基于IEEE1394b的双向传输设备驱动程序设计

摘要 介绍了基于IEEEl394b总线双向数据传输系统PC机端设备驱动程序。结合IEEEl394b总线规范，以Windows环境为例详细介绍了利用Fir-eAPI SDK开发IEEE1394b设备驱动程序的设计原理、实现方法。
关键词 IEEE1394b；内核模式；FireAPI

    现有的大部分数据传输接口总线造价比较高，且难以满足实际运用中对传输速率的要求，成了阻碍整个系统性能提高的一大屏障。IEEE-1394是现今最高速的串行总线接口之一，IEEE1394lb更是在原有IEEE1394的基础上速度更快，支持距离更长，在实时批量数据传输方面有广泛的应用前景。
    基于1394传输系统设备驱动文献，大部分都是基于IEEE1394a的，而IEEE1394b以其更高的速度展现出了更大的魅力，对实时大批量的数据传输具有重大意义，但是Microsoft并没有提供对1394b的支持，在Windows自带的1394不能支持其S800的速度，因此1394b在应用上受到局限，Unibrian提供了FireAPI SDK开发包，提供了对1394b的完全支持，也是现在唯一持1394b的驱动程序开发包。

1 IEEEl394串行总线概述
    IEEE1394又称火线(Fire Wire)，是由美国苹果电脑公司开发的一种品质高、传输速度快的串行总线技术。1995年IEEE正式认可IEEE139 4-1995规范，并于2000年又推出了IEEE1394a-2000规范。2002年推出了IEEEl394b-2002的传输速率可达3．2 Gb·s-1，兼容于IEEE1394a，但是接口的形状从IEEE1394a的6 Pin变成9 Pin。IEEE1394的主要特点如下：
    (1)高速可升级，支持100 Mb·s-1、200 Mb·s-1、和400 Mb·s-1的传输速率。IEEE1394b增加800 Mb·s-1，16 00 bib·s-1，3 200 Mb·s-1的传输速率，现在市面上所提供的芯片最高支持到800 Mb·s-1。
    (2)支持点到点传输，各节点可以脱离主机自主执行事务。
    (3)支持较远距离的传输；IEEE1394节点之间的距离不能超过4．5 m。IEEE1394b最远距离可达100 m，而且可以选用更多的传输媒介，比如非屏蔽的5类双绞线、塑料光纤和玻璃光纤等。
    (4)支持即插即用，可以在任何时候向IEEE1394网络添加或删除设备。
    (5)热插拔，无需将系统断电就可以加入和移除设备。
    (6)支持两类事务，包括等时(Isochronous)和异步(Asynchronous)事务。
    (7)拓扑结构，设备间采用树形或菊花链拓扑结构，每条总线最多可以连接63台设备。
    (8)公平仲裁，是等时传输具有较高优先级，同时异步传输也能获得对总线公平的访问。

2 IEEE1394b驱动程序的基本结构
    Unibrianl394驱动程序栈采用由上而下的架构，这个栈的核心就是1394类驱动，它完成1394所有事物并提供应用程序所需的全部服务。而这个1394类驱动正是WDM驱动中的类驱动。图1为Unibrainl394驱动栈。



3 IEEE1394b驱动程序的具体实现
3．1 驱动程序入口点
    运用FireAPI的第一件事就是调用C1394Initializa，C1394Initialize执行所有对1394初始化支持的必需动作，这个函数会检查FireAPI驱动栈是否已完全安装，相应的驱动程序是否已经开始，以及初始化驱动栈需要的内部结构。
3．2 打开设备方法
    当1394总线上添加或删除一个或多个设备时会自动重新配置物理设备地址，以此来支持即插即用特性，这时设备物理ID的重新分配，设备的节点号可能会改变。不过1394要求每个节点都要有一个全球惟一标识符GUID，它存储在Bus_Into_Block，在设备的整个生存期它是惟一不变的，所以在程序中根据设备的GUID打开设备句柄，其传输时将不用担心总线复位及物理ID改变。

4 IEEE1394b具体通信机制
    IEEE1394串行总线支持两种传输类型；异步传输和等时传输。
    (1)异步传输，异步传输使用确定的物理地址来指向某一个节点，以完成读、写、锁定操作。基于请求和应答的机制来确保数据传输的正确性。
    (2)等时传输，等时传输是一种不需要确认数据的传输类型，它主要强调的是传输数据的实时性。等时传输是通过一个6位的信道号码来确定一个或多个设备。其以固定时间间隔(125 ms)发送数据，所以必须分配固定的总线带宽，有着高于异步传输的优先级。等时传输所用的最大带宽是整个带宽的80％。
4．1 IEEE1394b异步传输
    异步传输的主要步骤如下：
    (1)设置传输速度，1394b支持的最高速度为800 Mb·s-1，驱动程序可以在总线复位完成后立即通过C1394GetMaxSpeedToNode或1394Get-MaxSpeedBetweenNodes设置节点间速度。
    (2)设置最大包，1394b在S800的速度下所支持的最大包长为4 096 bit，可通过C1394GetMaxPayloadForSpeedand C1394GetMaxPayloadF-orMaxRec设置最大包长。
    (3)设置带宽，要注意的是带宽不仅取决于包的大小，还与节点间的传输速率有关，当传输速率增加时，所需的带宽会减小。
    (4)异步读／写，异步传输分为阻塞调用和非阻塞调用，C1394ReadNode／C1394WriteNodewei为阻塞调用，只在读或写事务完成 (包括发送请求数据包，检查确认，等待响应或超时)后返回。C1394ReadNodeAsynch／C1394WriteNodeAsynch为非阻塞调用。非阻塞调用比阻塞调用更节省时间，节约资源。
4．2 IEEE1394b等时传输机制
    与异步传输不同，等时传输强调了数据的实时性。等时传输是基于时间片的。
    建立等时传输的步骤为：(1)设置传输速率，最大为800 Mb·s-1。(2)设置带宽。(3)分配等时信道。(4)分配等时资源。(5)等时事务处理。(6)完成后释放资源。
    有时候应用程序并不只发送一个等时请求，那么适配器通道要处理下一个请求，同时程序还要处理上一个请求完成的结果，这样确保等时接收时不会丢数据包，这时要用到等时请求队列来完成。内核模式的API两种等时处理模型，排队一完成和即时一完成，驱动可以使用其中任意一个，如有必要可混合使用。在用户模式中，操作模式有一些限制，不能直接回调，应用程序通常使用排队一完成模式处理所有等时请求。图2和图3分别是排队一完成和即时一完成模型的处理流程图。

5 结束语
    介绍了基于IEEE1394b驱动程序的开发，在此基础之上开发了设备驱动和应用程序，建立了1394组网平台。试验证明，实现了互联与传输，系统能工作在800 Mb·s-1的速率上，达到了预定的目标。