なぜUSB規格は難しい？ 歴史から読み解く種類やコネクターの違い：必須技術を基礎から解説（5/5 ページ）

今回はUSB規格の歴史や種類、機能、組み込み開発における基礎知識などを解説します。

[リョーサン菱洋]

USB OTG

　スマホやタブレット、カメラなどの機器へのUSB普及に伴い、PCを介さず機器から直接印刷するニーズが高まってきました。そのニーズに応えるため、USB 2.0に追加する仕様としてUSB OTGが規格されました。USB機器同士の相互接続を実現するには、デバイス機能だけでなくホスト機能も必要になります。このホスト／デバイス両方の役割を持ったUSB OTG対応デバイスをデュアルロールデバイス（DRD）と呼びます。

※OTG規格される前（2002年頃）にPCを介さずカメラから直接プリンタに接続して印刷できるようにPictBridgeが
　規格されています。USB以外に赤外線通信を使うことも許されている規格です。現在はWi-Fi経由での印刷や
　クラウド印刷などの新しい技術が主流となっているため、一般的な利用シーンは減少しています。

　USB OTGの特徴のひとつは、機器が必要に応じてホスト／デバイスの役割を交換できることにあります。そのためホスト／デバイスを決定するID信号端子が追加され、現在ホストなのかデバイスなのかの判別して動作を切り替えられるようになりました。ID信号端子がLow状態だとホストとして動作し、未接続またはHigh状態だとデバイスとして動作します。

　このID信号端子はもともとMini-ABレセクタプルと、Mini-AプラグとMini-Bプラグの両方を挿入可能なA／B兼用レセクタプルで実現されていました。現在はUSB Type-Cに置き換えられ、CC（Configuration Channel）端子がID信号端子の代わりとなり、USB Type-CのDRP（Dual Role Port）機能を利用することで実現しています。

　DRPはCC端子のプルアップ抵抗（Rp）とプルダウン抵抗（Rd）を動的に切り替えられる必要があり、接続相手がUFP（Upstream Facing Port＝デバイス側）であれば自身はCC端子をRpでプルアップしてDFP（Downstream Facing Port＝ホスト側）に、接続相手がDFPであればRdでプルダウンしてUFPになることで接続が確立します。DFP/UFPの状態が確立すると、DFPからUFPに電力が供給されます。

　USB OTGは、HNP（Host Negotiation Protocol）により、接続後に動的にホスト／デバイス役割切り替えができるようになっています。例えばスマホとUSBメモリをつないだ場合、スマホがホストとしてメモリに電力を供給して読み書きします。バッテリー内蔵機器は、必要に応じて電力供給を停止または要求できるようにSRP（Session Request Protocol）が定義されています。デュアルロールデバイスはこの2つのプロトコルをサポートする必要があります。

　下図はUSB Type-Cスペックから抜粋したDRPの機能モデルの図です。CC1／CC2に、RpでのプルアップとRdでのプルダウンを切り替えるスイッチを内蔵していることが分かります。

DRP Functional Model for CC1 and CC2（出典：Universal Serial Bus Type-C Cable and Connector Specification Release 2.4）

5. まとめ

　USBは歴史も長く新旧規格が混在しています。コネクター形状や給電能力による規格も存在しているため、どの規格を使用するのが良いか悩むことも多いと思います。ケーブルなどを選択する際は、対応しているUSBの規格と用途をよく考えて選択する必要があります。組み込み機器にUSBを搭載する際も、USBの用途やケーブルの入手性などを考えて採用規格やデバイスクラス、コネクターを選ぶ必要があります。

　いろいろと混乱する要素の多いUSBではありますが、ユーザーとしてはケーブルを挿せば簡単に使える利便性によりさまざまな機器に搭載されており、今やなくてはならない規格となっています。

　リョーサン菱洋テクラボには、USB以外にもさまざまなテーマのコンテンツを掲載していますので、のぞいてみてください。