數字視頻采集系統中傳輸與顯示模塊負責把捕獲的信息或處理后的信息，發送給終端進 行存儲，顯示或進一步的處理。由于圖像，尤其是視頻圖像，數據量大，實時性又高，對數 據的傳輸速率要求非常嚴格。現在應用較為普遍的傳輸總線有USB2.0 和IEEE1394a。這兩 種高速串行總線的最高數據傳輸速率分別為480Mbps 和400Mbps。本系統的設計目標是成 為獨立的系統，而不僅僅是PC 機的一個外設。而采用IEEE1394 總線與PC 機進行通信， 既不影響系統的獨立性，又方便了系統的開發和調試工作。

　　一、IEEE1394 高速串行總線

　　1394 最初由蘋果公司于1986 年公布，原名為火線（FireWire）高速串行傳輸線。1995 年由IEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineers 電氣與電子工程師學會)發布，稱為 IEEE1394，正式名稱為IEEE1394-1995。另外，索尼及德州儀器(TI)也制定了1394 的另外一 種規格: IEEE1394a，現在已經普遍用于數字視頻領域，也稱為i.Link 或Lynx。

　　IEEE1394 高速串行總線的主要特點有：

　?、攀褂梅奖悖С譄岵灏?、即插即用（Plug and Play，PnP）

　?、苽鬏斔俾矢撸璉EEE1394a 支持100M/200M/400Mbps 的數據傳輸率，IEEE11394b 則支 持800M/1.6G/3.2Gbps 的數據傳輸率

　?、蔷哂泻艽蟮牡刂酚成淇臻g－1 條總線最多可支持63 個節點，每個節點具有256TB 的地址映射空間

　　⑷可以獨立于主機系統進行操作－支持點對點及時通信

　　⑸線纜供電－最多可提供 45W 的功率

　　⑹支持等時和異步兩種傳輸模式

　　二、1394 總線傳輸模塊設計

　　外設與 PC 機的通信大致分為兩種：并行方式和串行方式。并行端口比較復雜，需要許 多的軟件方面的控制。相對而言，串行總線只有幾根線組成，比并行總線簡單，成本也低， 并且大部分串行總線都支持即插即用和熱插拔，使用方便。目前應用較廣的串行總線主要是 USB 和1394。本系統采用的是IEEE1394a 異步傳輸方式，由TI 公司的1394 鏈路層控制器 TSB12LV32 和1394 物理層控制器TSB41AB3 組成。1394 總線可以提供8～40V DC 的電壓 以及最高可達1.5A 的電流，足以滿足整個系統的供電需求。

　　1、IEEE1394 協議

　　為了簡化硬件和軟件的實現，IEEE 1394 定義了4 個協議層：

　?、趴偩€管理層——負責總線配置和每個節點的活動管理：1394 的各個節點都實現了總 線管理層，以支持包括總線配置，電源配置在內的多種功能，具體包含的功能取決于節點的 實際能力，如該節點是否為根節點。根據不同的應用場合，每個節點的總線管理層所包含的 功能各異。但所有的節點，無論是根節點還是子節點，都必須包含支持總線自動配置這一功 能。

　?、剖聞諏印С钟嘘P異步傳輸讀取，寫入，鎖定操作的請求和響應，由應用程序直接 調用驅動程序實現：事務層只支持異步傳輸。確切的說，事務層是一個軟件層，1394 應用 程序與事務層以下的各層是相互隔離的，所有的傳輸請求都由事務層轉換成完成這個請求所 需的一個或多個事務請求，產生的事務請求指示了事務類型——讀取，寫入，或者鎖定。

　?、擎溌穼印獙⑹聞諏诱埱蠛晚憫D化為相應的包或者子事務，發送到串行總線上。本 層還對異步包和等時包進行地址或信道號的編解碼，冗余校驗：對于異步事務，鏈路層提供 了事務層和物理層之間的接口，請求者的鏈路層將來自事務層的事務請求轉換成數據包，然 后發送到1394 總線上；響應者接收到數據包后，解碼并傳遞給本地的事務層。對于等時事 務，鏈路層提供等時軟件驅動程序和物理層之間的接口。傳輸期間，鏈路層負責生成將要通 過1394 總線發送的等時包。鏈路層還接收來自總線的等時包，并將包的信道號解碼，如果 此節點是數據包的目標節點，則將包傳給軟件驅動程序。

　?、任锢韺印峁祿鬏斔匦璧碾姎夂蜋C械接口，負責管理總線的仲裁進程，以確 保同一時刻只有一個節點在總線上傳輸數據：物理層提供鏈路層和1394 電纜之間的接口， 每個端口使用兩對雙絞線（TPA/TPA*和TPB/TPB*）發送信號，支持IEEE1394 協議操作所 需的多種事件，包括總線配置，總線仲裁以及數據傳輸等。

　　實際的1394 電纜分4 芯和6 芯兩種。區別是前者只有兩對雙絞線，采用差分信號傳輸 數據；后者還包括一對電源線。6 芯的電纜如圖1 所示：

　　2、鏈路層控制器

　　TSB12LV32 是一款同時兼容IEEE 1394-1995 和 IEEE1394a 協議標準的鏈路層控制器 （LLC），具有2KB 的通用接收FIFO（GRF）與2KB 的通用發送FIFO（ATF），支持異步 與等時事務。微控制器接口支持8/16 位的可編程數據寬度，能夠非常方便地與各種微控制 器，如Motorola 的68000 和ColdFire 處理器相連，工作時鐘頻率最高可達60MHz， I/O 管 腳同時兼容3.3V 和5V。

　　TSB12LV32 提供直通模式（DMA）的數據傳送，待發送數據無需事先打包，可以邊 讀取邊傳送，這使得異步包發送能夠達到與等時傳送相當的總線帶寬，從而傳輸效率大大提高。TSB12LV32 內部的寄存器配置由DSP 完成，設備的發現與識別，驅動程序的安裝，1394 控制寄存器的初始化等也需要DSP 進行響應和干預。DSP 充當了鏈路層控制器的微控制器 （MCU）。因為本系統在調試階段，是PC 機的外設。為了實現兩者之間的通信，必須安裝 與本系統相對應的1394 設備驅動程序，這需要DSP 的控制和響應。而且1394 接口控制芯 片LLC 和PLC 的內部寄存器也需要DSP 進行配置和初始化，該過程可以用圖2 來描述：

　　上述過程中，DSP 最重要的工作就是，在1394 總線進行自標識期間，構造根節點PC 機 讀取配置ROM 信息的quadlet 異步讀響應包。配置ROM 包含有設備驅動程序的安裝信息， 設備的功能信息等重要內容。PC 機在完全確認設備的相關信息后，才會發現和識別設備， 并安裝相應的設備驅動，然后就可以調用相應的函數訪問設備了。

　　3、物理層控制器

　　物理層控制器（PHY ）TSB41AB3 提供3 個1394 端口，3.3V 單一供電，符合1394a 協議標準，支持等時傳輸和異步傳輸，支持100/200/400Mbps 的傳輸速率，可以與 TSB12LV21、TSB12LV31、TSB12LV32、TSB12LV41 或TSB12LV01A 等鏈路層控制器實現 無縫連接，具有較高的通信速率與可靠性。

　　TSB41AB3 具有線纜電壓監測功能，與鏈路層的接口支持總線隔離。此外，TSB41AB3 有多種封裝形式以供選擇——PHP48-pin，PAP48-pin，GQE80-ball 和ZQE64-ball。

　　4、 LLC 與PHY 的接口電路設計

　　鏈路層與物理層的接口電路如圖 3 所示。微控制器的數據，地址和讀寫控制信號由DSP 控制；DM 端口連接到FPGA 中1394 傳輸控制模塊，主要完成視頻圖像的實時傳輸； TSB41AB3 直接與1394 電纜連接，完成系統和PC 機之間的通信工作和數據傳輸。

　　創新點：本系統采用IEEE1394 總線與PC 機進行通信，既不影響系統的獨立性，又方便了 系統的開發和調試工作。提高了傳輸速度的同時，使視頻采集系統不僅是PC 機的一個外設， 更是一個獨立的系統。