FireWire

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FireWire-Symbol
i.LINK-Symbol
Stecker für FireWire 400,
links vierpolig, rechts sechspolig
Stecker für FireWire 800
Buchse für FireWire 800,
daneben links Ethernet und rechts USB
Steckkarte für FireWire 400
unten Buchse für FireWire 400,
darüber Buchse für USB

FireWire [ˈfaɪəˌwaɪə], i.LINK oder 1394 ist ein Bus für serielle Datenübertragung.

1394 ist die Bezeichnung des Institute of Electrical and Electronics Engineers und seit der Spezifikation von 1995 ein Standard.[1] FireWire ist die entsprechende Marke von Apple, dessen Entwicklung 1986 begann.[2][3] i.LINK ist eine zusätzliche Marke von Sony.[4] Nutzungsrechte beider Marken vergibt die 1394 Trade Association.[5]

Nutzungsrechte grundlegender Patente vergibt die MPEG Licensing Administration.[6] Die Zusammenlegung wurde 1999 von Apple, Compaq, Panasonic, Philips, Sony, STMicroelectronics und Toshiba vereinbart.[7]

Erst Ende der 1990er Jahre wurden Apple Macintosh und wenige andere Computer mit FireWire ausgeliefert, als Apple mit 1 Dollar Lizenzgebühr pro Anschluss überraschte.[8] Zuvor erhielten Hersteller für 7500 Dollar eine pauschale Lizenz.[9] Vollständige Marktdurchdringung hatte FireWire damals bereits bei DV-Camcordern erreicht, es folgte eine Kampfansage durch die einsetzende Weiterentwicklung des Universal Serial Bus.[10]

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.

Entwicklung[Bearbeiten]

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 Kabelverbindungen 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 Gbit/s über die bisherigen S800-Kabel an.[11]

Architektur[Bearbeiten]

Maximal sind 63 Geräte pro Bus möglich.[12] FireWire IEEE 1394b unterstützt Ringtopologie. Bis zu 1023 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 Meter. Bei der Verwendung von S200 erhöht sich der Maximalabstand auf 14 Meter. Bei FireWire nach IEEE 1394b sind als weitere Verbindungsarten Netzwerkkabel, Plastik- und Glasfaser definiert worden, die eine Kabellänge zwischen Geräten von bis zu 72 Meter gestatten. Anders als der Universal Serial Bus (USB) erlaubt FireWire die direkte Kommunikation aller Geräte untereinander (Peer-to-Peer) ohne einen Host.

Übertragungsrate[Bearbeiten]

Die Zahlen hinter dem S bzw. „FireWire“ geben die gerundete Transferrate in Megabit pro Sekunde wieder. Die exakte Datenrate der Basisversion (S100) beträgt 98.304.000 Bit je Sekunde (Bit/s ≈ 12 MB/s).

Einsatzgebiete[Bearbeiten]

Haupteinsatzgebiete[Bearbeiten]

Eingesetzt wird FireWire vor allem in der Tontechnik und Videotechnik (professionelle Audio- und Videokarten), aber auch zum Anschluss externer Massenspeicher wie DVD-Brenner, Festplatten 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 560 Mbit/s bei modernen 2400-Gbit-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. USB 2.0 ist mit 480 Mbit/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 240 Mbit/s. Bei Firewire 800 können 720 Mbit/s und mehr erreicht werden. Eine schnellere Alternative zu FireWire 800 sind externe SATA-Gehäuse, die dann ohne Bridge-Chips auskommen und somit direkt auf die Hardware zugreifen können.

Die Stromversorgung über FireWire ist mit 1,5 Ampere bei 8 bis 33 Volt spezifiziert. Externe Festplatten können daher problemlos ohne eigenes Netzteil an einem sechs- oder neunpoligen FireWire-Port betrieben werden. USB ist mit maximal 0,5 Ampere bei 5 Volt hingegen nicht auf den hohen Einschaltstrom von Festplatten ausgelegt und macht deshalb zumindest eine präzise technische Vorbereitung erforderlich.[13]

Automobilindustrie[Bearbeiten]

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-Bus 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 neunpoligen IEEE-1394b, erweitert diesen aber um eine Rast-Arretierung gegen Kabelabfall. Des Weiteren wird ein Führungsrahmen definiert, der die mechanische Stabilität der Buchse garantiert.

Geräteadressierung und Bus-Management[Bearbeiten]

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 IEEE 1394.1 zur Kopplung mehrerer Bussegmente ist bereits seit 2001 verabschiedet. Die konkrete Umsetzung in sogenannten Bus Bridges verlangt aber spezielle FireWire-Chipsätze, die im Gegensatz zur bislang verwendeten Hardware mehr als nur ein lokales Bussegment adressieren können. Mangels Bedarf an derart großen FireWire-Netzwerken sind diese speziellen ICs aktuell (Januar 2010) nicht am Markt verfügbar, so dass IEEE 1394.1 zur Zeit nicht genutzt werden kann.

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[Bearbeiten]

Baumstruktur bei FireWire

IEEE 1394a („FireWire 400“)[Bearbeiten]

  • 100, 200 oder 400 Mbit/s Übertragungsbandbreite
  • 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), außer der vierpoligen Variante, die keinen Strom liefert
  • 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
  • gleichzeitige Datenübertragung in beide Richtungen (vollduplex) - im Gegensatz zu USB
  • 4,5 Meter max. Entfernung zwischen zwei Geräten (bei 400 Mbit/s)
  • Gesamtlänge eines „daisy chain“-Strangs maximal 72 Meter
  • bis 63 Geräte anschließbar je Bus (bis zu 16 pro „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 („FireWire 800“)[Bearbeiten]

Merkmale wie 1394a mit folgenden Erweiterungen und Änderungen:

  • 800 Mbit/s Übertragungsbandbreite
  • 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 („FireWire S3200“)[Bearbeiten]

Im Oktober 2008 wurde unter der Bezeichnung IEEE 1394-2008 eine vollständig überarbeitete Version des Standards veröffentlicht.[14] Sie fasst den Basisstandard IEEE1394-1995 sowie die beiden Erweiterungen IEEE1394a-2000 und IEEE1394b-2002 in einem konsistenten Dokument zusammen. Zudem wurden von den Mitgliedern der 1394 Trade Association in den ursprünglichen Standards zahlreiche Fehler entdeckt und 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[Bearbeiten]

Die OHCI-Spezifikation (Open Host Controller Interface) beinhaltet eine Betriebsart für FireWire-Controller, in der FireWire-Geräte den Hauptspeicher eines Rechners auslesen oder überschreiben können. Wird diese Betriebsart von einem Treiber konfiguriert, werden Lese- und Schreibanfragen autonom von der Hardware ausgeführt, ohne Software auf diesem Rechner zu involvieren. Dies ermöglicht weitgehende Kontrolle des Rechners durch andere am FireWire-Bus angeschlossene Teilnehmer. Zumindest in der voreingestellten Konfiguration sind unter anderem Windows, FreeBSD, Mac OS und Linux anfällig.[15][16]

Pinbelegung[Bearbeiten]

Zu beachten ist, dass bei Kabeln mit 2 Steckern die Datenleitungen TPA und TPB gekreuzt sind, das heißt TPA+ geht an TPB+ und TPA− geht an TPB−.

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 weicht daher in der Regel von dieser Tabelle ab. Üblich sind sowohl 2×5-Pin- als auch 2×8-Pin-Pfostenstecker.

Dies gilt auch für die nicht standardkonformen Rundsteckverbinder an hochpreisiger Mess- und Sensortechnik. Trotz firmenübergreifend gleicher Stecker gibt es unterschiedliche Anschlussbelegungen.

Literatur[Bearbeiten]

  •  Franz-Josef Lintermann, Udo Schaefer, Walter Schulte-Göcking, Klaas Gettner: Einfache IT-Systeme. Lehr-/Fachbuch. 5, 1. korrigierter Nachdruck Auflage. Bildungsverlag EINS, 2008, ISBN 978-3-8237-1140-7 (Seite 72-75).

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: FireWire – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. IEEE SA - 1394 WG. Institute of Electrical and Electronics Engineers. Abgerufen am 7. November 2011.
  2. What is FireWire?. 1394 Trade Association. Abgerufen am 7. November 2011.
  3. FireWire - Software Licensing and Trademarks. Apple. Abgerufen am 7. November 2011.
  4. License Agreements for i.LINK (a.k.a. IEEE1394) Trademark. Sony. Abgerufen am 7. November 2011.
  5. FireWire and i.LINK Licenses. 1394 Trade Association. Abgerufen am 7. November 2011.
  6. 1394 Introduction. MPEG Licensing Administration. Abgerufen am 7. November 2011.
  7. Patent Pools (PDF; 46 KB) United States Patent and Trademark Office. Abgerufen am 7. November 2011.
  8. CNET: Apple licensing FireWire for a fee. Abgerufen am 7. November 2011.
  9. Apple caves in over FireWire licensing. The Register. Abgerufen am 7. November 2011.
  10. USB soll 40-mal schneller werden. Heise Verlag. 13. Oktober 1999. Abgerufen am 7. November 2011.
  11. http://support.microsoft.com/kb/310433, http://docs.info.apple.com/article.html?artnum=58585
  12. USB-Festplatte zähmen. Heise Zeitschriften Verlag. Abgerufen am 11. Juni 2011.
  13. http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?tp=&isnumber=4659232&arnumber=4659233&punumber=4659231
  14. http://www.ccc.de/congress/2004/fahrplan/event/14.de.html
  15. http://md.hudora.de/presentations/#firewire-21c3