基于1394的数据传输电路

王海鹏 王立志 王 卓

摘 要:IEEE1394作为一种高性能串行总线标准,具有体积小,价格低廉,传输速率高,支持同步和异步两种数据传输模式,支持即插即用和热插拔,拓扑结构灵活,为外设提供电源,支持点对点传输等特点,在未来的PC产品中将有很大的应用空间。着重探讨1394协议、电源管理、基于1394的硬盘接口电路,对多功能接口电路的理论进行了初步设想。

关键词:1394协议;电源管理;接口电路;硬盘

中图分类号:TP274 文献标识码:A

文章编号: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

目前硬盘上流行的接口标准有IDE,SCSI,SATA,光纤通道四种。IEEE1394是一种高性能串行总线标准,它具有体积小,价格低廉,传输速率高,支持同步和异步两种数据传输模式,支持即插即用和热插拔,拓扑结构灵活,为外设提供电源,支持点对点传输等特点,基于这些特点,1394广泛应用于多媒体领域,特别是数码摄像机、数码照相机、移动硬盘和组建家庭网络等数据传输领域[1,2]。

1 1394协议简介

IEEE1394分为两种传输方式: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,分别为12.5 Mb/s,25 Mb/s,50 Mb/s,可以用于多数的高带宽应用。Cable模式是速度非常快的模式,分别为100 Mb/s,200 Mb/s,400 Mb/s和800 Mb/s几种,而通常在200 Mb/s下即可传输不经压缩的高质量音视频数据[2-4]。

1394b是1394技术的升级版本,是仅有的专门针对多媒体——视频、音频、控制及计算机而设计的家庭网络标准。它通过低成本、安全的CAT5(五类)实现了高性能家庭网络。1394b能提供800 Mb/s或更高的传输速度。近年来随着成本的下降,1394卡正迅速普及,也逐渐出现了其他一些相关设备,如数码相机、硬盘、网络摄像机等。

2004年1394有两个新的规范宣布:其一是结合1394b标准和以太网协议的物理层而制定的1394c标准,该标准将家庭网络领域纳入1394的应用领域范围。其二是无线1394标准(Wireless1394),该规范主要实现在超宽带技术UWB(Ultra Wide Band)设备间实现1394无线传输,该协议也可参考802.15.3,该协议可以更加优化室内网络连接(in-room cluster connectivity),诸如数字录像机、DVD录像机等便携式设备与桌面设备(Tabletop Device)的互联问题。2005年在The 1394 Trade Association的领导下Wireless1394标准在不断完善;1394c规范(1394c standard)于2005年最后得到IEEE委员会的正式批准通过,1394协议以基于以太网的物理层为切入点,1394c协议想以此为契机而成为一种网络互连技术(Net Working Technology),但是这一点得到认可还需要许多工作,预计近几年,基于1394汽车网络(Automotive Network)的小汽车将下线[5]。

1394接口具有把一个输入信息源传来的数据向多个输出机器广播的功能,特别适用于家庭视听AV(Audio Visual)的连接。由于该接口具有等时间的传送功能,确保视听AV设备重播声音和图像数据质量,具有好的重播效果。目前市场上的1394卡可以简单的分成两类:带有硬件DV实时编码功能的DV卡和用软件实现压缩编码的1394卡。带有硬件编码功能的DV卡一般价格在数千元,带有硬件编码的DV卡可以大大提高DV编辑的速度,可以实时地处理一些特技转换,而且许多此类卡带有处理MPEG-2视频流的功能。

IEEE1394规范的未来将是无比光明的。随着新的USB 2.0技术的推出,USB的传输速度已经达到了480 Mb/s,而最近完成的IEEE1394b规范的传输速度则可以达到最大800 Mb/s的传输速度。在将来,人们还计划推出P1394b规范,该规范将可以使用光纤和CAT-5电缆,而且速度也将提高到3 200 Mb/s,需要使用SCSI接口的很多设备都将转而使用IEEE1394。在软件上,各种操作系统也积极提供对IEEE1394设备的支持。微软公司在Win 98中正式支持1394接口,并逐步提供了一系列Windows环境和NT环境下的驱动程序开发工具和API函数,方便了1394驱动的开发,加快了1394设备的普及。目前,Windows 2000/XP操作系统对1394接口的产品可以完全支持。

IEEE1394的特点:

(1) 多媒体应用的实时数据传输;

(2) 现在数据传输率为100 Mb/s,200 Mb/s,400 Mb/s;将来可达到800 Mb/s或1.6 Gb/s,甚至3.2 Gb/s;

(3) 实时连接或断开时数据不丢失或中断;

(4) 支持即插即用自动配置;

(5) 实时应用的宽带宽传输;

(6) 不同设备和应用的通用连接;

(7) 遵循IEEE1394高性能串行总线标准。

2 电源管理

稳定可靠的直流电源是目前大部分电子产品和家用电器安全工作的保障,是一切电子设备的心脏,其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。而目前人们日常生活所需的电能多来自市交流电网,因此,使交流电变成稳定直流电的稳压电源一直是人们关心和研究的对象。从稳压电源的工作方式上看,有线性稳压电源和开关稳压电源两种。线性稳压电源亦称串联调整式稳压电源,其稳压性好,输出纹波电压很小,但它必须使用工频变压器与电网进行隔离,并且调整管的功率损耗较大,致使电源的体积和重量大、效率低。开关稳压电源(简称开关电源)主要是利用功率器件的开关交流工作原理,关键元器件工作在高频开关状态,本身消耗的能量很低,电源效率可达80%~90%,比普通线性稳压电源效率提高近一倍。并且由于开关频率高(几十至几百千赫兹),去掉了工频变压器和低频滤波电感,减小整机体积和重量、提高了工作效率,使之与线性稳压电源相比具有效率高、重量轻、稳压范围宽等优点。因此,近几年市面上的开关电源已经逐步替代了传统的线性调节稳压电源成为稳压电源的主流产品[7]。

开关电源由主电路与控制电路两大部分组成,主电路的能量传递给负载电路,控制电路则按照输入/输出条件控制主电路工作状态,将控制电路集成化即成为开关电源。开关电源的控制模式,大致有以下三种:

(1) 脉宽调制方式,简称脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)式。其特点是固定开关频率,通过改变脉冲宽度来调节占空比。因开关周期也是固定的,这就为设计滤波电路提供了方便。受功率开关最小导通时间的限制,对输出电源不能做宽范围的调节;另外输出端一般要接假负载,以防止空载时输出高电压。目前,集成开关电源大多采用PWM方式

(2) 脉冲频率调制方式,简称脉频调制(Pulse Frequency Modulation,PFM)式。它是将脉冲宽度固定,通过改变开关频率来调节占空比的。在电路设计上要用固定脉宽发生器来代替脉宽调制器中的锯齿波发生器,并利用电压频率转换器(例如压控振荡器VCO)改变频率。其稳压原理是:当输出电压Vo升高时,控制器输出信号的脉冲宽度不变而周期变长,使占空比减小,Vo降低。PFM式开关电源的输出电压调节范围很宽,输出端可不接假负载。

(3) 混合调制方式,是指脉冲宽度与脉冲频率均不固定,彼此都能改变的方式,它属于PWM和PFM的混合方式。

基于1394的接口电路采用双层供电模式,一路是通过1394数据接口输入8~40 V电压源,再经电压转换芯片提供电路所需电压;另一路是通过直流电压源直接输入电路所需电压。接口电路电源块框图如图1所示。

3 基于1394 的数据传输电路

基于1394的接口电路是实现数据传输的关键环节,电路采用1394&USB;双输出端口芯片PL-3507,在移动存储设备与PC机之间实现数据双向传输,接口电路框图如图2所示。

4 IEEE1394的发展

IEEE1394作为一种高性能串行总线标准,支持高速点对点传输,在 PC产品中有着不可替代的地位,P1394b,1394c,Wireless1394等新协议的出现将大大推动1394技术的发展,推动PC产品的革新换代,学习研究1394相关技术将有着很好的应用前景[9,10]。

参考文献

[1]张大朴,王晓,张大为.IEEE1394协议及接口设计[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004.

[2]李世平,戴凡,汪旭东.IEEE1394(FireWire)系统原理与应用技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004.

[3]单国全.基于IEEE1394数字视频输出、截取板卡设计与实现及其在多媒体教学中的应用[D].天津:天津师范大学,2006.

[4]郝斌.基于1394的嵌入式红外成像系统接口技术研究[D].北京:北方工业大学,2007.

[5]王苗苗,张春熹,史洁琴.IEEE1394应用于航空电子系统图像通信的研究[J].图像处理,2006,22(1):225-227.

[6]张大朴,李玉山.一种基于IEEE1394接口的数据采集系统的设计[J].计算机应用,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.

作者简介

王海鹏 研究方向为集成电路与EDA环境。