串行标准IEEE1394的技术规范

信息学院微机原理与接口技术信息学院微机原理与接口技术 自主学习报告自主学习报告 报告名称 串行标准 IEEE1394 的技术规范 姓名 学号 专业 班级 时间 2010 年 6 月 15 日星期二 串行标准串行标准 IEEE1394 的技术规范的技术规范 摘要摘要 IEEE 1394 是为了增强外部多媒体设备与电脑连接性能而设计的高速串行总 线 传输速率可以达到 400 Mbps 利用 IEEE 1394 技术我们可以轻易地把 电脑和如摄像机 高速硬盘 音响设备等多种多媒体设备连接 本文概括了 IEEE 1394 标准的主要特点 阐述了基于 IEEE 1394 标准的网络 架构 连接方式及传输模式 并且讨论了 IEEE 1394 网络的特点和局限性 指出了这种标准在网络中的应用前景 并和 USB 技术做了比较 而且进一步比 较了 USB2 0 和 USB1 1 查找了并行标准 SCSI 标准 并和 IEEE1394 USB 技 术做比较 说明了高速接口发展情况 关键词 IEEE1394 USB2 0 USB1 1 SCIS IEEE1394 serial standard technical specifications abstract IEEE 1394 is to enhance the external connectivity of multimedia devices and computer designed high speed serial bus transfer rate up to 400 Mbps using IEEE 1394 technology we can easily to computers and the like cameras high speed hard drives audio equipment etc Multimedia device This article summarizes the main features of IEEE 1394 standard which are based on IEEE 1394 standard network architecture connectivity and transmission modes and discussed the IEEE 1394 network characteristics and limitations pointed out that the standard application prospects in the network and were compared and USB technology and comparison is made between USB2 0 and USB1 1 find the standard parallel SCSI standards and and IEEE1394 USB technology to do more Shows the development of high speed interface Keywords IEEE1394 USB2 0 USB1 1 SCIS 目目 录录 摘要摘要 Abstract 第一章绪论 第二章IEEE1394 简介 2 1 IEEE1394 的概念及特点 2 11 IEEE1394 的概念 2 12 IEEE1394 的特点 2 2 IEEE1394 的发展 2 21 IEEE1394 的发展历史 2 22 IEEE1394 的发展前景 第三章 USB 的技术和并行标准 SCSI 简介 3 1 USB 和 SCSI 的技术标准 3 11 USB2 0 技术规范 3 12 USB1 1 的技术规范 3 22 USB2 0 和 USB1 1 的比较 3 2 SCSI 的技术标准 3 3 IEEE1394 USB SCSI 之间的比较 3 31 IEEE1394 与 USB 的技术标准比较 3 32 IEEE1394 与 SCIS 的技术标准比较 3 33 SCIS 与 USB 的技术标准比较 第四章 当前最近的高速接口发展情况 第五章 结论 参考文献 绪论 在数据交换量越来越大的今天 传统的外设接口 EPP EnhancedParallelPorts 增强并行口 ECP ExtendedCapabilitiesPorts 扩展功能端口 逐渐感到力 不从心 难以撑持 为了缓解此种矛盾 各厂家纷纷推出了各自的 解决方案 其中以 VIA 威盛电子倡导的 IEEE1394 与 INTEL 公司 推崇的 USB 最有竞争实力 IEEE1394 标准是一种非专用的 高速的串行总线输入输出标准 它提供了一种连接数字设备的方法 包括个人计算机和用户电子硬 件 它独立于平台 可以升级 可扩展 并在支持对等连接方面 很灵活 IEEE1394 标准无需将数字信号转换成模拟信号 因此可 以保持数据的完整性 它被作为一些设备 如数码相机 可携式摄 像机和多媒体设备 低成本的接口以及集成个人计算机和家庭电子 设备的手段 IEEE1394 的前身是 Firewire 就是我们俗称的火线 是由 Apple 电 脑于 1986 年针对高速传输所开发的一项传输介面 并于 1995 年获 得美国电机电子工程师协会认可成为正式新标准 IEEE1394 Firewire 以及 i LINK 所指的都是此项标准 在 PC 业常 称为 IEEE1394 在家电业多称为 i LINK 在 Mac 家族称为 Firewire 第二章第二章 IEEE1394 简介简介 2 1 IEEE1394 的概念及特点的概念及特点 2 11 IEEE1394 的概念的概念 IEEE1394 总线标准全称为 IEEE 1394 High Performance Serial BUS Standard 于 1992 年提出 1995 年正式被 IEEE 作为工业标准 IEEE 具有 64 位的寻址空 间 控制寄存器 符合 IEEE1212 1991 标准的读 写锁定操作集 IEEE1212 1991 也称为微机总线控制和状态及寄存器体系结构 EEE 1394 是为了增强外部多媒体设备与电脑连接性能而设计的高速串行总线 传输速率可以达到 400 Mbps 利用 IEEE 1394 技术我们可以轻易地把电脑和如 摄像机 高速硬盘 音响设备等多种多媒体设备连接 2 122 12 IEEE1394 的特点的特点 1 即时数据传输 IEEE 1394 具有同步和异步两种数据传输模式 在同 一总线下 同步及异步传输连线可能同时存在 2 驱动程序安装简易 3 内存映射的架构 所有 IEEE 1394 总线上的资源 皆可以映射到某段内存 地址 并依此方式来存取数据 4 1394 接线可提供电源 对无自用电源的设备而言 可以透过 IEEE 1394 6 Pin 的连接头来供给电源 5 通用 I O 连接头 整合各种 PC 的连接头成为一种万用的连接头 使用者就 不用花时间辨认不同外围设备要接到那个接头 同时也降低了系统的成本 6 点对点的通讯架构 IEEE 1394 外围设备间互传数据时 不须主机监控 因此不会增加主机的负载 CPU 资源占用率低 7 最大 400Mbps 的数据传输率 在相同的总线上可以有数种不同的数据传输 速率 100 200 或 400Mbps 8 IEEE 1394 是最理想的多媒体设备的接口 IEEE 1394 支持同步传输模式 同步传输模式会确保某一连线的频宽 对于如数码摄录机这种记录容量大 又 需要非常高精度的传输的设备 IEEE 1394 就最适合了 9 支持热插拔 IEEE 1394 可以自动侦测设备的加入与移出动作并对系统做 重新整合 无须人工干预 2 2IEEE1394 的发展的发展 2 21 IEEE1394 的发展历史的发展历史 IEEE1394 Apple 称之为 FireWire 火线 Sony 称之为 i Link TexasInstruments 称之为 Lynx 尽管各自厂商注册的商标名称 不同 但实质都是一项技术 那就是 IEEE 1394 早在 1985 年 苹果公司就 已经开始着手研究 火线 技术 并取得了很大成效 但是这个标准正式确立 却是 10 年之后了 它是 IEEE 电气与电子工程师协会 于 1995 年正式制定 的总线标准 由于 IEEE1394 的数据传输速率相当快 因此有时又叫它 高速 串行总线 比之 USB 总线 IEEE1394 的速度显然要高出一大截 可是目前在 PC 方面尚未形成气候 在操作系统方面 Win98 Win2000 已经提供了对它 的支持 效果不错 但是 IEEE1394 推广的最大障碍在于产品 因为主板芯片 组直接对 IEEE1394 提供支持的几乎没有 要实现它必须外接控制芯片 这样 无疑大大提高了产品成本 目前看来 IEEE1394 似乎情况并不容乐观 但是 IEEE1394 在其他方面却比 USB 更受青睐 例如信息家电和高端服务器等领域 IEEE1394 就以其超快的速度成为该领域的唯一选择 2 22IEEE1394 的发展前景的发展前景 随着 PC 行业与通信和其它媒体之间的合作逐步深入 人们越来越需要一个统 一的接口标准 IEEE 1394 可以满足所有各方的需要 而且成本低 易于实现 IEEE 1394 的首要目标是影像等消费类电子设备如数码 CAMCORDERS 数码 VCRS DVD 和数码电视等 在影像消费电子设备产业中 IEEE 1394 已成为一 种事实上的连接标准 因此 如果一台 PC 需要连接到这类设备上 它的连接 方式就是 IEEE 13 1394 同业公会已经推出了 IEEE 1394 标准的升级方案 IEEE 1394 多媒体联 网技术将获得高达 1 6Gbps 的速度提升 新的 1394b 规范至少能将速度从目 前的最高 400Mbps 提升 1 倍 而且通过增加物理连接长度能使网络更灵活 新规范的架构支持 3 2Gbps 的未来速度 但初期允许网络以最低 800Mbps 最 高 1 6Gbps 的速度传输数据 新规范允许同当前的 1394 标准向后兼容 第三章第三章 USB 的技术和并行标准的技术和并行标准 SCSI 简介简介 3 1 USB 和和 SCSI 的技术标准 的技术标准 3 11 USB 的技术标准的技术标准 3 11 USB1 1 技术规范 USB 通用串行总线 Universal Serial Bus 是众多计算机厂商和电讯厂商共同 开发的用于计算机外设连通到计算机的规范 它被设计用来解决安装计算机外 设时遇到的种种技术性问题 并且符合 Microsoft 的即插即用规范 也就是说用 户安装外设不必再像原来一样按部就班的关机 启动了 而是可以热插拔了 而且它能以雏菊链的方式同时连接 127 个外设 USB 总线能提供两种传输速度 1 5Mbps 和 12Mbps 并且能向外设提过最大 500mA 的电流 所以这些只需要 通过计算机的 USB 接口就能实现 3 12 USB2 0 的技术规范 USB2 0 技术规范是有由 Compaq Hewlett Packard Intel Lucent Microsoft NEC Philips 共同制定 发布的 规范 把外设数据传输速度提高到了 480Mbps 是 USB 1 1 设备的 40 倍 但按照原 定计划新的 USB 2 0 标准只是准备把这个标准定在 240Mbps 后来 经过努力 将它提高到了 480Mbps 由于当时制订的标准有了变化 USB 规范就产生了三种速度选择 480Mbps 12Mbps 1 5Mbps 而 2003 年 6 月份 当 USB2 0 标准开始逐 渐深入人心之后 USB 协会重新命名了 USB 的规格和标准 也许当时 USB 协 会的举措只是为了更好的统一标准而不至于混乱 但也许 USB 协会没想到这个 标准给闪存盘和 MP3 市场造成一个混乱的局面 重新命名了 USB 标准将原先的 USB 1 1 改成了 USB 2 0 Full Speed 全速版 同时将原有的 USB 2 0 改成了 USB 2 0 High Speed 高 速版 并同时公布了新的标识 不言而喻 高速版的 USB 2 0 速度当然超过 全速版的 USB 2 0 3 22 USB2 0 和和 USB1 1 的比较的比较 USB2 0 比比 USB1 1 多了 多了 一个较高执行成效的接口 运用所在的 USB1 1 连接器与全速的缆线 设置微帧的规范 其为 USB1 X 帧的 1 8 倍 USB2 0 集线器能以设备 by 设备为基础 协调出连接的速度 并且建立出 适当的连接方式 位于下端接口 USB2 0 集线器能够支持任何速度的设备连接上来 表表 USB1 1 与与 2 0 规范中 主机控制器 设备与集线器的对应表规范中 主机控制器 设备与集线器的对应表 USB1 1 主机控制器USB2 0 主机控制器分类 NO Hub USB1 1 HUB USB2 0 HUB NO HubUSB1 1 HUB USB2 0 HUB LOW SPEED DEVICE 1 5Mbps1 5Mbps1 5Mbps1 5Mbps1 5Mbps1 5Mbps FULL SPEED DEVICE 12Mbps12Mbps12Mbps12Mbps12Mbps12Mbps HIGH SPEED CAPABLE DEVICE 12Mbps12Mbps12Mbps12Mbps12Mbps12Mbps 3 2SCSI 的技术标准的技术标准 SCSISCSI 是小型计算机系统接口的简称 其设计思想来源于 IBM 大型机系统的 I O 通道结构 目的是使 CPU 摆脱对各种设备的繁杂控制 它是一个高速智能接口 可以混接各种磁盘 光盘 磁 带机 打印机 扫描仪 条码阅读器以及通信设 备 它首先应用于 Macintosh 和 Sun 平台上 后来发展到工作站 网络服务器 和 pentium 系统中 并成为 ANSI 美国国家标准局 标准 SCSISCSI 有如下性能特点 有如下性能特点 1 SCSI 接口总线由 8 条数据线 一条奇偶校验线 9 条控制线组成 使用 50 芯电缆 规定了两种电气条件 单端驱动 电缆长 6m 差分驱动 电缆最长 25m 2 总线时钟频率为 5MHz 异步方式数据传输率是 2 5MB s 同步方式数据传输 率是 5MB s 3 SCSI 接口总线以菊花链形式最多可连接 8 台设备 在 pentium 中通常是 由一个主适配器 HBA 与最多 7 台外围设备相接 HBA 也算作一个 SCSI 设备 由 HBA 经系统总线 如 PCI 与 CPU 相连 图 8 21 SCSI 接口配置实例 4 每个 SCSI 设备有自己的唯一设备号 ID0 7 ID 7 的设备具有最高优先权 ID 0 的设备优先权最低 SCSI 采用分布式总线仲裁分布式总线仲裁策略 在仲裁阶段 竞争的 设备以自己的设备号驱动数据线中相应的位线 如 ID 7 的设备驱动 DB7线 并 与数据线上的值进行比较 因此仲裁逻辑比较简单 而且在 SCSI 的总线选择阶 段 启动设备和目标设备的设备号能同时出现在数据线上 5 所谓 SCSISCSI 设备设备是指连接在 SCSI 总线上的智能设备 即除主适配器 HBA 外 其他 SCSI 设备实际是外围设备的适配器或控制器 每个适配器或控制器通过各 自的设备级 I O 线可连接一台或几台同类型的外围设备 如一个 SCSI 磁盘控制 器接 2 台硬盘驱动器 标准允 许每个 SCSI 设备最多有 8 个逻辑单元 每个逻 辑单元可以是物理设备也可以是虚拟设备 每个逻辑单元有一个逻辑单元号 LUN0 LUN7 6 由于 SCSI 设备是智能设备 对 SCSI 总线以至主机屏蔽了实际外设的固有物 理属性 如磁盘柱面数 磁头数等参数 各 SCSI 设备之间就可用一套标准的命 令进行数据传送 也为设备的升级或系统的系列化提供了灵活的处理手段 7 SCSI 设备之间是一种对等关系 而不是主从关系 SCSI 设备分为启动设备 发命令的设备 和目标设备 接受并响应命令的设备 但启动设备和目标设备 是依当时总线运行状态来划分的 而不是预先规定的 总之 SCSI 是系统级接口 是处于主适配器和智能设备控制器之间的并 行 I O 接口 一块主适配器可以接 7 台具有 SCSI 接口的设备 这些设备可以是 类 型完全不同的设备 主适配器却只占主机的一个槽口 这对于缓解计算机挂 接外设的数量和类型越来越多 主机槽口日益紧 张的状况很有吸引力 3 31 IEEE1394 与与 USB 的技术标准比较的技术标准比较 一 一 USB 与与 IEEE1394 的相同点的相同点 两者都是一种通用外接设备接口 两者都可以快速传输大量数据 两者都能连接多个不同设备 两者都支持热插拨 两者都可以不用外部电源 二 二 USB 与与 IEEE1394 的不同点的不同点 两者的传输速率不同 USB 的传输速率与 IEEE1394 的速率比起来真是小 巫见大巫了 USB 的传输速率现在只有 480Mbps 只能连接键盘 鼠标与麦 克风等低速设备 而 IEEE1394 可以使用 3 2Gbps 可以用来连接数码相机 扫描仪和信息家电等需要高速率的设备 两者的结构不同 USB 在连接时必须至少有一台电脑 并且必须需要 HUB 来实现互连 整个网络中最多可连接 127 台设备 IEEE1394 并不需要电 脑来控制所有设备 也不需要 HUB IEEE1394 可以用网桥连接多个 IEEE1394 网络 也就是说在用 IEEE1394 实现了 63 台 IEEE1394 设备之后也 可以用网桥将其他的 IEEE1394 网络连接起来 达到无限制连接 两者的智能化不同 IEEE1394 网络可以在其设备进行增减时自动重设网 络 USB 是以 HUB 来判断连接设备的增减了 两者的应用程度不同 现在 USB 已经被广泛应用于各个方面 几乎每台 PC 主板都设置了 USB 接口 USB2 0 也会进一步加大 USB 应用的范围 IEEE1394 现在只被应用于音频 视频等多媒体方面 3 32IEEE1394 与与 SCIS 的技术标准比较的技术标准比较 IEEE1394IEEE1394 串行接口与串行接口与 SCSISCSI 等并行接口相比 有如下三个显著特点 等并行接口相比 有如下三个显著特点 1 1 数据传送的高速性数据传送的高速性 1394 的数据传输率分为 100Mb s 200Mb s 400Mb s 三档 而 SCSI 2 也只有 40MB s 相当于 320Mb s 这样的高速 特性特别适合 于新型高速硬盘及多媒体数据传送 1394 之所以达到高速 一是串行传送比并 行传送容易提高数据传送时钟速率 二是采用了 DS Link 编码 技术 把时钟信 号的变化转变为选通信号的变化 即使在高的时钟速率下也不易引起信号失真 2 2 数据传送的实时性数据传送的实时性 实时性可保证图像和声音不会出现时断时续的现象 因 此对多媒体数据传送特别重要 1394 之所以做到实时性 原因有二 一是它除 了异步传送外 还提供了一 种等步传送方式 数据以一系列的固定长度的包规 整间隔地连续发送 端到端既有最大延时限制而又有最小延时限制 二是总线 仲裁除优先权仲裁之外 还有均等仲 栽和紧急仲栽方式 3 3 体积小易安装 连接方便体积小易安装 连接方便 1394 使用 6 芯电缆 直径约为 6mm 插座也小 而 SCSI 使用 50 芯或 68 芯电缆 插座体积也大 在当前个人机要连接的设备 越来越多 主机箱的体积越显窄小情况下 电缆细 插座小的 1394 是很有吸引 力的 尤其对笔记本电脑一类机器 1394 的电缆不 需要与电缆阻抗匹配的终 端 而且电缆上的设备随时可从插座重拔出或插入 即具有热插入能力 这对 用户安装和使用 1394 设备很有利 3 33 SCIS 与与 USB 的技术标准比较的技术标准比较 SCSI 此接口最大的连接设备数为 8 个 最大的传输速度是 160M S 速度较 快 一般连接高速的设备 最初的扫描仪往往都是使用这种借口 例如惠普的 4C 4P 5P 等等老型号扫描仪 但是由于 SCSI 设备的安装较复杂 在 PC 机上一般要另加 SCSI 卡 容易产 生硬件冲突 所以现在扫描仪上 SCSI 接口正在逐渐被代替 只有某些高端扫 描仪上面才配有这种接口 USB 现在最常用的串行通讯接口是 USB 接口 它的用途非常广泛 除了用来 联接打印机 扫描仪外 还用来联接外置刻录机 外置硬盘甚至鼠标键盘 UBS 接口的主要优点是传输速度比较快 支持即插即用 所以一般使用 USB 接口的 设备在安装时比用其它接口的设备方便得多 理论上 USB 接口最多可连接 127 台外设 现在的 USB1 1 标准最高传输速度 为 12Mbps 并且有一个辅通道用来传输低速数据 在将来如果有了 USB 2 0 标准的扫描仪速度可能会扩展到 480M S 具热插拔功能 即插即用 此接口的 扫描仪随着 USB 标准在 Intel 的力推之下的确立和推广而逐渐普及 目前来 讲 USB 已经成为扫描仪接口的标准 现在市场上惠普所有的扫描仪都已经标配 USB 接口 第四章第四章 当前最近的高速接口发展情当前最近的高速接口发展情 随着个人电脑平台的不断发展 未来数据传输的流量将达到 TB 级别 目前电脑使用的数据传输方式 无论是 USB 2 0 SATA 和 eSATA 还是基于无线的 802 11g 和 802 11n 都显得跟不上潮流了 因此 新一代 G 比特级别的高速接口已经呼之 欲出 它们包括 USB 2 0 的接班人 USB 3 0 下一代 SATA 接口 SATA Revision 3 0 用于视听产品的新接口 HDMI 1 4 Display Port v1 2 和 DiiVA 用于无线视频传 输的 Wireless HD 早在 2008 年秋季 IDF 上 英特尔就已经演示了 USB 3 0 传输方式 在接下来的 CES2009 展会上 至少 5 家相关厂商也进行了 USB 3 0 传输演示实验 值得注意的是 早期 USB 3 0 的传输速率仅仅稍快于 USB 2 0 但在 2009 年 5 月日本东京 举办的 USB 3 0 开发者大会 上 各厂商除了纷纷展出实物以外 USB 3 0 接口的实际传输速率也达到了 160MB s 这 还是在桥接芯片受限于 SATA 总线的速度 1 5Gb s 下得到的 由于 USB 3 0 的技术特点 想要达到 5Gb s 的理论传输速率较为困难 但实际传输速率在 2010 年达到 300MB s 应该 问题不大 USB 3 0 桥接芯片上市桥接芯片上市 随着各厂商 USB 3 0 芯片的物理层和逻辑层设计完成 USB 3 0 桥接芯片也开始出货 最 先上市的依然是日本厂商的产品 2009 年 5 月 NEC 发布的主控制器 LSI PD 是全球首 款 USB 3 0 控制器芯片 它采用 10mm 见方 176 引脚的 FBGA 封装 支持两个 USB 3 0 端口 工作时的功率低于 1 瓦 售价大约 1500 日元 6 月中旬开始供货 2009 年 7 月 富 士通的 USB 3 0 SATA 桥接芯片 MB86C30A 也开始样品供货 它采用 7mm 见方的 LQFP 封装 以 65nm 工艺技术制造 预定每月大约销售 100 万个 美国的 TI 等公司也准备在年 内供货 USB 3 0 芯片 与此同时 太阳诱电 村田制作所等公司也推出了用于消除 USB 3 0 和 DisplayPort 等高速接口噪音的扼流线圈 随着这 些 用 于 USB 3 0 的芯片和附属元 件上市 支持 USB 3 0 的硬件也如雨后春笋般地出现 高速无线接口 Wireless HD WH