de prix dépendant du circuit de distribution commerciale et de la qualité de fabrication. Voir les liens, ce matériel bouge beaucoup.

J’ai reçu de multiples mails d’appels au secours me décrivant une configuration particulière, PC, convertisseur USB/série et périphérique en pleurant que cela ne marchait pas.
Je ne suis pas le sorcier qui exorcise par Internet… Changez d’interface, de périphérique, de logiciel, de sexe ou de ce que vous voudrez et cela finira par marcher. En dernier recours, pensez à faire brûler un cierge.
Lire la page « du schéma au kit »

Le bus FireWire = IEEE 1394-1995 = i-link =... Ce bus série est aussi très rapide, il est utilisé par Apple et par Sony mais il est peu présent sur PC malgré ses qualités certaines comme le "hot plug & play ". Il est très proche de l'USB 2, mais évidement les deux sont totalement incompatibles. Le nom IEEE 1394 va disparaître, les constructeurs se mettant d'accord (dans la douleur) pour une standardisation et l'appellation commune "FireWire " plus explicite pour le public.

Il ne devrait pas y avoir de la place pour deux, la guerre est en cours. Ce n'est pas possible de dire aujourd'hui dans combien de temps le FireWire disparaîtra. Il a été poussé par Sony pour l'audio vidéo, le grand spécialiste des standards totalement exotiques, qui ne sont pas repris par les autres constructeurs et qu'il supprime aussi vite qu'il en sort de nouveaux.
Seul Apple supporte le FireWire, mais le marché du Mac qui est passé en dessous de 3 % lui laisse peu d'espoir.
Le FireWire a commencé plus tôt et poursuit une croissance très lente.
L'USB 2 est arrivé beaucoup plus tard mais avec une progression très rapide.

Il n'existe heureusement que deux modèles de prises USB, La prise plate type " A " est réservée au coté PC, le prise compacte type " B " au coté périphérique.

L'apparition de petits matériels comme les photoscopes a obligé à introduire une variante miniature de le prise " B ", trois fois plus petite, pour s'adapter aux volumes disponibles. La norme définit le brochage sans ambiguïté, il n'y a donc aucun soucis de compatibilité ou de fils croisés comme cela existait avec les anciens ports série et parallèle. Tous les câbles de même aspect visuels sont électriquement identiques.

Cette question revient souvent, beaucoup de bricoleurs cherchent à pousser les distances des périphériques USB au-delà d’une dizaine de mètres, par exemple pour installer un réseau de caméras domestiques.
L'USB ne se transporte pas à cause des retards d'handshake, la liaison plante vite, les paquets émis ne sont pas acquittés à temps et se perdent.

Pour des caméras, c’est très simple, il faut moduler la vidéo, c'est très facile avec un petit module genre Comtech, le 2.4 GHz se transporte très bien avec un vulgaire câble coaxial vidéo sur une centaine de mètres.
Une petite carte d'acquisition vidéo donne un une excellente image et permet de sélectionner plusieurs bonnes caméras.
Le net propose pour quelques dizaines d’Euros, module d’émission et de réception ou carte de décodage, soit sur bus PCI soit sur USB (carte de réception télévision).

La norme précise très clairement qu’un périphérique USB ne doit pas consommer plus de 0.5 Ampère. Certains matériels, comme des disques externes dépassent en pointe cette limite, le hub ou le PC détecte le pic de courant et limite ce qui « plante » la liaison. C’est une cause classique de disfonctionnement.
Pour contourner cela, il existe des câbles astucieux qui utilisent une prise mâle USB supplémentaire qui se branche sur une autre embase USB, ce qui permet de doubler le courant toléré.

Nous avons constaté des anomalies sur des matériels USB strictement identiques, certains marchant à la perfection, d’autres très mal.
Des mesures fines au laboratoire ont montré le problème. Tous ces périphériques USB utilisent un quartz de 12 MHz. La précision est très critique pour un bon fonctionnement. La mesure peut se faire sans ouvrir le matériel, avec une sonde boucle et un ampli à préamplificateur à grand gain, à l’analyseur. Tous les matériels fonctionnant bien étaient très proches du 12 MHz nominal.
Les disfonctionnements étaient proportionnels aux écarts. En remplaçant le quartz médiocre hors tolérance par un meilleur, le problème disparaissait.

Interface for Full Speed USB Bus use (rappel : full speed = lent ! ) : braintechnology.de

Merci aux journalistes qui pillent sans vergogne mon site,
d’avoir au moins la courtoisie de citer leurs sources…

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Dernière retouche le 30 Octobre 2006 à 20 h