IEEE-1394 (FireWire)

В последнее время, в связи с бурным ростом возможностей компьютерной обработки видеоизображений в компьютерном мире возникла острейшая нужда в высокоскоростной шине, по которой было бы возможно передавать значительные потоки данных, и кроме этого, требовала всего нескольких проводов (т.е. была бы последовательной), позволяла бы строить "деревья", на которые можно было бы "нанизывать" различные периферийные устройства. По скоростным характеристикам из существующих шин, допускающих подключение внешних устройств к компьютеру, подходит только SCSI, но она не удовлетворяет многим из условий, описанных выше.

       Во-первых, для высокоскоростной передачи данных необходим вариант Ultra Wide SCSI, который требует разъемов с большим числом контактов, что делает практически невозможным размещение такого разъема на, например, цифровой видеокамере. Во-вторых, топология SCSI шины предполагает только последовательное подключение устройств к шине, что приводит как к необходимости иметь на внешнем устройстве два разъема и так и иметь в обязательном порядке терминатор для установки его на последнем разъеме в цепи. В-третьих, шина SCSI не предусматривает цепей питания для периферийных устройств и это приводит к обязательной необходимости внешнего источника питания для каждого из периферийных устройств. В-четвертых, шина SCSI не предусматривает "горячего" (т.е. без выключения питания и перезагрузки компьютера) подключения/отключения устройств на шине.       

            Интерфейс USB, который очень подходит конструктивно (маленький разъем, есть цепи питания для периферийных устройств), не имеет необходимой для переноса больших потоков данных пропускной способности. Новый вариант USB (2.0), который начал разрабатываться в 1999 году, удовлетворяет практически всем требованиям к высокоскоростной шине, но завершена его разработка только в первом квартале 2000 года, а появились первые устройства с его поддержкой только в начале 2001 года.

       Именно из-за ограничений имеющихся шин интерфейс IEEE-1394 (FireWire) стал широко внедряться в компьютерной индустрии в последние годы уходящего века. Так как название FireWire (огненный провод) принадлежит фирме Apple Computers и может использоваться только для описания изделий Apple или с ее разрешения, правильное название - IEEE-1394. Некоторые компании придумали собственное зарегистрированное название, например у Sony - iLink. Пока основная сфера применения IEEE-1394 - поддержка обмена данными между компьютером и видеокамерами и видеомагнитофонами  DV стандарта. В связи с тем, что DV видеокамеры выпускаются во все больших и больших количествах и при непрерывном падении стоимости, некоторые производители материнских плат уже в конце 1999 года объявили о выходе первых плат со встроенным контроллером IEEE-1394. В частности, фирма ASUSTeK Computers выпустила материнскую плату P3B-1394 со встроенным контроллером IEEE-1394.     

           Новая сфера применения, получившая основное развитие с начала 2000 года - устройства хранения информации с интерфейсом IEEE-1394. Начали выпускаться внешние боксы для установки в них любых IDE/ATAPI устройств с внешним интерфейсом IEEE-1394, питанием по этому же интерфейсу и возможностью "горячего" подключения к компьютеру. В первую очередь такие устройства находят себе применение для обмена видеоинформацией, так как на один IDE жесткий диск сейчас возможно записать до 6 часов видео DV формата и, как правило, в компьютерах, предназначенных для обработки цифрового видео, есть контроллер интерфейса IEEE-1394. Фирма Fujitsu также выпустила аналогичные накопители на магнитооптических дисках емкостью до 1.3 GBytes.

       Самые массовые из устройств, в которых используется интерфейс IEEE-1394, цифровые видеокамеры, требуют скорости передачи данных всего 25 Mbits/s, но ряд периферийных устройств, таких как жесткие диски, сканеры требуют скоростей обмена выше 400 Mbits/s и в конце мая 2001 года был согласован следующий вариант стандарта, IEEE-1394b, предусматривающий повышение скорости передачи данных вдвое, т.е. до 800 Mbits/s.
       Посмотреть весь спектр производимых с интерфейсом IEEE-1394 устройств можно на www.askfor1394.com.

Технические характеристики

       Основные характеристики шины можно свести к следующим показателям:

  • скорость передачи данных до 400 Mbits/s по стандарту IEEE-1394a и 800 Mbits/s по стандарту IEEE-1394b, согласованному в 1394 Trade Association в конце мая 2001 года.

  • 16-ти разрядный адрес позволяет адресовать до 64K узлов на шине

  • предельная теоретическая длина шины 224 метра

  • "горячее" подключение/отключение без потери данных

  • автоматическое конфигурирование, аналогичное Plug&Play

  • произвольная топология шины - по аналогии с локальными сетями может использоваться как "звезда" так и общая шина (только в виде цепочки, в отличие от сети на коаксиальном кабеле)

  • никакие терминаторы не требуются

  • возможность обмена с гарантированной пропускной способностью, что крайне необходимо для передачи видеоизображений

  • Максимальное расстояние между двумя устройствами в цепочке по IEEE-1394a -  4.5 м, по IEEE-1394b - 100 м.

Топология шины

         Топология IEEE-1394 позволяет как древовидную, так и цепочечную архитектуру, а также комбинацию из того и другого. Поэтому легко строить любые варианты подключения различных устройств к шине. Стандарт предусматривает архитектурное разделение шины на 2 основных блока - кабельная часть и контроллер (контроллеры). Так как контроллеров может быть несколько, эту часть также называют объединительной (backplane - дословно задний план, кросс-плата и т.п.).
         Адрес узла на "дереве" 16-ти разрядный, что позволяет адресовать до 64К узлов. К каждому узлу может быть подключено до 16-ти конечных устройств. На объединительной панели (backplane) может быть подключено до 63 узлов к одному мосту (bridge) шины. Так как под идентификатор номера шины (моста) отведено 10 разрядов, то общее количество узлов и составляет 64K.
         Каждый узел обычно предусматривает подключение 3-х устройств, хотя собственно стандарт разрешает подключение до 27 устройств. Устройства могут быть подключены через стандартные кабели длиной до 4.5 метра.

Пример топологии IEEE-1394

        Здесь и далее на рисунках под DV (Digital Video) устройствами понимаются устройства  с интерфейсом IEEE-1394.

        Физические адреса (ID) устройствам назначаются при подаче питания на контроллер шины и устройства, подключенные к ней, после общего сброса шины, а также при "горячем" подключении устройства к шине. Адреса присваиваются в порядке последовательности обнаружения и/или подключения устройств. Никакая установка перемычек или переключателей на самих устройствах не требуется.
        Стандарт на кабельную часть предусматривает три скорости передачи данных по шине - 98.304, 196.608 и 393.216 Mbits/s. Обычно эти значения в различных документах огругляют до 100, 200 и 400 Mbits/s, используя для краткости обозначения S100, S200 и S400.

Благодаря применению размножителей, репитеров и т.п. устройств топология IEEE-1394 может быть достаточно сложной, хотя в 90% случаев ее применения наверняка столь сложная топология не потребуется.

 

Совместимость

      Для удобства программирования и совместимости устройств на IEEE-1394 был разработан стандарт, названный Open Host Controller Interface (OHCI). Он предъявляет определенные требования к регистрам контроллера IEEE-1394 и их отображению в памяти. Кроме этого, OHCI совместимый контроллер должен удовлетворять требованиям по управлению энергопотреблением в соответствии со спецификацией ACPI.
       Microsoft в своих операционных системах Windows 98 Second Edition и Windows 2000 поддерживает только OHCI совместимые контроллеры IEEE-1394. Все остальные контроллеры (например, от Adaptec) должны сопровождаться соответствующими драйверами и совместимость таких устройств с драйверами жестких дисков операционной системы, например, не гарантируется.       

Сеть на IEEE-1394

      В вышедшей осенью 2000 года операционной системе Microsoft Windows Millenium Edition впервые появилась встроенная поддержка сетей на базе контроллеров IEEE-1394. Такая сеть имеет скорость передачи данных в 4 раза большую, чем Fast Ethernet и очень удобна для дома или малого офиса. Единственное неудобство при построении такой сети заключается в малой предельной длине одного сегмента, всего 4.5 метра. Для ликвидации подобного недостатка выпускаются репитеры на 2 или 3 соединения, подобные показанным на фотографиях ниже:

Кабели и разъемы

       Стандартный кабель для IEEE-1394 состоит из 2 витых пар передачи сигналов шины, двух проводов питания и все это заключено в экранированную оболочку. Провода питания рассчитаны на ток до полутора ампер и напряжение от 8 до 40 вольт. На рисунке ниже показан один из вариантов кабеля IEEE-1394.

Кабели и розетки для подключения периферийных устройств существуют в нескольких вариантах, в зависимости от требуемых параметров (это только ряд примеров):

Кабель на 6/6 проводов, поддержка скорости передачи до 400 Mbits/s. Напряжение питания до 40 V при токе до 1.5 А. Длина от 0.7 м до 4.5 м.

Кабель на 6/4 проводов, поддержка скорости передачи до 100 Mbits/s. Напряжение питания до 5 V при токе до 0.5 А. Длина от 1 м до 4.5 м.

Кабель на 4 провода, поддержка скорости передачи до 100 Mbits/s. Напряжение питания до 5 V при токе до 0.5 А. Длина от 1 м до 4.5 м.

Розетка на 4 провода, поддержка скорости передачи до 400 Mbits/s. Напряжение питания до 5 V при токе до 0.5 А.

Розетка на 6 проводов, поддержка скорости передачи до 400 Mbits/s. Напряжение питания до 40 V при токе до 1.5 А.

Розетка на 6 проводов, поддержка скорости передачи до 400 Mbits/s. Напряжение питания до 40 V при токе до 1.5 А.

Читайте также:
  • BIOS SCSI контроллеров
    Раздел SCSI Disk Utilities После выбора этого раздела контроллер сканирует SCSI устройства и выводит список всех SCSI устройств с указанием их идентификационных номеров (SCSI ID). Именно здесь можно узнать все номера устройств, параметры доступа к которым можно далее менять в установках SCSI Setup. ...
  • Шина ISA
    Основные отличия шины ISA персонального компьютера IBM PC/AT от своей предшественницы - шины компьютера IBM PC/XT заключаются в следующем: шина AT компьютеров позволяет использовать на внешних платах как 16-разрядные устройства ввода/вывода, так и 16-разрядную память; цикл доступа к 16-разрядной ...
  • SCSI глоссарий
    A Active Negation - активное отрицание - применение этого метода позволяет существенно снизить шумы на SCSI шине. Active Termination - активное терминирование - в случае активного терминирования активный терминатор представляет собой один или несколько стабилизаторов напряжения вместо пассивного дел...
  • UltraDMA 66/100
    Ultra DMA/66            Перед разработчиками стандарта стояла задача - увеличить вдвое скорость передачи данных, не потеряв в надежности и, самое главное, не вызвав повышения стоимости реализации интерфейса как на самом IDE устройстве, так и в кон...
  • Шина USB
            Основная цель стандарта, поставленная перед его разработчиками - создать реальную возможность пользователям работать в режиме Plug&Play с периферийными устройствами. Это означает, что должно быть предусмотрено подключение устройства к работающему ко...