Datenanbindung ist heute ein wichtiger Bestandteil unseres Lebens. Die Rechner und Mobilgeräte, die wir täglich nutzen, müssen mit verschiedenster Peripherie in Kontakt treten: Tastatur, Maus, Speicherlaufwerke, Drucker, Kameras etc. Zu Beginn des PC-Zeitalters hatte jede Peripherie ihren eigenen Anschluss – einen DIN-Stecker für die Tastatur, eine serielle Schnittstelle für die Maus, ein SCSI für Laufwerke usw. Dann kam mit USB eine Standardverbindung, die sämtliche Peripherie bediente.
Die USB-Spezifikation definiert eine strikte Host-Peripherie-Anordnung. Es können auch mehrere Peripheriegeräte an einen USB-Host angeschlossen werden, indem ein oder mehrere Hubs zum Einsatz kommen. In allen Fällen steuert jedoch der Host-PC jede Peripherie und versorgt sie während des Betriebs bei bestehender Verbindung mit Strom. Seit geraumer Zeit wird die Peripherie immer intelligenter und die Grenzen zum Host verschwinden zunehmend.
Das Betriebssystem der Peripherie kann eine Embedded-Version sein, wie sie auf den entsprechenden Desktop-/Laptop-Rechnern zu finden ist. Diese modernen Embedded-Betriebssysteme bieten die Möglichkeit, einen USB-Host-Port bereitzustellen. In einigen Fällen kann der USB-Host ein einfacher, abgespeckter Embedded-Host sein. Dieser erlaubt den Anschluss einer begrenzten Anzahl an Peripheriegeräten, zum Beispiel eines USB-Sticks für die Datenprotokollierung, aber nicht den Anschluss von Tastaturen oder Lautsprechern. Diese Peripherieliste ermöglicht eine gemeinsame Hardwareverbindung für spezielle vordefinierte Anwendungen.
Die On-The-Go-Funktion
Neben dem Embedded-Host gibt es in der Peripherie-Hardware noch eine weitere Art von USB-Host: Und zwar einen USB-Port, der während des Betriebs zwischen Host- und Peripherie-Status hin- und herschalten kann. Das USB-Implementers-Forum bezeichnet dies als On-The-Go(OTG)-Funktion. Während die volle Spezifikation einen Port als USB-Host oder USB-Peripherie durch seine Funktion ausweist, sind On-The-Go-Ports entweder ein Host oder ein Client, basierend auf der Ausführung des Protokolls und für ICs, die On-The-Go-Support bieten. Das populäre Betriebssystem Android hat heute erhebliche Auswirkungen auf die Art und Weise, wie die Entwickler die gesamte Host-/Peripherie-Beziehung betrachten.
Obwohl der zugrundeliegende Linux-Kernel von Android USB-Host-Support bietet, muss man beachten, dass die meisten Android-Plattformen auf tragbaren beziehungsweise mobilen Geräten zu finden sind und damit batteriebetrieben sind. Das unterscheidet sie vom herkömmlichen Host/Peripherie-Aufbau. Dabei ist es von Vorteil, den Host zu umgehen und nur die Peripheriefunktion bereitzustellen. Die Voraussetzung, dass der USB-Port der Android-Plattform die angeschlossene Peripherie mit Strom versorgt, erübrigt sich. Darauf gründet die Android-Open-Accessory-Initiative, die Google im Mai 2011 ins Leben rief.
Mit einem USB-Embedded-Host als Schnittstelle zur Android-Plattform ergeben sich Vorteile beim Betrieb: die USB-Peripherie (Android-Plattform) kontrolliert den USB-Host (das Zubehör). Dadurch kann der Embedded-Host die vollen 500 mA Strom - wie von der USB-Spezifikation vorgegeben - an die Android-Plattform liefern, damit die Batteriekapazität der Plattform erhalten bleibt. Damit erübrigen sich bei einer Android-Plattform auch die komplexe USB-Host-Verbindung und der USB-Software-Stack – sie wird effektiv zur Peripherie. Die Größe und das Nutzungsprofil der Batterie lassen sich so optimieren, die Kosten für die Stückliste sinken und die Batterieleistung steigt.
Eine Anwendung auf der Android-Plattform initiiert die Steuerung des Zubehörs. Dies erweitert den Anwendungsbereich der verschiedenen Szenarien, in denen sich Android-Plattformen nutzen lassen.
Die Umsetzung eines Designs mit der Android-Open-Accessory-Initiative bietet Vorteile in zahlreichen Branchen, zum Beispiel:
In der Medizintechnik können Daten, die vom Patienten aufgenommen werden (Herzfrequenz, Blutzuckerspiegel, Körpertemperatur, Blutdruck etc.) auf ein Tablet übertragen und weiter analysiert werden.
Beim Sport lassen sich Trainingsdaten von Geräten/Ausrüstung auf ein Smartphone herunterladen (Kalorienverbrauch, zurückgelegte Strecke, Herzfrequenz etc.). Die Daten lassen sich dann mit jenen aus früheren Trainingseinheiten vergleichen.
Bei Haushaltsgeräten lassen sich über einen Techniker Software-Upgrades bei Weißer Ware durchführen oder Diagnose-Informationen während der Wartung herunterladen.
Bei der Home-/Gebäudeautomatisierung ergibt sich die Möglichkeit, Schnittstellen zu Thermostaten, Sprinkleranlagen, Sicherheitssystemen und audiovisuellen Systemen hinzuzufügen. Intuitivere Smartphone- oder Tablet-basierte Anwendungen mit lebendigen Bildschirmen und Berührungsfunktion können anstelle herkömmlicher klobiger Benutzerschnittstellen zur Konfiguration von Geräten verwendet werden.
Im Rahmen der Android-Open-Accessory-Initiative müssen die Halbleiterhersteller in der Lage sein, den Entwicklern eine neue Art von USB-Host-ICs bereitzustellen. Diese ICs sollten die Initiative umfassend unterstützen und die Integration einer USB-Anbindung in unterschiedlichste Peripherie ermöglichen. Die Integration von Hardware und Software für USB-Host- und Android-Support soll einfach erfolgen – und zwar mit einem minimalen Design-Aufwand und schnellen Datenraten, einem geringen Stromverbrauch und konformen Verbindungsstandards.Die Bausteine sollten auch eine Brückenfunktion bieten, um USB-Ports zusammen mit verschiedenen anderen Schnittstellen (GPIO, UART, PWM, I2C, SPI etc.) betreiben zu können, damit Entwickler über genügend Flexibilität verfügen, die in ihren Systemen verfügbaren I/Os zu verknüpfen. Auch das Laden ist ein großer Vorteil der USB-Verbindung. Aber mit Android Open Accessory verlagert sich die Verantwortung für das Laden auf die Peripherie/Nicht-Android-Plattform. Dies setzt voraus, dass die Host-ICs den nach USB-Standard erforderlichen Strom bereitstellen können und dass die Produkte entsprechend konzipiert sind, um eine effiziente Stromquelle darzustellen.
Durch die Android-Open-Accessory-Initiative bleibt die USB-Verbindung erhalten, nur die Verantwortlichkeiten ändern sich. Entwickler müssen dies berücksichtigen. Auch in Zukunft wird USB eine wichtige Rolle bei der Datenübertragung zu beziehungsweise von neuesten tragbaren Geräten spielen und für ein effizientes Laden der Batterie sorgen. Die universelle Datenanbindung dieses langjährigem Standards bleibt erhalten – und das weit ins dritte Jahrzehnt des Bestehens hinaus.
