USB与1394谁能把握先机

    要是能在便携式与台式系统之间传输视频数据的话，串行接口的最新进展无颖是到达美好前途的必要条件。串行接口两种最有前景的成员是USB（通用串行总线）和IEEE1394，后者也称为Fire Wire或i.Link。1394规范创始者之一Apple Computer已标准化称为FireWire，而Sony称该接口为i.Link。Sony版本稍有差异，它不允许使用总线供电的设备。

    USB阵营正忙于制定下一个版本规范，即2.0版。它是继1.1版澄清1.0版中的某些问题后又一新的举措。USB1.1版已配备在目前的PC与笔记本电脑上。在某些手持式设备，如MP3便携式播放机中也十分流行。在某些场合，手持式设备的连接器作了某些改动，然而仍使用相同的电气规范。预计到2003年将有5亿台USB基外设，多数采用USB1.1。

USB目前状况

    USB2.0将最大数据吞吐率从12Mbits/s(USB1.1)提高至480Mbits/s。事实上，扣除各种开销后，从1.1版只能得到9.2Mbits/s。2.0版的真实性能还很难预测，只有等待现实硬件与操作系统支持相结合后才能知晓，目前的一切都是理论性的。

    今明两年将继续为USB2.0营造声势，当然绝大多数外设会坚持沿用1.1版规范。多数半导体制造商会采取兼顾两方面的方针来支持2.0，此元件是后向兼容的。

    去年底和今年初将陆续展示基于USB2.0的准产品，多数是用FPGA构建的样品。真正的产品在今年上半年推出，到时操作系统支持也将同时出台。

    Lucent Technologies最近推出符合USB2.0规范的单片收发器。正如预料的那样，USS2X1 IC与1.1版是后向兼容的。在发射方向（从外设到主机），芯片完成并-串变换；在接收方向，它完成串-并变换。这款由Bell Labs研制的芯片呆以与ASIC或FPGA一起使用，构成双芯片USB解决方案。芯片的低功耗特性得益于0.25μmCMOS工艺技术。

    在主控制器一侧，Lucent提供USS-2000系统芯片，内置USB2.0 EHCI（增益型主控制器接口）；4个带相关收发器的USB1.1主控功能；1个PCI接口模块；1个流水式高速缓存控制模块；1个表格处理器模块；发送/接收控制逻辑；1个串行接口引擎；1个PCI功率管理模块；1个内存缓冲器，以及1个PCI总线判优器。

    第二款收发器来自Innovative Semickonductors，它的SL 200 USB2.0 Transceiver Macrocell是一种混合信号电路，是配合Synopsys Design Ware可合成的USB2.0芯核设计的。该器件特别适合与图像、视频相关的应用，诸如摄像机、存储设备、打印机、扫描仪、录像机和Internet家电。

    为了将SUB6市场发展成预想的规模，显然要开辟除专用PC设备以外的外设应用领域。在众多潜在应用中，其中就有机顶盒或其它与电视相关的设备。第一代这类外设是现有主控系统的一个从设备。这类系统可能还有其它总线，如PCI或1394来传输视频数据。下一代则含充分利用USB所能利用的各种性能。

    另一个影响目前串行总线的因素是PC的演变。很多工业评论家确信PC已临近生命的终点，至少在家用PC市场是这样。未来的家用PC将进入居家，甚至厨房。这类机器将需要简单、易用的接口，如USB或1394。

    除了串行接口，操作系统也在瞄准家用PC市场。主要特征是简化用户接口并能和“无电脑”设备相连接。在这些领域竭力推荐的OS包括Windows CE，Linux、OS-9以及VxWorks。

    这类机顶盒既可作为PC的外设，也可是PC本身。这能从家庭内部或外部的网络下载信息。机顶盒更高级的性能是兼作内容提供者，高性能双向机顶盒能提供众多功能，其中包括目前PC Internet上的功能。

    多数第一代全功能机顶盒用的是1394接口。下一代机器尽管还会使用1394，多数将是作为一个USB主控器。设计人员的主要目的是确保机顶盒仅需一个简单的接口以方便使用。如果最终用户想连结打印机或外存设备，由于这类设备首次使用时应操作无误，故串行接口将大行其道。

功率是关键

    在便携式系统中部署这类接口时，关键的参数是功耗。USB2.0的功率情况与1.1版十分相似，因而可能出现某些总线供电设备。这就表明，USB基外设将使用主系统的电源作为唯一功率来源。因此，如果设计外设时未将节能考虑在内，系统功率将很快消耗殆尽。

    对USB与1394两种接口，充分利用它们提供的挂起-继续执行功能是十分重要的。多数1394PHY内置这个功能。USB外设通常比1394简单，实施挂起-继续执行功能也要方便。

    在1394中，挂起-继续执行结构允许总线上某些设备工作而让总线管理器或总线上其它设备暂停使用。因此1394上的PC、机顶盒或笔记本电脑可向总线上各个设备发送暂停命令，使它们降低功耗。

    LST公司在其Core ware库中有一系列串行总线控制器，简化了为这类应用构建ASIC的过程。目前可提供1394与USB1.1，而USB2.0正在研制中。

    目前我们真的需要480Mbits/s USB产品吗？未必如此。每个人都在询问USB2.0产品，然而他们未必真的需要它。多数不过是USB1.1速度的传统设备，一般不需要USB2.0速度。

    Kawasaki LSI认为，构建USB2.0芯片的最佳方案是在高端端口组合中使用。这种元件在一个外设中可能包括串口、并口与Ethernet口，它们真正需要的是USB2.0的吞吐率。

1394的应用领域

    1394最拿手的应用常与视频相关。这也是Sony公司从事研制的主要原因。公司为消费类电子产品配备1394已有多年的历史。最著名的是视频摄、录机系列产品。然而，480Mbits/s USB的布模糊了两者的界限。现在，搞不清哪种是视频的最佳选择。

    Lucent公司的有关人员表示：“系统中最好是设计有1394与USB两种接口。设计人员总是希望系统能和任何外部设备通话。就Lucent而言，这当然是十分理想的，因为我们可以销售更多的芯片；而对从事系统的公司而言，我想他们愿意只有一个标准而不是二个。”

    除了视频应用，1394还应打入存储行业，特别是硬盘驱动器领域。这样，最终用户可在便携式摄录机、电视与PC间传送数字视频信息。当然近期还不可能有此产品，估计到2002年会推出此类产品。

    1394最初两个规范是相继出台的1394A和1394B。1394A的速率达到800Mbits/s，1394B潜在的速率高达3.2Gbits/s。以目前的连接器工艺，1.6Gbits/s比较现实。两个相继出台的版本澄清了最早文件中存在的某些问题和易混淆的条文。最近也听到有关无线1394标准的议论，当然还处于初始阶段。

    关于IEEE 1394的软件方面，Microware Systems敏锐地察觉到实时应用对串行总线的需求。1394的保证带宽是一个决定因素，这个特性正是实时应用所必需的。因此，Microware提供的实时操作系统OS-9中已编进了对1394的支持。

    在实时应用环境中，总线型网络比实际网络更具优势，对后者，每个设备只能静态链接，不能动态地更换与插入。

    Microware提供传输层与串行总线管理软件，以及链路层和PHY驱动程序。公司还提供基于Hitachi嵌入式superH32位RISC微处理器的1394SDK（系统开发工具包）。它将CPU与OS-9嵌入式RTOS和IDE（集成开发环境）结合在一起。SDK包括协议、供应用开发的API支持、开发用户硬件的驱动程序实例和网络软件。

    另一个有巨大潜力的1394接口应用来自HAVi(家用音视频接口)论坛，它的目标是消费类市场。正如预料的那样，论坛的多数成员是消费电子产品供应商。

    HAVi针对家庭娱乐网络，允许不同的设备共享资源。一个应用实例是在VCR、音乐系统和电视间共享时钟资源。首首，所有设备的时钟都初同步；其次，极大地简化了从一个设备到另一个设备的音视信号的记录。

未来的展望

    USB2.0之后是什么还是个谜。仅仅在几年前还想象不到的带宽，目前已成为系统的限制因素。回顾1996年首次开发USB1时，对8Mbits/s的压缩视频信号来说，12Mbits/s带宽似乎有充足的余量。十分意外的是，目前并未定义USB3.0的任何迹象。2.0硬件工作者相信，对能想象到的应用，2.0至少能持续5年时间，可能会更长。即便目前还未谈论USB3，但几年后就会谈论的。当然目前还很难描绘速度更快的应用，至少在未来4、5年内还不太可能。

    符合USB2.0的认定将比USB1.0或1.1更严格。委员会的成员将强化规则的实施，除非通过特定的测试，器件制造商不能用2.0的标识语。十分清楚，若兼容性得不到解决，将问题留给用户，就会延缓整个市场的发展。只要充分利用从USB1.0获得的经验，就能平稳地过渡到USB2.0的实施。

    尽管2.0系统目前仅处于样机阶段，然而同比产品周期，2.0总是超过1.0。至少已有工具可用来测定有电路板可插入使用，且它们按设计工作着。接纳2.0比接纳1.0快是因为人们不想犯同样的错误。过去了很多错误，其中很大一部分是人们急于求成，在操作系统未准备就绪前就想获得硬件。

    只要价位合理，最终用户问题会很快接纳的。等到条件成熟，OEM预期的USB2.0与1.1的差价仅为1美元；到2002年，差价将完全消失。

    在网络领域，目前的USB最高只能得到8Mbits/s，如果想实现10Mbits/s Ethernet网络，从1.1变至USB2.0将会受到极大的欢迎。即使在100Mbis/s Ethernet环境，USB2.0总线也能胜任，以真正的网络速度传送数据。

    Kawasaki LSI已开发了一款带片上PHY的USB至Ethernet控制器。KL5KUSB102还增加了串行EEPROM、稳压器和晶振（图2）。该器件是以16位RISC CPU为核心构建的，启用了NDIS（远程网络设备接口规范）。NDIS与目前和下一代操作系统兼容，这对从事LAN、电缆调制解调器、机顶盒以及移动网络的设计者是十分重要垢。使用NDIS标准表明，支持多个总线连接的网络设备只需一组驱动程序。