Come funziona il bus FireWire

La connessione IEEE 1394 risulta essere la più flessibile ed efficiente per la connessione di periferiche multimediali ad alta velocità

ottobre 2004 Dalla metà degli anni ’90, è in corso
un processo di trasformazione delle connessioni tra PC e periferiche da parallele
a seriali. Nello stesso tempo è stato introdotto il concetto di plug
and play, che ha determinato la graduale sostituzione delle vecchie connessioni
(come seriale, parallela, mouse
e tastiera) con l’USB (Universal Serial
Bus), rilasciato nel ’96 e oggi principale interfaccia tra il computer
e le periferiche esterne.

A fine ’95, l’IEEE aveva rilasciato il suo 1394-esimo standard
(chiamato perciò IEEE 1394), un bus seriale sviluppato
in collaborazione da Apple, Intel, Texas Instruments, Microsoft, Sun Microsystems,
Compaq e National Semiconductor in risposta all’esigenza di realizzare
un’interconnessione ad alta velocità per impieghi audio-video.

Come l’USB e i bus introdotti in seguito (Serial ATA,
Serial SCSI, HyperTransport e PCI
Express
, per citarne alcuni), anche l’IEEE 1394 è
un bus seriale
.

In origine le connessioni parallele permettevano di usare basse frequenze di
clock trasmettendo i bit su più conduttori, ma con il progressivo incremento
della velocità si dovettero adottare cavi e connettori ingombranti e
costosi, nonché trovare rimedi ai diversi tempi di arrivo degli impulsi
trasmessi in parallelo e alle reciproche interferenze.

Al contrario, le attuali connessioni seriali sono semplici, affidabili ed economiche,
oltre a essere plug and play nella maggioranza dei casi.

Versioni di IEEE 1394
Nella prima versione del ’95, aggiornata col nome di 1394a
nel 2000 per risolvere problemi di interoperabilità, lo standard 1394
prevedeva una velocità massima di 400 Mbps (megabit
al secondo), sufficienti per trasferire video non compresso a 30 frame/s, 640x480,
24 bit per pixel (16 milioni di colori).

La versione 1394b del 2002 supporta 800 Mbps
(in futuro fino a 3200 Mbps) e importanti funzionalità aggiuntive, che
citeremo più avanti. Oggi, se avete una telecamera digitale, è
probabile che sia dotata di interfaccia 1394a, ma trovate in commercio diversi
hard disk esterni con 1394b.

FireWire è il nome adottato da Apple per i propri prodotti 1394 ed è
quello più utilizzato; i.Link è quello adottato
da Sony per la propria connessione IEEE 1394. I dispositivi 1394b sono anche
chiamati FireWire800, ma nel corso degli anni vedremo un incremento di questi
numeri.

IEEE-1394a
Sebbene l’IEEE 1394 sia sempre più presente su desktop e notebook
(Apple iniziò a metterlo sui Mac a fine anni ’90), questo standard
è nato innanzi tutto per l’interconnessione ad alta velocità
di dispositivi di largo consumo, come le videocamere. E' ben
noto l’utilizzo del 1394 per il download dei video dalla videocamera digitale
al computer per l’editing e il montaggio.

In realtà non è indispensabile la presenza di un computer, perché
il 1394 è un bus paritetico tra dispositivi “intelligenti”
che sanno negoziare da soli l’accesso al bus e risolvere eventuali conflitti.

Al confronto l’USB 2.0, nonostante i 480 Mbps massimi, è meno
efficiente perché conserva un’architettura Master-Slave,
in cui il PC esegue le funzioni di arbitraggio e controlla il flusso dei dati.

Il 1394 utilizza cavi sottili e piccoli connettori, che nella prima versione
erano o sei o quattro (per i dispositivi autoalimentati, tipicamente a batterie).
Non occorrono terminatori come per i bus SCSI e i dispositivi
possono essere collegati o rimossi mentre il bus è alimentato e in funzione.

Le prestazioni sono scalabili: il 1394a supporta dispositivi a 100, 200 e
400 Mbps e diverse velocità sullo stesso cavo. Anche la topologia è
flessibile: può essere sia a catena, sia ad albero. Ma la caratteristica
più interessante è che il 1394 supporta due modalità di
trasferimento dei dati: asincrona e isocrona.

Velocità e affidabilità
La trasmissione asincrona è la modalità tradizionale
per trasportare i dati tra computer e periferiche; non viene garantita la velocità
di trasferimento, ma il costante dialogo tra computer e periferica assicura
che i dati vengano trasportati senza errori.

Nella trasmissione asincrona un blocco di dati è trasmesso solo dopo
aver ricevuto conferma che il blocco precedente è stato ricevuto integro.
In queste condizioni, il traffico su una rete è imprevedibile e non può
essere garantita la velocità di trasferimento dei dati da un dispositivo
all’altro.

La trasmissione isocrona, al contrario, garantisce che i dati
siano trasferiti a una velocità predeterminata garantita, come è
necessario per il trasporto dei dati multimediali se si vuole evitare di introdurre
costose operazioni di bufferizzazione.

L’80% della banda passante 1394 è riservata per
trasmissioni isocrone in tempo reale a bassa latenza (tempo di risposta iniziale),
mentre il rimanente 20% è a disposizione di trasmissioni asincrone.

Il bus
Il cavo 1394a è poco più spesso di un cavetto telefonico e contiene
due coppie di cavi ritorti per i segnali, una coppia di cavi per l’alimentazione
e uno schermo.

I cavi di alimentazione trasportano da 8 a 30 V (massimo 1,5 A) e possono alimentare
i dispositivi connessi al bus. Esiste una versione a quattro connettori (senza
alimentazione), che Sony chiama i.Link, per collegare dispositivi a batteria.

Un cavo standard può essere lungo fino a 4,5 metri e collegare due dispositivi
in un singolo “salto”, senza ripetitori.Una linea 1394 può
essere costituita da un numero massimo di 16 salti, per un totale massimo di
72 m.

Si possono collegare insieme fino a 63 dispositivi in un “cluster
(grappolo) prima di dover installare dei bridge per unire tra
loro più cluster (fino a 1.023).

In questo modo si possono collegare computer, hard disk, scanner, stampanti,
periferiche audio/ video (come stereo, videocamere e videoregistratori) e strumenti
musicali (MIDI) in una rete da un capo all’altro della casa.

Se non basta il 1394a, il 1394b supporta salti di 100 metri con diversi media:
cavo di rete UTP Cat 5 (a 100 Mbps), fibra ottica di
plastica
(a 200-400 Mbps secondo il tipo) e fibra ottica di
vetro
(fino a 3.200 Mbps). Inoltre il bus 1394b permette di fornire
fino a 25 W di potenza ai dispositivi collegati, il che permette
di alimentare hard disk e masterizzatori.

A differenza di altri bus, come SCSI ed Ethernet, il 1394 combina una varietà
di segnali digitali di tipo diverso, tra cui video, audio, MIDI e segnali di
controllo dei dispositivi, tutti multiplexati su due doppini.

Ethernet, al confronto, serve tipicamente al trasporto di dati in rete, e richiede
protocolli proprietari per trasmettere audio/video di qualità in tempo
reale. Il 1394, invece, è più flessibile nell’accettare
diversi tipi di dati e topologie e utilizza un approccio all’arbitraggio
(nell’allocazione di banda passante) che assicura che tutti i dispositivi
con informazioni da trasmettere riescano ad accedere al bus. Inoltre, i protocolli
1394 includono comandi indirizzati ai dispositivi, per esempio per accendere
e spegnere videocamere e registratori.

Il fatto che 1394 sia paritetico significa ad esempio che è possibile
riversare un film tra due videocamere senza usare un computer, o che più
computer possono condividere la stessa periferica senza alcun supporto particolare
nella periferica o nei computer.

continua...

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