Стандарт IEEE 1394 (технология FireWire)

IEEE 1394 - это стандарт на высокоскоростную последовательную шину, который был разработан на основе технологии FireWire фирмами Apple и Texas Instruments. Он также является частью стандарта Serial SCSI (смотрите также высокоскоростная шина SCSI). Для чего понадобился новый стандарт? В принципе, для того же, для чего понадобилась USB. Но это, по моему, не самое главное. А главное - это необходимость передачи высококачественного видео/аудио в реальном времени, да и вообще любых цифровых потоков с высокой скоростью для истинного "Multimedia PC". Самый традиционный способ создания цифрового видео - снять на аналоговую камеру, затем оцифровать с помощью платы видеомонтажа - довольно прост и относительно дешев, но при этом теряется качество. А можно и снимать в цифре, но тогда нужно эту самую цифру как-то передавать в компьютер. Раньше для этого использовался SCSI, но, во-первых, это не самый удобный способ (небольшая длина кабеля, терминаторы, невозможность горячего подключения и тому подобное), а, во-вторых, не очень дешевый. Можно, конечно, использовать ту же USB, но ее пропускной способности хватает только на поток, соответствующий самому низкокачественному видео, а про параллельный порт и говорить нечего. Вот как раз таки для передачи качественного цифрового потока и была создана IEEE 1394.

Стандарт поддерживает пропускную способность шины на уровнях 100, 200, 400 800 и 1600 Mbits/s. В зависимости от возможностей подключенных устройств одна пара устройств может обмениваться сигналами на одной скорости (например, 100 Mbits/s), в то время как другая на той же шине - на другой (например, 400 Mbits/s). Такие высокие показатели пропускной способности последовательной шины практически исключают необходимость использования параллельных шин (той же SCSI). Правда, мне кажется, что если FireWire и заменит хотя бы отчасти когда-нибудь SCSI для передачи данных внутри компьютера, то это произойдет не скоро (если вообще произойдет) - закрепившийся за долгие годы на рынке стандарт, тем более очень даже неплохой, не так-то легко будет сместить.

Перечислим основные достоинства технологии FireWire.

• Цифровой интерфейс - позволяет передавать данные между цифровыми устройствами (например, тем же камерами и компьютером) без потери качества
• Тонкий кабель заменяет груду громоздких проводов
• Простота в использовании - отсутствие терминаторов, идентификаторов устройств или предварительной установки, возможность переконфигурировать шину без выключения компьютера
• Гибкая топология, основанная на равноправии устройств
• Высокая скорость обмена (до 200 Mb/s), что дает возможность подключать к шине самое высокоскоростное оборудование
• Низкая нагрузка на процессор
• Возможность использовать самые разнообразные устройства, как внешние, так и внутренние, широкие возможности для интеграции РС с бытовой аудио- видеоэлектроникой
• Достаточно низкая цена

Правда, внутренние устройства IEEE 1394 - скорее экзотика (по крайней мере, сейчас), чем реальность. Объясняется это просто: существуют очень популярные интерфейсы для подключения носителей (IDE, SCSI), которые тоже не очень медленные и не дорогие (ну, для SCSI, правда, последнее не совсем, мягко говоря, верно) и переходить на FireWire мало кто хочет. Но такое вполне возможно, тем более если учесть и то, что в последнее время последовательной передаче данных уделяется очень большое внимание (USB, Serial ATA), что не удивительно - все гениальное, как говориться, просто. И даже если это будет не FireWire, то, наверное, что-нибудь подобное (тот же SATA), хотя и все равно не очень скоро. Поэтому сейчас в основном доступны только внешние устройства, и не исключено, что IEEE 1394 так и останется чисто внешним интерфейсом. Кстати, FireWire применяется не только в РС, но и в бытовой и профессиональной видеотехнике (что опять таки лишний раз наводит на мысль, что IEEE будет преимущественно внешним и широко использоваться для сопряжения этой видеотехники с компьютером), в том числе и для передачи данных внутри самого устройства (или между ними, например, видеокамерой и цифровым телевизором). Производителям такой электроники легче - они вправе использовать что угодно, лишь бы работало, и не оглядываться на старые технологии...

Кабель IEEE 1394 состоит из шести проводов, из них два идет на питание, а две другие пары предназначены для передачи сигнала. Каждая витая пара и весь кабель в целом экранированы.

Провода питания рассчитаны на ток до 1.5 А при напряжении от 8 до 40 V, поддерживают работу всей шины, даже когда некоторые устройства выключены. Они также делают ненужными кабели питания во многих устройствах. Не так давно инженеры Sony разработали еще более тонкий четырехпроводный кабель, в котором отсутствуют провода питания. Этот так называемый AV-разъем будет связывать небольшие устройства, как листья с ветками 1394. Коннекторы шины IEEE 1394 очень напминают разъемы шины USB.

Сеть 1394 может включать до 63 узлов, каждый из которых имеет свой 6-разрядный физический идентификационный номер. К каждому узлу можно подключить до 16 устройств. Если этого недостаточно, несколько сетей могут быть соединены между собой мостами (всего до 1023 шинных перемычек). При этом каждая шина идентифицируется отдельным 10-разрядным номером. Таким образом, 16-разрядный адрес позволяет иметь до 64449 узлов в системе, что дает 1031184 устройств.

Конструкция шины удивительно проста. Устройства могут подключаться к любому доступному порту (на каждом устройстве обычно 1 - 3 порта). Шина допускает "горячее" подключение - соединение или разъединение при включенном питании. Нет также необходимости в каких-либо адресных переключателях, поскольку отсутствуют электронные адреса. Каждый раз, когда узел добавляется или изымается из сети, топология шины автоматически переконфигурируется в соответствии с шинным протоколом. Однако есть несколько ограничений. Между любыми двумя узлами может существовать не больше 16 сетевых сегментов, а в результате соединения устройств не должны образовываться петли. К тому же для поддержки качества сигналов длина стандартного кабеля, соединяющего два узла, не должна превышать 4.5 m.

Интерфейс позволяет осуществлять два типа передачи данных: синхронный и асинхронный. При асинхронном методе получатель подтверждает получение данных, а синхронная передача гарантирует доставку данных в необходимом объеме, что особенно важно для мультимедийных приложений.

Протокол IEEE 1394 реализует три нижних уровня эталонной модели Международной Организации по стандартизации: физический, канальный и сетевой. Кроме того, существует менеджер шины, которому доступны все три уровня. На физическом уровне обеспечивается электрическое и механическое соединение с коннектором, на других уровнях - соединение с прикладной программой.

На физическом уровне осуществляется передача и получение данных, выполняются арбитражные функции - для того чтобы все устройства, подключенные к шине FireWire, имели равные права доступа. На канальном уровне обеспечивается надежная передача данных через физический канал, осуществляется обслуживание двух типов доставки пакетов - синхронного и асинхронного. На сетевом уровне поддерживается асинхронный протокол записи, чтения и блокировки команд, обеспечивая передачу данных от отправителя к получателю и чтение полученных данных. Блокировка объединяет функции команд записи/чтения и производит маршрутизацию данных между отправителем и получателем в обоих направлениях.

Менеджер шины обеспечивает общее управление ее конфигурацией, выполняя следующие действия: оптимизацию арбитражной синхронизации, управление потреблением электрической энергии устройствами, подключенными к шине, назначение ведущего устройства в цикле, присвоение идентификатора синхронного канала и уведомление об ошибках.

Чтобы передать данные, устройство сначала запрашивает контроль над физическим уровнем. При асинхронной передаче в пакете, кроме данных, содержатся адреса отправителя и получателя. Если получатель принимает пакет, то подтверждение возвращается отправителю. Для улучшения производительности отправитель может осуществлять до 64 транзакций, не дожидаясь обработки. Если возвращено отрицательное подтверждение, то происходит повторная передача пакета.

В случае синхронной передачи отправитель просит предоставить синхронный канал, имеющий полосу частот, соответствующую его потребностям. Идентификатор синхронного канала передается вместе с данными пакета. Получатель проверяет идентификатор канала и принимает только те данные, которые имеют определенный идентификатор. Количество каналов и полоса частот для каждого зависят от приложения пользователя. Может быть организовано до 64 синхронных каналов.

Шина конфигурируется таким образом, чтобы передача кадра начиналась во время интервала синхронизации. В начале кадра располагается индикатор начала и далее последовательно во времени следуют синхронные каналы 1, 2 и т. д. На рисунке изображен кадр с двумя синхронными каналами и одним асинхронным.

Оставшееся время в кадре используется для асинхронной передачи. В случае установления для каждого синхронного канала окна в кадре шина гарантирует необходимую для передачи полосу частот и успешную доставку данных.

Стандарт 1394 определяет не только протокол передачи данных, но и общую структуру шины. Древообразная структура всегда имеет корневое устройство, от которого происходит ветвление к логическим узлам, находящимся в других физических устройствах.

Корневое устройство отвечает за определенные функции управления. Так, если это PC, он может содержать мост между шинами 1394 и PCI и выполнять некоторые дополнительные функции по управлению шиной. Корневое устройство определяется во время инициализации и, будучи однажды выбранным, остается таковым на все время подключения к шине.

Как можно заметить, возможностей IEEE 1394 вполне хватает не только для настоящего, но и для обозримого будущего. Это и высокая пропускная способность (причем нет видимых причин для того, чтобы ее нельзя было увеличить, если потребуется), и гибкость конфигурации, и простота использования, и, что тоже довольно важно, вполне приемлемая цена. Так что скоро, вероятно, компьютеры будут иметь в основном только два типа коммуникационых портов: USB для медленных устройств и IEEE 1394 для высокоскоростных. Звучит красиво; поживем - увидим, сбудутся ли наши предположения. Дополнительную информацию о FireWire можно получить на сайте http://firewire.org/.