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IEEE 1394--高速串行总线

时间:2005-06-08 19:36:55人气:164作者:网友整理
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IEEE 1394是一种与平台无关的串行通信协议,标准速度分为100,200和400Mbps这三档(是兆位,不是兆字节),草案制订于1995年,所以也叫IEEE1394-1995。目前,1394商业联盟正在负责对它的改进,争取未来将速度提升至800 Mbps,1Gbps和1.6Gbps这三个档次。相比之下,目前流行的普通串口最高速度为11.5Kbps,而USB 1.1的通信速度最高为12Mbps,2000年问世的USB 2.0速度终于也能达到480Mbps。

IEEE 1394提供了一种高速的即插即用总线。接入这条总线,各种外设便不再需要单独供电,它也支持等时的数据传输,是将PC和消费类电器连接起来的重要桥梁。例如,你现在可以在PC上接驳一部数字VCR,把它当作一个普通的外设使用,既可用来播放电影,亦可录制在PC上编辑好的视频流。除此以外,带有IEEE 1394接口的DV(数字视频)摄影机和数字卫星接收器目前均已上市。由于速度不成问题,所以它是消费类影音(A/V)电器、存储、打印和高分辨率扫描和其他便携设备的理想选择。

IEEE 1394为厂家和用户都能带来好处。一方面,厂家只需遵守单一的工业标准(还不用交专利费),便可实现外设的互联;一方面,用户利用成熟的PC架构及操作系统,便可直接享受各种家用电器接驳自家电脑的乐趣,何乐而不为?

但是,要想真正享受这方面的乐趣,有两方面的前提是必须满足的,那便是硬件的支持(包括芯片和设备),以及软件的支持(包括操作系统和应用程序)。首先,让我们来看看IEEE 1394为何采用串行方式通信。

串行总线建立的是一个简单的“点到点”连接。随着技术的进步,传输能力可以非常方便地加以扩展。串行电缆及其接头易于制造,成本低廉。另外,它占用的空间也比并行电缆少。在寸土似金的便携机内部,每平方英寸的地盘都是非常宝贵的!

在并行电缆的多股线芯之间,电子干扰比较厉害。速度较高的时候,线芯之间的同步也是一个问题。

总线的问题则更加复杂。各种IEEE 1394可通过菊花链的形式,连接成一个网络。当然,由于成本原因,它只适合组成一个小网,而且内含的设备都是家用电器和计算机外设之类的东西,不适合组建一个真正的“计算机网络”。在一条总线内,可以连接大量设备(最多63个),数据的传输得到了极大的简化。不仅需要的命令集被精简了,而且只需针对一个地址直接进行读写就可以了。

(1394菊花链示意图)

IEEE 1394电缆规格
IEEE 1394电缆进行了专门设计,其中包含六股铜芯线:两股负责供电,另外四股分为两个双绞线对,如下图所示。其中,供电线的电压维持在直流8-40伏之间,电流则可高达1.5安,作用在于:

  • 设备掉电或出故障的时候,维持设备物理层的连续性——这对串行通信来说尤其重要
  • 为连接到总线的设备供电

由于电线与信号线做在同一条电缆之内,所以用户安装起来特别方便,而且使设备的设计变得极其简单,去掉了繁杂的线缆和插座接头。真正的电流接触是在电缆接头内部进行的,用户不必担心有触电之虞。这种小巧和灵活的接头特别耐用,即使非要摸索着把它插入设备背部,也不会有什么困难。要注意的是,我们再也不必使用什么线缆终端电阻,或者设置设备ID之类的东西。

(IEEE 1394专用接头)

和这种电缆相比,人们还在构想一种更为精简、重量更轻。样品已在索尼公司出品的手持式数字视频摄录机上出现,但这种包含了四股线的电缆未提供供电线。

一次最多允许63个IEEE 1394设备接入一个总线段。每个设备相距可远至4.5米;如加装转发器,还可相距更远。目前,人们正在进行将这个距离延伸至25米的尝试。通过网桥,总共允许1000个以上的总线段互联,所以留下了相当大的扩展潜力。

任何时候,都可在总线上增加或拆卸IEEE 1394设备,即使总线正处于全速运行的状态。总线配置发生改变后,节点地址会自动重新分配。正是由于具有这种“即插即用”特性,所以在重新配置总线的时候,不需要进行地址切换,也不需要用户进行任何形式的介入。

一个典型应用
在下面这个例子中,一台远程的数字视频(DV)摄录机通过ATM将数字影像传给一台数字显示器,同时传给一台计算机,计算机同时连接了一部数字VCR和一台打印机。

(一个IEEE 1394典型应用)

由于IEEE 1394电缆传输的信号是以“数字”形式存在的,所以每个设备都能直接处理影像数据,不会象以前那样,由于需要转换成模拟信号,多少会造成信号质量的下降。换言之,我们不再需要什么“视频捕捉卡”,也不需要采取任何“模-数”视频转换措施——整个数据通路都是“数字化”的。显示器、计算机和VCR都能直接接收数字数据,并根据需要显示或保存这样的数据。另外,一个影像帧可直接传给打印机,得到一份“硬拷贝”。

对控制数据来说,比如为摄影机加电的信号,它们要通过异步模式,从计算机(甚至电视机)传来。而实际的影像数据是以等时模式传送的,经由从摄影机到其他IEEE 1394设备的一条直通管线。这种模式可保证“准实时”的数据传输,因为不必牵涉到任何“冲突探测”或其他仲裁机制。

P style=""LINE-HEIGHT: 150%; MARGIN-LEFT: 5px; MARGIN-RIGHT: 5px"">由此可能造成一些新式设备的诞生。例如,一部IEEE 1394打印机会采用与当前流行的各种打印机全然不同的设计。由于数据传输速度大增,所以设计可以得到极大的简化,造价将更加低廉。所有光栅处理都可在计算机上执行,然后将最终的结果直接送给打印头!

操作系统的支持

面向影音设备的IEEE 1394架构
在Windows 98中,有一个Microsoft IEEE 1394驱动程序堆栈,支持符合“开放主机控制器接口”(OHCI或OpenHCI标准)的主机适配器。Windows 98也支持Adaptec和PCILynx适配器,而Windows 2000仅提供了对OHCI相容适配器的支持。

那么,在微软的这两种操作系统中(Win98和Win2K),具体是如何提供对IEE 持象DVD解码器、MPEG解码器、视频解码器、调谐器和声音编码/译码器的组件。

WDM流类为标准及非标准数据类型都提供了一个统一的模型,遵照由目前Windows 2000 DDK所定义的流式传输标准,在内核驱动程序之间,实现数据的流通。在这个过程中,不要求到用户模式的任何切换。数字视频(DV)捕捉和编辑应用可通过A/V框架,以及DirectShow DV和MPEG-2编码/译码器,建立与设备驱动程序的通信联系。如下图所示:

面向影音设备的IEEE 1394架构

 

windows 2000对存储设备、打印机和扫描仪的支持
在Win2K中,对存储设备的支持是通过串行总线协议(SBP-2)端口驱动程序实现的。SCSI(小型计算机系统接口)类的驱动程序可经由SBP-2,建立与IEEE 1394设备的通信联系。例如,IEEE 1394扫描仪除获得SBP-2的支持,也得到了传统SCSI驱动程序架构和堆栈的支持。SBP-2的一个好处在于,可在其中封装任意类别的命令集。

在Win2K中,对IEEE 1394硬盘、CD-ROM驱动器、DVD驱动器、打印机和扫描仪的支持是通过SBP-2协议实现的。如下图所示,硬件和总线驱动程序 center style=""LINE-HEIGHT: 150%; MARGIN-LEFT: 5px; MARGIN-RIGHT: 5px"">

Windows 2000中的SBP-2设备支持

拿打印机来说,它是在Win2K中利用IEEE 1394功能的一个好例子。要想利用这一新功能,作为厂家,应该做到两件事情:

1. 在打印机上实现SBP-2协议;
2. 使用SCSI打印机命令集(包含少数几个命令就可以了)。

做到这些,便可马上享用具有热插拔功能、速度飞快的IEEE 1394打印机了。在Win2K中,对光驱、扫描仪和存储设备的支持是一样的道理!在此特别提醒大家注意的是,只有在Win98第二版中,才开始提供对IEEE 1394存储设备的支持,打印机和扫描仪的支持只有在Win2K中才能实现!

支持IEEE 1394的部分硬件产品

3B-1394主板

特点:

  • 提供1个1394端口和2个1394插座(最多支持3个数据通道)

  • 采用德州仪器(TI)的TSB12LV22 OHCI-Lynx 1394链路层主机控制器

  • 采用德州仪器(TI)的TSB41LV03 LLC-to-PHY数模收发器

  • 支持100/200/400Mbps三档串行传输速度

  • 支持多达3个数据信道

  • 符合IEEE 1394和1394 OHCI v1.0标准,兼容1394A v2.0

  • 支持PCI v2.2和即插即用特性

  • 符合PC '98和PCI电源管理v1.0标准

  • 是高带宽电器或应用的理想接口(1394摄录机、1394数码相机等等)

提供1394功能的其他计算机及家电产品:

速度非凡的苹果Power Mac G4计算机

索尼轻量级冠军VAIO 505GX笔记本电脑

Phase One公司的PowerPhase FX高精度扫描仪,由于IEEE接口的应用,每分钟可以捕捉240MB的数据

佳能公司的ZR迷你型数字视频(DV)摄影机,纯数字化设计

SoftAcoustik公司的IEEE 1394 Hi-Fi级数码音箱(SA2.5)

柯达专业级DCS 620数码相机实现了每秒3.5帧的连拍

三菱机1394顶盒支持压缩(MPEG2)和未压缩(CCD)视频数据,并可通过远程控制,提供对家庭网络的管理

富士通公司的磁光(MO)驱动器DynaMO 1300FE和DynaMO 640FE,具有超快的数据传输速度

总结
在此对IEEE 1394串行总线的特点作一番总结:

  • 一种纯数字接口:不必将数字信号转换成模拟信号,造成无谓的损失;

  • 小巧的物理设计:纤细的串行电缆可取代体积较大、成本较高的接口;

  • 热插拔:用户可自由增减1394设备,不必关机,也不会干扰整个总线的通信;

  • P style=""LINE-HEIGHT: 150%; MARGIN-LEFT: 5px; MARGIN-RIGHT: 5px"">价格低廉:有效降低消费类产品的成本;

  • 易于扩展:一条总线中,100,200和400Mbps的设备可以共存;

  • 配置灵活:支持象SCSI那样的菊花链,可实现真正的对等通信

  • 速度极快:高品质多媒体数据可实现“准实时”传输

适合采用IEEE 1394技术的产品包括:

  • 计算机

  • 声音、图像和视频多媒体产品

  • 打印机和扫描仪产品

  • 硬盘设备,特别是循环冗余阵列(RAID)硬盘

  • 数码摄影机、显示器和影音录放设备

无论如何,IEEE 1394只是一种数据传输标准,而非一种“内容”标准。要想真正全面地铺开IEEE 1394,通过它传输的内容格式也必须符合特定的标准。例如,索尼已定义了一种数字视频格式,专门在IEEE 1394网络中传送;雅马哈也在为IEEE 1394制订了一种数字视频格式。

目前,IEEE 1394的应用正在顺利进行中。随着越来越多的人们意识到IEEE1394的优势,传统串行通信技术必然有被全面取代的一天。让我们期待这一天的到来!

附:网址集粹:

  • 1394商业联盟主页(http://www.1394ta.org)

  • 微软公司为1394产品开发者提供的建议(http://www.asia.microsoft.com/hwdev/1394/)

  • 德州仪器(TI)开发的1394专用芯片(http://www.ti.com/sc/docs/procts/msp/intrface/1394/index.htm

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