1394技术及其在图像传输系统中的应用

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摘要：为了最大限度地利用现有硬件资源，缩短开发周期，研制了1394-PCI的转接卡，实现了基于1394的高速图像传输系统。介绍了1394高速串行总线的特性及原理及1394-PCI转接卡的硬件、软件设计。

    关键词：1394高速串行总线 1394-PCI转接卡 设备驱动程序

当今的计算机外围设备都在追求高速性和高通用性，尤其在进行图像数据处理和传输时，数据的大指、高速、实时性对计算机与外设的接口提出了更高的要求。

目前新型总线接口有两种：USB和1394接口。它们都支持即插即用，具有易扩展、使用方便、成本低等特点。但在任何USB系统中，只能有一个主机，最多可接127个外设，在全速模式下的传输纺为500kbps～10Mbps。而相比之下1394显得更胜一筹。它支持点到点的传输，消除了主机处理器/内存瓶颈，具有可升级性，支持400Mbps、200Mbps和100Mbps传输率，单一总线支持63个节点，由于1394总线的高速性和独立于主机的操作能力，使它成为高多媒体设备接口的首选。

1 1394技术

IEEE 1394起源于苹果公司，又名FireWire，是为家用电器研制的一种高速串行总线标准，其目的是为了解决对速度要求很高的宽带设备的传输问题。javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>1995年12月，IEEE 1394-1994高速总线标准正式被IEEE标准委员会批准。

1.1 1394的主要特点

a.支持点对点传输。串行总线设备能自主执行事务，而不需要主机CPU的干预。

b.可扩展总线。可以将新的串行设备连接入总线节点提供的端口从而扩展串行总线。

d.热插拔。不需要系统断电就可以动态地加入或删除设备。

e.即插即用。每次加入或删除设备时，总线节点会自动配置，并且配置时不需要主机系统的干预。

f.巨大的映射至内存的地址空间。每个节点拥有256T字节的地址空间，每条总线上有16P字节地址空间。

1.2 1394原理

1394原理主要定义了以下几点：

a.1394总线的拓扑结构。1394串行总线的拓扑结构可以分为两种环境：底板环境和电缆环境。不同环境间总线的连接需要总线桥。电缆环境下的物理拓扑结构是无环网络结构，由电缆连接各节点间的端口，呈分支扩展，形成树状或菊花状的网络拓扑。底板环境中物理拓扑是多点接入（multidrop）的总线，总线上分布着多个连接器，允许节点直接插入，通过仲裁使各节点享用总线。

b.1394的物理接口。1394设备通过标准的六芯线缆来传输信号，如图1所示。其TPA/TPA*和TPB/TPB*为一对差分模式的信号线。VP、VG提供8～40V的电源，可以通过它们给其它的节点供电。

c.1394总线协议。在1394传输中，支持等时传输和异步传输事务，并将每次传输分解为一系列的小事和，有效地利用总线带宽。异步事务需要数据确认，总线协议要复杂些，它包括三种基本事务类型：读取、写入和锁定。每个事务由请求子事务和响应子事务组成。javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>由于等时应用程序的性质，相关的总线事务十分简单，等时事务每隔125μs向目标节点发送数据并且需要任何回热。1394总线一共定义了12种事务类型的包格式，采用循环冗余校验（CRC）进行数据差错控制，有相应硬件和软件处理各类传输事务。

d.1394电源管理。电源管理涉及到单独节点或节点中元件的电源状态控制。1394定义了4种电源状态以及相应的CSR寄存器和ROM配置项，支持挂起/恢复机制，使节点在软件控制下处于低功耗。

2 系统硬件设计

2.1 图像传输系统总体设计

系统采用冗余备份的双路1394高速总线将数据传送给大容量存储器、数据加密器和信道编码器，如图2所示。

由于本地系统中普通采用PCI接口，为了最大限度地利用现有硬件资源，缩短开发周期，研制了1394-PCI的转接卡，来实现基于1394高速图像传输系统。该转接卡主要通过物理层和链路层控制芯片组实现，其中链路层控制芯片采用TI公司的TSB12LV23，支持开放主机控制器接口（OHCI）的PCI接口芯片。

2.2 TSB12LV23/TSBAB03芯片组

TSB12LV23提供主机接口和物理层接口，实现CRC校验以及同步服务。在芯片中集成了中断寄存器、传送/接收FIFO和DMA通道。TSBAB03芯片完成1394总线协议中的物理层功能，实现仲载机制，对收发信号进行编码/解码。

链路层和物理层芯片的连接电路图如图3所示。javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>

3 系统软件设计

系统软件包括1394设备驱动程序、动态链路库和应用程序。

3.1 1394设备驱动程序开发

Windosw驱动模型（WDM）定义了驱动程序分层，以适应即插即用系统。1394系统驱动程序采用分层结构模型，其设备栈如图4所法。设备驱动位设备栈顶，通过发IRP给IEEE 1394总线驱动来与设备通信。IEEE 1394总线驱动为1394总线提供了独立于硬件的接口，并将一部分IRP传向端口驱动程序。

在分层模型中，1394总线驱动负责管理1394设备驱动程序与1394控制器之间的通信；加载及卸载设备驱动程序。设备驱动程序在功能层工作，它们不需要任何低层硬件资源，只需对总线驱动程序发请求，由总线驱动程序访问硬件来完成这些请求。

用DDK设计的1394设备驱动由4个模块组成：初始化模块、即插即用模块、电源管理模块以及I/O模块。

初始化模块提供设备驱动的入口点，从而将不同的IRP请求发向相应的执行模块。

即插即用模块用于实现1

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