USB¶

USBとは¶

USB（Universal Serial Bus）は、パソコンと周辺機器を接続するための通信規格である。

現在では

• キーボード
• マウス
• USBメモリ
• スマートフォン
• マイコン開発ボード

など幅広い機器で利用されている。

USBの特徴¶

USBには以下の特徴がある。

• 通信と電源供給を同時に行える
• ホットプラグに対応している
• 多くのOSで標準サポートされている
• 高速通信が可能
• 接続方法が統一されている

USBでできること¶

USBは単なる電源ケーブルではない。

実際には

電源供給
+
データ通信

を同時に行っている。

例えば

PC
 ↓
USB
 ↓
STM32

の場合

• STM32へ給電
• シリアル通信
• ファームウェア書き込み

などを行える。

USBコネクタの種類¶

USBには様々なコネクタが存在する。

USB Type-A¶

最も一般的なUSBコネクタ。

PC
USBハブ

などで使用される。

USB Type-B¶

プリンタなどで利用される。

Micro USB¶

昔のスマートフォンや開発ボードで利用された。

USB Type-C¶

現在主流のコネクタ。

特徴

• 表裏がない
• 高速通信対応
• 高出力給電対応

USBの配線¶

USB 2.0では基本的に4本の線を利用する。

イメージ

USB

VBUS
D+
D-
GND

USBの電源¶

USBは機器へ電力を供給できる。

USB 2.0では一般的に

5V

が供給される。

例

PC
 ↓
USB
 ↓
STM32

STM32では

5V
 ↓
LDO/DCDC
 ↓
3.3V

へ変換して利用する。

USB通信の仕組み¶

USBは

Host

と

Device

で構成される。

Host¶

通信を管理する側。

例

• PC
• Raspberry Pi
• スマートフォン

Device¶

接続される側。

例

• STM32
• USBメモリ
• マウス

イメージ

PC
(Host)
   │
 USB
   │
STM32
(Device)

USBの通信速度¶

USBには複数の規格が存在する。

STM32では

USB Full Speed
(12Mbps)

がよく利用される。

USBデバイスクラス¶

USBには様々な機器の種類が定義されている。

HID¶

Human Interface Device

例

• マウス
• キーボード
• ゲームパッド

CDC¶

Communication Device Class

仮想シリアルポートとして動作する。

例

USB
 ↓
COMポート

STM32開発で最もよく利用される。

MSC¶

Mass Storage Class

USBメモリとして認識される。

Audio¶

オーディオ機器用。

STM32でのUSB¶

STM32にはUSBコントローラが内蔵されているものがある。

例

STM32F103

STM32F4

STM32G4

など。

CubeMXで

USB Device

を有効化できる。

USB CDC¶

STM32ではCDCモードが非常によく利用される。

PCから見ると

COM3

COM5

などのシリアルポートとして認識される。

イメージ

PC
 ↓
USB
 ↓
仮想UART
 ↓
STM32

UARTとの違い¶

USBとシリアル通信¶

多くの開発ボードでは

USB
 ↓
USB-UART変換IC
 ↓
STM32 UART

となっている。

そのため

USB通信

に見えても実際はUARTである場合が多い。

USB Type-Cについて¶

USB Type-Cはコネクタ形状の名前である。

よくある誤解

Type-C = 高速

ではない。

実際には

Type-C

はコネクタ形状であり、

内部の通信規格は

USB2.0

USB3.0

USB3.2

など様々である。

USBとESD対策¶

USBコネクタは外部へ露出する。

そのため

静電気

の影響を受けやすい。

実際の基板では

USBコネクタ
 ↓
ESD保護素子
 ↓
STM32

という構成がよく利用される。

Asterでの利用例¶

Asterでは以下の用途で利用できる。

デバッグ¶

PC
 ↓
USB
 ↓
AC

ログ出力¶

STM32
 ↓
USB CDC
 ↓
PC

ファームウェア更新¶

USB
 ↓
ブートローダ

Raspberry Pi接続¶

Raspberry Pi
 ↓
USB
 ↓
STM32

よくあるトラブル¶

D+とD-を逆接続¶

通信できない。

GND未接続¶

通信が不安定になる。

ESD対策不足¶

静電気で故障する。

Type-CだからUSB3.0だと思い込む¶

実際はUSB2.0の場合も多い。

まとめ¶

USBは通信と電源供給を同時に行える汎用インターフェースである。

• HostとDeviceで通信する
• 電源供給が可能
• D+とD-でデータ通信を行う
• STM32ではCDCがよく利用される
• Type-Cはコネクタ形状の名称である
• ESD対策が重要

組み込み開発ではデバッグ、ログ取得、ファームウェア更新など様々な場面で利用される重要な通信規格である。