Периферия без ПК

Сергей Асмаков

USB On-The-Go

   Что такое USB On-The-Go

   Перспективы внедрения

Решения по прямой печати

 

С развитием портативных цифровых устройств все более актуальной становится необходимость реализовать возможности их взаимодействия — как друг с другом, так и с обычными периферийными устройствами — без посредничества компьютера.

С каждым годом увеличивается количество разнообразных портативных электронных устройств, используемых нами в повседневной жизни. Мобильные телефоны, миниатюрные цифровые аудиоплееры, карманные компьютеры, цифровые фотокамеры — вот наиболее яркие примеры того, что портативные электронные приборы прочно внедрились в наш быт. И произошло это очень быстро — буквально за несколько лет.

Изначально многие портативные устройства были своего рода: автономной системой, поскольку возможности осуществлять обмен информацией между ними и внешними устройствами предусмотрено не было. Однако на волне массовой компьютеризации, охватившей широкие слои домашних пользователей, многие производители стали оснащать портативные устройства стандартными компьютерными интерфейсами.

В настоящее время для подключения портативных устройств к ПК применяются как проводные, так и беспроводные интерфейсы. Из распространенных в настоящее время беспроводных решений можно выделить инфракрасный интерфейс, Bluetooth и 802.11b. Поскольку различные аспекты, касающиеся текущего состояния и перспектив развития беспроводных технологий, были подробно освещены в предыдущем номере нашего журнала, в этот раз мы рассмотрим проводные решения.

За несколько последних лет в этой группе заметно уменьшилась доля морально устаревших legacy-интерфейсов и возросла популярность IEEE-1394 и USB, причем со значительным перевесом в пользу последнего. Впрочем, это вполне закономерно — ведь в настоящее время USB является самым распространенным компьютерным интерфейсом. Кроме того, простота использования, возможность получения питания по интерфейсному кабелю, реально работающий механизм plug-and-play, а также невысокие накладные расходы делают USB весьма подходящим решением для современных электронных устройств.

Однако наряду с неоспоримыми достоинствами USB-интерфейс имеет и существенный недостаток. Поскольку изначально он создавался для периферийных устройств, его разработчики не предусмотрели возможности подключения двух USB-устройств напрямую, по схеме «точка-точка» (взаимодействие устройств возможно только при посредничестве компьютера, выполняющего функцию хост-контроллера). Между тем в современных условиях необходимость в реализации возможности соединения двух устройств напрямую (без участия компьютера) становится все более актуальной.

Сейчас можно выделить два основных вида задач, требующих реализации возможности прямого подключения USB-устройств без компьютера. Во-первых, это взаимодействие двух портативных устройств между собой для передачи какой-либо информации в мобильных условиях (например, копирование адресной книги из КПК в мобильный телефон или аудиофайлов с одного портативного плеера на другой). Во-вторых, весьма ценной была бы возможность подключения стандартной компьютерной периферии — сканеров, принтеров, модемов, накопителей, клавиатур, манипуляторов и пр. — к портативным устройствам (скажем, использование полноформатной стандартной USB-клавиатуры для набора и редактирования текста на КПК, подключение мобильного телефона к принтеру для распечатки адресной книги и текстовых сообщений, печать фотографий с цифровой камеры на принтере — подобных примеров можно привести довольно много). Ведь парк периферийных устройств, оснащенных интерфейсом USB, поистине огромен — согласно статистическим данным, на начало 2003 года в мире их насчитывалось не менее 1,3 млрд.

Разумеется, происходящие на рынке изменения не могли остаться незамеченными со стороны разработчиков и производителей оборудования.

В начало В начало

USB On-The-Go

В декабре 2001 года USB Implementers Forum (USB-IF) объявил о разработке дополнений к спецификации USB 2.0, получивших название USB On-The-Go (USB OTG). Рассмотрим особенности этого решения подробнее.

Что такое USB On-The-Go

В дополнение к возможностям базового стандарта USB, предусматривающего подключение большого количества периферийных устройств к одному контроллеру по звездообразной схеме, USB On-The-Go позволяет реализовать и прямое подключение двух устройств по схеме «точка-точка». При этом одно из них является управляющим (то есть выполняет функцию хост-контроллера), а другое функционирует как обычное периферийное устройство. По умолчанию управляющее устройство обеспечивает подачу электропитания по интерфейсному кабелю.

USB On-The-Go допускает возможность создания двух типов OTG-устройств: универсальных (dual-role) и только периферийных (peripherial only). Первые могут функционировать в качестве как управляющего, так и периферийного устройства. При этом универсальные устройства должны поддерживать протоколы Host Negotiation Protocol (HNP) и Session Request Protocol (SRP), а также обеспечивать периферийное устройство электропитанием.

При взаимодействии двух универсальных OTG-устройств в зависимости от конкретной ситуации каждое из них может изменять свой текущий статус при помощи команд HNP (то есть управляющее переключится в режим периферийного, и наоборот).

В отличие от USB-контроллера компьютера, выступающие в роли хоста универсальные OTG-устройства могут поддерживать лишь ограниченный набор функций, определяемый спецификой их использования. Для каждого универсального OTG-устройства производителем может быть задан уникальный список устройств (или классов устройств), подключение которых поддерживается при функционировании данного аппарата в управляющем режиме — так называемый targeted peripheral list.

Для экономии электроэнергии (что весьма актуально для портативных устройств, питающихся от аккумуляторов или батареек) спецификация USB On-The-Go предусматривает ограничение на максимальный потребляемый от интерфейса ток: он не должен превышать 8 мА (против 500 мА для обычного USB). Кроме того, предусмотрена возможность отключения питающего напряжения при отсутствии трафика, для чего используются команды SRP. Запрос на отключение питания может инициировать любое из двух устройств — как управляющее, так и периферийное.

Немаловажным фактором является обратная совместимость OTG-устройств с ранее выпущенными устройствами, оснащенными интерфейсом USB. OTG-устройства могут выполнять функцию управляющего устройства при подключении к обычной USB-периферии, а также подключаться к USB-порту компьютера в качестве периферийного устройства.

В качестве стандартного режима для универсальных OTG-устройств определен full speed (12 Мбит/с); при этом допускается опциональная возможность работы в режиме high speed (480 Мбит/с) и low speed (1,5 Мбит/с).

К трем типам вилок и розеток (А, В и mini В), описанных в базовой спецификации USB 2.0, USB On-The-Go добавляет еще три миниатюрных конструктива: вилка mini А, розетка mini А, розетка mini АВ.

В отличие от «больших» разъемов типа А и В, три перечисленных выше mini-разъема оснащены не четырьмя, а пятью контактами. При этом конструкция розетки mini AB, предназначенной для установки в универсальных OTG-устройствах, позволяет подключать вилки двух типов — mini A и mini B. Дополнительный (пятый) контакт розетки mini AB при подключении вилки mini A замыкается на землю, а при подключении вилки mini B остается неподключенным. Таким образом при прямом подключении двух OTG-устройств определяется их первичный статус: то из них, в разъем которого подключена вилка mini A, становится управляющим, а то, куда подключена вилка mini В — периферийным (в дальнейшем статус устройств может быть изменен уже во время соединения посредством команд HNP).

Для прямого соединения двух USB-устройств допускается использование следующих типов кабелей: вилка mini А — вилка mini В; вилка mini А — вилка В; вмонтированный в корпус устройства кабель с вилкой mini А. Кроме того, предусмотрено использование переходников с розетки mini А на вилку А, а также с розетки А на вилку mini А.

Прямое соединение двух OTG-устройств возможно даже при сквозном подключении через USB-концентратор (правда, в этом случае становится недоступным использование HNP и SRP).

Перспективы внедрения

Окончательная редакция первой ревизии USB On-The-Go была утверждена в декабре 2002 года, и с этого момента производители получили возможность использовать технологию в выпускаемых устройствах. Конечно, было бы чересчур оптимистично ожидать быстрого появления волны OTG-совместимых портативных устройств. Хотя USB On-The-Go и является прямым потомком наиболее распространенного на данный момент в портативных устройствах интерфейса USB 1.1, освоение новой технологии потребует внесения в конструкцию ряда изменений — начиная от новых разъемов и заканчивая переработкой управляющего микрокода (firmware).

Тем не менее определенный прогресс в этой области налицо: несколько крупных производителей микросхем — в частности Cypress Semiconductor, Philips, TransDimension и Seiko EPSON — уже освоили выпуск специализированных чипов, позволяющих реализовать интерфейс USB On-The-Go в портативных устройствах.

В ноябре прошлого года компания Qualcomm — производитель чипов для мобильных телефонов — приобрела у TransDimension лицензию на использование технологии, позволяющую интегрировать контроллер USB On-The-Go непосредственно в основной чип телефона. Планируется, что опытные образцы первых подобных чипов, являющихся одним из основополагающих компонентов для производства мобильных телефонов стандартов GSM, GPRS, WCDMA и CDMA 2000, будут представлены уже во II квартале нынешнего года и станут базой для создания аппаратов третьего поколения (3G). В настоящее время Qualcomm за год реализует около 70 млн. чипов для мобильных телефонов стандарта CDMA. Ожидается, что объем поставок чипов для телефонов третьего поколения в IV квартале текущего года достигнет 15 млн. штук.

7 января этого года было официально объявлено о заключении соглашения между компанией TransDimension и одним из крупнейших производителей графических чипов — ATI Technologies. Соглашение предусматривает интеграцию разработанных TransDimension технологических решений на базе USB On-The-Go в новое поколение графических сопроцессоров ATI IMAGEON, ориентированных на использование в портативных устройствах, в частности карманных компьютерах, смартфонах и коммуникаторах.

В конце того же месяца компания Sony Electronics заключила соглашение с Philips о поставке партии микросхем Philips ISP1362 (контроллер USB 2.0 с поддержкой USB On-The-Go). Эти микросхемы будут устанавливаться в новых моделях Sony Clie, благодаря чему эти данные КПК можно будет напрямую соединять друг с другом, а также подключать к периферийным устройствам, оснащенным интерфейсом USB.

Вскоре после этого, в феврале, было заключено соглашение между уже упоминавшейся выше TransDimension и компанией Motorola о поставке чипов с интегрированными контроллерами USB On-The-Go для производства мобильных телефонов. Согласно предварительной информации, первые мобильные аппараты Motorola, оснащенные интерфейсом USB On-The-Go, появятся либо в конце нынешнего года, либо в самом начале следующего.

Вышеизложенные факты однозначно свидетельствуют об интересе производителей портативных устройств к USB On-The-Go. Некоторые аналитики уверены в том, что по мере внедрения USB On-The-Go в массовые устройства это решение станет более распространенным, нежели активно развивающиеся в данный момент беспроводные интерфейсы. Несмотря на значительный прогресс в области беспроводных технологий, их массовое применение тормозится из-за ряда серьезных проблем. Относительно недорогой в реализации ИК-интерфейс имеет низкую пропускную способность и существенные ограничения, вызывающие ряд неудобств при его использовании в мобильных условиях. Что касается Bluetooth, то для массового внедрения он пока слишком дорог и применяется лишь в топ-моделях некоторых типов портативных устройств — в частности мобильных телефонов и карманных компьютеров.

По сравнению с Bluetooth, USB On-The-Go является гораздо более дешевым решением. По данным Philips, оснащение портативного устройства контроллером USB On-The-Go приведет к повышению конечной цены менее чем на 5 долл. Так, выпускаемые Philips микросхемы контроллеров USB On-The-Go для мобильных телефонов обойдутся производителям всего по 3 долл. за штуку.

Кроме того, USB On-The-Go обладает более высокой (по сравнению с Bluetooth) пропускной способностью. И конечно же, одним из главных козырей OTG-устройств станет возможность подключения стандартной USB-периферии, особенно с учетом существенной разницы в стоимости аналогичных по своим функциональным возможностям периферийных устройств, оснащенных USB и Bluetooth.

В начало В начало

Решения по прямой печати

В последние два-три года некоторые производители периферийного оборудования занимались поиском собственных решений, позволяющих обеспечить прямое взаимодействие портативных и периферийных устройств. В первую очередь это касается областей, непосредственно связанных с бурно развивающейся на протяжении нескольких последних лет цифровой фотографией.

По мере снижения цен на цифровые фотоаппараты и увеличения числа моделей, ориентированных на непрофессиональных пользователей, значительно возросла потребность в оперативной печати цифровых снимков. Как показывает практика, лишь немногие фотографы-любители серьезно занимаются обработкой полученных на цифровой камере снимков. В связи с этим вполне объясним повышенный интерес пользователей к устройствам, позволяющим оперативно печатать изображения напрямую с цифровых носителей или фотокамер. К тому же использование компьютера в качестве дополнительного звена, объединяющего цифровую камеру и печатающее устройство, порождает ряд проблем. Наиболее актуальной из них является ухудшение цветопередачи в процессе преобразований цветового пространства исходного изображения.

В 2000 году на рынке появились первые модели струйных фотопринтеров, оснащенные встроенными карт-ридерами. Это позволило реализовать возможность печати изображений со сменных карт памяти в автономном режиме (без участия компьютера), однако для современных условий подобное решение имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, за последние три года увеличилось количество различных конструктивов сменных карт памяти, используемых в цифровых фотокамерах. А во-вторых, появилось довольно много недорогих цифровых фотокамер, оснащенных исключительно встроенной памятью.

В начале минувшего года Canon и Hewlett-Packard представили модели фотопринтеров, позволяющих распечатывать изображения непосредственно с цифровой камеры, подключенной к принтеру USB-кабелем, но эти устройства обладают весьма ограниченной совместимостью, позволяя подключать только определенные модели фотокамер своего производителя. Естественно, что такой подход, существенно сужающий возможности пользователя в выборе оборудования, вряд ли сможет способствовать популяризации подобных решений.

6 августа прошлого года компания EPSON объявила о создании собственной технологии прямой печати, получившей название USB Direct Print. В отличие от представленных ранее частных решений, данная технология является доступной для лицензирования: любой заинтересованный в этом производитель цифровых фотокамер может реализовать поддержку USB Direct Print в своих изделиях, приобретя соответствующую лицензию.

На проходившей в марте выставке CeBIT 2003 компания EPSON представила две новые модели струйных фотопринтеров с поддержкой USB Direct Print: Stylus Photo 935 и Stylus Photo 830U1. А такие известные производители, как Casio, Kyocera, Sanyo, Minolta и Matsushita (Panasonic), продемонстрировали новые цифровые фотокамеры с поддержкой USB Direct Print.

В конце прошлого года тема прямой печати получила дальнейшее развитие: 2 декабря компании Canon, Fuji Photo Film, Hewlett-Packard, Olympus Optical, EPSON и Sony подписали соглашение о совместной разработке индустриального стандарта под рабочим названием Direct Print Standard (DPS), который позволит реализовать возможность прямого подключения цифровых фотокамер к принтерам любых производителей.

Уже в начале сего года шесть упомянутых компаний обратились с предложением об утверждении разработанного ими стандарта прямой печати в международную ассоциацию CIPA (Camera & Imaging Products Association). После рассмотрения и окончательного обсуждения деталей 3 февраля текущего года CIPA утвердила первую версию данного стандарта (CIPA DC-001-2003) под коммерческим названием PictBridge.

Внедрение PictBridge позволит реализовать возможность прямой печати изображений с любой цифровой камеры на принтер любого производителя (разумеется, при условии, что оба устройства поддерживают данную технологию). Для того чтобы распечатать изображения, пользователю достаточно будет подключить USB-кабель от цифровой фотокамеры к фотопринтеру. При этом последний выполняет роль ведущего устройства (хост-контроллера).

В текущей версии PictBridge предусмотрены следующие функции:

• печать изображения, показываемого в данный момент на дисплее фотокамеры;

• печать двух или более изображений, выбранных на дисплее фотокамеры;

• автоматическая печать изображений с использованием данных формата DPOF (Digital Print Order Format);

• индексная печать всех имеющихся изображений (на лист выводятся миниатюрные изображения кадров с указанием имен файлов);

• печать всех изображений.

Кроме того, возможно наличие ряда дополнительных функций, активизируемых в меню настроек печати фотокамеры:

• печать выделенной части изображения (кадрирование);

• печать нескольких копий одного изображения;

• впечатывание времени и даты;

• задание точных размеров изображения на отпечатке.

Для отображения текущего состояния принтера спецификация предусматривает пять стандартных сообщений, выводимых на дисплей фотокамеры: установлено соединение, ошибка печати, печать, конец печати, разрешение отсоединить интерфейсный кабель.

Стоит отметить, что стандарт PictBridge описывает управляющий протокол уровня приложений, не зависящий от используемого физического соединения. Благодаря такому подходу обеспечивается гарантированная совместимость с новыми типами физических интерфейсов, которые появятся в будущем. Текущая версия PictBridge (CIPA DC-001-2003) предусматривает использование интерфейса USB в качестве физического уровня и протокола передачи данных Picture Transfer Protocol (PTP) в качестве транспортного уровня, однако нет никаких препятствий для того, чтобы реализовать поддержку PictBridge при переходе на новые версии интерфейса, в частности USB 2.0 и USB On-The-Go. Кроме того, эксперты CIPA не отрицают возможности реализации поддержки PictBridge в некоторых ранее выпущенных устройствах, оснащенных интерфейсом USB, путем обновления управляющего микрокода.

Конечно, внедрение PictBridge потребует определенного времени. Программа сертификации оборудования на соответствие текущей версии стандарта стартует в июне, так что появления первых серийных продуктов с поддержкой PictBridge следует ожидать лишь к концу года.

 

При подготовке статьи были использованы материалы Web-сайтов Camera & Imaging Products Association (http://www.cipa.jp/), Philips Semiconductors (http://www.semiconductors.philips.com/) и USB Implementers Forum (http://www.usb.org/).

КомпьютерПресс 6'2003