标准大解析之 IEEE 1394的辉煌与悲情

在电子产品工业规范设计史上，IEEE 1394接口是少有的能被称之为“伟大”的规范之一。而同样，IEEE 1394也是少有的集辉煌与悲情于一身的典型代表。

IEEE 1394,俗称火线，它曾一度是数字视频领域的事实标准和高档数码影像设备的必备接口，并在很多年里在数据传输速率这一关键技术参数上将其它竞争对手远远甩在后面。它还一度被Apple、SONY、德州仪器(TI)等业界知名公司所推崇，并冠以其Fireware、i-Link、Lynx等各种称呼。时至没落的今日，它在稳定性和CPU资源占用率方面的优势仍远胜其主要竞争对手——USB 2.0/3.0。

IEEE 1394 logo

诞生：目标，再造一座巴比伦塔

IEEE 1394的诞生早可以追溯到1986年9月，美国国家电气和电子工程师协会研究小组(IEEE Study Group)宣布创办，并于同年12月正式通过审查，核准成立。有鉴于当时电子业界的串行总线(Serial Bus)领域没有一个统一的标准，各厂商各行其是，产品互不兼容的情况，1987年1月，刚刚成立的IEEE Study Group发布了一篇名为《Reducing the Tower of Babel(减少巴比伦塔)》的论文。该文寓意深刻，借助圣经上古巴比伦塔因为人们语言不通终没有建成的典故，奉劝串行总线领域所有的产品、外设、接插件等所有相关产品制造商联合起来，为一个共同的接口规范而努力。由于该论文结合大量事实依据，逻辑严密、分析透彻，甫一发表便得到了业界大多数知名厂商的广泛认可，而更关键的是，这篇论文中定义了IEEE 1394接口规范在技术层面的一些基本细节，其中的一些甚至一直沿用至今，主要有如下一些内容：

★线缆长度在10m左右，不依赖传统并行总线的独立总线背板环境(Backplane Environment)

★基本数据传输速率2Mb/s，高速模式下可提升至8Mb/s

★一个时钟周期只传输1位编码，采用5位编码来表示四位数据(4B/5B编码法)

★支持数据延时传输

★支持32位寻址空间下的读/写/锁定处理

★控制芯片、连接头和线缆的造价均不应超过15美元

IEEE研究小组标识

业界一致的好评给了IEEE Study Group足够的信心，他们根据以上基本细节潜心开始研究，并在1987年11月发布了这个串行总线协议的第一个设计草案。随后的1988～1991年间，众多业界知名厂商也逐渐加入到这一项目的开发中来，协议规范也在吸纳这些厂商的技术成果和开发思路的基础上日趋完善。首先宣布全力支持IEEE Study Group的是对应用和消费类电子产品有着敏锐触觉的Apple公司，它的第一个重要贡献就是解决了传输数字音乐信号所需确保的数据同步传输的难题，并将数据传输速率提升到了12.288～49.152Mb/s，很快，正在尝试开发一种性能超过SCSI的新型高速总线的IBM也加入了阵营，接口数据传输速率再度从49Mb/s提升至196Mb/s，并引入了支持异步时钟模式的LVDS技术，64位寻址、磁盘驱动器的DMA控制等高层协议也日趋完善，到1991年，国际电子业界巨头赛灵思(Xilinx)推出遵循这一协议模型的12.288Mb/s数据传输速率的系列产品和支持49.152Mb/s的线缆收发器，这一尚未正式命名的规范已成为具体的事实标准。

灵思(Xilinx)是全球大的集成电路开发商之一

超越平台的设计

协议模型的开发在1992年又有了新的突破，通过引入分级仲裁和单位重发机制，巩固了物理层的信号规范定义，在Apple的努力下，高数据传输速率再度提升至98.302Mb/s，并由TI(德州仪器)制造出了第一块测试接口芯片，而第一次真正意义上的商业应用也在这一年正式诞生，就是我们所熟知的任天堂GameBoy游戏机的连接头。

GameBoy侧面的连接头全景

IEEE 1394发展的过程并非一帆风顺，在随后的协议完善过程中，为在不改变连接头和线缆的前提下进一步提升数据传输速率，曾被抛弃的数据编码格式被再次引入，并将数据传输速率提升至192Mb/s(8B10B编码格式)，随后在业界巨头SGS-Tomson的建议下，终定格在393Mb/s(数据过滤编码格式，Data Strobe Encoding)。另一方面，非排序简化同步仲裁和SCSI-3串行总线协议(SBP)等成果的采用使得高层协议更趋完善，这一年里研究小组终于迎来了灵魂人物——来自IBM的Jerry Marazas，这位兢兢业业的执行长为IEEE 1394的终推出作了很多努力，并终影响了整个业界。

GameBoy侧面连接头局部

千呼万唤始出来

1993年，德州仪器(TI)基于IEEE 1394第六次协议修订草案推出的PHY(物理层)芯片正式确认能够正常工作，各方面技术指标都达到设计标准，这一消息传出，当时业界大的大规模集成电路公司NCR(即如今的LSI)宣布开始量产基于P1394的IC，同年的COMDEX大会上，IBM、Maxtor、Adaptec、Apple、IBM、西部数据等厂商纷纷推出自己的1394产品，Apple和TI更是因为对这一成果的贡献而获得了当年度的“具影响力技术奖”，而随着连接头物理规格之争结束和总线设计宣布停止修改，这一历时六年的串行总线规范终于呱呱坠地。

从神话时代到黄金时代——IEEE 1394大事记

自1995年IEEE 1394官方标准在两次投票表决后正式发布开始，IEEE 1394规范开始广泛地从一个理论规范变成实际的产品，消费类电子产品巨头SONY自当年开始便在自有品牌的DV机和专业摄像机上采用了1394接口，截至1997年，这一接口几乎被该业界所有厂商所接受，成为事实上的通用标准；PC领域的各大OEM制造商也对此表现出浓厚的兴趣，这使得1995年的COMDEX几乎成为“1394接口年”，Wintel联盟、Apple和SUN三个巨头因为这个接口走到了一起，IEEE 1394正式步入黄金时代。

笔记本上的1394接口和连接线

规格方面，到1997年，IEEE 1394先后制订完成了用于连接PC接口编程模型的开放HCI定义，以及下列一些新的扩展子标准：

★P1394b：传输速率达到1Gb/s，传输距离更长

★P1394.1：增加了桥接功能

★P1212r：增加了传输真实性验证

从1998～2002年，1394接口规范正式步入辉煌期，通过对每个终端用户系统(接口或内部节点)收取0.25美元的专利费，IEEE协议组织赚得盆满钵满，而Apple、Compaq/HP、NEC和SONY宣布在自己的个人电脑产品主板上全面加入1394接口，其中Apple和SONY当时的电脑产品中1394接口的普及率更是达到了100%，并诞生了iMovie这一杀手级应用，甚至连基于1394接口的移动硬盘和打印机也开始普及；消费类电子影像产品方面，三大规范制订组织DVB、EIA和FCC宣布1394接口成为数字视频接口的业界标准，由索尼和三菱联合推出的全球第一款数字电视便是采用的这一接口，并于随后在机顶盒、硬盘录像机、便携式摄像机等领域得到了广泛采用；而在消费类电子音频产品方面，业界三巨头先锋、雅马哈和飞利浦均宣布支持1394，这一协议正式进入鼎盛期。

摄影机上的1394接口和连接线

规格更新方面，这段时间里德州仪器推出了1394b协议规范的测试芯片，它的PHY(物理层)支持的高数据传输速率为1573Mb/s，在采用5m长的屏蔽双绞线或100m长度的石英光纤，时，数据传输速率可达786Mb/s，故被成为“S800 1394b”；即使采用100m长度的5类非屏蔽双绞线，这一协议的数据传输速率仍能达到98Mb/s，此外，IP 1394扩展协议正式推出，并得到Windows 98/XP和Mac OS 10.3等主流操作系统的支持。

1394接口扩展卡

随后的一段时间里，随着Wi-Fi和USB 2.0的双重侵占，1394的市场占有率有所下降，截至2002年，1394接口规范又陆续有了下列更新：

★P1394版本

★整合了1394/1394a/1394b所有的勘误和优化(可能被定义为1394c)

★3146Mb/s的物理层理论传输速率

★P1394c版本

★5类双绞线下、100m距离内可达796Mb/s数据传输率

★支持802.3或1394协议

★802.15.3协议适应层

★支持各种搭载802.15.3MAC的个人局域网(PAN)

★1394协议透明化

展望：暂时悲情的IEEE 1394b是否能再续辉煌

1394b Vs. USB2.0对比表

根据IEEE目前提供的规划，IEEE 1394b还将推出S1600和S3200版本，其数据传输速率将分别提升至1.63.2Gb/s和3.2Gb/s，而底层电气性能则和IEEE 1394b.S800完全相通，Symwave公司目前已推出了全球第一块S1600物理层PHY芯片，而一些消费类电子产品生产厂商则表示将推出支持USB/1394双接口的数码影像产品，这一切表示IEEE 1394的协议定位正在和USB渐行渐远，也许等到某一天，我们会在家庭与住宅网络这个领域意外地发现IEEE 1394迎来了第二个辉煌。