Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra Departamento de Engenharia Informática Arquitectura de Computadores 2 João Eurico Rosa Pinto jepinto@student.dei.uc.pt Filipe Duarte da Silva Pedro fpedro@student.dei.uc.pt
Um pouco de história O desenvolvimento do bus FireWire (cujo nome oficial é IEEE 1394-1995 Standard for a High Performance Serial Bus ) começou em 1986, pela Apple, e o standard proposto (P1394), baseado no projecto inicial de Firewire da Apple, foi aprovado no encontro de 12 de Dezembro de 1995 do IEEE ( Institute of Electrical and Electronic Engineers ). O standard original suportava velocidades de transferência até 400 Mbps e distâncias de cablagem até 4,5 metros e fdfs Fig. 1 Logótipo do introduziu o conceito de interligação multimédia peer-to-peer. No FiFireWire (Apple ano de 2000 foi adoptado o IEEE 1394a, que adicionou e clarificou Computer) especificações para a optimização da performance e gestão de energia nos buses FireWire. O standard IEEE 1394b foi adoptado em 2002, e aumenta as velocidades máximas até 3200 Mbps e distâncias até 100 metros, além de permitir vários outros tipos de cablagem (fibra óptica, por exemplo) para estabelecer ligações FireWire. Porquê um bus de série? À primeira vista, não parece fazer muito sentido a escolha de um cabo de série para um bus que procurava velocidade de transmissão de dados. Um cabo paralelo tem mais fios para transportar dados, logo era suposto transportar mais dados! Pelo menos até certo ponto, mas há outros factores importantes. Um bus de série permite uma ligação ponto-a-ponto simples, e é de mais fácil evolução. Tanto o cabo como os conectores de série são menos dispendiosos que os dos cabos em paralelo, ocupam menos espaço e como a tecnologia tem tendência a ocupar menos espaço, esta característica é bastante importante. Além disso, num cabo paralelo tem uma maior interferência eléctrica entre os vários fios e a sincronização entre estes poderia ser um problema em velocidades mais elevadas. Outras características do FireWire Ao contrário de muitas outras tecnologias de transferência de dados, o FireWire pode assegurar a entrega em tempo real de dados. Este factor é crítico para aplicações de streaming media como audio e vídeo, onde atrasos ou frames for a de ordem não são aceitáveis. O tráfego de dados entre nós FireWire está dividido em transferiencias isócronas e assíncronas. Transferências isócronas asseguram a transmissão de dados em intervalos definidos: se um pacote não é recebido, não é reenviado. Numa transmissão assíncrona, os intervalos entre transmissões podem variar, e os pacotes podem ser reenviados no caso de não terem sido recebidos.
Por exemplo, a transmissão de um programa de televisão em directo precisa de uma transmissão de dados isócrona, para assegurar que todos os frames chegam no devido momento e na ordem correcta. Guardar informação num disco, pelo contrário, pode ser feito de um modo assíncrono. Não interessa a ordem de envio dos pacotes porque estão marcados com um endereço ou número de sequência para os identificar com exactidão, e se um pacote não for recebido não há qualquer problema em reenviá-lo. O interface FireWire é um dos muito poucos que combinam transmissões isócronas e assíncronas, podendo até reservar até 80% da sua largura de banda para para um ou mais canais isócronos, o que faz dele muito bom para aplicações que requiram transmissões de dados em tempo real. O FireWire é também uma verdadeira tecnologia peer-to-peer. Através de um hub FireWire, por exemplo, poderíamos ligar vários computadores e periféricos FireWire. Deste modo, dois computadores poderiam partilhar uma mesma câmara de vídeo, e ao contrário de um esquema Master / Slave, a informação pode ir directamente para dois pontos da rede sem ter de ser copiado para o ponto central da rede, o que torna as transferências entre aparelhos de uma rede bastante mais eficazes. Outra característica do bus FireWire é o fornecimento de uma quantidade significativa de energia eléctrica até 45 watts, com um máximo de 1,5 ampères e 30 volts, o sufuciente para recarregar um leitor de mp3 portátil ou para asseegurar o funcionamento de um disco externo, por exemplo. Além de fornecer a energia, o FireWire também a gere: a energia eléctrica só é utilizada quando é necessária. Quais eram as suas vantagens? A tecnologia não pára no tempo, por isso muitas das vantagens do FireWire não são tão importantes ou únicas hoje como eram no passado. Apesar disso, na altura em que foi aceite como standard, haviam 4 características fundamentais que lhe davam vantagens relativamente aos outros buses: - Versatilidade: o FireWire fornece uma ligação digital directa entre até 63 aparelhos, sem a necessidade de hardware adicional (hubs, por exemplo). Câmaras de vídeo digitais, scanners, impressoras e muitos mais podem partilhar uma ligação comum do bus, não só para um PC opcional, mas também entre si; - Alta Velocidade: na implementação do FireWire na altura, este já atingia velocidades na ordem dos 100 ou 200 Mbps, chegando mais tarde aos 400 Mbps; hoje em dia, já existem versões de 800Mbps (IEEE 1394b) e estão em desenvolvimento ligações de 1600 e até 3200 Mbps; - Baixo custo: o custo dos circuitos integrados e dos conectores para implementar o FireWire era frequentemente mais baixo que os conectores e circuitos que iria substituir.
- Facilidade de instalação e utilização: o FireWire leva o plug-and-play ao seu melhor. Quando se liga um novo aparelho, o FireWire reconhece-o automaticamente. Quando se desliga um aparelho, o FireWire reconfigura-se automaticamente. O cabo FireWire standard fornece energia eléctria suficiente para vários aparelhos, e não é preciso um computador para tirar partido do FireWire; como exemplo, um video pode actuar como um controlador FireWire para câmaras de filmar, televisões, amplificadores e outros componentes cinema em casa. Quais são as novidades do FireWire 800 (IEEE 1394b)? O mais recente standard FireWire eleva a eficiência do standard anterior sem deixar de ser compatível. As melhorias são visíveis não só em termos de velocidade (elevou-se a fasquia aos 800 Mbps, e já estão em desenvolvimento versões de 1600 e até 3200 Mbps, teoricamente oito vezes mais rápido que o anterior) mas também em termos de cablagem, uma vez que este permite ligações FireWire entre distâncias até 100 metros não só entre aparelhos FireWire 800, mas também aparelhos FireWire 400 (com a utilização de hubs FireWire 800) e com vários tipos de cablagem, tais como ethernet CAT5 e de fibra óptica. O aumento de velocidade e da distiancia máxima de cablagem do FireWire 800 provêm de duas melhorias substanciais na sua tecnologia. Em primeiro lugar, há um novo e muito eficiente esquema de arbitração para todos os aparelhos que partilhem um bus FireWire. Para se conseguir enviar e receber dados, os vários aparelhos têm que decidir qual deles transmite quando. Sem esta decisão, os pacotes de dados iriam colidir, reduzindo o rácio de transmissão de dados. No FreWire 400, essa arbitração é realizada depois de cada transacção, levando a um atraso antes de um aparelho vencer a arbitração e poder enviar os seus dados. No FireWire 800 a arbitração para a próxima transferência é feita enquanto os pacotes de dados são enviados, logo o aparelho que venceu a arbitração está pronto para enviar os seus dados assim que a transmissão actual seja terminada. Em segundo lugar, o FireWire 800 utiliza uma codificação de dados baseada nos códigos utilizados pela Gigabit Ethernet e pelos canais de Fibra Óptica. Esta codificação, denominada 8B10B, leva a umadistorção de sinal menor que a codificação data/strobe (D/S) do FireWire original. Juntas, estas melhorias são chamadas a beta mode da operação FireWire. É a beta mode que distingue o FireWire 800 das tecnologias anteriores.
Fig. 2 Cablagem compatível com o bus FireWire e as respectivas distáncias máximas. Fig. 3 Comparação entre a velocidade teórica de transmissão de dados dos buses USB, USB 2.0, FireWire 400 e FireWire 800
Quais as utilizações possíveis do bus FireWire? A tecnologia FireWire é recomendável para uma enorme variedade de utilizações, mas especialmente dirigida a periféricos multimédia. Pela sua simplicidade de utilização, baixo custo e elevada velocidade de transferência é adequado para: - vídeo (tanto para videoconferências, como para transferir o vídeo de uma câmara digital para o computador; - áudio digital (até um bus FireWire 400 tem largura de banda suficiente para centenas de canais de áudio digital e até 256 canais de MIDI); - máquinas fotográficas digitais (nesta altura a grande maioria ainda funciona perfeitamente com a velocidade de transferência do USB, mas com o aumento das resoluções máximas este cenário pode vir a mudar); - impressoras e scanners (a partilha destes equipamentos em pequenas redes FireWire é fácil e eficaz, libertando largura de banda de uma rede Ethernet); - redes (computadores com portas FireWire podem facilmente ser ligados e comunicar através de protocolos IP standard); - leitores de DVD, consolas de jogos, televisões digitais, etc. Recursos Este trabalho foi realizado com base em informações obtidas na Internet, especialmente nos sítios: http://www.apple.com/firewire http://developer.apple.com/firewire/ieee1394.html http://www.1394ta.org http://www.silha.com/1394/1394what.html http://www.vxm.com/21r.49.html
Perguntas e Respostas O bus FireWire é uma tecnologia peer-to-peer. O que é que isto significa? Quais são as vantagens em termos de utilização e de velocidade que este método permite? Por ser peer-to-peer, a informação pode ir directamente para dois pontos de uma rede FireWire, ao contrário de uma rede com estrutura Master / Slave em que as transferências têm de passar no ponto central (Master) da rede; assim, essas transferências entre aparelhos tornam-se bastante mais eficazes, aproveitando melhor a largura de banda disponível. Além disso, deixa de ser necessário um ponto central para a ligação, podendo, por exemplo, ligar dois periféricos directamente um ao outro, o que facilita a sua utilização e permite funções mais eficazes para vários problemas. As transferências de dados entre nós FireWire podem ser de dois tipos diferentes: isócronas ou assíncronas. Quais são as diferenças entre eles? Para que tipo de transferência são utilizados? Transferências isócronas asseguram a transmissão de dados em intervalos definidos: se um pacote não é recebido, não é reenviado. Numa transmissão assíncrona, os intervalos entre transmissões podem variar, e os pacotes podem ser reenviados no caso de não terem sido recebidos. As primeiras são indicadas para a transmissão de média em tempo real (áudio ou vídeo), por exemplo, enquanto que as últimas são utilizadas para, por exemplo, ler / escrever dados num disco.