1 引言
IEEE 1394 是蘋果公司研製的一種高速串行總線,1394 接口早己是蘋果Mac 電腦的標準配置.隨着成像技術的高速發展,尤其在進行圖形數據的處理和傳輸時,數據的大批量、高速和實時性對計算機和外設的接口提出了更高的要求,目前1394 接口正被高端PC 廣泛採用,以連接外置硬盤、光驅、掃描儀和數碼相機等高速外設.
現有大部分數據傳輸接口(CAN 總線、RS485 等)速率較低,難以滿足應用中對傳輸速率越來越高的要求,成爲制約系統整體性能提高的一大瓶頸.目前的新型總線接口主要有:USB 和1394.雖然它們都支援熱插拔，都具有使用方便、成本低、易於擴展等特點.但在USB 系統中,數據的傳輸需要CPU 的控制,支援吃異步傳輸模式,而且數據的傳輸速度遠遠低於1394[1]
,尤其在幾個設備共有一個USB 通道時,數據的傳輸速率更低.相比之下,1394 的優勢就更加突出,他支援點對點通信,數據傳輸不需要主機的干預,節省系統資源;同時支援同步和異步傳輸模式;而且1394a 的速率可達400Mbps,1394b 最大速率可達3.2Gbps,在同一個1394 系統中可以相容不同速率的設備.
2 IEEE1394高速串行總線
2.1 IEEE1394的性能特點
高數據傳輸速率:1394a 最大數據傳輸速率400Mbps,1394b 最大數據傳輸速率3200Mbps.
支援點對點通信:節點間進行數據傳輸時,不需要主系統的干涉,不增加CPU 資源佔用率,不影響系統性能.
支援即插即用和熱插拔:IEEE1394 可以自動偵測設備的加入與移出動作並對系統做重新整合,無須人工干預.
支援多種總線速度:在一個1394 系統中,各種速度的設備可以共存,但不互相影響通訊速度.
兩種傳輸模式:同時支援等時和異步兩種數據傳輸模式.
傳輸距離遠：普通線纜環境下,兩個設備之間的最大距離可達到4.5m,使用中繼器可以延長兩個設備間的距離至72m,跨越最多16 箇中繼器.
2.2 IEEE1394的通信原理
將每一個1394 節點作爲一個子系統來看,在1394 協議中定義了三個協議層：事務層(Transaction layer)、鏈路層(LLC)和物理層(PHY),用於在請求者和響應者之間的數據傳輸過程中完成相關事務.1394 協議的分層結構如圖1
(1) 事務層：完成用戶任務的事務分割、調度和應用.它定義了一整套請求—響應協議來完成總線請求和支援CSR 結構.事務層服務可看作對底層的調用.
(2) 鏈路層：鏈路層爲事務層服務,它實現對等時和異步數據包的尋址、數據校驗和數據成幀等功能.鏈路層可以將事務層的請求轉化爲相應的包或子事務,準備發送到總線上.
(3) 物理層：物理層提供串行總線上傳送的數據比特(包)的傳輸和接收所必需的電子和機械接口,參與配置進程,處理數據傳輸和接收.物理層還實現了仲裁進程,以確保同一時間上只有一個節點在總線上傳輸數據.
另外,1394 同時支援等時和異步傳輸模型[2-3] 和服務,可以滿足現實中不同應用的要求.異步傳輸模式一般用於對數據傳輸的準確性要求較高的`場合.等時傳輸強調數據的實時性,不同於異步傳輸那樣強調數據傳輸的正確性.
3 系統硬件設計
整個系統可分爲1394 設備端和PC 主機端兩大部分.1394 設備端硬件主要由MCU、FPGA、1394 控制芯片(包括鏈路層芯片和物理層芯片)組成;主機端硬件包括PC 機、PCI-1394 採集卡(適配卡).本設計的主要功能是將紅外成像系統獲得的圖像數據,在微控制器和FPGA 的控制下,透過1394 串行總線傳輸到主機端(PC),並實現在主機端的圖像實時顯示.系統功能結構如圖2 所示.
1394 設備端功能上主要包括:微控制器、FPGA 及外圍圖像數據存儲FIFO 和1394 控制芯片(鏈路層、物理層控制器)三部分.實現的主要功能就是配置1394 控制芯片使PC 主機端正確識別設備,響應主機端發送來的指令,將圖像數據實時傳輸到主機端.1394 設備端功能框圖從系統的穩定性、相容性和實際要求考慮,本文分別選用了TI 公司的TSB12LV01B 鏈路層控制器呵和TSB41LV04A[4]物理層控制器作爲接口芯片12LV01B 和TSB41LV04A 都是3.3v 供電12LV01B 是一款完全支援IEEE 1394-1995 高性能總線協議芯片,支援等時和異步數據傳輸,可以充當循環控制器,產生並檢查32 位的CRC 校驗;具有通用的32 位主機總線接口, 內部嵌有中斷產生寄存器、2k FIFO 等功能模組, 可以方便實現圖像數據的收發41LV04A 是一款與鏈路層芯片(TSB12LV01B)完全相容的物理層芯片,主要提供了電氣和機械接口,檢測總線上設備,可以實現仲裁總線,數據位的編解碼等功能.鏈路層和物理層芯片連接電.