IEEE-1394-Kabel

FireWire-Logo

Links 4-Pin und rechts 6-Pin FireWire-Stecker

FireWire-Controllerkarte für den PCI-Bus

FireWire-400-Buchse (unten) und USB-2.0-Buchse an der Frontseite des Power Macintosh G5

Das von Sony verwendete i.Link-Logo

FireWire [ˈfaɪɹˌwaɪɹ] (auch bekannt als i.Link oder IEEE 1394) ist ein von Apple entwickeltes serielles Bussystem.

Der ursprünglich nur auf den Macintosh-Computern von Apple zu findende Markenname FireWire („Feuerdraht“) kann inzwischen von anderen Unternehmen bei der 1394 Trade Association lizenziert werden. In der Welt der Computer ist FireWire auch bekannt als der IEEE-1394-Standard, der 1995 verabschiedet wurde. Sony verwendet seit April 1997 die Bezeichnung i.LINK für die FireWire-Schnittstelle und integrierte eine FireWire-Schnittstelle unter anderem in die PlayStation 2 (zumindest anfangs). Die FireWire-Schnittstelle wird überwiegend für den schnellen Datenaustausch zwischen Computer und Multimedia- oder anderen Peripheriegeräten, jedoch auch in Industrie- und Automobilelektronik eingesetzt. Ursprünglich als Nachfolger für SCSI entwickelt, lässt sich FireWire aber dank der hohen Übertragungsrate auch als Alternative zu Ethernet nutzen (IP over FireWire).

Im Frühjahr 2004 wurde die Spezifikation für Wireless FireWire verabschiedet. Sie sieht eine zusätzliche Schicht, den Protocol Adaptation Layer (PAL), für FireWire über IEEE 802.15.3 vor (das ist ein Standard für Wireless Personal Area Network, WPAN). Geplant ist, zum Beispiel DVD-Spieler und Soundsysteme kabellos miteinander und auch mit einem kabelgebundenen Netzwerk zu verbinden.

FireWire steht in Konkurrenz zum verbreiteten USB-System.

Entwicklung

Die zugrundeliegende Idee für FireWire geht bei Apple bis 1986 zurück, es dauerte jedoch fast ein Jahrzehnt, bis ein Standard verabschiedet wurde. Ursprünglich (1995) gab es die drei Geschwindigkeitsklassen S100, S200 und S400 für Kabel-Verbindungen mit den bekannten sechspoligen Steckern, außerdem S25 und S50 für FireWire-Backplanes. Im Jahre 2000 kam mit IEEE 1394a der von Sony i.Link genannte vierpolige Stecker hinzu. Ferner beinhaltet IEEE 1394a verschiedene Korrekturen und Leistungsverbesserungen bei weiterhin maximal S400. Im Jahr 2001 wurde Apple von der Academy of Television Arts & Sciences mit dem Technik-Emmy für die „bedeutende Rolle, die die FireWire-Technik in der Fernsehindustrie spielt“ ausgezeichnet. Seit 2002 gibt es den Nachfolger IEEE 1394b mit S800, S1600 und S3200. Er führt eine neue Art der Signalisierung und neue Kabel mit neunpoligen Steckern ein. Seit 2003 ist S800-Hardware verfügbar, die in der Regel als „FireWire 800“ vermarktet wird. Auch die maximale Kabellänge ist mit 100 m dank des neuen Kodierverfahrens 8B10B deutlich erhöht worden. Aktuell steht gerade die Einführung von S3200 mit einer Übertragungsrate von 3,2 Gb/s über die bisherigen S800-Kabel an.^[1]

Architektur

Maximal sind 63 Geräte pro Bus möglich.^[2] FireWire IEEE 1394b unterstützt Ringtopologie. Bis zu 1.023 Busse können mit Brücken verbunden werden, so dass insgesamt (63·1023=) 64.449 Geräte verbunden werden können. Die maximale Länge einer S400-Verbindung zwischen zwei Geräten beträgt 4,5 m. Bei der Verwendung von S200 erhöht sich der Maximalabstand auf 14 m. Bei FireWire nach IEEE 1394b sind als weitere Verbindungsarten Netzwerkkabel, Plastik- und Glasfaser definiert worden, die eine Kabellänge zwischen Geräten von bis zu 72 m gestatten. Anders als der Universal Serial Bus (USB) erlaubt FireWire die direkte Kommunikation aller Geräte untereinander (Peer-to-Peer) ohne einen Host(-Rechner).

Übertragungsrate

Die Zahlen hinter dem S bzw. „FireWire“ geben jeweils die ungefähre Transferrate in Mbit/s wieder. Tatsächlich überträgt die Basisversion exakt 98.304.000 Bits pro Sekunde (12.288.000 B/s), die Nachfolger gerade Vielfache davon. Mit den bei Transferraten üblichen SI-Präfixen sind das exakt 98.304 kbit/s, während es mit Binärpräfix exakt 96.000 Kibit/s sind. Um auf den runden Wert 96 Mbit/s zu kommen, müssten also zwei verschiedene Präfixsysteme kombiniert werden, wie beispielsweise auch bei 3,5″-Disketten (1,44 MB = 1440 · 1024 Byte). Dies wird in der Nomenklatur aber dadurch umgangen, dass gleich der aufgerundete Hunderterwert angegeben wird. S3200 überträgt also nicht genau 3.200 Mbit/s und auch nicht 3.200 Mibit/s, sondern 3.145,728 Mbit/s bzw. 3.000 Mibit/s (~2,93 Gibit/s).

Einsatzgebiete

Haupteinsatzgebiete

Eingesetzt wird FireWire heute vor allem zur Übertragung von digitalen Bildern (z. B. Industriekamera, FireWire-Kamera) oder Videos (z. B. DV-Camcorder) in einen PC, aber auch zum Anschluss externer Massenspeicher wie DVD-Brenner, Festplatten etc. oder zur Verbindung von Unterhaltungselektronikkomponenten, beispielsweise bei Sony unter dem Namen i.LINK und Yamaha mit „mLAN“. Auch sehr viele Audio-Interfaces für den Einsatz in der Musikproduktion werden für den FireWire-Anschluss angeboten.

Um die Datentransferrate moderner Festplatten (über 70 MB/s bei modernen 300-GB-Modellen) auch in externen Gehäusen nutzen zu können, ist der Einsatz des neuen neunpoligen FireWire 800 (1394b) notwendig, da das herkömmliche FireWire 400 (1394a) auf 400 Mbit/s beschränkt ist, d. h. maximal 50 MB/s übertragen werden können. USB 2.0 ist mit 60 MB/s nominell schneller. Diese bei FireWire 400 und USB 2.0 theoretisch möglichen Transferraten werden durch den Protokoll-Overhead unabhängig von der Festplatte nicht erreicht. Die Bridge-Chips in den externen Gehäusen beschränkten anfangs sowohl FireWire als auch USB. Bei aktuellen Gehäusen liegen die Transferraten in beiden Fällen bei etwas über 30 MByte/s. Eine schnellere Alternative zu FireWire 800 sind externe SATA-Gehäuse.

Im Gegensatz zu USB mit maximal 5 V/0,5 A ist die Stromversorgung über FireWire mit 8 bis 33 V bei 1,5 A spezifiziert. 2,5″-Festplatten benötigen zum Anlaufen knapp über 1 A, weshalb vom sogenannten „bus-powered“-Betrieb von USB-Festplatten abgeraten wird. Bei FireWire ist es hingegen problemlos möglich, externe Festplatten ohne eigenes Netzteil an einem sechs- oder neunpoligen FireWire-Port zu betreiben.

Automobilindustrie

Die Industrievereinigung IDB Forum setzt sich für die Verwendung von FireWire-Schnittstellen für Multimediasysteme im Automobil ein. Die Verwendung soll die bereits etablierten Schnittstellen wie MOST ergänzen und es dem Benutzer erlauben Standardgeräte wie zum Beispiel Videokameras im Auto anzuschließen.

Da im Automobil die Steckverbinder besondere Anforderungen erfüllen müssen, wurden vom IDB Forum spezielle Verbinder definiert. Der IDB-1394b-Stecker basiert auf dem 9poligen IEEE-1394b, erweitert diesen aber um eine Rastarretierung gegen Kabelabfall. Des Weiteren wird ein Führungsrahmen definiert, der die mechanische Stabilität der Buchse garantiert.

Geräteadressierung und Bus-Management

FireWire kennt keinen definierten zentralen Host. Im Gegensatz zu USB hat jedes Gerät die technischen Voraussetzungen, Controller zu werden. Knoten-IDs und Aufgabenverteilung im Bus-Management werden jedes Mal, wenn ein Gerät zum Bus hinzugefügt oder entfernt wird, automatisch zwischen allen Geräten ausgehandelt.

Die Adressierung besteht aus insgesamt 64 Bit und ist der Norm ISO/IEC 13213 (ANSI/IEEE 1212) entlehnt. Davon werden 10 Bit für Netzwerk-IDs (Segment-IDs) und 6 Bit für Knoten-IDs belegt. Die übrigen 48 Bit werden zur Adressierung der Geräte-Ressourcen (Speicher, Register, …) verwendet:

Bit 0–9 (10 Bit)	Bit 10–15 (6 Bit)	Bit 16–63 (48 Bit)
Bus-ID (Segment-ID)	Geräteadressierung (Knoten-ID)	weitere Adressierung

Der Standard zur Kopplung mehrerer Bus-Segmente IEEE 1394.1 ist noch nicht verabschiedet, daher verwendet heutige Hardware stets nur ein lokales Bus-Segment.

Das Gerät mit der höchsten Knoten-ID eines Segments ist dessen Root-Knoten. Es ist verantwortlich für asynchrone Arbitrierung und, als sogenannter Cycle Master, für die Synchronisierung aller Geräte für isochrone Übertragungen. Falls ein Gerät mit entsprechenden Fähigkeiten am Bus vorhanden ist, gibt es ferner den Isochronous Resource Manager zur Verwaltung von Kanälen und Bandbreite, den Bus Manager unter anderem für Optimierung der Bandbreite sowie den Power Manager zur Steuerung von Stromspar-Funktionen.

Hauptmerkmale

IEEE 1394a (Apple-Bezeichnung „FireWire 400“)

• 100, 200 oder 400 Mbit/s Übertragungsbandbreite (12, 25 oder 50 Megabyte pro Sekunde)
• Geräte können bei laufendem Betrieb angeschlossen werden und werden automatisch erkannt: „hot plug“ und „hot unplug“
• integrierte Stromversorgung für Geräte (8 bis 33 V DC, 1,5 A, max. 48 W)
• Anschluss über Shielded Twisted Pair (STP)
  • dünnes und damit flexibles sechsadriges Kabel (vier Adern für Datentransfer, zwei für Stromversorgung) oder
  • vieradriges Kabel (vier Adern für Datentransfer, keine Stromversorgungsleitungen)
• keine Terminatoren an den Kabelenden erforderlich
• Datenübertragung in beide Richtungen (bidirektional)
• 4,5 m max. Entfernung zwischen zwei Geräten (bei 400 Mbit/s)
• Gesamtlänge eines „daisy chain“-Stranges max. 72 m
• bis 63 Geräte anschließbar je Bus (max. 16 an einem „daisy chain“-Strang)
• bis zu 1023 Busse über Brücken zusammenschließbar
• paketorientierte Datenübertragung
• schneller isochroner Modus
• Geräteadressierung automatisch (keine Jumpereinstellungen an den Geräten oder ID-Schalter notwendig)

IEEE 1394b (Apple-Bezeichnung „FireWire 800“)

Merkmale wie 1394a mit folgenden Erweiterungen und Änderungen:

• 800 Mbit/s Übertragungsbandbreite (100 Megabyte pro Sekunde)
• neues, neunadriges Kabel und neue Stecker
• neues Arbitrierungsverfahren (Protokoll) BOSS (Bus Ownership / Supervisor / Selector)
• andere Signalkodierung und Signalpegel, „beta-Mode“
• Abwärtskompatibilität zu 1394a durch bilinguale Chips (auch Betrieb ausschließlich im neuen „beta-Mode“ möglich, dadurch allerdings keine Abwärtskompatibilität mehr)
• erlaubt den Einsatz verschiedener Kabelmaterialien (zum Beispiel Glasfaser, UTP)
• erlaubt längere Kabelverbindungen (in Abhängigkeit vom Kabelmedium, zum Beispiel 100 m bei Verwendung von UTP-Kabeln bis S100)

IEEE 1394-2008 (auch „FireWire S3200“ genannt)

Im Oktober 2008 wurde unter der Bezeichnung IEEE 1394-2008 eine vollständig überarbeitete Version des Standards veröffentlicht.^[3] Sie fasst den Basis-Standard IEEE1394-1995 sowie die beiden Erweiterungen IEEE1394a-2000 und IEEE1394b-2002 in einem konsistenten Dokument zusammen. Zudem wurden zahlreiche, von den Mitgliedern der 1394 Trade Association entdeckte Fehler in den ursprünglichen Standards beseitigt. Als wesentliche Neuerung wurde die elektrische Spezifikation für eine Übertragungsbandbreite von 3,2 Gbit/s hinzugefügt. IEEE1394-2008 ist die nun gültige Version des FireWire-Standards, die älteren Dokumente des IEEE sollen zukünftig nicht mehr verwendet werden

Sicherheitsprobleme

Die OHCI-Spezifikation (Open Host Controller Interface) beinhaltet eine Betriebsart für FireWire-Controller, in welcher FireWire-Geräte den Hauptspeicher eines Rechners auslesen oder überschreiben können, ohne dass es durch die Software auf diesem Rechner unterstützt werden muss. Dies ermöglicht theoretisch weitgehende Kontrolle des Rechners durch andere am FireWire-Bus angeschlossene Teilnehmer. Zumindest in der voreingestellten Konfiguration sind unter anderem Linux, FreeBSD und Windows anfällig.^[4]

Pinbelegung

vierpoliger 1394a-Stecker	sechspoliger 1394a-Stecker	neunpoliger 1394b-Stecker	Bezeichnung
-	1	8	positive Versorgungsspannung, meist +12 V oder VP
-	2	6	GND
1	3	1	TPB−
2	4	2	TPB+
3	5	3	TPA−
4	6	4	TPA+
-	2	5	Schirm A−, A+
-	2	9	Schirm B−, B+
-	-	7	nicht belegt

Die Pin-Belegung von IEEE-1394-Pfostensteckern auf Hauptplatinen ist nicht herstellerübergreifend standardisiert und daher in der Regel abweichend von dieser Tabelle. Üblich sind sowohl 2×5-Pin- und 2×8-Pin-Pfostenstecker.

Weblinks

• Apple FireWire (englisch)
• 1394 Trade Association (englisch)
• Wiki zu vierpoliger, sechspoliger und neunpoliger Firewire-Steckerbelegung
• Informationsseite zu IEEE-1394
• FireWire-Unterstützung unter Linux (englisch)
• Vortrag: FireWire unter Linux (alt)

Quellen

1. ↑ http://www.heise.de/newsticker/meldung/100678/
2. ↑ http://support.microsoft.com/kb/310433, http://docs.info.apple.com/article.html?artnum=58585
3. ↑ http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?tp=&isnumber=4659232&arnumber=4659233&punumber=4659231
4. ↑ http://www.ccc.de/congress/2004/fahrplan/event/14.de.html, http://md.hudora.de/presentations/#firewire-21c3