1394總線與其所控制設備間數據雙向傳送方法和裝置的製作方法

2023-05-02 19:54:46

專利名稱：1394總線與其所控制設備間數據雙向傳送方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在IEEE 1394總線與由所述總線控制的設備之間雙向傳送數據的方法和裝置。
IEEE 1394總線是一種低成本、高性能的串行總線。它具有讀/寫存儲器結構和高度複雜的通信協議。100、200或400兆比特/秒的數據速率幾乎能夠實時地傳輸。同時，能夠雙向地傳輸數據。所傳輸地址值的頭10位涉及多達1023個可能的IEEE 1394總線束中之一。在一個特定的束內所傳輸地址值的後六位涉及多達63個節點之一，一個應用或者設備被分配給該節點。節點之間的數據可以交換而無需主控制器相互作用。考慮到塞和放的工作情況，設備可在任何時候連接到網絡或者從網絡斷開。
節點的標準化電纜連接有4.5m長並包含三個絞合電纜對，其中兩對用於數據和控制信息傳輸，另一對傳導8伏到40伏的電源電壓。用到三種電平的編碼高(H)、低(L)、及高阻抗(Z)。H大於L,L大於Z。特性阻抗是110歐姆。還存在一種僅包括兩個絞合電纜對的IEEE 1394-1995總線規範，在這兩個絞合電纜對上不提供電源電壓。通信協議有三層物理層、鏈路層、和事務處理層。一般，事務處理層是用固件實現的，而其他兩層是用晶片裝置實現的。
物理層包含模擬收發信機和數字狀態機。它管理總線自動配置和熱塞。它再計時、再生及重複所有的數據包並將所有數據包傳送到本地鏈路層。執行包成幀，例如速度碼、前綴和包末尾組合。它對來自本地鏈路層的數據包進行判優和傳輸。可獲得的集成電路類型為例如德克薩斯儀器公司的TSB11C01、TSB11LV01、TSB21LV03、和TSB41LV03、富士通的MB86611、以及IBM的21S750。
鏈路層執行所有的數字邏輯。它通過地址識別來識別尋址到節點的數據包並將包首標解碼。它將數據包傳遞到較高層並從較高層產生數據包。它在AV數據應用時同步地工作，或者在控制數據應用的情況下異步地工作。
在同步模式下，建立具有保用帶寬的信道。存在規定的等待時間。以125μs的時隙或周期進行傳輸。一個數據包的首標和數據塊具有單獨的CRC(循環冗餘度檢驗)。這一模式具有比異步數據傳送模式高的優先級。
異步模式不是時間臨界的，但是安全。它按照具有佔用和再試協議的已確認業務操作。採用了固定地址。當總線空閒時進行傳輸。異步模式管理讀請求/應答、寫請求/應答、和鎖定請求/應答。它執行周期控制，CRC發生和確認。可獲得的鏈路層集成電路類型為例如德克薩斯儀器公司的TSB12C01A、TSB12LV21、TSB12LV31、及TSB12LV41、菲利普公司的PDI1394L11。
事務處理層實現異步總線事務處理讀請求/讀應答寫請求/寫應答鎖定請求/鎖定應答如上所述，可通過在一個微控制器上運行的軟體來實施它，比如SparcLite的i960。
還有可能存在一個AV(音頻視頻)層，執行設備控制、連接管理、時間標記及打包。
鏈路層集成電路通常包含一個容量為例如32k或64k比特的FIFO(先進先出)存儲器和其他緩衝器，並使來自該應用的數據適應IEEE 1394總線規範的要求。因此，鏈路層晶片包含許多電路，是整個IEEE 1394接口的最昂貴部分。由於這些費用原因，市場上的大多數集成電路都不是雙向的，儘管IEEE1394總線規範支持這一特徵。進入或者輸出的數據包過渡地存儲在FIFO中。
事實上某些鏈路層集成電路是雙向的，但對於許多應用而言，例如視頻數據操作，這種標準雙向鏈路集成電路的存儲容量在任何時候僅在傳輸或接收同步數據時是充足的。因此，在實踐中，這種集成電路僅能夠單向應用，即，實時雙向數據傳送是不可能的。沒有為這種標準鏈路集成電路選擇較大存儲容量，因為已了解到沒有任何對實時雙向數據傳送的需求會證明額外成本是合理的。
當前對這一問題的解決方案是將兩個單獨的IEEE 1394總線節點分配給同一應用，這兩個節點包括兩個物理層集成電路、兩個鏈路層集成電路、兩個微控制器、及一個附加電纜連接，即一個相當複雜和昂貴的解決方案。兩個節點的實際間距與網絡等待時間相加並需要額外的電纜中繼段(hop)。因為在IEEE 1394總線規範中僅允許16個電纜中繼段，所以這後一需求可能帶來某些應用中的嚴重缺陷。
本發明的一個目的是公開一種將可隨處購買到因而便宜的單向IEEE1394總線鏈路層集成電路組合、以形成僅代表一個IEEE 1394總線節點的IEEE 1394總線接口的雙向數據傳送功能的方法。這一目的用權利要求1或2的方法實現。
本發明的另一目的是公開一種採用本發明方法的裝置。這一目的用權利要求5或6的裝置實現。
本發明人業已發現，且得到仿真的證實，儘管物理鏈路層接口不是為這一目的而設計的，在附加鏈路層集成電路或一些集成電路被分別編程的情況下，它對於多達三個鏈路層集成電路和一個物理層集成電路正確地工作。
按照本發明，兩個或多個鏈路層集成電路與一個物理層集成電路在一個節點上一起工作，其中鏈路層集成電路連接到同一應用或設備。所有鏈路層集成電路、物理層集成電路和應用可有益地用一個執行例如軟體控制和總線管理的微控制器控制。利用例如一個唯一的I2C總線地址或主晶片使能可以有選擇地對鏈路集成電路尋址。
本發明允許同時實時輸入和輸出數據包或同時輸入兩個數據包，例如接收視頻通道和音頻通道或為了例如PIP(畫中畫)的目的接收兩個視頻通道。
原理上，本發明方法適用於在IEEE 1394總線與由所述總線控制的設備之間雙向地傳送數據，其中一個物理層集成電路作為總線與所述設備之間的接口並採用一個第一鏈路層集成電路，第二鏈路層集成電路也在工作，其一例連接至所述第一鏈路層集成電路的接口輸入/輸出端而另一側連接至所述設備，其中所述第一鏈路層集成電路執行總線相關數據的輸入和輸出，所述第二鏈路層集成電路執行總線相關數據的輸入或者輸出，或者，其中所述第一鏈路層集成電路執行第一總線相關數據的輸入，而所述第二鏈路層集成電路執行第二總線相關數據的輸入，所述第一和第二總線相關數據屬於不同的數據流，尤其是兩個視頻數據流或一個視頻及一個音頻數據流。
在相應從屬權利要求中公開了本發明方法的有益附加實施例。
原理上，本發明裝置適用於在IEEE 1394總線與由所述總線控制的設備之間雙向地傳送數據，它包括形成總線與所述設備之間的接口的物理層集成電路和第一鏈路層集成電路；第二鏈路層集成電路，其一側連接至所述第一鏈路層集成電路的接口輸入/輸出端而另一側連接至所述設備，其中所述第一鏈路層集成電路執行總線相關數據的輸入和輸出，所述第二鏈路層集成電路執行總線相關數據的輸入或者輸出，或者，其中所述第一鏈路層集成電路執行第一總線相關數據的輸入，而所述第二鏈路層集成電路執行第二總線相關數據的輸入，所述第一和第二總線相關數據屬於不同的數據流，尤其是兩個視頻數據流或一個視頻及一個音頻數據流。
本發明裝置的有益附加實施例在相應從屬權利要求中公開。
以下參見附圖描述本發明的實施例，其中

圖1是雙向實時視頻應用的公知IEEE 1394雙節點；圖2是本發明的雙向實時視頻應用的IEEE 1394節點；圖3是圖2的IEEE 1394節點的細節，包括一容性隔離勢壘；圖4是IEEE 1394總線連接機頂盒、VCR和DVD播放機；圖5是本發明另一實施例的雙向實時視頻應用的IEEE 1394節點。
在圖1中，經IEEE 1394總線電纜連接將第一物理層集成電路PLI1連接到第二物理層集成電路PLI2,PLI2本身也連接到另一IEEE 1394總線電纜B。為數據輸入在另一側將PLI1分配給第一鏈路層集成電路LLI1，而PLI2則分配給第二鏈路層集成電路LLI2，以作數據輸出。LLI1和LLI2均分配給同一應用設備APP。LLI1和PLI1經LLI1由第一微控制器μP1控制。LLI2和PLI2經LLI2由第二微控制器μP2控制。可以用μP1和μP2或者用其中之一來控制應用設備APP。在兩種情況下μP1和μP2彼此相互作用(未示出)。
在圖2中，僅一個物理層集成電路PLI連接到IEEE 1394總線電纜B。在另一側將PLI分配給第一鏈路層集成電路LLI1，用於例如數據輸入，還分配給第二鏈路層集成電路LLI2，用於數據輸出和例如也用於數據輸入。LLI1和LLI2均分配給同一應用設備APP。有利的是，LLI1、LLI2、經LLI1或LLI2的PLI以及APP均可用一個微控制器μP控制。
能夠採用本發明的雙向模式的一種更詳細的配置如圖3所示，其中第一鏈路層集成電路LLI1支持輸入和輸出模式，而第二鏈路層集成電路LLI2僅支持輸入(自IEEE 1394總線)。這將是帶多鏈路層集成電路和一個物理層集成電路PLI的雙向運轉狀態的最簡單類型的配置。圖3描繪了進行數據交換的PLI和LLI1/LLI2中的主要電路。LLI2中在虛線後的部件可有利地省去或者不使用。
採用如圖3所示的配備，僅LLI1能夠成為總線上的循環主方。這意味著循環起始包將直接從LLI1經接口輸入/輸出IFIO和焊點(pad)到焊點連接PTPC傳送到LLI2。由於LLI2集成電路僅僅是輸入，對於這一集成電路的簡化在於將不需要向總線請求傳輸的IEEE 1394標準化連結請求引線LREQ(未示出)。
如上所述，仿真已表明IEEE 1394的容性隔離勢壘特徵對多達三個鏈路層集成電路和一個物理層集成電路正確地起作用。這一隔離勢壘在US-A-5384 808中有詳細解釋，其採用下列元件值在物理電源PPO與物理地PGND之間設置一由兩個5kΩ電阻R6和R7構成的通路。在鏈路電源LPO與鏈路地LGNDa之間設置兩個5kΩ電阻R1和R2構成的通路。PLI連接到R6/R7接點，LLI1/LLI2連接到R1/R2接點。在R6/R7接點與R1/R2接點之間插入一由C1/1nF、R3/100Ω、R5/100Ω、及C2/1nF構成的通路。電阻R4/300Ω從R3/R5接點連接到PGND。這種PLI/LLI連接電路的其他變型也是可能的。
在這一隔離勢壘中，對於鏈路A的焊點上的一個或兩個額外鏈路層集成電路的容性負載不發生明顯的邏輯電平衰減。通過對標準鏈路層集成電路設計的較小增加可以獲得對每一鏈路層集成電路的額外訪問。所用的每一額外鏈路層集成電路需要一額外通道數的寄存器和比較器，因此可將數據流提供給特定鏈路層集成電路。也可以採用其他配置，例如兩個鏈路層集成電路和一個物理層集成電路，兩個鏈路層集成電路均具有輸入和輸出功能。
本發明可用於例如圖4所示應用一個帶接收單元RU的機頂盒STB、MPEG解碼器MDEC和IEEE 1394接口1394S通過衛星或電纜接收數位電視節目。接收單元輸出信號經IEEE 1394總線傳送，以記錄到也包括IEEE 1394接口1394V的錄像機VCRR。同時，一DVD播放機DVDP重放DVD光碟，而DVD數據也經由IEEE 1394總線接口1394D傳輸到機頂盒的IEEE 1394總線接口1394S，以便用MPEG解碼器MDEC解碼並在電視接收機TV的屏幕上顯示。電視機可仍具有至機頂盒的模擬信號連接，但是也可用IEEE 1394總線接口連接到STB。因此，機頂盒IEEE 1394總線節點1394S需要雙向功能。
圖5的另一實施例表示單個物理層集成電路PLI至一略為修改的第一鏈路層集成電路LLI1的連接，以進行數據輸出和例如又進行數據輸入，並連接到一相應修改的第二鏈路層集成電路LLI2，以進行數據輸入，即接收模式。LL11和LLI2各包括五個寄存器REG1至REG5和由信號SW控制的一個多路復用器或開關MUX，信號SW確定這一具體集成電路是否工作在數據接收模式。
LLI1和LLI2具有一附加控制信號輸入端CTLIN和兩個附加的輸出端、即數據輸出端DOUT和控制信號輸出端CTLOUT。總線控制信號CTL通過寄存器REG2和REG4和LLI1的輸出端CTLOUT到LLI2的CTLIN。然後它通過REG5和MUX，由此可在LLI2中作為內部控制信號CTL_INT獲得。它還從LLI1的REG2輸出端提供給MUX，由此可在LLI1內作為內部控制信號CTL_INT獲得。
總線數據信號D經由輸入端DIN通過寄存器REG1和REG3及LLI1的輸出端DOUT到LLI2的DIN。在LLI1和LLI2的REG1的輸出端，內部總線數據信號D_INT可在LLI1和LLI2內獲得。總線連結請求信號LREQ僅來自LLI1。總線時鐘SCLK分配給LLI1以及LLI2。經一個隔離電路IS可在PLI與LLI1之間傳送D、CTL、LREQ及SCLK。LLI1和LLI2均分配給同一應用設備。
權利要求
1．一種在IEEE 1394總線(B)與由所述總線控制的設備(APP)之間雙向傳送數據的方法，其中用一物理層集成電路(PLI1,PLI)和第一鏈路層集成電路(LLI1)作為總線與所述設備之間的接口，其特徵在於第二鏈路層集成電路(LLI2)也在工作，其一側連接至所述第一鏈路層集成電路的接口輸入/輸出(IFIO)端，另一側連接至所述設備，其中所述第一鏈路層集成電路執行總線相關數據的輸入和輸出，所述第二鏈路層集成電路要麼執行總線相關數據的輸入要麼執行總線相關數據的輸出。
2．一種在IEEE 1394總線(B)與由所述總線控制的設備(APP)之間雙向傳送數據的方法，其中用一物理層集成電路(PLI1,PLI)和第一鏈路層集成電路(LLI1)作為總線與所述設備之間的接口，其特徵在於第二鏈路層集成電路(LLI2)也在工作，其一側連接至所述第一鏈路層集成電路的接口輸入/輸出(IFIO)端，另一側連接至所述設備，其中所述第一鏈路層集成電路執行第一總線相關數據的輸入，所述第二鏈路層集成電路執行第二總線相關數據的輸入，以及所述第一和第二總線相關數據屬於不同的數據流，尤其是兩個視頻數據流或一個視頻及一個音頻數據流。
3．如權利要求1或2所述的方法，其中至少一個另外的鏈路層集成電路與所述第二鏈路層集成電路並行連接和操作。
4．如權利要求1至3所述的方法，其中所述第一和所述第二和/或所述另一鏈路層集成電路由一個微控制器(μP)控制。
5．一種在IEEE 1394總線(B)與由所述總線控制的設備(APP)之間雙向傳送數據的裝置，包括作為總線與所述設備之間接口的物理層集成電路(PLI1,PLI)和第一鏈路層集成電路(LLI1)；第二鏈路層集成電路(LLI2)，其一側連接至所述第一鏈路層集成電路的接口輸入/輸出(IFIO)端，另一側連接至所述設備，其中所述第一鏈路層集成電路執行總線相關數據的輸入和輸出，所述第二鏈路層集成電路執行總線相關數據的輸入或者輸出。
6．一種在IEEE 1394總線(B)與由所述總線控制的設備(APP)之間雙向傳送數據的裝置，包括作為總線與所述設備之間接口的物理層集成電路(PLI1,PLI)和第一鏈路層集成電路(LLI1)；第二鏈路層集成電路(LLI2)，其一側連接至所述第一鏈路層集成電路的接口輸入/輸出(IFIO)端，另一側連接至所述設備，其中所述第一鏈路層集成電路執行第一總線相關數據的輸入，而所述第二鏈路層集成電路執行第二總線相關數據的輸入，所述第一和第二總線相關數據屬於不同的數據流，尤其是兩個視頻數據流或一個視頻及一個音頻數據流。
7．如權利要求5或6所述的裝置，其中所述第一和所述第二鏈路層集成電路由一個微控制器(μP)控制。
全文摘要
在IEEE 1394總線與由所述總線控制的設備之間雙向傳送數據的方法和裝置。IEEE1394總線通信協議有三層:物理層、鏈路層和事務處理層。鏈路層IC通常包含FIFO。將兩單獨的IEEE 1394總線節點分配給同一應用,這兩節點包括兩個物理層IC和兩個鏈路層IC。已發現儘管物理層接口不是為此設計的,若對附加鏈路層IC作相應編程,它對多達三個鏈路層IC和一個物理層IC正確工作。因此在其中鏈路層IC連接到同一應用或設備的節點,兩個或多個鏈路層IC可與一物理層IC一起工作。
文檔編號G06F13/10GK1234558SQ9910096
公開日1999年11月10日 申請日期1999年1月18日 優先權日1998年1月27日
發明者漢斯-赫爾曼·黑克, 蒂莫西·海格韋, 海因茨-沃納·基森 申請人:德國湯姆遜-布朗特公司