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1 - GRANDS PRINCIPES D’USB

2 - SPÉCIFICATIONS D’USB

3 - USB 2.0

  • 3.1 - Présentation
  • 3.2 - Particularités d’USB 2.0

4 - PERFORMANCES

5 - DOMAINES D’UTILISATION

  • 5.1 - Applications historiques
  • 5.2 - Applications spécifiques
  • 5.3 - Utilisation dans le domaine industriel

Article de référence | Réf : S8150 v1

Performances
Universal Serial Bus USB

Auteur(s) : Philippe DALLEMAGNE

Date de publication : 10 mars 2005

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RÉSUMÉ

Nombreuses ont été les technologies mises sur la marché pour connecter des unités centrales entre elles. Certaines ont eu plus de succès que d’autres, mais au final elles souffraient de manque de souplesse et de robustesse pour le grand public. Ce n’est pas le cas de la technologie USB présente aujourd’hui sur tous les micro-ordinateurs, ces performances sont adaptées aux besoins et ses domaines d’utilisation se sont largement étendus, jusqu’à évoquer son application dans le domaine industriel.

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Auteur(s)

  • Philippe DALLEMAGNE : Docteur ès Sciences - Chef de Projets R&D - Centre Suisse d'Électronique et de Microtechnique CSEM

INTRODUCTION

Le monde des ordinateurs grand public a engendré de nombreuses technologies pour connecter des unités centrales entre elles et à d’autres périphériques. Quelques-unes de ces technologies ont eu beaucoup de succès. C’est notamment le cas de la liaison série RS-232, de la liaison parallèle IEEE-1284, de la liaison Apple ADB, etc.

Au cours de leur existence, ces technologies ont subi des transformations parfois drastiques. Par exemple, la liaison parallèle, originellement unidirectionnelle et peu performante est aujourd’hui parfois utilisée comme ersatz de connexion SCSI pour connecter des graveurs de CD-ROM.

À l’autre bout du spectre, des technologies plus ambitieuses ont permis de connecter les ordinateurs entre eux de manière performante et fiable, mais pas toujours simple. Par exemple, si la norme SCSI est réputée pour son efficacité, elle reste délicate à maintenir dans une configuration qui varie souvent. Elle ne supporte pas les connexions ou déconnexions intempestives. L’interconnexion d’ordinateurs par Ethernet est, elle aussi, fiable et aujourd’hui très rapide, mais elle a un coût encore aujourd’hui prohibitif (notamment dû au transformateur requis) pour pouvoir remplacer les liaisons simples comme la voie série ou parallèle.

Ces technologies performantes ont elles aussi évolué et ont été l’objet de nombreuses versions différentes. Il est apparu difficile dans certains cas, d’assurer la compatibilité ascendante. Par exemple, la norme SCSI a adopté quatre versions de connecteurs physiques différents, nécessitant l’emploi de complexes et coûteux adaptateurs.

Tous ces facteurs expliquent pourquoi ces technologies sont peu utilisées dans les applications grand public.

Par ailleurs, les protocoles de communication utilisés au-dessus de ces technologies présentent rarement la souplesse et la robustesse nécessaires aux produits grand public. Or la polyvalence affichée des ordinateurs personnels implique la connexion de périphériques de nature et de caractéristiques très diverses (par exemple des scanners, des imprimantes, des modems, des appareils photos, des caméras numériques, etc.). La mobilité de certains de ces périphériques entraîne la reconfiguration dynamique quasi permanente du miniréseau constitué par l’ordinateur et son environnement technologique. Enfin les utilisateurs, qui refusent généralement de lire la documentation accompagnant les produits, recherchent surtout des solutions simples qui « résistent à leur ignorance », voire qui anticipent les besoins à venir. Le résultat attendu doit en effet être obtenu quelles que soient les conditions d’utilisation.

Les besoins qui ont provoqué le développement initial de l’Universal Serial Bus par Compaq, Intel, Microsoft et NEC sont donc :

  • simplicité de connexion avec détrompeur ;

  • configuration et reconfiguration (presque) automatique ;

  • remplacement des multiples technologies standards de connexion déjà présentes sur les ordinateurs ;

  • performances quelconques (légèrement supérieures) mais robustesse élevée ;

  • fourniture de courant intégrée.

USB se devait également d’être une technologie bon marché et très répandue. Elle fut donc l’objet d’une promotion agressive de la part de ses géniteurs et on la trouve aujourd’hui sur tous les micro-ordinateurs.

La dernière version USB 2.0 est au niveau de ses concurrents directs les plus doués, principalement IEEE-1394 Firewire.

Ce chapitre traite du bus grand-public nommé Universal Serial Bus. Il en décrit les motivations, les caractéristiques, les performances et les applications. Il se termine par une estimation de la capacité d’USB à être utilisé dans le domaine industriel.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-s8150


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4. Performances

4.1 Performances théoriques

Les performances théoriques indiquées dans le tableau 6 ne représentent que les débits utiles maximaux disponibles sur USB. Les débits utiles sont inférieurs dans des proportions variables en fonction de la taille des données utiles transitant dans chaque paquet.

Le nombre effectif de transaction maximal par cycle (cf. tableau 5) est aussi un indicateur important de performance, non seulement en ce qui concerne le réseau lui-même, mais aussi des éléments constitutifs du maître, lourdement mis à contribution.

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4.2 Performances pratiques

Il n’y a pas de différence notable entre les chiffres annoncés par la norme et la réalité. Les seuls points délicats sont le respect des spécifications par les implémenteurs, notamment en ce qui concerne les temps de traitement ou de réaction des nœuds ou du maître.

Dans la pratique, la limitation d’utilisation vient essentiellement de la capacité du maître à supporter les augmentations de charge, jusqu’à concurrence des maxima indiqués dans la norme. Cela est valable à la fois pour la charge processeur, la charge sur le bus de données et la capacité de transfert de données entre le processeur USB et le bus de données.

L’implémenteur soucieux des durées et délais relira avec attention les différentes formules données dans les spécifications. En effet certaines d’entre elles devraient comporter un membre relatif à la gigue, introduite notamment par le bit-stuffing. Ce membre n’est parfois pas pris en compte dans les calculs.

HAUT DE PAGE

4.2.1 Résistance à la charge

La résistance d’USB à la montée en charge sur le réseau ne dépend pas du nombre de nœuds réellement connectés, mais de la capacité du maître à assurer les traitements ou mécanismes liés :

  • à...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) -   *  -  Universal Serial Bus Specification 1.1.

  • (2) -   *  -  Universal Serial Bus Specification 2.0.

  • (3) -   Universal Serial Bus Specification Architecture.  -  Don Anderson, Mindshare inc. Addison-Wesley (1997).

  • (4) - DECOTIGNIE (J.D.), RUIZ (L.), DALLEMAGNE (P.) -   Un réseau de terrain à haute performance sur la base de Firewire.  -  INNOCAP’99, Grenoble, 28-29 avr. 1999.

  • (5) - RUIZ (L.), DALLEMAGNE (P.), DECOTIGNIE (J.-D.) -   Using Firewire as Industrial Network.  -  19th Conference of the Chilean Computer Society, Talca, Chile, nov. 8-13 1999.

  • (6) - DALLEMAGNE (P.), RUIZ (L.), MEALARES (L.) -   A low-cost real-time system for control and monitoring of high performance tool-machines.  -  Proceedings of the Real-Time Systems 2000 Conference, Paris, p. 395-407, mars 2000.

  • ...

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