FireWire
Un bus serie de alto rendimiento


Resumen
FireWire es un estándar internacional (IEEE 1394) que especifica un interfaz serie de elevado rendimiento para la interconexión de equipos electrónicos digitales de audio, vídeo, ordenadores y periféricos. Se trata de una solución de bajo coste, no propietaria e independiente de la plataforma que soporta transmisiones serie a 100, 200 ó 400 megabits por segundo (Mbps). 

En el presente artículo se analizan sus características y aplicaciones principales.

Introducción
La tecnología digital ha terminado por desplazar a la analógica en terrenos como el audio y el vídeo. Amparada por una mayor calidad, las versiones digitales de equipos como cámaras de vídeo, televisores, reproductores y grabadores de audio, entre otros, constituyen la elección natural de un usuario que demanda cada vez más prestaciones.

El tratamiento de la información que se alcanza con el uso de una cámara de vídeo clásica, analógica, es costoso y limitado. La edición digital de vídeo a cargo del ordenador, por ejemplo, exige la conversión previa de la señal de la cámara al formato digital para volver a convertirla de nuevo en analógica durante el proceso de grabación. 

La introducción de cámaras y grabadoras digitales aporta nuevas posibilidades. Se puede conseguir una conexión directa de los equipos sin recurrir a costosas conversiones digitales/analógicas que deterioran la calidad. Todo el proceso permanece en un único dominio, el digital, que presenta mayores prestaciones.

La posibilidad de transmitir la señal digital sobre el propio cable de conexión, facilita una integración completa entre los dispositivos electrónicos digitales de consumo, incluyendo al propio ordenador. 

Ahora bien, para que esta conexión directa se pueda materializar es necesario el interfaz capaz de transportar este tipo de datos digitales y aquí es donde hace su presencia FireWire.

IEEE 1394: FireWire.
FireWire es un estándar internacional (IEEE 1394) que propone un interfaz digital de bajo coste para la integración de todos los dispositivos multimedia de consumo incluyendo equipos de audio, vídeo a la vez que ordenadores y periféricos

Configuración de equipos multimedia unidos mediante FireWire

FireWire es un estándar no propietario, es decir, no existen problemas de licencia para los fabricantes que lo incorporen en sus productos. A su vez, es independiente de la plataforma y proporciona un rendimiento elevado, superior a interfaces actuales 

USB Universal Serial Bus

Uso: Periféricos de velocidad media / baja
Velocidad: 1.5Mbps (12Mbps)
Longitud Cable: 5m
Cant. Dispositivos: 126 en daisy-chained

SSA Serial Storage Architecture

Uso: Periféricos de IBM de gama alta
Velocidad: 80Mbps
Longitud Cable: 25m
Cant. Dispositivos: 48 por bucle

FC-AL Fibre Channel-Arbitrated Loop

Uso: Periféricos de alta velocidad
Velocidad: 100Mbps ó 200Mbps
Longitud Cable: 30m (coaxil) ó 10Km (fibra óptica)
Cant. Dispositivos: 126

SCSI Small Computer System Interface

Uso: estándar paralelo actual; periféricos de alta velocidad
Velocidad: 5Mbps (SCSI-2) ó 40Mbps (Ultra-SCSI)
Longitud Cable: 3m ó 25m (con cable SCSI diferencial)
Cant. Dispositivos: 8 (SCSI-2) ó 16 (Ultra-SCSI)

1394 Firewire

Uso: periféricos de alta velocidad, electrónica de consumo
Velocidad: 25Mbps
Longitud Cable 4.5m por cable; 72m en total (16 cables daisy-chain)
Cant. Dispositivos: 63

Más de 60 empresas, reunidas en la "1394 Trade Association", respaldan esta iniciativa, entre ellas: Sony, Matsushita, Panasonic, Apple, IBM, Microsoft, AT&T, Canon, Segeate, TI, Philips, etc.

FireWire propone una solución basada en una transmisión serie de datos.

La elección de una alternativa serie no es arbitraria. Aunque un cable paralelo puede transportar más información por el simple hecho de disponer de más cables que llevan datos, existen otros factores que deben de considerarse. En primer lugar, el cable serie y su conector es más barato de fabricar y requiere menos espacio que uno paralelo. Este factor es importante en el caso de ordenadores portátiles. Una de las características de FireWire es su bajo coste y facilidad de uso gracias a un conector universal que permite una conexión sencilla y común para todos los dispositivos.

Conector y cable IEEE1394

En segundo lugar, en un cable paralelo se pueden producir con facilidad interferencias entre los múltiples hilos de señal si utilizamos altas velocidades de transmisión. Este problema, de costosa solución, supone una limitación seria. Un bus serie impide esta posibilidad y permite un potencial de crecimiento mayor. 


El cable. 
FireWire utiliza un cable formado por 6 hilos de cobre: 2 cables sirven como cables de alimentación y los otros 4 son de señal formando dos parejas de cables entrelazados. Cada pareja está apantallada al igual que el cable en su conjunto.

Cable IEEE-1394, sección transversal

Los cables de alimentación aportan de 8VDC a 40VDC y proporcionan corriente hasta 1.5A. Su finalidad es alimentar directamente dispositivos conectados al bus sin necesidad de disponer de fuente de alimentación externa. Con esta prestación, el único cable que va al dispositivo es el propio cable FireWire transportando potencia y datos.

El conector es pequeño, flexible y de gran duración. El contacto eléctrico se establece en su interior, lo que evita riesgos.

La especificación del estándar permite la configuración de un bus. Se pueden conectar hasta 63 dispositivos a un segmento del bus y enlazar hasta 1023 segmentos. Cada dispositivo puede separarse de otro hasta 4.5 m, pudiendo aumentar esta distancia por medio de repetidores. 

Los dispositivos conectados al bus pueden conectarse y retirarse en cualquier momento. El bus se configura de forma automática (Plug & Play) lo que elimina la necesidad de intervención del usuario.

El Protocolo FireWire.
El tráfico multimedia presenta una característica especial: es muy sensible al tiempo. Por este motivo, el protocolo FireWire, dispone de dos modos de transmisión: "asíncrono" e "isócrono". El modo asíncrono se utiliza para la comunicación con dispositivos como impresoras o módems que no presentan elevados requerimientos. El modo isócrono, garantiza para cada dispositivo una tasa de transferencia predeterminada, es decir, se garantiza un ancho de banda fijo sin que se produzcan interrupciones en el flujo de datos. Se trata del modo utilizado en los dispositivos multimedia de audio y vídeo.

El protocolo FireWire se basa en 3 capas: capa física, capa de enlace y capa de transacciones

µP o Bus PCI

Capa de Transacciones

Capa de Enlace

Capa Física

Conectores

Capas del protocolo FireWire IEEE-1394

La capa de transacciones maneja las transferencias de datos entre dos dispositivos a través del bus serie. El sistema reconoce varios tipos de transacciones entre las que se incluyen las operaciones de lectura de datos desde el dispositivo al sistema principal y las operaciones de escritura. 

El bus utiliza un direccionamiento de 64 bits. Los 16 bits más significativos de la dirección se utilizan como código de identificación de cada dispositivo. Estos 16 bits se dividen en 10 bits para identificación de bus (Bus ID) y 6 bits de desplazamiento (offset ID). La combinación de los 16 bits a uno lógico se utiliza para aplicaciones especiales de forma que se puede considerar un sistema máximo formado con 1023 buses cada uno de ellos con 63 dispositivos conectados.

La capa de enlace cuida de la entrega de los paquetes de información. Cada paquete individual se puede enviar en dos modos: "asíncrona" e "isócrona". En la primera se envía una cantidad arbitraria de datos e información de la capa de transacción a un nodo destino, seguido por una confirmación de este nodo. En la segunda se envía una cantidad arbitraria de datos a intervalos regulares a un nodo destino y sin requerir confirmación. En este modo se garantiza un ancho de banda fija en la transmisión.

En cada uno de estos modos se desarrollan a su vez tres fases distintas: secuencia de arbitraje, transmisión del paquete de datos y reconocimiento.

Durante la secuencia de arbitraje un dispositivo que desee transmitir datos envía una petición de acceso al bus a la capa física. 

Durante la fase de transmisión el dispositivo fuente transmite un paquete de datos que contiene información de formato y transacción, la dirección de los dispositivos fuente y destino y los datos.

La fase de reconocimiento consiste en el envío de un código de confirmación por parte del dispositivo destino indicando que los datos fueron correctamente recibidos.

La capa física tiene tres funciones. Convierte los niveles lógicos de la capa de enlace en señales eléctricas para el cable y viceversa, determina la configuración eléctrica y mecánica de la conexión y actúa como un árbitro que garantiza que los dispositivos accedan al bus cuando deseen enviar datos.


Aplicaciones.
En la figura 1 se muestra una cámara de vídeo digital que envía datos de vídeo a un monitor digital y a un ordenador. El ordenador está, a su vez, conectado a un grabador de vídeo digital (DVCR) y a una impresora. El vídeo digital se transporta sobre el cable IEEE 1394 y cada dispositivo puede procesarlo directamente en este dominio sin necesidad de tarjetas digitalizadoras ni de efectuar conversiones analógica/digitales que deterioren la señal. El monitor, el ordenador y el VCR aceptan datos digitales y no requieren ninguna otra conversión. Una cámara, conectada directamente a un ordenador, evita costosas mesas de edición. Por último, un cuadro de vídeo puede enviarse directamente a la impresora.

Los datos de control a la cámara, como por ejemplo el encendido de ésta, se transmiten en modo "asíncrono" desde el ordenador. Los datos propios de vídeo se transmiten en modo "isócrono" estableciéndose un camino directo de los datos de la cámara a otro dispositivo del bus. Este modo garantiza una tasa de transferencia determinada de forma que los datos llegan en el momento justo sin pérdida de efectividad.



Otras Alternativas.
Probablemente FireWire no sea la respuesta a todas las necesidades de transmisión digital. En circunstancias poco críticas que requieran velocidades más bajas y menor potencia entra en escena otro estándar, en gran medida ligado al PC, el USB (Universal Serial Bus) ó Bus Serie Universal. Propuesto por Intel, posee menos prestaciones (12Mbps) pero es más económico y se adapta perfectamente a entornos no exigentes.

Otras alternativas como las de fibra óptica exceden la capacidad de FireWire pero a un mayor coste. En el rango entre 100Mbps y 1 Gbps, FireWire se comporta como la opción más razonable.


Conclusión.
FireWire se convertirá posiblemente en la red digital de los equipos electrónicos de consumo y profesionales. Acelerará el paso hacia la convergencia digital de estos sistemas, incluyendo al ordenador, lo que permitirá una completa integración multimedia en el hogar y en los negocios.


Referencias
1394 Trade Association: http://firewire.org


Autores.
J.C. Antón, F. Ferrero, C. Blanco, J. Campo