IEEE-1394高速串行总线特性、接口及家庭网络应用 电子科技大学陈汝全 摘要简明扼要地介绍家庭网络中IEEE\ 1394高速串行总线的特性、接口技术、应用技术和应用实例。 关键词IEEE\ 1394串行总线网络接口技术 IEEE\ 1394高速串行总线（以下简称1394）是苹果（APPLE）公司首先提出（称FireWire），后来索尼公司又加以改进(称i.Link)，于1990年正式完成，1995年IEEE正式采用，1998年才有1394正式产品推出，最近在国外才得到了广泛的流行。由于它是点对点连接通信，网络系统不需要计算机，加上速率很高，连接简单，极有可能成为信息家电网络系统的唯一标准。下面简要介绍1394的性能特点、接口及应用技术和实例。 一、1394的性能特点 1 映射地址 一个1394节点可以连接63个外设。一个外设对应有一个存储器地址，这个特定的地址就代表了这个外设。访问某外设，就是访问该特定地址。换句话说，1394总线上的资源（外设）都可映射到相应外设的某段内存地址，通过对该段地址的访问来完成数据的存取。这类似于以前8位APPLE计算机的外设映射到16位存储地址。但是，1394的地址线是64位，包括10位网络号、6位节点号和48位内存地址。基于这种特别的数据地址识别和传输方式，1394具有极高的传输速率，1394-1995标准为100、200和400Mb/s,而P1394b规范可达 1.6Gb/s的高速率。 2 传输距离 1394使用的线缆长度可达4.5m,这时其传输速率可从100、200至400Mb/s，由所连接设备的最慢速度来决定实际速率。 按新标准IEEE P1394.b,其速率高达1.6Gb/s(1600Mb/s)时，能将线缆长度增加到100m。随着结构的变化，将来的版本可能超过3.2Gb/s。 3 原则上不需要PC机 不需要PC机就能把两个支持1394的设备直接连接起来，进行点对点的通信。这对以后家庭网络中的信息家电设备特别重要，它们可不再需要PC机了。 4 可向被连接的设备提供电源 1394标准所规定的电缆为6芯连接电缆，其中两条为电源线，可向所连接的设备提供8~14V、最大 1.5A的电流。一些低功耗的设备（如MP3播放机、数码相机等）就无需配备电源。 这种供电方式，在设备出现故障或断电时，也不会影响1394网络的工作。 二、 接口技术 1 统一的输入/输出接口 1394把串口、并口、音频接口和SCSI口整合成为一种高速的多用途接口。在以后的计算机中就只有两种接口：1394和USB接口（作低速外设如键盘、鼠标等的接口）。这样使用起来就更方便，用户不用再去分辨哪个接口是接什么的了，同时也降低了系统的成本。未来的计算机接口如图1所示。 图1未来计算机接口2 具有实时传输能力、理想的多媒体设备接口 1394支持同步传输和异步传输两种模式。同步传输模式工作时占用固定的带宽，很适合传送延时要求严格的视频信息流，因此,是最理想的多媒体设备接口;而异步传输模式可在任何时候进行传输，这对利用1394的高带宽优势有明显的效果。 三、 应用技术 1 安装非常方便 1394支持即插即用和热插拔（即可带电插拔）。在增加或拔取外设后，1394会自动调整整个网络的拓扑结构，重新设置网络外设状态。从这里看出1394网络的配置非常灵活和方便。 2 采用树型或菊花链拓扑结构 1394采用菊花链拓扑结构，如图2所示。 图21394采用的菊花链拓扑结构1394不需通过集线器就可以在一个端口连接最多63台设备，构成一个独立的网络。这些独立的子网还可通过网桥连接起来。 图2中左边网段中的数码摄像机与PC机交互操作时要占用大量的带宽，这时网桥可保证右边网段的传输性能不受影响。网桥还允许数据跨段传送，如计算机2可使用打印机1，计算机1也可使用打印机2或访问左段网络的数码摄像机。左段网络的1394隔离器将打印机1单独隔离，这样，就不会因打印机1的速度过慢而影响计算机对数码摄像机的高速连接。1394中继器把1394分离器与计算机1之间的距离由4.5m增加到9m。 1394最多能支持16层树形网段，两个节点之间允许的最大物理距离为16×4.5m=72m。1394适合在家庭网络和局域网中使用，不适合城域网和广域网中使用。 1394规定一个节点最多可挂63台设备，这在一般的家庭网络和局域网是足够了。现在，一个节点中一般不会使用20个以上的1394设备。 在1394网络中，网络的不同部分可用不同的速率传送（从10、200到400Mb/s可调节）。因此，设计网络时，在两个高速率（如400Mb/s）设备之间，不能放置低速率（如200Mb/s）设备，否则会按低速率传送，造成瓶颈。 3 1394的物理连接电缆 1394规定了两种专用的连接电缆。 (1) 最常用的是6芯铜制电缆，其中4条铜线分成两对作数据线，另外两条提供8~40V、1.5A电流的电源线，最多只能提供60W的功率。不同连接设备的供电能力也不相同，比如PC机的供电能力就比笔记本机的大。实际使用中，如果设备的供电不够，就要靠外部电源来供电。比如，1394硬盘与PC机连接则供电没有问题，如与笔记本电脑连接则必须外接电源。6芯铜制电缆的连接头由6根针组成，刚好与6条铜线对应。该连接头的体积很小，只有8mm×4mm。 （2） 另外一种是索尼公司推出的4芯铜线电缆，没有电源线。所以与之连接的设备必须要外电源供电。索尼公司还为该电缆设计了新型接头，所以，当要把6芯和4芯电缆连接进行通信时，必须使用接头转换器。 目前PC机使用1394的方法有两种：一是将1394控制芯片（组）集成在主板中，提供一个低成本的1394接口;另一方法是使用1394的PCI插卡。目前，市面上常见的1394插卡有技嘉的GA\ FTI1394、华硕的ASUS\ 1394。笔记本电脑一般都要使用PCMCIA卡，如Evergreen公司的PCMCIA卡使用的是TI公司的1394控制芯片组。 但总的说来，目前1394的应用还不广，除了1394设备的价格比较贵外，主要是Intel公司一直不予正式支持，而是极力推广它自己的USB总线。2000年3月USB2.0已正式出台，其速率达480Mb/s，已超过1394版本。当然，P1394b版本可达1600Mb/s，这又比USB2.0快多了。USB2.0不是它的对手。 估计，1394以其优秀的技术和优良的性能，很可能成为未来家庭网络的唯一总线。究竟如何，我们试目以待。 4 1394的开放式统一标准 1394向所有支持1394技术的厂商提供了一个统一的标准，称为开放式主控接口OHCI（Open Host Controller Internet）。OHCI由物理层、链路层、传输处理层和串行总线管理四部分组成。 物理层、链路层的功能都是由硬件实现的。物理层规定了1394设备的机械和电气特性，主要负责数据的发送和接收，保证所有1394设备能完好地服务总线;链路层提供同步和异步传输模式的接收数据包的反馈，包括收发确认、指定地址、数据校验和数据分帧等。 物理层直接控制1394接口。链路层的芯片是控制数据传输的关键部分。它与物理层的芯片相连后，再与计算机到CPU、信息家电使用的RISC处理器、主机内存、DMA控制器交互作用。 传输层只影响异步传输模式。它通过读、写和锁命令来处理数据的传输。传输层一般由软件实现。 串行总线管理提供总线控制，包括向总线连接设备提供电力、控制时序的上升和下降、分配同步通道ID和出错处理等。串行总线管理一般由软件实现。 四、 1394的应用举例 把1394设备连到网络上是非常简单的。1394连接器与USB一样，是即插即用和热插拔的。每次从网络上增加或去掉一个设备，1394网络拓扑能自动重构系统，非常灵活。1394的6条引线连接一对屏蔽的电源线和两对双绞线。独立的电源线能在8~40V时承受1.5A的电流。即使设备不工作时，也能保持总线各部分有效工作。许多低功率设备也不需要外部电源线。 1394可把数字电视机、DVD影碟机、家庭卫星接收机、大屏幕DVD显示器和音/视频点播器与家庭局域网（LAN）结合在一起，从Internet下载节目，使用实时音频和MP3播放器。1394线缆能把几台CD机和DVD影碟机与计算机和几个放大器相连。使用计算机能控制某台放大器接受来自某台影碟机的输入信号，还可改变设备的连接而不必重新接线。 特别要注意，1394网络中的设备不一定要有计算机（作中央控制设备用）。使用1394的硬驱动器、打印机、电视机和立体声接收机，没有中央控制设备也能相互通信。因为1394是双向的，当网络正在做其他事情，如从Web网上打印，同时带有杜比数字环绕声正在播放电影的DVD影碟机也能行使控制而不必有计算机。当然，如果家庭网络中有计算机，1394用户也可使用计算机来控制自家的其他设备。 1394可进行同步（高速外设）和异步传输（低速外设）、有线传输和无线传输（现在处于实验室研究阶段）。 HAVi（家庭音频视频互操作）是1394接口的第一个具体应用实例。 遵从HAVi标准的设备将通过1394电缆进行连接。选1394标准,是因为它能支持数字音频和视频快速通信的宽带要求。1394也提供了全双工通信,意味音/视频信号和控制命令能同时在两个方向流动和传送。HAVi体系结构设计能完全利用1394技术的热插拨能力。任何HAVi设备在任何时候都能加入网络或从网络中去掉,新的HAVi设备在以后的时间又都能加入到网络系统中去。这就保护了用户设备的初始投资。 2000年元月,HAVi组织完成了最后的检验测试,保证其数字家庭网络体系结构1.0版本没有错误。HAVi主要集中在允许设备的数字音频和视频内容的传送和处理(也即录制和回放)。当把这些设备插入网络中时,HAVi能使这些设备识别它们自己,以及明确它们要做的事情。典型的HAVi设备将不仅包括熟悉的数字音频和视频部件,而且还包括电缆调制解调器、机顶盒和“智能”存储装置,如个人视频记录器。将来,其他种类的设备,如视频电话以及网络电话也都可以变成HAVi家庭网络的成员。MES