1引言IEEE1394是苹果公司研制的一种高速串
行总
目录
1引言
2. 1 IEEE1394的性能特点
2. 2 IEEE1394的通信原理
(1)事务层完成用户任务的事务分割、调度和应用.它定义了一整套请求—响应协议来完成总线请求和支持CSR结构.事务层服务可看作对底层的调用
(2)链路层链路层为事务层服务
(3)物理层物理层提供串行总线上传送的数据比特(包)的传输和接收所必需的电子和机械接口
3系统硬件设计
4系统软件设计
4. 1 1394设备驱动程序设计
I/O模块完成I/O请求的大部分工作.该模块定义了所需的I/O控制代码
4. 2客户应用程序设计
5总结
正文
1引言
IEEE 1394是苹果公司研制的一种高速串行总线 1394接口早己是苹果Ma c电脑的标准配置.随着成像技术的高速发展尤其在进行图形数据的处理和传输时数据的大批量、高速和实时性对计算机和外设的接口提出了更高的要求 目前1394接口正被高端PC广泛采用以连接外置硬盘、光驱、扫描仪和数码相机等高速外设。
现有大部分数据传输接口(CAN总线、 485等)速率较低难以满足应用中对传输速率越来越高的要求成为制约系统整体性能提高的一大瓶颈.目前的新型总线接口主要有:USB和1394.虽然它们都支持热插拔都具有使用方便、成本低、易于扩展等特点.但在USB系统中数
据的传输需要CPU的控制支持吃异步传输模式而且数据的传输速度远远低于1394[1]
尤其在几个设备共有一个USB通道时数据的传输速率更低.相比之下 1394的优势就更加突出他支持点对点通信数据传输不需要主机的干预节省系统资源;同时支持同步和异步传输模式;而且1394a的速率可达400Mbps 1394b最大速率可达3.2Gbps在同一个1394系统中可以兼容不同速率的设备。
2 IEEE1394高速串行总线
2. 1 IEEE1394的性能特点
高数据传输速率: 1394a最大数据传输速率400Mbp s 1394b最大数据传输速率3200Mbps。
支持点对点通信:节点间进行数据传输时不需要主系统的干涉不增加CPU资源占用率不影响系统性能。
支持即插即用和热插拔:I EEE 1394可以自动侦测设备的加入与移出动作并对系统做重新整合无须人工干预。
支持多种总线速度:在一个1394系统中各种速度的设备可以共存但不互相影响通讯速度。
两种传输模式:同时支持等时和异步两种数据传输模式。
传输距离远普通线缆环境下两个设备之间的最大距离可达到
4.5m使用中继器可以延长两个设备间的距离至72m跨越最多16个中继器.
2.2 IEEE1394的通信原理
将每一个1394节点作为一个子系统来看在1394协议中定义了三个协议层事务层(Traaction layer) 、链路层(LLC)和物理层(PHY) 用于在请求者和响应者之间的数据传输过程中完成相关事务. 1394协议的分层结构如图1
(1)事务层完成用户任务的事务分割、调度和应用.它定义了一整套请求—响应协议来完成总线请求和支持CSR结构.事务层服务可看作对底层的调用。
(2)链路层链路层为事务层服务它实现对等时和异步数据包的寻址、数据校验和数据成帧等功能.链路层可以将事务层的请求转化为相应的包或子事务准备发送到总线上。
(3)物理层物理层提供串行总线上传送的数据比特(包)的传输和接收所必需的电子和机械接口参与配置进程处理数据传输和接收.物理层还实现了仲裁进程 以确保同一时间上只有一个节点在总线上传输数据。
另外 1394同时支持等时和异步传输模型[2-3]和服务 不同于异步传输那样强调数据传输的正确性。
3系统硬件设计
整个系统可分为1394设备端和PC主机端两大部分. 1394设备端硬件主要由MCU、 FP GA、 1394控制芯片(包括链路层芯片和物理层芯片)组成;主机端硬件包括PC机、 PCI-1394采集卡(适配卡) .本设计的主要功能是将红外成像系统获得的图像数据在微控制器和FP GA的控制下通过1394串行总线传输到主机端(PC) 并实现在主机端的图像实时显示.系统功能结构如图2所示。
1394设备端功能上主要包括:微控制器、 FPGA及外围图像数据存储FIFO和1394控制芯片(链路层、物理层控制器)三部分.实现的主要功能就是配置1394控制芯片使PC主机端正确识别设备 响应主机端发送来的指令将图像数据实时传输到主机端. 1394设备端功能框图从系统的稳定性、兼容性和实际要求考虑本文分别选用了TI公司的TSB12LV01B链路层控制器呵和TSB41LV04A[4]物理层控制器作为接口芯片.TSB12LV01B和TSB41LV04A都是3.3v供电.TSB12LV01B是一款完全支持IEEE 1394-1995高性能总线协议芯片支持等时和异步数据传输可以充当循环控制器产生并检查32位的CRC校验;具有通用的32位主机总线接口 内部嵌有中断产生寄存器、 2k FIFO等功能模块 可以方便实现图像数据的收发.TSB41LV04A是一款与链路层芯片(TSB12LV01B)完全兼容的物理层芯片主要提供了电气和机械接口检测总线上设备可以实现仲裁总线数据位的编解码等功能.链路层和物理层芯片连接电.
4系统软件设计
4. 1 1394设备驱动程序设计
W indows驱动模型(WDM) [5-6]是内核模式的驱动程序属于PnP驱动程序并支持电源管理 WD M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从上而下分别为设别驱动、总线驱动和端口驱动.在驱动协议栈中不同的驱动程序扮演不同的角色设备驱动程序(Device Driver)占据驱动协议栈的顶部其功能是把应用软件的请求翻译成总线驱动程序(Bus Driver)能执行的事务而总线驱动程序(Bus Driver)则为1394总线提供了独立于硬件的接口它处理来自设备驱动程序的I/O请求包(I RP) 然后将请求包发送给主板上PCI-1394采集卡所使用的端口驱动程序(PortDriver) .这样 Win32应用程序通过设备驱动程序、总线驱动程序和端口驱动程序来控制PCI-1394采集卡与设备进行通信通常由IOCTL(I/O Control)控制码实现通过1394总线驱动程序和端口驱动程序来处理所有底层的通信细节. 1394驱动协议栈和通信框图分别如图5和图6所示。
用DDK[7]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
[8]的入口点从而将不同的I RP请求发向相应的执行模块。
即插即用模块用于实现1394设备的热插拔和动态配置.当总线驱动程序在加电或者添/删除时检测到新设备从设备中取出一个或多个标识符用于检查所有可用的安装文件发现合适的设备驱动程序.驱动程序被装入调用AddDevice()入口点告诉它发现一个新设备并
创建功能设备对象FDO .总线驱动程序或者安装文件详细描述设备所需的硬件资源使用仲裁器为每个设备分配资源。
电源管理模块负责设备的挂起和恢复。
I/O模块完成I/O请求的大部分工作.该模块定义了所需的I/O控制代码从而为应用程序提供了调用系统驱动程序的接口.
4.2客户应用程序设计
在高速图像传输系统中应用程序是控制数据流的中心.采用VC++6.0和2000DDK实现主要功能有获取图像数据源、检测1394设备、总线管理、分配1394地址空间、设置等时资源和通道、完成1394数据传输.一次等时传输流程如图7所示。
5总结
本文根据时代的发展和现实应用的需要突破传统的利用常规的低速串行总线的模式将1394高速串行总线引入到高端的实时图像采集系统中并取得了很好的效果对1394接口技术的推广应用具有重要的意义;本文1394设备端采用微控制(MC U)+FP GA+1394控制芯片的设计模式实现了1394设备端和PC主机端间数据的实时传输和显示。
系统的设计特点及创新 (1)将1394引入到红外成像系统中实现了红外图像的高速率传输和实时显示大大提高了整个红外成像系统的整体性能; (2)遵循IEEE 1394协议规范 因此具有通用性易于移植;对1394协议在计算机外设端的开放应用具有较大的参考价
值; (3) 1394设备即插即用 自动开启数据传输无须人工干预; (4)微控制器实现1394芯片配置编程灵活易于调试; (5)数据传输完全由FPGA控制实现较高传输速率。
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