IEEE 1394最新发展现况

本文作者:admin       点击: 2003-06-01 00:00
前言:
在个人计算机和消费性电子的许多应用领域里,IEEE 1394串行缆线界面(以下简称1394) 正成为数字装置较常采用的网络和影音联机标准。苹果计算机以Firewire为名,替它所实作的1394申请注册商标,新力则把它称为i-Link,这两种实作都符合IEEE1394a-2000标准。

1394的应用现况
在个人计算机领域里,1394的第一种『杀手级应用』是把数字摄录像机连接至个人计算机平台,以便下载、编辑和储存数字视讯内容;由于具备高速和双向传输优点,无论要对视讯内容进行实时编辑,或是要将编辑结果存回摄录像机的录像带,1394都是最理想的联机。苹果计算机先看到1394的庞大成长动力,于是让它成为该公司消费性桌上型和膝上型计算机的标准配备,此项措施也刺激了1394硬盘需求,目前市场已开始供应这项产品。
在消费性电子领域,1394则广泛用于视讯转换器、高画质电视、数字录放机、DVD 录像机、DVD-Audio、SACD和影音接收机。三菱已开始提供多款高画质电视,它们都配备三个1394连接埠,可用来连接至其它装置;三菱还提供内建1394连接端口的数字录放机,可透过缆线连接至电视,录制和播放标准画质和高画质视讯内容。1394特别适合这类应用,因为传送和储存视讯内容时,采用的格式正是原来的MPEG2压缩格式,对于地面传送 (terrestrial)、有线传送 (cable) 和卫星传送 (satellite) 数字格式都是如此。
在DVD 录像机方面,先锋和其它厂商的DVD播放机也开始采用1394界面,可用来将摄录像机的视讯内容下载和备份至DVD光盘片,它们是比录像带成本更低且更方便的永久性数据储存媒介。视讯转换器制造商也将1394界面加入他们的产品,以便和高画质电视联机。
消费性制造商希望只要使用1394缆线,就能把所有设备连接在一起,使其成为一个娱乐群集 (entertainment cluster) ,不但使线路大幅简化,1394的网络通讯本质也会把这个群集转换成智能网络,让各装置能透过联机使用其它装置的控制功能,这是厂商的长期目标。例如三菱宽屏幕高画质电视所采用的NetCommand控制软件就是这类应用的最佳范例,任何1394装置只要连接至电视,NetCommand功能选单就会出现一个代表图标,使用者可利用功能选单设定和控制这些装置。在音响领域里,先锋推出DVD-Audio播放机和影音接收机,它使用1394缆线连接这两部装置,可同时传送较新的DVD-Audio和SACD格式以及目前居于主流地位的CD及环绕音效格式;1394频宽很高,又能保护数据内容,最适合这方面的应用。
目前市场产品是以1394a-2000标准为主,传输速率为400Mbps,较新的1394b装置目前已有样品供应,它们的速度增为800Mbps,未来还将提高至1,600Mbps和3,200Mbps。在缆线长度方面,目前的1394a-2000产品要求两部装置间的距离不能超过4.5公尺,若透过中继器以菊链方式连接,联机距离可增至72公尺。根据1394标准,一个1394网络最多可以连接63部装置,而1394b标准不但将频宽提高,还能在多种不同缆在线提供更远的传输距离,例如每段UTP5或光纤线路的最大联机距离就增加为100公尺。表1所列即是1394b装置所支持的各种频宽和缆线长度组合。
由于1394b标准提供更强大联机能力,个人计算机与消费性电子制造商对于1394的应用前景都感到相当振奋,认为将来不但可利用1394连接同一个1394a-2000『群集』的各种数字装置,还能透过1394b转换器 (translator) 把不同房间的『群集』连接起来,带来真正完整的家庭连网和家庭剧院解决方案。

1394的主要应用特性
1394标准的许多特色让它逐渐获得认可,成为家庭连网和家庭剧院的解决方案,这些特色包括:
 端对端作业 (peer to peer operation)
 使用简单,方便的即插即用能力
 支持IP数据传输
 异步和等时作业模式 (适合网络连接和音讯/视讯数据传输)
 频宽足以支持多种标准和高画质视讯比特流
 支持更高品质的音讯标准,例如DVD-A和SACD
 单一总线最多连接63部装置,并可透过桥接器连接其它网络
 透过加密功能保护传输内容的安全
 为音讯和视讯传输提供网络联机品质服务 (QoS) 

1394标准可透过PHY的硬件界面和软件交易层 (transaction layer) 来描述,在PHY的部分采用两对双绞屏蔽的差动讯号线,它们与一条电源线和地线组成6只接脚的1394电缆线,电源线和地线负责提供电源给符合1394电源要求的装置,未提供电源的小型装置可采用不含电源线和地线的4只接脚的1394电缆线。
数据是透过NRZ (Non-Return to Zero) 编码的DATA信号传送,当DATA状态不改变时,STROBE讯号线的状态就会切换,接收端则会利用『互斥或』(XOR) 运算将时脉还原。只要把直流偏压加到差动对的电压位准,即可将共模讯号加入缆线,并利用它来协商节点间的传输速率 (400Mbps、200Mbps、100Mbps);表1即是1394a的各种讯号特性。

而在1394b的标准当中,除了基本的『双差动对』架构外,1394b标准还支持其它多种缆线,包括UTP5、POF以及GOF。在1394b标准中,Data/Strobe编码已为8B10B编码所取代,这种新模式又称为『Beta Mode』,它不再使用共模直流讯号来协商传输速率,表2即是此模式的讯号特性。
必须注意的是,较新的1394b装置不但向后兼容于1394a标准,还能在1394a和1394b装置的混合网络中共存;只要增加『双重模式』(bilingual mode),1394b装置即可将1394a讯号转换成1394b格式,不但可以和1394a装置联机,还能透过缆线以更高速率将数据传送更远距离。此外,1394b装置也能自动降低传输速率,以便与1394a装置联机。
图3所示的1394b装置正以400Mbps速率接收另一部1394b装置的数据 (讯号线3和4),将它转换成1394a格式的差动数据,再透过第二个连接端口 (讯号线1和2) 将数据转送出去。
许多数据必须在一定时间内传送 (time sensitive),例如视讯和音讯比特流,为了将这类数据同步,周期定时器 (cycle timer) 会在双绞线路上产生125微秒的周期,它对整个1394网络都相同;无论是必须在一定时间内传送的视讯和音讯 (等时数据) 或是必须确定传送完成的数据 (异步数据),它们都可在这个周期时间内传送。透过1394标准所规定的仲裁机制,总线上的节点会决定谁有权利在某个周期时间内传送数据。所有型态的数据 (视讯、音讯、通讯) 都会被转换成封包,加上描述这笔数据型态、来源和目的地的标头信息,然后送到总线。图4即是这个125微秒周期的结构图,等时数据最多可占用100微秒,留下25微秒来传送和确认异步信息。
在1394的交易层内,则是由IEC-61883标准来描述音讯和视讯数据的通用封包格式、数据流管理 (data flow management) 和联机管理,控制命令的通用传输规则也是由此标准来描述。必须注意的是,1394标准并不会改变所传送的数据,只是将数据格式化,使它能以封包型态透过串行总线传送,并在目的地转换回原格式;举例来说,透过1394线路传送MPEG2压缩的高画质视讯比特流时,数据会在总线的一端『封包化』,然后在另一端恢复成原格式。时间位移的差异值 (Time shift variations) 则是根据IEC-61883标准所定义的时间戳记与释出法 (time stamping and release method) 来修正,并且包含在数据量的标头信息中,这样嵌入式应用的主机处理器就不必承担串行总线的等时数据处理工作。目前市场上已有1394装置可透过专用端口连接至标准视讯和音讯数据流,并由它们自行负责封包格式处理、数据流管理和联机管理功能。为协助视讯和音讯内容供货商减轻非法盗拷的问题,1394装置也采用一种保护机制,称为C5,代表参与这项技术发展的五家公司,分别是英特尔、新力、三菱、日立和东芝。