王海鵬 王立志 王 卓

摘 要:IEEE1394作為一種高性能串行總線標(biāo)準(zhǔn),具有體積小,價(jià)格低廉,傳輸速率高,支持同步和異步兩種數(shù)據(jù)傳輸模式,支持即插即用和熱插拔,拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活,為外設(shè)提供電源,支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)忍攸c(diǎn),在未來的PC產(chǎn)品中將有很大的應(yīng)用空間。著重探討1394協(xié)議、電源管理、基于1394的硬盤接口電路,對(duì)多功能接口電路的理論進(jìn)行了初步設(shè)想。

關(guān)鍵詞:1394協(xié)議;電源管理;接口電路;硬盤

中圖分類號(hào):TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):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(biāo)準(zhǔn)有IDE,SCSI,SATA,光纖通道四種。IEEE1394是一種高性能串行總線標(biāo)準(zhǔn),它具有體積小,價(jià)格低廉,傳輸速率高,支持同步和異步兩種數(shù)據(jù)傳輸模式,支持即插即用和熱插拔,拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活,為外設(shè)提供電源,支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)忍攸c(diǎn),基于這些特點(diǎn),1394廣泛應(yīng)用于多媒體領(lǐng)域,特別是數(shù)碼攝像機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)、移動(dòng)硬盤和組建家庭網(wǎng)絡(luò)等數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域[1,2]。

1 1394協(xié)議簡(jiǎn)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(shù)的高帶寬應(yīng)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(jīng)壓縮的高質(zhì)量音視頻數(shù)據(jù)[2-4]。

1394b是1394技術(shù)的升級(jí)版本,是僅有的專門針對(duì)多媒體——視頻、音頻、控制及計(jì)算機(jī)而設(shè)計(jì)的家庭網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。它通過低成本、安全的CAT5(五類)實(shí)現(xiàn)了高性能家庭網(wǎng)絡(luò)。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(xiàn)了其他一些相關(guān)設(shè)備,如數(shù)碼相機(jī)、硬盤、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等。

2004年1394有兩個(gè)新的規(guī)范宣布:其一是結(jié)合1394b標(biāo)準(zhǔn)和以太網(wǎng)協(xié)議的物理層而制定的1394c標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)將家庭網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域納入1394的應(yīng)用領(lǐng)域范圍。其二是無線1394標(biāo)準(zhǔn)(Wireless1394),該規(guī)范主要實(shí)現(xiàn)在超寬帶技術(shù)UWB(Ultra Wide Band)設(shè)備間實(shí)現(xiàn)1394無線傳輸,該協(xié)議也可參考802.15.3,該協(xié)議可以更加優(yōu)化室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)連接(in-room cluster connectivity),諸如數(shù)字錄像機(jī)、DVD錄像機(jī)等便攜式設(shè)備與桌面設(shè)備(Tabletop Device)的互聯(lián)問題。2005年在The 1394 Trade Association的領(lǐng)導(dǎo)下Wireless1394標(biāo)準(zhǔn)在不斷完善;1394c規(guī)范(1394c standard)于2005年最后得到IEEE委員會(huì)的正式批準(zhǔn)通過,1394協(xié)議以基于以太網(wǎng)的物理層為切入點(diǎn),1394c協(xié)議想以此為契機(jī)而成為一種網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)(Net Working Technology),但是這一點(diǎn)得到認(rèn)可還需要許多工作,預(yù)計(jì)近幾年,基于1394汽車網(wǎng)絡(luò)(Automotive Network)的小汽車將下線[5]。

1394接口具有把一個(gè)輸入信息源傳來的數(shù)據(jù)向多個(gè)輸出機(jī)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(shí)間的傳送功能,確保視聽AV設(shè)備重播聲音和圖像數(shù)據(jù)質(zhì)量,具有好的重播效果。目前市場(chǎng)上的1394卡可以簡(jiǎn)單的分成兩類:帶有硬件DV實(shí)時(shí)編碼功能的DV卡和用軟件實(shí)現(xiàn)壓縮編碼的1394卡。帶有硬件編碼功能的DV卡一般價(jià)格在數(shù)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(shí)時(shí)地處理一些特技轉(zhuǎn)換,而且許多此類卡帶有處理MPEG-2視頻流的功能。

IEEE1394規(guī)范的未來將是無比光明的。隨著新的USB 2.0技術(shù)的推出,USB的傳輸速度已經(jīng)達(dá)到了480 Mb/s,而最近完成的IEEE1394b規(guī)范的傳輸速度則可以達(dá)到最大800 Mb/s的傳輸速度。在將來,人們還計(jì)劃推出P1394b規(guī)范,該規(guī)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(shè)備都將轉(zhuǎn)而使用IEEE1394。在軟件上,各種操作系統(tǒng)也積極提供對(duì)IEEE1394設(shè)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(huán)境和NT環(huán)境下的驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)工具和API函數(shù),方便了1394驅(qū)動(dòng)的開發(fā),加快了1394設(shè)備的普及。目前,Windows 2000/XP操作系統(tǒng)對(duì)1394接口的產(chǎn)品可以完全支持。

IEEE1394的特點(diǎn):

(1) 多媒體應(yīng)用的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸;

(2) 現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸率為100 Mb/s,200 Mb/s,400 Mb/s;將來可達(dá)到800 Mb/s或1.6 Gb/s,甚至3.2 Gb/s;

(3) 實(shí)時(shí)連接或斷開時(shí)數(shù)據(jù)不丟失或中斷;

(4) 支持即插即用自動(dòng)配置;

(5) 實(shí)時(shí)應(yīng)用的寬帶寬傳輸;

(6) 不同設(shè)備和應(yīng)用的通用連接;

(7) 遵循IEEE1394高性能串行總線標(biāo)準(zhǔn)。

2 電源管理

穩(wěn)定可靠的直流電源是目前大部分電子產(chǎn)品和家用電器安全工作的保障,是一切電子設(shè)備的心臟,其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)及能否安全可靠地工作。而目前人們?nèi)粘Ｉ钏璧碾娔芏鄟碜允薪涣麟娋W(wǎng),因此,使交流電變成穩(wěn)定直流電的穩(wěn)壓電源一直是人們關(guān)心和研究的對(duì)象。從穩(wěn)壓電源的工作方式上看,有線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源兩種。線性穩(wěn)壓電源亦稱串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓電源,其穩(wěn)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(wǎng)進(jìn)行隔離,并且調(diào)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(guān)穩(wěn)壓電源(簡(jiǎn)稱開關(guān)電源)主要是利用功率器件的開關(guān)交流工作原理,關(guān)鍵元器件工作在高頻開關(guān)狀態(tài),本身消耗的能量很低,電源效率可達(dá)80%~90%,比普通線性穩(wěn)壓電源效率提高近一倍。并且由于開關(guān)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(jī)體積和重量、提高了工作效率,使之與線性穩(wěn)壓電源相比具有效率高、重量輕、穩(wěn)壓范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。因此,近幾年市面上的開關(guān)電源已經(jīng)逐步替代了傳統(tǒng)的線性調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品[7]。

開關(guān)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(fù)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(tài),將控制電路集成化即成為開關(guān)電源。開關(guān)電源的控制模式,大致有以下三種:

(1) 脈寬調(diào)制方式,簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation,PWM)式。其特點(diǎn)是固定開關(guān)頻率,通過改變脈沖寬度來調(diào)節(jié)占空比。因開關(guān)周期也是固定的,這就為設(shè)計(jì)濾波電路提供了方便。受功率開關(guān)最小導(dǎo)通時(shí)間的限制,對(duì)輸出電源不能做寬范圍的調(diào)節(jié);另外輸出端一般要接假負(fù)載,以防止空載時(shí)輸出高電壓。目前,集成開關(guān)電源大多采用PWM方式

(2) 脈沖頻率調(diào)制方式,簡(jiǎn)稱脈頻調(diào)制(Pulse Frequency Modulation,PFM)式。它是將脈沖寬度固定,通過改變開關(guān)頻率來調(diào)節(jié)占空比的。在電路設(shè)計(jì)上要用固定脈寬發(fā)生器來代替脈寬調(diào)制器中的鋸齒波發(fā)生器,并利用電壓頻率轉(zhuǎn)換器(例如壓控振蕩器VCO)改變頻率。其穩(wěn)壓原理是:當(dāng)輸出電壓Vo升高時(shí),控制器輸出信號(hào)的脈沖寬度不變而周期變長(zhǎng),使占空比減小,Vo降低。PFM式開關(guān)電源的輸出電壓調(diào)節(jié)范圍很寬,輸出端可不接假負(fù)載。

(3) 混合調(diào)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(shù)據(jù)接口輸入8~40 V電壓源,再經(jīng)電壓轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)傳輸電路

基于1394的接口電路是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵環(huán)節(jié),電路采用1394&USB;雙輸出端口芯片PL-3507,在移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備與PC機(jī)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸,接口電路框圖如圖2所示。

4 IEEE1394的發(fā)展

IEEE1394作為一種高性能串行總線標(biāo)準(zhǔn),支持高速點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸,在 PC產(chǎn)品中有著不可替代的地位,P1394b,1394c,Wireless1394等新協(xié)議的出現(xiàn)將大大推動(dòng)1394技術(shù)的發(fā)展,推動(dòng)PC產(chǎn)品的革新?lián)Q代,學(xué)習(xí)研究1394相關(guān)技術(shù)將有著很好的應(yīng)用前景[9,10]。

參考文獻(xiàn)

[1]張大樸,王曉,張大為.IEEE1394協(xié)議及接口設(shè)計(jì)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2004.

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

[3]單國(guó)全.基于IEEE1394數(shù)字視頻輸出、截取板卡設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)及其在多媒體教學(xué)中的應(yīng)用[D].天津:天津師范大學(xué),2006.

[4]郝斌.基于1394的嵌入式紅外成像系統(tǒng)接口技術(shù)研究[D].北京:北方工業(yè)大學(xué),2007.

[5]王苗苗,張春熹,史潔琴.IEEE1394應(yīng)用于航空電子系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)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(jiǎn)介

王海鵬 研究方向?yàn)榧呻娐放cEDA環(huán)境。