Спецификации IEEE 1394

Подробности

Родительская категория: Шина IEEE 1394 — FireWire

Категория: Основная информация

Стандарт для высокопроизводительной последовательной шины (High Performance Serial Bus), получивший официальное название IEEE 1394, был принят в 1995 году. Стандарт основан на шине FireWire, используемой фирмой Apple Computer еще с 1986 года в качестве дешевой альтернативы SCSI в своих компьютерах. Название FireWire («огненный провод») теперь применяется и к реализациям IEEE 1394, оно сосуществует с кратким обозначением: «1394». Другое название того же интерфейса — iLink, а иногда и Digital Link — используется фирмой Sony применительно к устройствам бытовой электроники. MultiMedia Connection — имя, используемое в логотипе 1394 High Performance Serial Bus Trade Association (1394TA).

К устройствам с интерфейсом IEEE 1394 относится большое количество спецификаций, описывающих не только собственно интерфейс последовательной шины, но и использование этой шины для транспортировки прикладных данных разного назначения, наборы команд и форматы данных. Основной источник информации по технологии, стандартам и продуктам — сайт ассоциации High Performance Serial Bus Trade Association (http://www.1394ta.org). Спецификация IEEE 1394 официально доступна через http://www.ieee.org (платно).

Документ IEEE 1394-1995 Standard for a High Performance Serial Bus определяет архитектуру шины, основанную на трехуровневой модели, и протоколы, обеспечивающие автоматическое конфигурирование, арбитраж и передачу изохронного и асинхронного трафика. В стандарте определены три возможные скорости передачи сигналов по кабелям: 98,304, 196,608 и 393,216 Мбит/с, которые округляют до 100, 200 и 400 Мбит/с и обозначаются как S100, S200 и S400 соответственно. Стандартизованы кабель и 6-контактный разъем, позволяющий передавать сигналы и питание.

В дополнении IEEE 1394a-2000 IEEE Standard for a High Performance Serial bus (Supplement) введен ряд усовершенствований:

• приняты меры для сокращения потерь времени при подключении устройств;
• введены механизмы ускоренного арбитража;
• разрешена конкатенация (соединение) пакетов, передаваемых на разных скоростях;
• расширены средства управления энергопотреблением и введена возможность приостановки и запрета портов;
• введена возможность общения с регистрами PHY удаленного узла;
• введен миниатюрный 4-контактный разъем (без питающих линий);
• утвержден стандартный интерфейс PHY-LINK и возможная схема гальванической развязки в этом интерфейсе;
• уточнены исходные спецификации ради обеспечения более высокого уровня совместимости реализаций стандарта.

Новых скоростей в этом стандарте не появилось; изменения вводились с учетом обеспечения обратной совместимости с устройствами, отвечающими исходному стандарту.

Дополнения IEEE 1394b (2002 год) в основном касаются повышения скорости и дальности передачи:

• введены скорости S800, S1600 и архитектурная поддержка S3200;
• введен новый (для 1394) метод сигнализации и соответствующий бета-режим работы портов. Для передачи используется пара встречных однонаправленных линий и кодирование 8B/10B, широко используемое в современных коммуникационных технологиях;
• введен новый метод арбитража (BOSS), повышающий эффективность использования пропускной способности шины за счет исключения простоев шины (зазоров арбитража);
• введены новые типы среды передачи для бета-режима:

1. пара пластиковых или стеклянных оптических волокон для расстояний до 50 или до 100 м;
2. кабель UTP-5 (используются 2 пары) с разъемами RJ-45 для расстояний до 100 м с трансформаторной гальванической развязкой.

• Введен миниатюрный 9-контактный разъем для коротких дистанций, позволяющий передавать данные со скоростью до 3,2 Гбит/с и подавать питание по шине.

Совместимость с 1394 и 1394a обеспечивается «двуязычными» уровнями PHY, способными работать с разными методами сигнализации на своих разных портах. При этом возможно построение гибридной шины, состоящей из одного или нескольких «облаков» узлов с бета-сигнализацией, связанных друг с другом фрагментами с традиционной сигнализацией.

Проект стандарта P1394.1 относится к сетям, состоящим из нескольких шин IEEE 1394. Основа построения сети — двухпортовый мост, способный передавать трафик между соединяемыми шинами. При этом мост для процессов сброса и автоконфигурирования, прерывающих передачу полезного трафика на длительное время, изолирует шины друг от друга. Возможны и многопортовые мосты, которые с протокольной точки зрения являются комбинацией двухпортовых.

В основу IEEE 1394 положен протокол запросов-ответов архитектуры регистров управления и состояния для микрокомпьютерных шин, описанной в стандарте ISO/IEC 13213:1994 Control and Status Register Architecture for Microcomputer Busses (CSR-архитектура). Ревизия этого стандарта предполагается в проекте P1212r.

Ревизия касается возможностей бесконфликтного расширения форматов содержимого памяти конфигурации, а также регистров CSR. Планируется привести спецификацию CSR в соответствие с практикой ее использования.

К управлению энергопотреблением IEEE 1394 относится спецификация 1394 TA Power Spec, состоящая из трех частей:

• Part 1: Cable Power Distribution — описание механизма подачи питания через кабельную шину, форматы структур данных и регистров, описывающих потребности в питании и возможности поставки питания на шину;
• Part 2: Suspend/Resume — описание механизмов приостановки и возобновления работы отдельных портов и частей кабельной шины;
• Part 3: Power State Management — описание четырех возможных уровней потребления узла и его блоков и механизмов управления сменой уровней.

Взаимодействие драйвера с уровнем транзакций

Подробности

Родительская категория: Шина IEEE 1394 — FireWire

Категория: Передача данных по шине IEEE 1394

Уровень транзакций взаимодействует с прикладным драйвером четырьмя примитивами сервисов:

• запрос (request), используемый запросчиком транзакции для инициирования субакции запроса. В запросе передается:

1. код типа транзакции (Read, Write, Lock с указанием операции);
2. адрес получателя;
3. длина данных;
4. данные (для Write и Lock);
5. скорость передачи.

Передавая запрос канальному уровню, уровень транзакций добавляет еще метку транзакции и код повтора.

• Индикация (indication), уведомляющая ответчика о приходе запроса. Драйверу ответчика передается:

1. код типа транзакции (Read, Write, Lock с указанием операции);
2. адрес узла$запросчика (получателя для данной субакции);
3. длина данных;
4. данные (для Write и Lock);
5. метка транзакции;
6. код повтора;
7. скорость передачи.

• Ответ (response), используемый ответчиком для получения состояния или данных запроса, запускающий субакцию ответа. В ответе передается:

1. код типа транзакции;
2. адрес запросчика (получателя);
3. длина данных;
4. данные (для Read и Lock);
5. код ответа;
6. метка транзакции;
7. скорость передачи.

• Подтверждение (confirmation), уведомляющее запросчика о завершении транзакции. В нем прикладному драйверу передается;

1. состояние запроса: завершение (успешное), тайм$аут (отсутствие своевременного ответа), отсутствие квитанции о приеме запроса, исчерпание предела повторов, ошибка принятых данных;
2. код ответа (завершение или ошибка данных);
3. данные и их длина (для Read и Lock).

Информационный блок последовательной шины и корневой каталог

Подробности

Родительская категория: Шина IEEE 1394 — FireWire

Категория: Конфигурирование шины и узлов IEEE 1394

Информационный блок последовательной шины

Информационный блок последовательной шины (bus_info_block) занимает 4 квадлета (см. рисунок ниже). Назначение его полей:

• bus_name — имя шины («1394» в ASCII)
• irmc — признак способности к роли диспетчера изохронных ресурсов;
• cmc — признак способности к роли мастера циклов;
• isc — признак способности к изохронным передачам;
• bmc — признак способности к роли диспетчера шины;
• pmc — признак способности к управлению питанием (введено в 1394a);
• cyc_clk_acc — точность генерации интервалов циклов (в миллионных долях, ppm, допустимо 0–100), только для узлов с cmc = 1;
• max_rec — указатель максимального размера поля данных, равного 2max_rec + 1. Допустимо max_rec = 1…13 (длина пакета 4, 8, 16… 16 384 байт);
• node_vendor_id — идентификатор производителя (то же, что и vendor_id в минимальном формате);
• chip_id_hi, chip_id_lo — две составные части 40-битного идентификатора микросхемы LINK-уровня, который в совокупности с node_vendor_id дает глобально уникальный идентификатор узла;
• gen — номер генерации содержимого памяти, инкрементируется с каждой его модификацией (введено в 1394a). Позволяет конфигурационному ПО сократить объем запрашиваемой информации, если считанное значение номера после сброса совпадает с предыдущим;
• link_speed — максимальная скорость, поддерживаемая LINK-уровнем; может не совпадать со скоростью PHY, сообщаемой в пакете самоидентификации (введено в 1394a).

 

Корневой каталог

Корневой каталог содержит элементы, состоящие из двух полей:

• key (8 бит) — ключ элемента, в котором можно выделить:
       -----key_type (2 бита) — тип ключа: 0 — непосредственный параметр, 1 — смещение (в начальном пространстве регистров), по которому находится параметр; 2 —смещение (в памяти конфигурации), по которому находится структура данных (лист); 3 — смещение, по которому находится каталог;
       -----key_value (6 бит) — значение ключа, по которому определяется назначение элемента.
• value или offset (24 бита) — значение элемента или смещение ячейки памяти, с которой начинается данный элемент. Смещение указывается в квадлетах относительно положения данного элемента каталога.

Элементы корневого каталога приведены в таблице. Для всех узлов шины обязательны первые три элемента из приведенных в таблице. Структура элемента, содержащего уникальный 64-битный идентификатор узла, приведена на рисунке. Этот идентификатор, называемый EUI-64 (Extended Unique Identifier), состоит из идентификаторов производителя узла и идентификатора микросхемы LINKуровня. Он может использоваться для идентификации программного драйвера данного узла. В CSR определен еще и 88-битный глобальный идентификатор GUI (Globally Unique Identifier), в котором к EUI-64 в качестве старших 24 бит добавлен идентификатор Company_Id. Идентификатор GUI уникально определяет узел во всем мире всех шин, отвечающих CSR-архитектуре.

Таблица. Элементы корневого каталога

Ключ	Смещение или значение
03h	Module_Vendor_Id, значение идентификатора производителя модуля (может совпадать с идентификатором производителя узла)
0Ch	Node_Capabilities, значение свойств узла (см. рисунок после этой таблицы): spt — признак наличия регистра SPLIT_TIMEOUT, должен быть единичным у узла, способного участвовать в транзакциях ms — признак наличия регистров Messaging Passing int — признак наличия регистров Interrupt_Traget и Interrupt_Mask ext — признак наличия регистра TEST_ARGUMENT bas — признак наличия регистров TEST_START и TEST_STATUS prv — признак наличия приватного пространства узла 64 — признак поддержки 64-битной адресации (в IEEE 1394 всегда установлен) fix — признак фиксированной (а не расширенной) адресации (в IEEE 1394 всегда установлен) lst — признак наличия бита Lost в регистрах State_Clear и State_Set drq — признак наличия бита Dreq в регистрах State_Clear и State_Set elog — признак наличия регистра Error_Log и бита Elog в регистрах State_Clear и State_Set atn, off — признак наличия одноименных битов в регистрах State_Clear и State_Set ded — узел поддерживает состояние Dead init — узел поддерживает состояние Initializing
8Dh	Node_Unique_Id_offset — смещение элементалиста с уникальным идентификатором узла. Смещение (в квадлетах) задается относительно положения данного ключа в памяти конфигурации. Формат элемента приведен на рисунок выше
82h	Bus_Dependent_Info_Offset — смещение элемента информации, относящейся к шине
C2h	Bus_Dependent_Info_Offset — смещение каталога информации, относящейся к шине
04h	Module_Hw_Version, значение версии аппаратных средств модуля
05h	Module_Spec_Id, значение идентификатора спецификации модуля
07h	Module_Sw_Version, значение версии программных средств модуля
87h	Module_Dependent_Info_Offset — смещение элемента информации, относящейся к модулю
C7h	Module_Dependent_Info_Offset — смещение каталога информации, относящейся к модулю
08h	Node_Vendor_Id, идентификатор производителя узла
09h	Node_Hw_Version, значение версии аппаратных средств узла
0Ah	Node_Spec_Id, значение идентификатора спецификации узла
0Bh	Node_Sw_Version, значение версии программных средств узла
90h	Node_Dependent_Info_Offset — смещение элемента информации, относящейся к узлу
D0h	Node_Dependent_Info_Offset — смещение каталога информации, относящейся к узлу
D1h	Unit_Directory_Offset — смещение каталога информации, относящейся к блоку
F0h	Node_Power_Directory_Offset — относительное смещение каталога управления потреблением, относящегося к узлу (введено в 1394a)

 

Уровни потребления узла и блоков

Подробности

Родительская категория: Шина IEEE 1394 — FireWire

Категория: Управление шиной IEEE 1394

В IEEE 1394a введены понятия уровней потребления (Power States), относящиеся к узлу в целом и отдельным его блокам. Узел и блок могут поддерживать до четырех уровней (0…3), из которых нулевой (обязательный) соответствует функционированию в самом полном объеме.

Уровни потребления узла (Node Power States) N0…N3 определяют состояния уровней PHY и LINK:

• N0 — состояние полной дееспособности узла: PHY-уровень запитан (может принимать, посылать и транслировать пакеты и сигналы), LINK-уровень способен отвечать на транзакции, обращенные к узлу. Контекст узла (все его конфигурационные регистры CSR и PHY) действителен. При этом возможны два варианта:
       -----LINK-уровень полностью запитан — полная функциональность узла (нормальные ответы на все транзакции);
       -----LINK-уровень находится в состоянии Standby (с пониженным потреблением). Узел способен декодировать адрес обращенных к нему транзакций и ответить на них квитанцией Ack_TRDY, что вызовет повтор транзакции инициатором в следующем интервале справедливости. За это время LINKуровень узла успеет включиться, и на следующую попытку узел ответит нормальным образом;
• N1 — состояние со включенным PHY (узел транслирует сигналы и пакеты) и отключенным LINK-уровнем. Это соответствует состоянию узла после сброса до получения пакета Link-On. Состояние контекста узла стандартом не регламентировано;
• N2 — состояние с приостановленным (suspended) PHY и отключенным LINKуровнем. Узел не транслирует пакеты и сигналы, он может только реагировать на внешние сигналы, вызывающие возобновление (или на сигнал от своего приложения). Контекст не определен; информация, связанная с топологией, недействительна (после возобновления будет сброс);
• N3 — полностью обесточенный узел, контекст потерян.

Уровни потребления блока (Unit Power States) D0…D3 отражают функциональность и потребление блока:

• D0 — состояние полной функциональности и полного потребления, обязательное для всех блоков;
• D1 — состояние пониженного потребления, контекст блока сохраняется, но функциональность может быть ограничена. Переход D1→D0 может совершаться довольно быстро;
• D2 — состояние еще меньшего потребления, с меньшей функциональностью и, возможно, потерей контекста блока. Переход в D0 (или D1) может занимать большее время, чем D1→D0;
• D3 — полное обесточивание блока.

Возможные состояния уровней потребления узла и входящих в него блоков связаны между собой: номер уровня потребления узла должен быть не больше, чем наименьший номер уровня потребления его блоков. Например, если в узле два блока и их текущие уровни потребления D1 и D2, то узел может находиться на уровне N0 или N1. Попытка (запрос) перевода уровня узла с N0 на N2 или N3 приведет к переводу только на уровень N1.

Для каждого поддерживаемого уровня потребления узла в памяти конфигурации имеются исчерпывающие описания условий питания и потребляемой (отдаваемой) мощности. Кроме того, введены регистры CSR, отражающие текущие уровни потребления для узла и блоков и управляющие их сменой. Смену уровней запрашивает диспетчер энергопотребления, который может выполнять удаленное управление любыми узлами шины и их блоками (как и своим собственным узлом и его блоками).