IEEE1394接口解析

1995年美国电气和电子工程师学会(IEEE)制定了IEEE1394标准，它是一个串行接口，但它能像并联SCSI接口一样提供同样的服务，而其成本低廉。它的特点是传输速度快，现在确定为400Mb/s，以后可望提高到800Mb/s、1.6Gb/s、3.2Gb/s。所以传送数字图像信号也不会有问题。用电缆传送的距离现在是4.5m，进一步要扩展到50m。目前，在实际应用中，当使用IEEE 1394电缆时，其传输距离可以达到30m；而在使用NEC研发的多模光纤适配器时，使用多模光纤的传输距离可达500m。在2000年春季正式通过的IEEE 1394-2000中，最大数据传输速率可达到1.6Gb/s，相邻设备之间连接电缆的最大长度可扩展到100m。
IEEE1394的前身是1986年由苹果电脑(Apple)公司起草的。苹果公司称之为火线(FireWire)并注册为其商标。而Sony公司称之为i.Link。德州仪器公司则称之为Lynx。实际上，上述商标名称都是指同一种技术，即IEEE1394。
　　FireWire完成于1987年，1995年被IEEE定为IEEE1394-1995技术规范，在制定这个串行接口标准之前，IEEE已经制定了1393个标准，因此将1394这个序号给了它，其全称为IEEE1394，简称1394。因为在IEEE1394-1995中还有一些模糊的定义，后来又出了一份补充文件P1394a，用以澄清疑点、更正错误并添加了一些功能。除此之外，还通过P1394b讨论增加新功能的接口标准。作为一个工作组标准，P1394b是一个高传输率与长距离版本的IEEE1394，它的单信道带宽为800Mb/s。在这一方案中，一个重要的特性是，在不同的传输距离与传输速率下可以使用不同的传输媒介。
　　网络设备经数字接口进行信号交换。当连接多台机器时，由于存在音频、视频、控制等各种各样的信号，所以接口的信息传输方式、传输速度、传输容量、可带机器的数量、可接电缆的长度等，是要考虑的主要方面。现在世界上虽然有IEEE1394、通用串行总线(USB)等多种数字接口，但用上述标准衡量，最受重视的是IEEE1394。
IEEE1394作为一个工业标准的高速串行总线，已广泛应用于数字摄像机、数字照相机、电视机顶盒、家庭游戏机、计算机及其外围设备。更新一代的产品如DVD、硬盘录像机等也将使用IEEE1394。其在数字视音频消费市场的广泛应用，为家用市场甚至专业市场开辟了全数字化拍摄到制作环境。IEEE1394接口已经在一些厂家的摄录机中使用，如Sony 推出的DVCAM系列摄录设备，松下公司推出的DVCPRO25系列设备。其它厂家也相应推出各自的摄像机产品，将1394接口的应用推向新的高度。

IEEE1394接口的物理特质

IEEE1394是串行的数字接口，也许有人会认为为什么不采用像IDE或PCI这样的并行总线呢？因为更多的导线将提供更大的带宽。其实，并行端口非常复杂，相对于串行总线来说需要更多的软件控制，而且系统开销也很大。因此，并行接口不一定能够提供更快的传输速率。此外，价格也是一方面的因素。更多的控制软件和连接导线都会增加技术的实现成本。而且并行导线容易产生信号干扰，解决这一问题同样也需要增加费用。相对于并行总线，串行总线的另外一个优势就是节省空间。串联线体积更小，使用更加方便。

IEEE1394接口有6针和4针两种类型。6角形的接口为6针，小型四角形接口则为4针。最早苹果公司开发的IEEE1394接口是6针的，后来，SONY公司看中了它数据传输速率快的特点，将早期的6针接口进行改良，重新设计成为现在大家所常见的4针接口，并且命名为iLINK。这种连接器如果要与标准的6导线线缆连接的话，需要使用转换器。
两种接口的区别在于能否通过连线向所连接的设备供电。6针接口中有4针是用于传输数据的信号线，另外2针是向所连接的设备供电的电源线。由于1394是一串行总线，数据从一台设备传至另一台时，若某一设备电源突然关断或出现故障，将破坏整个数据通路。电缆中传送电源将使每台设备的连接器电路工作，采用一对线传送电源的设计，不管设备状态如何，其传送信号的连续性都能得到保证，这对串行信号是非常重要的。而对于低电源设备，电缆中传送电源可以满足所有的电源需求，因而无需配备外接电源连接器。这就是传送电源的优点。
　　传送电源的两根线，它们之间的电压一般为8～40V，最大电流1.5A，供应物理层电源。为提供电隔离，常使用变压器或电容耦合。变压器耦合提供500V电压，成本低；电容耦合提供60V电位差隔离。
　　当然，并不是所有的情况都要传送电源。以Sony公司为代表推出的数字摄录一体机中就采用第二种接口设计，所使用的电缆比第一种更细。接口为4芯，即只有双绞线，不含有电源。4针接口由于省去了2根电源线，因此只剩4根信号线。
　　在应用方面，一般来讲，受配置接口的空间等因素的限制，6针的接口，主要用于普通的台式电脑。时下很多主板都整合了这种接口，特别是Apple电脑，统统采用的这种接口；在笔记本电脑和一体机等电脑中则大多采用4针。另外，在数码摄像机等产品和家电中，采用4针的情况也比较常见。4针接口从外观上就显得要比6针的小很多，与6针的接口相比，4针的接口没有提供电源引脚，所以无法供电，但优势也很明显：就是小！特别是近一段时间，笔记本电脑和DV都在朝着小型化和超薄化发展，像SONY近期上市的IP系列数码摄像机，机身小巧，整合度高，在这样的机器上如果采用6针的接口，则显得非常笨拙。另外，DV的1394接口主要用于传输影像数据，所以也无需供电。但是如果您是添加外置硬盘，6针的1394端子就非常必要了，首先是外置硬盘体积比较宽大，所以也就不计较接口大小。其次，外置硬盘运行时需要供电，并且需要有非常高速的传输速率，此时带供电的6针1394接口就非常必要了。在这方面，Apple的iPOD就比较有代表性，其一方面通过1394接口传输文件，另一方面其也通过FireWire线缆进行自动充电。虽然IEEE-1394可以通过串联线为接驳设备供电，但是对于各种连接设备来说只靠连接线供电还是远远不够的。例如，像硬盘这种对于电量要求较高的设备就很难从所接入的设备中得到充足的电力供应。以Evergreen推出的HotDrive为例，该硬盘如果与PC连接的话，不需要任何的外部电源供应；但是如果与笔记本电脑连接的话，就需要使用一个外接电源。纵上所述，这两种IEEE1394接口可谓是各有千秋，所以也无法说谁比谁更好。不过说到这里，还要告诉大家一个小问题，目前市面上不仅有四针对四针、六针对六针的传输线缆，也有六针转四针的传输线缆。但是由于IEEE1394接口的传输速率很快，以致其连接线缆对屏蔽性的要求非常高，所以市面上见到的IEEE1394线都不长，大概最长的也就是3米多一些。

分层协议

1394接口的传输通过分层协议实现，分为物理层、链路层和处理层。其中处理层用于实现信号的请求和响应协议。右图是1394分层协议示意图。其中串行总线管理(Serial Bus Manager)负责系统结构控制。

各层的具体功能如下：

链路层(Link Layer)：提供数据包传送服务，即具有异步和同步传送功能。异步传送与大多数计算机应答式协议相似；同步传送为实时带宽保证式协议。同步传送适合处理高带宽的数据，特别是对于多媒体信号。同步信号传送对于要把AV产品的信号保存到PC的硬盘上的消费者尤其重要。
　　物理层(Physical Layer)：提供1394电缆与1394设备间的电气及机械方面的连接，它除了完成实际的数据传输和接收任务之外，还提供初始设置（Initialization）和仲裁(Arbitration)服务，以确保在同一时刻只有一个节点传输数据，以使所有的设备对总线能进行良好的存取*作。
　　处理层(Transaction Layer)：支持异步协议写、读和锁定指令。此处，写即是将发送者的数据送往接收者；读即是将有关数据返回到发送者；锁定即是写、读指令功能的组合。

同步传输及其*作

为了保证高速数据传送所需带宽及其时延，1394总线具有同步传送功能。

1394总线同步资源管理有一个带宽可利用(Bandwidth Available)寄存器，对具有同步传送能力的节点规定了剩余的可利用的带宽。在总线复位或同步节点加入总线时，对节点就需要进行带宽的分配。例如一个DV设备需要近30Mb/s的带宽(视频数据率：25Mb/s；音频、时码和包开销：3~4Mb/s)。带宽以带宽分配单元来度量。在1600Mb/s (s160)速率下，一帧为125ms，一个分配单元约20ms，共有6144个单元。一帧内，100ms用于同步传送，25ms用于异步传送，所以在总线复位时，可利用带宽寄存器的设定值为4915个单元。在100Mb/s(s100)系统中，DV设备将需要约1800个单元；在200Mb/s(s200)系统中，将需要900个单元。
　　1394设备需要通过物理层的控制传送数据。对于异步传送，首先要传送发送端和接收端地址(ID)，然后传送数据包；一旦接收端收到数据包，将发送一个应答信号给发送端。当同步传输时，发送端需要一个具有规定带宽的同步通道。同步通道ID传出后将传输数据包；接收端监视进来的通道ID，仅接收有关ID的数据。用户负责确定所需同步通道的数量和带宽，最多可以使用64个同步通道。这里总线首先以定时间隙(Timing Gap)形式送出帧定时指示以表明帧包的开始，紧接着是同步通道#1和#2所规定的时间，其余时间用作异步传输。由于同步传输通道已经建立，总线就能保证所需带宽，从而进行数据传送。
1394电缆标准规定了3种信号速率: 90.304、196.608和393.216Mb/s，简称为S100、S200和S400。更高的速率正在发展之中。