| IEEE-1394高速串行總線特性、接口及家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 電子科技大學(xué)陳汝全 摘要簡(jiǎn)明扼要地介紹家庭網(wǎng)絡(luò)中IEEE\ 1394高速串行總線的特性、接口技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)和應(yīng)用實(shí)例。 關(guān)鍵詞IEEE\ 1394串行總線網(wǎng)絡(luò)接口技術(shù) IEEE\ 1394高速串行總線（以下簡(jiǎn)稱1394）是蘋果（APPLE）公司首先提出（稱FireWire）,后來(lái)索尼公司又加以改進(jìn)(稱i.Link),于1990年正式完成,1995年IEEE正式采用,1998年才有1394正式產(chǎn)品推出,最近在國(guó)外才得到了廣泛的流行。由于它是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接通信,網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不需要計(jì)算機(jī),加上速率很高,連接簡(jiǎn)單,極有可能成為信息家電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。下面簡(jiǎn)要介紹1394的性能特點(diǎn)、接口及應(yīng)用技術(shù)和實(shí)例。 一、1394的性能特點(diǎn) 1 映射地址 一個(gè)1394節(jié)點(diǎn)可以連接63個(gè)外設(shè)。一個(gè)外設(shè)對(duì)應(yīng)有一個(gè)存儲(chǔ)器地址,這個(gè)特定的地址就代表了這個(gè)外設(shè)。訪問(wèn)某外設(shè),就是訪問(wèn)該特定地址。換句話說(shuō),1394總線上的資源（外設(shè)）都可映射到相應(yīng)外設(shè)的某段內(nèi)存地址,通過(guò)對(duì)該段地址的訪問(wèn)來(lái)完成數(shù)據(jù)的存取。這類似于以前8位APPLE計(jì)算機(jī)的外設(shè)映射到16位存儲(chǔ)地址。但是,1394的地址線是64位,包括10位網(wǎng)絡(luò)號(hào)、6位節(jié)點(diǎn)號(hào)和48位內(nèi)存地址�；谶@種特別的數(shù)據(jù)地址識(shí)別和傳輸方式,1394具有極高的傳輸速率,1394-1995標(biāo)準(zhǔn)為100、200和400Mb/s,而P1394b規(guī)范可達(dá) 1.6Gb/s的高速率。 2 傳輸距離 1394使用的線纜長(zhǎng)度可達(dá)4.5m,這時(shí)其傳輸速率可從100、200至400Mb/s,由所連接設(shè)備的最慢速度來(lái)決定實(shí)際速率。 按新標(biāo)準(zhǔn)IEEE P1394.b,其速率高達(dá)1.6Gb/s(1600Mb/s)時(shí),能將線纜長(zhǎng)度增加到100m。隨著結(jié)構(gòu)的變化,將來(lái)的版本可能超過(guò)3.2Gb/s。 3 原則上不需要PC機(jī) 不需要PC機(jī)就能把兩個(gè)支持1394的設(shè)備直接連接起來(lái),進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。這對(duì)以后家庭網(wǎng)絡(luò)中的信息家電設(shè)備特別重要,它們可不再需要PC機(jī)了。 4 可向被連接的設(shè)備提供電源 1394標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的電纜為6芯連接電纜,其中兩條為電源線,可向所連接的設(shè)備提供8~14V、最大 1.5A的電流。一些低功耗的設(shè)備（如MP3播放機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等）就無(wú)需配備電源。 這種供電方式,在設(shè)備出現(xiàn)故障或斷電時(shí),也不會(huì)影響1394網(wǎng)絡(luò)的工作。 二、 接口技術(shù) 1 統(tǒng)一的輸入/輸出接口 1394把串口、并口、音頻接口和SCSI口整合成為一種高速的多用途接口。在以后的計(jì)算機(jī)中就只有兩種接口：1394和USB接口（作低速外設(shè)如鍵盤、鼠標(biāo)等的接口）。這樣使用起來(lái)就更方便,用戶不用再去分辨哪個(gè)接口是接什么的了,同時(shí)也降低了系統(tǒng)的成本。未來(lái)的計(jì)算機(jī)接口如圖1所示。 圖1未來(lái)計(jì)算機(jī)接口2 具有實(shí)時(shí)傳輸能力、理想的多媒體設(shè)備接口 1394支持同步傳輸和異步傳輸兩種模式。同步傳輸模式工作時(shí)占用固定的帶寬,很適合傳送延時(shí)要求嚴(yán)格的視頻信息流,因此,是最理想的多媒體設(shè)備接口;而異步傳輸模式可在任何時(shí)候進(jìn)行傳輸,這對(duì)利用1394的高帶寬優(yōu)勢(shì)有明顯的效果。 三、 應(yīng)用技術(shù) 1 安裝非常方便 1394支持即插即用和熱插拔（即可帶電插拔）。在增加或拔取外設(shè)后,1394會(huì)自動(dòng)調(diào)整整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),重新設(shè)置網(wǎng)絡(luò)外設(shè)狀態(tài)。從這里看出1394網(wǎng)絡(luò)的配置非常靈活和方便。 2 采用樹(shù)型或菊花鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 1394采用菊花鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),如圖2所示。 圖21394采用的菊花鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1394不需通過(guò)集線器就可以在一個(gè)端口連接最多63臺(tái)設(shè)備,構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。這些獨(dú)立的子網(wǎng)還可通過(guò)網(wǎng)橋連接起來(lái)。 圖2中左邊網(wǎng)段中的數(shù)碼攝像機(jī)與PC機(jī)交互操作時(shí)要占用大量的帶寬,這時(shí)網(wǎng)橋可保證右邊網(wǎng)段的傳輸性能不受影響。網(wǎng)橋還允許數(shù)據(jù)跨段傳送,如計(jì)算機(jī)2可使用打印機(jī)1,計(jì)算機(jī)1也可使用打印機(jī)2或訪問(wèn)左段網(wǎng)絡(luò)的數(shù)碼攝像機(jī)。左段網(wǎng)絡(luò)的1394隔離器將打印機(jī)1單獨(dú)隔離,這樣,就不會(huì)因打印機(jī)1的速度過(guò)慢而影響計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)碼攝像機(jī)的高速連接。1394中繼器把1394分離器與計(jì)算機(jī)1之間的距離由4.5m增加到9m。 1394最多能支持16層樹(shù)形網(wǎng)段,兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間允許的最大物理距離為16×4.5m=72m。1394適合在家庭網(wǎng)絡(luò)和局域網(wǎng)中使用,不適合城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)中使用。 1394規(guī)定一個(gè)節(jié)點(diǎn)最多可掛63臺(tái)設(shè)備,這在一般的家庭網(wǎng)絡(luò)和局域網(wǎng)是足夠了�，F(xiàn)在,一個(gè)節(jié)點(diǎn)中一般不會(huì)使用20個(gè)以上的1394設(shè)備。 在1394網(wǎng)絡(luò)中,網(wǎng)絡(luò)的不同部分可用不同的速率傳送（從10、200到400Mb/s可調(diào)節(jié)）。因此,設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí),在兩個(gè)高速率（如400Mb/s）設(shè)備之間,不能放置低速率（如200Mb/s）設(shè)備,否則會(huì)按低速率傳送,造成瓶頸。 3 1394的物理連接電纜 1394規(guī)定了兩種專用的連接電纜。 (1) 最常用的是6芯銅制電纜,其中4條銅線分成兩對(duì)作數(shù)據(jù)線,另外兩條提供8~40V、1.5A電流的電源線,最多只能提供60W的功率。不同連接設(shè)備的供電能力也不相同,比如PC機(jī)的供電能力就比筆記本機(jī)的大。實(shí)際使用中,如果設(shè)備的供電不夠,就要靠外部電源來(lái)供電。比如,1394硬盤與PC機(jī)連接則供電沒(méi)有問(wèn)題,如與筆記本電腦連接則必須外接電源。6芯銅制電纜的連接頭由6根針組成,剛好與6條銅線對(duì)應(yīng)。該連接頭的體積很小,只有8mm×4mm。 （2） 另外一種是索尼公司推出的4芯銅線電纜,沒(méi)有電源線。所以與之連接的設(shè)備必須要外電源供電。索尼公司還為該電纜設(shè)計(jì)了新型接頭,所以,當(dāng)要把6芯和4芯電纜連接進(jìn)行通信時(shí),必須使用接頭轉(zhuǎn)換器。 目前PC機(jī)使用1394的方法有兩種：一是將1394控制芯片（組）集成在主板中,提供一個(gè)低成本的1394接口;另一方法是使用1394的PCI插卡。目前,市面上常見(jiàn)的1394插卡有技嘉的GA\ FTI1394、華碩的ASUS\ 1394。筆記本電腦一般都要使用PCMCIA卡,如Evergreen公司的PCMCIA卡使用的是TI公司的1394控制芯片組。 但總的說(shuō)來(lái),目前1394的應(yīng)用還不廣,除了1394設(shè)備的價(jià)格比較貴外,主要是Intel公司一直不予正式支持,而是極力推廣它自己的USB總線。2000年3月USB2.0已正式出臺(tái),其速率達(dá)480Mb/s,已超過(guò)1394版本。當(dāng)然,P1394b版本可達(dá)1600Mb/s,這又比USB2.0快多了。USB2.0不是它的對(duì)手。 估計(jì),1394以其優(yōu)秀的技術(shù)和優(yōu)良的性能,很可能成為未來(lái)家庭網(wǎng)絡(luò)的唯一總線。究竟如何,我們?cè)嚹恳源?4 1394的開(kāi)放式統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) 1394向所有支持1394技術(shù)的廠商提供了一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),稱為開(kāi)放式主控接口OHCI（Open Host Controller Internet）。OHCI由物理層、鏈路層、傳輸處理層和串行總線管理四部分組成。 物理層、鏈路層的功能都是由硬件實(shí)現(xiàn)的。物理層規(guī)定了1394設(shè)備的機(jī)械和電氣特性,主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收,保證所有1394設(shè)備能完好地服務(wù)總線;鏈路層提供同步和異步傳輸模式的接收數(shù)據(jù)包的反饋,包括收發(fā)確認(rèn)、指定地址、數(shù)據(jù)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)分幀等。 物理層直接控制1394接口。鏈路層的芯片是控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵部分。它與物理層的芯片相連后,再與計(jì)算機(jī)到CPU、信息家電使用的RISC處理器、主機(jī)內(nèi)存、DMA控制器交互作用。 傳輸層只影響異步傳輸模式。它通過(guò)讀、寫和鎖命令來(lái)處理數(shù)據(jù)的傳輸。傳輸層一般由軟件實(shí)現(xiàn)。 串行總線管理提供總線控制,包括向總線連接設(shè)備提供電力、控制時(shí)序的上升和下降、分配同步通道ID和出錯(cuò)處理等。串行總線管理一般由軟件實(shí)現(xiàn)。 四、 1394的應(yīng)用舉例 把1394設(shè)備連到網(wǎng)絡(luò)上是非常簡(jiǎn)單的。1394連接器與USB一樣,是即插即用和熱插拔的。每次從網(wǎng)絡(luò)上增加或去掉一個(gè)設(shè)備,1394網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠茏詣?dòng)重構(gòu)系統(tǒng),非常靈活。1394的6條引線連接一對(duì)屏蔽的電源線和兩對(duì)雙絞線。獨(dú)立的電源線能在8~40V時(shí)承受1.5A的電流。即使設(shè)備不工作時(shí),也能保持總線各部分有效工作。許多低功率設(shè)備也不需要外部電源線。 1394可把數(shù)字電視機(jī)、DVD影碟機(jī)、家庭衛(wèi)星接收機(jī)、大屏幕DVD顯示器和音/視頻點(diǎn)播器與家庭局域網(wǎng)（LAN）結(jié)合在一起,從Internet下載節(jié)目,使用實(shí)時(shí)音頻和MP3播放器。1394線纜能把幾臺(tái)CD機(jī)和DVD影碟機(jī)與計(jì)算機(jī)和幾個(gè)放大器相連。使用計(jì)算機(jī)能控制某臺(tái)放大器接受來(lái)自某臺(tái)影碟機(jī)的輸入信號(hào),還可改變?cè)O(shè)備的連接而不必重新接線。 特別要注意,1394網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備不一定要有計(jì)算機(jī)（作中央控制設(shè)備用）。使用1394的硬驅(qū)動(dòng)器、打印機(jī)、電視機(jī)和立體聲接收機(jī),沒(méi)有中央控制設(shè)備也能相互通信。因?yàn)?394是雙向的,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)正在做其他事情,如從Web網(wǎng)上打印,同時(shí)帶有杜比數(shù)字環(huán)繞聲正在播放電影的DVD影碟機(jī)也能行使控制而不必有計(jì)算機(jī)。當(dāng)然,如果家庭網(wǎng)絡(luò)中有計(jì)算機(jī),1394用戶也可使用計(jì)算機(jī)來(lái)控制自家的其他設(shè)備。 1394可進(jìn)行同步（高速外設(shè)）和異步傳輸（低速外設(shè)）、有線傳輸和無(wú)線傳輸（現(xiàn)在處于實(shí)驗(yàn)室研究階段）。 HAVi（家庭音頻視頻互操作）是1394接口的第一個(gè)具體應(yīng)用實(shí)例。 遵從HAVi標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備將通過(guò)1394電纜進(jìn)行連接。選1394標(biāo)準(zhǔn),是因?yàn)樗苤С謹(jǐn)?shù)字音頻和視頻快速通信的寬帶要求。1394也提供了全雙工通信,意味音/視頻信號(hào)和控制命令能同時(shí)在兩個(gè)方向流動(dòng)和傳送。HAVi體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能完全利用1394技術(shù)的熱插撥能力。任何HAVi設(shè)備在任何時(shí)候都能加入網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中去掉,新的HAVi設(shè)備在以后的時(shí)間又都能加入到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中去。這就保護(hù)了用戶設(shè)備的初始投資。 2000年元月,HAVi組織完成了最后的檢驗(yàn)測(cè)試,保證其數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)1.0版本沒(méi)有錯(cuò)誤。HAVi主要集中在允許設(shè)備的數(shù)字音頻和視頻內(nèi)容的傳送和處理(也即錄制和回放)。當(dāng)把這些設(shè)備插入網(wǎng)絡(luò)中時(shí),HAVi能使這些設(shè)備識(shí)別它們自己,以及明確它們要做的事情。典型的HAVi設(shè)備將不僅包括熟悉的數(shù)字音頻和視頻部件,而且還包括電纜調(diào)制解調(diào)器、機(jī)頂盒和“智能”存儲(chǔ)裝置,如個(gè)人視頻記錄器。將來(lái),其他種類的設(shè)備,如視頻電話以及網(wǎng)絡(luò)電話也都可以變成HAVi家庭網(wǎng)絡(luò)的成員。MES |
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