基于1394的數據傳輸電路

王海鵬 王立志 王 卓

摘 要:IEEE1394作為一種高性能串行總線標準,具有體積小,價格低廉,傳輸速率高,支持同步和異步兩種數據傳輸模式,支持即插即用和熱插拔,拓撲結構靈活,為外設提供電源,支持點對點傳輸等特點,在未來的PC產品中將有很大的應用空間。著重探討1394協議、電源管理、基于1394的硬盤接口電路,對多功能接口電路的理論進行了初步設想。

關鍵詞:1394協議;電源管理;接口電路;硬盤

中圖分類號:TP274 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2009)21-052-03

Data Transmission Circuit Based on 1394

WANG Haipeng,WANG Lizhi,WANG Zhuo

(Science Institute,Air Force Engineering University,Xi′an,710051,China)

Abstract:IEEE1394 is a high performance serial bus standard with small size,low cost,high transfer rate,supporting synchronous and asynchronous data transfer mode and plug-play and hot-swappable.And it also has flexible topology to provide power for peripherals and to support point to point transmission,which should be in extensive use for PC products in the future.The exploration of 1394 protocol,power management,1394-based hard disk interface circuit,and a preliminary plan for the multi-functional interface circuit theory are discussed.

Keywords:1394 agreement;power management;interface circuit;hard disk

0 引 言

目前硬盤上流行的接口標準有IDE,SCSI,SATA,光纖通道四種。IEEE1394是一種高性能串行總線標準,它具有體積小,價格低廉,傳輸速率高,支持同步和異步兩種數據傳輸模式,支持即插即用和熱插拔,拓撲結構靈活,為外設提供電源,支持點對點傳輸等特點,基于這些特點,1394廣泛應用于多媒體領域,特別是數碼攝像機、數碼照相機、移動硬盤和組建家庭網絡等數據傳輸領域[1,2]。

1 1394協議簡介

IEEE1394分為兩種傳輸方式:Backplane模式和Cable模式。Backplane模式最小的速率也比USB 1.1最高速率高,分別為12.5 Mb/s,25 Mb/s,50 Mb/s,可以用于多數的高帶寬應用。Cable模式是速度非常快的模式,分別為100 Mb/s,200 Mb/s,400 Mb/s和800 Mb/s幾種,而通常在200 Mb/s下即可傳輸不經壓縮的高質量音視頻數據[2-4]。

1394b是1394技術的升級版本,是僅有的專門針對多媒體——視頻、音頻、控制及計算機而設計的家庭網絡標準。它通過低成本、安全的CAT5(五類)實現了高性能家庭網絡。1394b能提供800 Mb/s或更高的傳輸速度。近年來隨著成本的下降,1394卡正迅速普及,也逐漸出現了其他一些相關設備,如數碼相機、硬盤、網絡攝像機等。

2004年1394有兩個新的規范宣布:其一是結合1394b標準和以太網協議的物理層而制定的1394c標準,該標準將家庭網絡領域納入1394的應用領域范圍。其二是無線1394標準(Wireless1394),該規范主要實現在超寬帶技術UWB(Ultra Wide Band)設備間實現1394無線傳輸,該協議也可參考802.15.3,該協議可以更加優化室內網絡連接(in-room cluster connectivity),諸如數字錄像機、DVD錄像機等便攜式設備與桌面設備(Tabletop Device)的互聯問題。2005年在The 1394 Trade Association的領導下Wireless1394標準在不斷完善;1394c規范(1394c standard)于2005年最后得到IEEE委員會的正式批準通過,1394協議以基于以太網的物理層為切入點,1394c協議想以此為契機而成為一種網絡互連技術(Net Working Technology),但是這一點得到認可還需要許多工作,預計近幾年,基于1394汽車網絡(Automotive Network)的小汽車將下線[5]。

1394接口具有把一個輸入信息源傳來的數據向多個輸出機器廣播的功能,特別適用于家庭視聽AV(Audio Visual)的連接。由于該接口具有等時間的傳送功能,確保視聽AV設備重播聲音和圖像數據質量,具有好的重播效果。目前市場上的1394卡可以簡單的分成兩類:帶有硬件DV實時編碼功能的DV卡和用軟件實現壓縮編碼的1394卡。帶有硬件編碼功能的DV卡一般價格在數千元,帶有硬件編碼的DV卡可以大大提高DV編輯的速度,可以實時地處理一些特技轉換,而且許多此類卡帶有處理MPEG-2視頻流的功能。

IEEE1394規范的未來將是無比光明的。隨著新的USB 2.0技術的推出,USB的傳輸速度已經達到了480 Mb/s,而最近完成的IEEE1394b規范的傳輸速度則可以達到最大800 Mb/s的傳輸速度。在將來,人們還計劃推出P1394b規范,該規范將可以使用光纖和CAT-5電纜,而且速度也將提高到3 200 Mb/s,需要使用SCSI接口的很多設備都將轉而使用IEEE1394。在軟件上,各種操作系統也積極提供對IEEE1394設備的支持。微軟公司在Win 98中正式支持1394接口,并逐步提供了一系列Windows環境和NT環境下的驅動程序開發工具和API函數,方便了1394驅動的開發,加快了1394設備的普及。目前,Windows 2000/XP操作系統對1394接口的產品可以完全支持。

IEEE1394的特點:

(1) 多媒體應用的實時數據傳輸;

(2) 現在數據傳輸率為100 Mb/s,200 Mb/s,400 Mb/s;將來可達到800 Mb/s或1.6 Gb/s,甚至3.2 Gb/s;

(3) 實時連接或斷開時數據不丟失或中斷;

(4) 支持即插即用自動配置;

(5) 實時應用的寬帶寬傳輸;

(6) 不同設備和應用的通用連接;

(7) 遵循IEEE1394高性能串行總線標準。

2 電源管理

穩定可靠的直流電源是目前大部分電子產品和家用電器安全工作的保障,是一切電子設備的心臟,其性能優劣直接關系到電子設備的技術指標及能否安全可靠地工作。而目前人們日常生活所需的電能多來自市交流電網,因此,使交流電變成穩定直流電的穩壓電源一直是人們關心和研究的對象。從穩壓電源的工作方式上看,有線性穩壓電源和開關穩壓電源兩種。線性穩壓電源亦稱串聯調整式穩壓電源,其穩壓性好,輸出紋波電壓很小,但它必須使用工頻變壓器與電網進行隔離,并且調整管的功率損耗較大,致使電源的體積和重量大、效率低。開關穩壓電源(簡稱開關電源)主要是利用功率器件的開關交流工作原理,關鍵元器件工作在高頻開關狀態,本身消耗的能量很低,電源效率可達80%~90%,比普通線性穩壓電源效率提高近一倍。并且由于開關頻率高(幾十至幾百千赫茲),去掉了工頻變壓器和低頻濾波電感,減小整機體積和重量、提高了工作效率,使之與線性穩壓電源相比具有效率高、重量輕、穩壓范圍寬等優點。因此,近幾年市面上的開關電源已經逐步替代了傳統的線性調節穩壓電源成為穩壓電源的主流產品[7]。

開關電源由主電路與控制電路兩大部分組成,主電路的能量傳遞給負載電路,控制電路則按照輸入/輸出條件控制主電路工作狀態,將控制電路集成化即成為開關電源。開關電源的控制模式,大致有以下三種:

(1) 脈寬調制方式,簡稱脈寬調制(Pulse Width Modulation,PWM)式。其特點是固定開關頻率,通過改變脈沖寬度來調節占空比。因開關周期也是固定的,這就為設計濾波電路提供了方便。受功率開關最小導通時間的限制,對輸出電源不能做寬范圍的調節;另外輸出端一般要接假負載,以防止空載時輸出高電壓。目前,集成開關電源大多采用PWM方式

(2) 脈沖頻率調制方式,簡稱脈頻調制(Pulse Frequency Modulation,PFM)式。它是將脈沖寬度固定,通過改變開關頻率來調節占空比的。在電路設計上要用固定脈寬發生器來代替脈寬調制器中的鋸齒波發生器,并利用電壓頻率轉換器(例如壓控振蕩器VCO)改變頻率。其穩壓原理是:當輸出電壓Vo升高時,控制器輸出信號的脈沖寬度不變而周期變長,使占空比減小,Vo降低。PFM式開關電源的輸出電壓調節范圍很寬,輸出端可不接假負載。

(3) 混合調制方式,是指脈沖寬度與脈沖頻率均不固定,彼此都能改變的方式,它屬于PWM和PFM的混合方式。

基于1394的接口電路采用雙層供電模式,一路是通過1394數據接口輸入8~40 V電壓源,再經電壓轉換芯片提供電路所需電壓;另一路是通過直流電壓源直接輸入電路所需電壓。接口電路電源塊框圖如圖1所示。

3 基于1394 的數據傳輸電路

基于1394的接口電路是實現數據傳輸的關鍵環節,電路采用1394&USB;雙輸出端口芯片PL-3507,在移動存儲設備與PC機之間實現數據雙向傳輸,接口電路框圖如圖2所示。

4 IEEE1394的發展

IEEE1394作為一種高性能串行總線標準,支持高速點對點傳輸,在 PC產品中有著不可替代的地位,P1394b,1394c,Wireless1394等新協議的出現將大大推動1394技術的發展,推動PC產品的革新換代,學習研究1394相關技術將有著很好的應用前景[9,10]。

參考文獻

[1]張大樸,王曉,張大為.IEEE1394協議及接口設計[M].西安:西安電子科技大學出版社,2004.

[2]李世平,戴凡,汪旭東.IEEE1394(FireWire)系統原理與應用技術[M].西安:西安電子科技大學出版社,2004.

[3]單國全.基于IEEE1394數字視頻輸出、截取板卡設計與實現及其在多媒體教學中的應用[D].天津:天津師范大學,2006.

[4]郝斌.基于1394的嵌入式紅外成像系統接口技術研究[D].北京:北方工業大學,2007.

[5]王苗苗,張春熹,史潔琴.IEEE1394應用于航空電子系統圖像通信的研究[J].圖像處理,2006,22(1):225-227.

[6]張大樸,李玉山.一種基于IEEE1394接口的數據采集系統的設計[J].計算機應用,2003,23(6):54-55.

[7]Shingo Fujimori,Toshimi Sakurai.New Protocol Transfer Module for USB 2.0 to IEEE1394 Interfaces Using Synchronous Packet Control for Audio and Video Data Streams,0-7803-7300-6/02,2002IEEE.

[8]PL-3507,http://www.prolific.com.tw,2009.

[9]Tai Yeon Ku,Dong Hwan Park.A Java-Based Architecture Supporting IEEE 1394 for Home Entertainment Network,0-7803-7300-6102,2002 IEEE.

[10]Masahiko Mikawa.A Programming Interface for IEEE 1394 Video Device in Robot Vision,PR0001/03/0000-2132,2003 SICE.

作者簡介

王海鵬 研究方向為集成電路與EDA環境。