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IEEE 1394--高速串行總線

時間:2005-06-08 19:36:55人氣:164作者:網友整理
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IEEE 1394是一種與平台無關的串行通信協議,標準速度分為100,200和400Mbps這三檔(是兆位,不是兆字節),草案製訂於1995年,所以也叫IEEE1394-1995。目前,1394商業聯盟正在負責對它的改進,爭取未來將速度提升至800 Mbps,1Gbps和1.6Gbps這三個檔次。相比之下,目前流行的普通串口最高速度為11.5Kbps,而USB 1.1的通信速度最高為12Mbps,2000年問世的USB 2.0速度終於也能達到480Mbps。

IEEE 1394提供了一種高速的即插即用總線。接入這條總線,各種外設便不再需要單獨供電,它也支持等時的數據傳輸,是將PC和消費類電器連接起來的重要橋梁。例如,你現在可以在PC上接駁一部數字VCR,把它當作一個普通的外設使用,既可用來播放電影,亦可錄製在PC上編輯好的視頻流。除此以外,帶有IEEE 1394接口的DV(數字視頻)攝影機和數字衛星接收器目前均已上市。由於速度不成問題,所以它是消費類影音(A/V)電器、存儲、打印和高分辨率掃描和其他便攜設備的理想選擇。

IEEE 1394為廠家和用戶都能帶來好處。一方麵,廠家隻需遵守單一的工業標準(還不用交專利費),便可實現外設的互聯;一方麵,用戶利用成熟的PC架構及操作係統,便可直接享受各種家用電器接駁自家電腦的樂趣,何樂而不為?

但是,要想真正享受這方麵的樂趣,有兩方麵的前提是必須滿足的,那便是硬件的支持(包括芯片和設備),以及軟件的支持(包括操作係統和應用程序)。首先,讓我們來看看IEEE 1394為何采用串行方式通信。

串行總線建立的是一個簡單的“點到點”連接。隨著技術的進步,傳輸能力可以非常方便地加以擴展。串行電纜及其接頭易於製造,成本低廉。另外,它占用的空間也比並行電纜少。在寸土似金的便攜機內部,每平方英寸的地盤都是非常寶貴的!

在並行電纜的多股線芯之間,電子幹擾比較厲害。速度較高的時候,線芯之間的同步也是一個問題。

總線的問題則更加複雜。各種IEEE 1394可通過菊花鏈的形式,連接成一個網絡。當然,由於成本原因,它隻適合組成一個小網,而且內含的設備都是家用電器和計算機外設之類的東西,不適合組建一個真正的“計算機網絡”。在一條總線內,可以連接大量設備(最多63個),數據的傳輸得到了極大的簡化。不僅需要的命令集被精簡了,而且隻需針對一個地址直接進行讀寫就可以了。

(1394菊花鏈示意圖)

IEEE 1394電纜規格
IEEE 1394電纜進行了專門設計,其中包含六股銅芯線:兩股負責供電,另外四股分為兩個雙絞線對,如下圖所示。其中,供電線的電壓維持在直流8-40伏之間,電流則可高達1.5安,作用在於:

  • 設備掉電或出故障的時候,維持設備物理層的連續性——這對串行通信來說尤其重要
  • 為連接到總線的設備供電

由於電線與信號線做在同一條電纜之內,所以用戶安裝起來特別方便,而且使設備的設計變得極其簡單,去掉了繁雜的線纜和插座接頭。真正的電流接觸是在電纜接頭內部進行的,用戶不必擔心有觸電之虞。這種小巧和靈活的接頭特別耐用,即使非要摸索著把它插入設備背部,也不會有什麼困難。要注意的是,我們再也不必使用什麼線纜終端電阻,或者設置設備ID之類的東西。

(IEEE 1394專用接頭)

和這種電纜相比,人們還在構想一種更為精簡、重量更輕。樣品已在索尼公司出品的手持式數字視頻攝錄機上出現,但這種包含了四股線的電纜未提供供電線。

一次最多允許63個IEEE 1394設備接入一個總線段。每個設備相距可遠至4.5米;如加裝轉發器,還可相距更遠。目前,人們正在進行將這個距離延伸至25米的嚐試。通過網橋,總共允許1000個以上的總線段互聯,所以留下了相當大的擴展潛力。

任何時候,都可在總線上增加或拆卸IEEE 1394設備,即使總線正處於全速運行的狀態。總線配置發生改變後,節點地址會自動重新分配。正是由於具有這種“即插即用”特性,所以在重新配置總線的時候,不需要進行地址切換,也不需要用戶進行任何形式的介入。

一個典型應用
在下麵這個例子中,一台遠程的數字視頻(DV)攝錄機通過ATM將數字影像傳給一台數字顯示器,同時傳給一台計算機,計算機同時連接了一部數字VCR和一台打印機。

(一個IEEE 1394典型應用)

由於IEEE 1394電纜傳輸的信號是以“數字”形式存在的,所以每個設備都能直接處理影像數據,不會象以前那樣,由於需要轉換成模擬信號,多少會造成信號質量的下降。換言之,我們不再需要什麼“視頻捕捉卡”,也不需要采取任何“模-數”視頻轉換措施——整個數據通路都是“數字化”的。顯示器、計算機和VCR都能直接接收數字數據,並根據需要顯示或保存這樣的數據。另外,一個影像幀可直接傳給打印機,得到一份“硬拷貝”。

對控製數據來說,比如為攝影機加電的信號,它們要通過異步模式,從計算機(甚至電視機)傳來。而實際的影像數據是以等時模式傳送的,經由從攝影機到其他IEEE 1394設備的一條直通管線。這種模式可保證“準實時”的數據傳輸,因為不必牽涉到任何“衝突探測”或其他仲裁機製。

P style=""LINE-HEIGHT: 150%; MARGIN-LEFT: 5px; MARGIN-RIGHT: 5px"">由此可能造成一些新式設備的誕生。例如,一部IEEE 1394打印機會采用與當前流行的各種打印機全然不同的設計。由於數據傳輸速度大增,所以設計可以得到極大的簡化,造價將更加低廉。所有光柵處理都可在計算機上執行,然後將最終的結果直接送給打印頭!

操作係統的支持

麵向影音設備的IEEE 1394架構
在Windows 98中,有一個Microsoft IEEE 1394驅動程序堆棧,支持符合“開放主機控製器接口”(OHCI或OpenHCI標準)的主機適配器。Windows 98也支持Adaptec和PCILynx適配器,而Windows 2000僅提供了對OHCI相容適配器的支持。

那麼,在微軟的這兩種操作係統中(Win98和Win2K),具體是如何提供對IEE 持象DVD解碼器、MPEG解碼器、視頻解碼器、調諧器和聲音編碼/譯碼器的組件。

WDM流類為標準及非標準數據類型都提供了一個統一的模型,遵照由目前Windows 2000 DDK所定義的流式傳輸標準,在內核驅動程序之間,實現數據的流通。在這個過程中,不要求到用戶模式的任何切換。數字視頻(DV)捕捉和編輯應用可通過A/V框架,以及DirectShow DV和MPEG-2編碼/譯碼器,建立與設備驅動程序的通信聯係。如下圖所示:

麵向影音設備的IEEE 1394架構

 

windows 2000對存儲設備、打印機和掃描儀的支持
在Win2K中,對存儲設備的支持是通過串行總線協議(SBP-2)端口驅動程序實現的。SCSI(小型計算機係統接口)類的驅動程序可經由SBP-2,建立與IEEE 1394設備的通信聯係。例如,IEEE 1394掃描儀除獲得SBP-2的支持,也得到了傳統SCSI驅動程序架構和堆棧的支持。SBP-2的一個好處在於,可在其中封裝任意類別的命令集。

在Win2K中,對IEEE 1394硬盤、CD-ROM驅動器、DVD驅動器、打印機和掃描儀的支持是通過SBP-2協議實現的。如下圖所示,硬件和總線驅動程序 center style=""LINE-HEIGHT: 150%; MARGIN-LEFT: 5px; MARGIN-RIGHT: 5px"">

Windows 2000中的SBP-2設備支持

拿打印機來說,它是在Win2K中利用IEEE 1394功能的一個好例子。要想利用這一新功能,作為廠家,應該做到兩件事情:

1. 在打印機上實現SBP-2協議;
2. 使用SCSI打印機命令集(包含少數幾個命令就可以了)。

做到這些,便可馬上享用具有熱插拔功能、速度飛快的IEEE 1394打印機了。在Win2K中,對光驅、掃描儀和存儲設備的支持是一樣的道理!在此特別提醒大家注意的是,隻有在Win98第二版中,才開始提供對IEEE 1394存儲設備的支持,打印機和掃描儀的支持隻有在Win2K中才能實現!

支持IEEE 1394的部分硬件產品

3B-1394主板

特點:

  • 提供1個1394端口和2個1394插座(最多支持3個數據通道)

  • 采用德州儀器(TI)的TSB12LV22 OHCI-Lynx 1394鏈路層主機控製器

  • 采用德州儀器(TI)的TSB41LV03 LLC-to-PHY數模收發器

  • 支持100/200/400Mbps三檔串行傳輸速度

  • 支持多達3個數據信道

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

  • 支持PCI v2.2和即插即用特性

  • 符合PC '98和PCI電源管理v1.0標準

  • 是高帶寬電器或應用的理想接口(1394攝錄機、1394數碼相機等等)

提供1394功能的其他計算機及家電產品:

速度非凡的蘋果Power Mac G4計算機

索尼輕量級冠軍VAIO 505GX筆記本電腦

Phase One公司的PowerPhase FX高精度掃描儀,由於IEEE接口的應用,每分鍾可以捕捉240MB的數據

佳能公司的ZR迷你型數字視頻(DV)攝影機,純數字化設計

SoftAcoustik公司的IEEE 1394 Hi-Fi級數碼音箱(SA2.5)

柯達專業級DCS 620數碼相機實現了每秒3.5幀的連拍

三菱機1394頂盒支持壓縮(MPEG2)和未壓縮(CCD)視頻數據,並可通過遠程控製,提供對家庭網絡的管理

富士通公司的磁光(MO)驅動器DynaMO 1300FE和DynaMO 640FE,具有超快的數據傳輸速度

總結
在此對IEEE 1394串行總線的特點作一番總結:

  • 一種純數字接口:不必將數字信號轉換成模擬信號,造成無謂的損失;

  • 小巧的物理設計:纖細的串行電纜可取代體積較大、成本較高的接口;

  • 熱插拔:用戶可自由增減1394設備,不必關機,也不會幹擾整個總線的通信;

  • P style=""LINE-HEIGHT: 150%; MARGIN-LEFT: 5px; MARGIN-RIGHT: 5px"">價格低廉:有效降低消費類產品的成本;

  • 易於擴展:一條總線中,100,200和400Mbps的設備可以共存;

  • 配置靈活:支持象SCSI那樣的菊花鏈,可實現真正的對等通信

  • 速度極快:高品質多媒體數據可實現“準實時”傳輸

適合采用IEEE 1394技術的產品包括:

  • 計算機

  • 聲音、圖像和視頻多媒體產品

  • 打印機和掃描儀產品

  • 硬盤設備,特別是循環冗餘陣列(RAID)硬盤

  • 數碼攝影機、顯示器和影音錄放設備

無論如何,IEEE 1394隻是一種數據傳輸標準,而非一種“內容”標準。要想真正全麵地鋪開IEEE 1394,通過它傳輸的內容格式也必須符合特定的標準。例如,索尼已定義了一種數字視頻格式,專門在IEEE 1394網絡中傳送;雅馬哈也在為IEEE 1394製訂了一種數字視頻格式。

目前,IEEE 1394的應用正在順利進行中。隨著越來越多的人們意識到IEEE1394的優勢,傳統串行通信技術必然有被全麵取代的一天。讓我們期待這一天的到來!

附:網址集粹:

  • 1394商業聯盟主頁(http://www.1394ta.org)

  • 微軟公司為1394產品開發者提供的建議(http://www.asia.microsoft.com/hwdev/1394/)

  • 德州儀器(TI)開發的1394專用芯片(http://www.ti.com/sc/docs/procts/msp/intrface/1394/index.htm

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