IEEE 1394 (FireWire, i-Link) — последовательная высокоскоростная шина, предназначенная для обмена цифровой информацией между компьютером и другими электронными устройствами. Это высокоскоростная технология передачи данных, разработанная для подключения и передачи данных между устройствами, такими как компьютеры, камеры, видеокамеры и особенно качественные звуковые карты. Фаервайр предлагает более быстрый и стабильный способ передачи данных, чем USB или параллельные порты.
Кабель представляет собой 2 витые пары — А и B, распаянные как A к B, а на другой стороне кабеля — как B к A. Также возможен необязательный проводник питания.
Устройство может иметь до 4 портов (разъёмов). В одной топологии может быть до 64 устройств. Максимальная длина пути в топологии — 16. Топология древовидная, замкнутые петли не допускаются.
При присоединении и отсоединении устройства происходит сброс шины, после которого устройства самостоятельно выбирают из себя главное, пытаясь взвалить это «главенство» на соседа. После определения главного устройства становится ясна логическая направленность каждого отрезка кабеля — к главному или же от главного. После этого возможна раздача номеров устройствам. После раздачи номеров возможно исполнение обращений к устройствам.
Во время раздачи номеров по шине идёт трафик пакетов, каждый из которых содержит в себе количество портов на устройстве, ориентацию каждого порта — не подключён / к главному / от главного, а также максимальную скорость каждой связи (2 порта и отрезок кабеля). Контроллер 1394 принимает эти пакеты, после чего стек драйверов строит карту топологии (связей между устройствами) и скоростей (наихудшая скорость на пути от контроллера до устройства).
Операции шины делятся на асинхронные и изохронные.
Асинхронные операции — это запись/чтение 32-битного слова, блока слов, а также атомарные операции. Асинхронные операции используют 24-битные адреса в пределах каждого устройства и 16-битные номера устройств (поддержка межшинных мостов). Некоторые адреса зарезервированы под главнейшие управляющие регистры устройств. Асинхронные операции поддерживают двухфазное исполнение — запрос, промежуточный ответ, потом позже окончательный ответ.
Изохронные операции — это передача пакетов данных в ритме, строго приуроченном к ритму 8 КГц, задаваемому ведущим устройством шины путём инициации транзакций «запись в регистр текущего времени». Вместо адресов в изохронном трафике используются номера каналов от 0 до 31. Подтверждений не предусмотрено, изохронные операции есть одностороннее вещание.
Изохронные операции требуют выделения изохронных ресурсов — номера канала и полосы пропускания. Это делается атомарной асинхронной транзакцией на некие стандартные адреса одного из устройств шины, избранного как «менеджер изохронных ресурсов».
Помимо кабельной реализации шины, в стандарте описана и наплатная (реализации неизвестны).
Сеть поверх 1394 и FireNet
Существуют стандарты RFC 2734 — IP поверх 1394 и RFC 3146 — IPv6 поверх 1394. Поддерживались в ОС Windows XP и Windows Server 2003. Поддержка со стороны Microsoft прекращена в ОС Windows Vista, однако существует реализация сетевого стека FireNet в альтернативных драйверах от компании Unibrain (версия 6.00 вышла в ноябре 2012 года).
Поддерживается во многих ОС семейства UNIX (обычно требуется пересборка ядра с этой поддержкой).
Стандарт не подразумевает эмуляцию Ethernet над 1394 и использует совершенно иной протокол ARP. Несмотря на это, эмуляция Ethernet над 1394 была включена в ОС FreeBSD и является специфичной для данной ОС.
Дисковые устройства
Существует стандарт SBP-2 — SCSI поверх 1394. В основном используется для подключения внешних корпусов с жёсткими дисками к компьютерам — корпус содержит чип моста 1394—ATA. При этом скорость передачи данных может достигать 27 МБ/с, что превышает скорость USB 2.0 как интерфейса к устройствам хранения данных, равную примерно 43 МБ/с, однако гораздо ниже таковой для USB 3.0.
Поддерживается в ОС семейства Windows с Windows 98 и по сей день. Также поддерживается в популярных ОС семейства UNIX.
MiniDV-видеокамеры
Исторически первое использование шины. Используется и по сей день как средство захвата фильмов с MiniDV в файлы. Возможен и захват с камеры на камеру.
Видеосигнал, идущий по 1394, идёт практически в том же формате, что и хранится на видеоленте. Это упрощает камеру, снижая требования к ней по наличию памяти.
В ОС Windows подключённая по 1394 камера является устройством DirectShow. Захват видео с такого устройства возможен в самых разнообразных приложениях — Adobe Premiere, Ulead Media Studio Pro, Windows Movie Maker. Существует также огромное количество простейших утилит, способных выполнять только этот захват. Возможно также и использование тестового инструмента Filter Graph Editor из свободно распространяемого DirectShow SDK.
Использование 1394 c miniDV положило конец проприетарным платам видеозахвата.
Отладчики
Интересным свойством контроллеров 1394 является способность читать и писать произвольные адреса памяти со стороны шины без использования процессора и ПО. Это проистекает из богатого набора асинхронных транзакций 1394, а также из её структуры адресации.
Эта возможность чтения и редактирования памяти через 1394 без помощи процессора послужила причиной использования 1394 в двухмашинном отладчике ядра Windows — WinDbg. Такое использование существенно быстрее последовательного порта, но требует ОС не ниже Windows XP с обеих сторон. Также возможность используется в отладчиках для других ОС, например, Firescope для Linux.
Организация устройств IEEE 1394
Устройства IEEE 1394 организованы по трёхуровневой схеме — Transaction, Link и Physical, соответствующие трём нижним уровням модели OSI.
- Transaction Layer — маршрутизация потоков данных с поддержкой асинхронного протокола записи-чтения.
- Link Layer — формирует пакеты данных и обеспечивает их доставку.
- Physical Layer — преобразование цифровой информации в аналоговую для передачи и наоборот, контроль уровня сигнала на шине, управление доступом к шине.
Связь между шиной PCI и Transaction Layer осуществляет Bus Manager. Он назначает вид устройств на шине, номера и типы логических каналов, обнаруживает ошибки.
Данные передаются кадрами длиной 125 мкс. В кадре размещаются временные слоты для каналов. Возможен как синхронный, так и асинхронный режимы работы. Каждый канал может занимать один или несколько временных слотов. Для передачи данных устройство-передатчик просит предоставить синхронный канал требуемой пропускной способности. Если в передаваемом кадре есть требуемое количество временных слотов для данного канала, поступает утвердительный ответ, и канал предоставляется.
Спецификации FireWire:
IEEE 1394
В конце 1995 года IEEE принял стандарт под порядковым номером 1394. В цифровых камерах Sony интерфейс IEEE 1394 появился раньше принятия стандарта и под названием iLink.
Интерфейс первоначально позиционировался для передачи видеопотоков, но пришёлся по нраву и производителям внешних накопителей, обеспечивая превосходную пропускную способность высокоскоростных дисков.
Скорость передачи данных — 98,304, 196,608 и 393,216 Мбит/с, которые округляют до 100, 200 и 400 Мбит/с. Длина кабеля — до 4,5 м.
IEEE 1394a
В 2000 году был утверждён стандарт IEEE 1394а. Был проведён ряд усовершенствований, что повысило совместимость устройств.
Было введено время ожидания 1/3 секунды на сброс шины, пока не закончится переходный процесс установки надёжного подсоединения или отсоединения устройства.
IEEE 1394b
В 2002 году появляется стандарт IEEE 1394b с новыми скоростями: S800 — 800 Мбит/с и S1600 — 1600 Мбит/с. Соответствующие устройства обозначаются FireWire 800 или FireWire 1600, в зависимости от максимальной скорости.
Изменились используемые кабели и разъёмы. Для достижения максимальных скоростей на максимальных расстояниях предусмотрено использование волоконно-оптического кабеля: пластмассового — для длины до 50 метров, и стеклянного — для длины до 100 метров.
Несмотря на изменение разъёмов, стандарты остались совместимы, что позволяет использовать переходники.
12 декабря 2007 года была представлена спецификация S3200 с максимальной скоростью 3,2 Гбит/с. Для обозначения данного режима используется также название «beta mode» (схема кодирования 8B10B). Максимальная длина кабеля может достигать 100 метров.
IEEE 1394.1
В 2004 году увидел свет стандарт IEEE 1394.1. Этот стандарт был принят для возможности построения крупномасштабных сетей и резко увеличивает количество подключаемых устройств до гигантского числа — 64 449.
IEEE 1394c
Появившийся в 2006 году стандарт 1394c позволяет использовать витопарный кабель категории 5e (такой же, как и для сетей Ethernet). Возможно использовать параллельно с Gigabit Ethernet, то есть использовать две логические и друг от друга не зависящие сети на одном кабеле. Максимальная заявленная длина — 100 м, Максимальная скорость соответствует S800 — 800 Мбит/с.