IEEE1394总线在视频输出、截取板卡中的应用

IEEE1394总线在视频输出、截取板卡中的应用

郝迎英郝晗光刘巍

【摘要】IEEE1394高速串行总线支持400Mbps的等时和异步传输应用已经到了实用化阶段，具有可热插拔，使用方便灵活等特性，使其成为未来高速总线的首选。本文利用1394总线对高速视频数据传输的特性，实现了1394总线在高速视频输出、截取中的应用。

【关键词】1394总线TSB43AB23数字视频

【中图分类号】O45【文献标识码】A【文章编号】1006－9682（2008）12－0071－02

【Abstract】Thehigh-speedserialbus-IEEE1394-perhapswillbethefirstchoiceforpeopleengagedinthefieldofimageprocessing,datatransmissionforitshighperformance.IEEE1394hasbecomethefactualstandard.ThepapermakesuseofthecharactersofIEEE1394forhigh-speeddatatransmissionrealizedtheapplicationofIEEE1394businvideooutputtingandgettingboard.

【Keywords】1394busTSB43AB23DigitalVideo

随着微电子技术日新月异的发展，各种新技术涌现，特别是近几年1394接口标准在视频领域的标准地位的确立，研制新一代基于1394接口标准的视频输出截取板卡成为发展的必然。本文将对IEEE1394总线在视频输出、截取板卡中的一些关键技术的实现进行讨论。

一、IEEE1394规范简介

IEEE1394原为美国Apple公司开发的计算机接口技术，称之为FireWire（火线）。［1］1995年，IEEE制定并颁布了IEEE1394-1995标准。IEEE1394作为一种串行接口，其目的在于取代高速并行接

口SCSI，来实现外围设备与计算机的连接。作为一种数据传输的开放式技术标准，IEEE1394被应用在众多领域。IEEE1394技术最适用于数字成像领域。目前，内置IEEE1394技术的硬盘和PC主机板已经面世，大大推动了IEEE1394技术的普及与推广。

二、基于IEEE1394总线的硬件系统结构的设计与实现

本系统采用TI的1394系列芯片中的TSB43AB23为主芯片来实现板卡的设计，由于该芯片具有独特的自动插入时间戳的功能，所以本系统在MPEG-2传输、DV视频实时采集方面性能优越。1394视频板卡的主要功能是实现MPEG-2视频数据在计算机的PCI接口与1394总线之间实现高速传输：［2］MPEG-2视频流实现稳定的输出（输出到机顶盒解码后得到稳定的视频输出），在软件的支持下可以实时采集数字录像机的视频信号，压缩后存储到主机的硬盘中。

1．TSB43AB23功能结构原理框图

TSB43AB23内部结构功能原理图如图1所示，由图1可知，该芯片实现了1394a-2000OHCI（OpenHostControllerInterfaceSpecification）协议的物理层和链路层控制层（PHY/link-layercontroller）的功能。

2．系统整体结构设计

（1）系统功能结构图（如图2）

主机端（Computer）1394接口设备（接口板）

1394接口板的主要功能是实现数据通过1394总线的高速传输，满足高带宽要求的高速视频流，在码流输出到机顶盒并进行

解码时，使系统能够连续、稳定、无误码地输出码流；从数字录像机到主机硬盘进行码流截取时，可以实现数据高速传输，在第三方软件的支持下可以实现数字录像机的实时采集。

数据首先经1394接口板的驱动程序发送给系统驱动程序，然后系统驱动程序发送给底层的1394主机控制卡，1394主机控制卡通过1394线缆直接与1394接口板通信，数据最终由板卡发送给机顶盒。

（2）视频板卡系统电路设计与实现1）视频卡系统的设计与实现电路结构设计图

2）PCI接口的电路设计［3］

IEEEStd1394a-2000内部的控制寄存器地址是可以映射到内存的（memory-mapped）和不可预取的（nonprefetchable）。PCI的配置头（PCIconfigurationheader）可以被PCI接口的配置时钟

访问，并且可以即插即用PnP（Plug-and-Play）；兼容PC2001设计规范要求的（DesignGuiderequirements）中的PCI总线电源管理接口协议（PowerManagementInterfaceSpecification），支持D0、D1、D2，以及D3的电源状态。TSB43AB23支持PCI总线的突发传送，由于PCI的深度FIFOs能缓冲1394的数据，当TSB43AB23与内存控制器连接传输数据时，它能132MB/s的速度传送高速缓冲器的数据。TSB43AB23有物理写置入缓冲器，为实现SBP-2性能而具有高可靠的物理数据通道，多种等时传输上下文，多个突发传输的缓冲器，以及高级内部仲裁。

3．IEEE1394总线接口电路设计［4］

TSB43AB23通过TPBIAS管脚提供一个1.86V的偏置电压。物理层芯片的每个端口都会提供这样一个偏置电压，该电压用来向远程节点说明该连接有效，该电压必须通过一个1.0uF的电容来稳定。

在电路设计时，尽可能做到1394线缆与电路板之间阻抗匹配、终端电阻尽可能靠近物理层接口、连接器与芯片的距离尽可能短。这三者关系是相辅相成的，阻抗匹配的好，则连接器与片的距离可以稍长；导线周围的耦合噪声越小，导线可以越长；导线匹配的好，终端电阻和连接器的距离也可越长。

4．IEEE1394接口板卡的PCB电路设计PCB电路设计按照以下的步骤进行：

（1）对元件进行布局时要根据如下约束：

1）考虑放入机箱中的定位孔的位置与外形尺寸；

2）考虑安装1394连接器的位置；

3）考虑1394接口芯片TSB43AB23应当靠近1394接口；

4）考虑系统供电与输出端子位置，要求方便接线；

5）要使整体布线密度比较均匀，符合信号流程，以方便走线；

6）要满足PCI接口信号线长度问题（最大走线长度38.1mm）。

（2）在摆好元件后，定义布线的规则，需要考虑到以下原则：

1）电源和地信号线比较粗，主干线宽一般大于40mi1以上；

2）电源和地的走线形式：尽量避免形成回路和级联（总线形式）；

3）信号线宽一般l0mil左右，时钟线宽一般大于12mil，控

制线宽要粗，具体宽度要根据电流而定，一般取40mil；

4）过孔要求：外径30mil，内径20mi1；

5）焊盘要求：①外围端子：外径l00mil，内径40mil；②电路板定位孔：外径200mi1，内径120mil；

6）安全间距：①线间距大于8mi1；②元件间距大于8mil；

③线与孔的间距大于8mi1。

（3）再利用工具自动布线，观察走线的结果，同时不断调整元件位置，以提高自动布通率。

（4）在自动布线率很高时，再对自动布线结果进行修改。修改的原则如下：

1）需要特殊考虑1394端口的信号线，保证信号线的长度在越短越好；

2）保证电源和地信号线干线宽大于40mil以上；

3）尽量控制走线长度，使长度比较短；

4）修改导线与定位孔之间的间距大于20mil；

5）正面和反面分别铺电源和地平面，但要注意安全距离。

（5）最后检查布线，在没有问题后覆铜，完成印制电路板设计工作。

1）做DRC校验；

2）网表比对，从PCB生成网表，与原理图网表进行对照。经过以上五个步骤，在确保PCB电路图设计正确无误后输出可制版的电路图。

三、结束语

本文在深入分析了1394协议的基础之上，选用了TI的1394控制芯片TSB43AB23，详细地介绍了1394外设端接口板的硬件设计开发。本接口板的设计是针对教育技术领域中多媒体教学平台的MPEG-2视频信号输出、截取的，只要把接口板的接口加以改动，就很容易扩展到其它的相关设备，比如摄像机、扫描仪、打印机等外设的接口应用中，所以对1394外设端接口的开发有实际的参考价值。

参考文献

1DonAnderson著、姜汉龙等译.FireWire系统体系（第二版）.北京：中国电力出版社，2001

2［美］TomShanleyDonAnderson著、刘晖等译.PCI系统结构.第四版.北京：电子工业出版社，2000.7

3张大朴等编著.IEEE1394协议及接口设计.西安：西安电子科技大学出版社

4马金发.IEEE1394的体系结构.现代计算机，2002.10