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IEEE1394与现场总线
xiao_xiao1 发表于 2009/10/9 12:20:01 721 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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1序言
现场总线是应用于现场、实现节点间双向串行数字式通信的系统，这几年发展很快。目前，企业设备级的控制普遍采用现场总线技术。在现场总线的控制系统中，连接到现场总线上的仪器仪表均具有网络通讯功能，这样使得工厂现场级的设备连接成网，然后通过现场设备网可以和企业级的Intranet网互连，甚至连上Internet。现场总线技术使得企业控制朝信息化、网络化的方向发展，使得控制系统更易于扩充和维护；另一方面，现场总线的各个设备均具有独立的控制功能，使得控制功能分散，减轻了主控制器的负荷，可进一
步降低系统的成本，分散风险，提高可靠性。
但是，现场总线的发展目前受到多方面的限制，一个方面的限制是由于现场总线的标准太多(目前国际上已有40多种现场总线)，难以实现互操作性，也难以达到开放性的初衷；另外一个方面，现场总线控制系统弱于传统DCS控制系统的一个方面就是传输速度太慢，而且目前各现场总线已经达到性能(如响应时间、带宽等)的极限，不能适应新的更高要求的控制应用需求。
目前，全社会都在讲究创新，在控制领域也要求创新，所谓创新包括新的理论和新的技术。IT行业发展很快，不断产生新的设备和新的标准，如果能将这些新的技术引进到控制领域，无疑也是一种创新。因此，对于现场总线的限制，目前已经有许多新的思想提出解决方案。有人从计算机网络得到启发，将广泛使用的计算机互连局域网——以太网引入到现场总线领域，产生了工业以太网。本文则提出采用新的技术——火线(firewire)即IEEE1394，来代替已有的现场总线。一方面可以大幅度提高性能，降低成本，另一方面以改进的标准1394协议代替各种现场总线标准，可消除目前现场总线领域中的“战国”现象。
2IEEE 1394简介
IEEE 1394即火线(Firewire)是美国苹果公司率先提出的一种高品质、高传输速率的串行总线技术。1995年被IEEE认定为串行工业总线标准，命名为1394—1995，后来又在其基础上增加了被称为1394a的附加规范。近年又计划提出新的1394b规范。世界几大计算机公司包括IBM、Apple、Micrososft等都支持这种总线。虽然目前多数计算机不含1394的接口，但越来越多的迹象表明，1394将成为一种新的串行总线标准，得到广泛使用。
1394本来主要应用于实时多媒体领域，例如消费电子应用，如数码摄像机，DVD，数字VCRs以及音乐系统。在PC机上，它主要用于大容量存储器以及打印机、扫描仪之上，作为这些设备的数字化高速接口。由此看出，1394作为一种标准总线，可以在不同的工业设备间架起一座沟通的桥梁。对于PC机而言，采用1394的典型意义在于，在一条1394总线上可以接入63个设备，大大减少了计算机外设接口的数量。
1394的主要特点包括：
(1)支持多种总线速度，适应不同应用要求。1394a支持的速度范围为100Mbps，200Mbps和400Mbps，其中支持100Mbps和200Mbps的总线设备已经推出。1394b支持的速度更高，为800Mbps，1600Mbps和3200Mbps。不象USB，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。
(2)即插即用，支持热插拔。这就意味着在任何时刻，用户均可以将设备加入到总线中或从总线中移去而不必关掉电源或重新启动计算机。总线控制器会自动重新配置好设备。每个设备的资源均由总线控制自动分配，用户不作任何繁琐的配置工作。
(3)支持两种传输方式。即同步和异步的传输方式。设备可以根据需要动态地选择传输方式，总线自动完成带宽分配。异步传输方式类似于内存映射I／O总线方式，此时，它类似于PCI总线，任何设备可以在64位的地址空间内进行读写操作。异步传输实际上是由一个发送应答行为组合而成的，对于不同的传输速度，异步包的大小是不一样的。同步传输(又称等时传输)方式下，一个重要的特点是总线控制器为每次传输保证足够的带宽。它不是用地址空间而使用频道进行数据的传输。每个频道有一个频道号，发送方和接收方在指定号的频道上进行数据的读写操作。同步周期为125μs。两种传输方式可以适用不同的传输要求：在要求实时传输并对数据的完整性要求不严格的场合，可采用同步传输方式。如果对数据的完整性要求较高的话，采用异步传输方式更好。
(4)支持点到点通信模式。和USB的主从式结构不同，1394是多主总线(类似于PCI)，每个设备都可以获取总线的控制权，与其他设备进行通信。这使得设备的直接互连成为可能。
(5)遵循ANSI IEEE1212控制及状态寄存器(CSR)标准，该标准定义了64位的地址空间，可寻址1024条总线的63个节点，每个节点可包含256TB的内存空间。
(6)支持较远距离的传输。普通线缆环境下，两个设备之间的最大距离可达到4.5 m(高级线缆可达15 m)，使用中继器可以延长两个设