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1、VXI总线接口技术,VXIbus是VME总线在仪器领域的扩展(VMEbus eXtension for Instrumentation)。1987年4月，美国Colorado Data Systems、Hewlett-Packard、Racal、Dana Instruments、Tektronix和Wavetek等五家著名仪器公司求同存异，组成VXI总线联合体（VXIbus Consortium Inc.），提出 VXIbus Rev.1.3规范文件。1992年9月17日美国IEEE-P1155采纳VXIbus Rev.1.4作为IEEE工业用标准的基本文件。1993年9月22日成立VXI即插
2、即用系统联盟(VXI Plug&Play System Alliance)。该联盟由National Instruments、GenRad、Racal Instruments、Tektronix和Wavetek五家公司发起，提出 VPP规范文件。,第一节 VXI模块与主机箱,一、VXI系统的组成与特点 如图3-1所示，一个典型的VXI系统主要由VXI机箱、VXI模块（插件）、计算机及显示器等几部分组成。,第一节 VXI模块与主机箱,二、VXI 模块 VXI总线测试系统的最小物理单元是组件模块(Assembly Module)。如图3-2所示，它由带电子元件和连接器的组件板、前面板和任选的屏蔽壳
3、组成。模块有A、B、C、D四种规格。,第三章图集,第一节 VXI模块与主机箱,三、VXI主机箱 组件模块的机械载体是主机箱(Mainframe)。与模块尺寸类型相适应，主机箱也有A、B、C、D四种尺寸可选择。模块互连载体是主机箱的背板(Backplake)，背板与模块之间通过总线连接器衔接：三个96芯的连接器J1、J2、J3，模块上的连接器对应为P1、P2、P3。VXI规定，一个主机箱最多有13个(012号)槽位，其中0号槽比较特殊，位于机箱的最左边或最底部。VXI主机箱还为系统提供适合仪器工作要求的公用电源、冷却和电磁屏蔽环境条件。,第一节 VXI模块与主机箱,图3-3,第二节 VXI总线信
4、号线,一、VXI总线的组成 VXI总线是模块间信号的载体。在VME总线基础上扩展了一些适应仪器特殊要求的信号线后形成的，其组成如图3-4（a）所示。从功能上看，VXI总线定义的信号可分为以下几类：*VME计算机总线*仪器要求的信号线,第二节 VXI总线信号线,第二节 VXI总线信号线,二、VME计算机总线1数据传输总线（DTB）DTB由总线主模块控制，用于主、从模块之间传递数据和状态/识别信息。分为寻址线、数据线和控制线。2DTB仲裁总线 VME总线支持多处理器的分布式系统。仲裁总线用来解决多个主模块争夺DTB总线使用权的问题，防止总线冲突。3优先中断总线 供VME总线系统的中断器（Inter
5、rupter）和中断处理器（Interrupt Handler）之间进行中断请求和中断认可使用。4公用总线 为系统提供时钟、系统初始化及故障检测等功能。,第二节 VXI总线信号线,三、VXI增加的信号线 为适应高速、高性能仪器组件模块的需要，VXI在保留VME系统总线的基础上，新定义了一些面向仪器应用的信号线。这些新定义的信号线位于P2和P3连接器上，包括：*模块识别线：检测特定位置上的模块的是否存在*时钟和同步线：CLK10和CLK100、SYN100*仪器触发线：TTL、ECL和STARX和STARY星形触发线。*模拟相加线：SUMBUS是VXI背板上的模拟相加结点。*局部总线：用于两者之
6、间高速通信，LBUS数据传输率高达250Mbps和1Gbps。*电源线：+5V，+12V是VME标准；+24V是为模拟电路设计的，-5V、2V和-2V,第三节 VXI器件,一、VXI器件组成与分类1器件模型 VXI模块功能和电路千差万别，但从VXI系统组建和管理角度看，它们都是VXI系统最基本和最低层的逻辑单元，通称VXI器件(Device)。图3-12描述了一个VXI器件的功能和逻辑组成，该模型和器件所支持的通信协议相联系，大致包括四个层次:连接层:由物理层协议规定的连接器和总线接收/发送器，以保证器件与主机箱背板在机械和电气上相容；数据传输层:实现包括原VMEbus规范在内的VXI总线定义
7、的信号线及相应的接口功能；器件操作区:用来支持系统的组态、通信和操作控制，它由VXI总线规范定义的一组标准组态/操作寄存器实现；器件特定测试功能区:完全由器件设计者定定义，但可能支持IEEE488.2和SCPI规范。,第三节 VXI器件,图3-12 VXI总线器件的模型,第三节 VXI器件,2器件分类 器件之间的基本操作是信息传输。根据通信能力，VXI总线器件分为四类。寄存器器件:仅具有只支持寄存器直接读/写协议最基本能力;一般只配置VMEbus的从模块功能。存储器器件:是包含一定的存储器器件特征的、类似寄存器器件的VXI总线器件。消息型器件:是具有较高级通信能力的器件，这类器件设置了一组可以
8、由其它模块访问的“通信寄存器”，使该器件可通过某种特定的通信协议（如VXI总线字串行协议）与系统中的其它器件进行通信。扩展器件:是为VXI未来发展而定义的。,第三节 VXI器件,二、配置寄存器VXI总线器件的寄存器分为两大部分：配置(组态)寄存器和操作寄存器，地址分配如图3-13所示。其中，“器件类别相关的寄存器”随器件类型而异。“器件相关的寄存器”完全由器件设计者定义。配置寄存器:共定义了六个配置寄存器，这些寄存器都是16位的，所有VXI总线器件都必须配备，其功能定义如图3-14所示。,第三节 VXI器件,图3-13 器件寄存器地址分配图,第三节 VXI器件,图 3.14 器件配置寄存器功能
9、定义图,第三节 VXI器件,三、器件类别相关的寄存器 器件类别相关的寄存器随器件类型不同定义不同，下面分述如下：寄存器器件:VXI规范没有对所有寄存器器件定义与器件类别相关的寄存器。消息型器件:定义了一组标准通信寄存器，以支持VXI总线系统较高级的通信协议。其中，协议寄存器、响应寄存器和数据低寄存器是所有消息型器件必备的。存储器器件：定义了一个特征寄存器，是只读寄存器，用来存放存储器器件的一些重要特征。扩展器件：定义为“子类和子类相关寄存器”，以便适应新一类的VXI总线器件。,第四节 VXI系统的通信协议,一、通信层次划分 VXI总线系统的通信协议分若干层次，由器件的不同硬件和软件提供支持，如
10、图3-17所示。VMEbus的读/写/中断周期等操作:VXI总线系统最低层的通信协议。中断通信协议:指从者具有请求中断周期，向其命令者传送状态/识别字（STATUS/ID），表明它出于何原因请求中断的一种能力；字串行协议:受通信寄存器支持的，消息型器件必须执行的，命令者/从者器件间通信应该恪守的标准通信规程。共享存储器协议：允许两个非命令者/从者关系的、在同一种水平上的器件通过存储器块进行双向通信。VXI仪器通信协议：器件执行某些公共的测试操作命令。,第四节 VXI系统的通信协议,图3-17 VXI 总 线 系 统 的 通 信 层 次,第四节 VXI系统的通信协议,二、字串行通信协议1.传送控
11、制方式 字串行通信协议:是指命令者将命令/数据以串行方式向从者的某一固定寄存器单元(如数据寄存器)进行传送的通信控制协议，用于消息型命令者与消息型从者之间传输VXI字串行控制命令或数据。该协议推荐了两种传送控制方式：*正常传送方式（NTM）:是一种软件查询非定时异步传送方式，数据传送进程由响应寄存器的有关位进行控制。*快速挂钩方式（FHS）:是用从者的DTACK*和BERR*信号线状态强制定时的同步字串行序列传送。,第四节 VXI系统的通信协议,2.字/长字/扩展长字串行传送 字串行通信有三种形式：字串行、长字串行和扩展长字串行，数据宽度分别为16位、32位和64位。3字节传送协议 字节传送协
12、议是命令者和从者之间传输8位数据，借助“字节有效”和“字节请求”两个字串行命令完成。4消息型器件可响应的字串行命令 为了统一消息型器件在VXI总线系统运行中的行为规范，定义了29条不同能力消息型器件应选择响应的字串行命令，如表3.8所示。组态命令(6):正常操作命令(7):状态无关命令(16):,第四节 VXI系统的通信协议,三、VXI仪器的基本操作协议 VXI总线规范在比系统结构更高的别级上，定义了反映测试仪器特征的VXI仪器设计规则，这就是VXI仪器协议。所谓VXI仪器:就是指支持字串行通信协议，执行表3.8列出的“正常操作命令”，接受VXI总线接口器件（如IEEE488-VXI接口）控制
13、的消息型器件。VXI仪器协议的传输如图3-18所示。,第四节 VXI系统的通信协议,图3-18 VXI总线仪器协议,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VX
14、I接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI接口器件,VXI仪器可选的命令：TriggerRead STBSet LockClear Lock,VXI仪器要求的命令：Byte RequestByte Avail
15、ableClear,VXI仪器可选的信号：request truerequest false,VXI仪器,第四节 VXI系统的通信协议,1命令者到仪器的数据字节传送:利用“字节有效”命令，按字节传送协议。2仪器到命令者的数据字节传送:命令者传送“字节请求”字串命令给仪器。3清除VXI总线仪器:清除输入/输出序列缓冲器。4触发VXI总线仪器:5.本地封锁:6.服务请求操作:支持“请求真(rt)”和“请求假(rf)”7.串行查询操作:可选择执行“读STB”命令。,第五节 VXI测试系统,一、VXI系统共用资源 VXI总线规范规定，系统共用资源器件用于总线系统资源管理:第一是0号槽服务器件:它在物理
16、连接层向系统提供共用资源；第二称为资源管理器:它提供系统的逻辑组态和管理服务。,第五节 VXI测试系统,10号槽服务器件 0号槽器件向VXI总线系统的112号槽提供共用资源，其逻辑组成和主要功能可归纳为以下几点：系统时钟功能模块。提供SYSCLK(16MHZ)、CLK10、CLK100和SYN100时钟和同步信号；STARX和STARY星形触发线程控组合矩阵；系统复位等管理模块。SYSRESET*、ACFAIL*和SYSFAIL*信号；模块识别功能模块。驱动和接收 MODID00 MODID12线。,第五节 VXI测试系统,2资源管理器 是提供总线系统组态和管理服务的VXI器件。一个资源管理器
17、必须是具有命令者能力的消息型器件，其逻辑地址为0，通常也提供0号槽服务。资源管理器按其组态能力可分为静态(SC-Static Configuration)资源管理器和动态(DC-Dynamic Configuration)资源管理器。SC资源管理器为系统提供6种组态服务功能，通常在系统上电时执行:(1)识别系统中所有的VXI总线器件(2)管理系统自测试和诊断序列(3)配置系统的A24和A32地址空间,第五节 VXI测试系统,(4)配置系统的命令者/从者层级(5)分配VME总线的IRQ线(6)启动正常系统操作,第五节 VXI测试系统,推荐了几种典型的用户测试系统的构成形式。图3-19 典型的VX
18、I总线测试系统结构,二、VXI系统的典型结构,第五节 VXI测试系统,三、VXI系统的控制计算机及接口需要测试控制计算机来运行用户测试应用程序、控制系统的总线操作、测试操作和数据处理。测试控制计算机可分为内嵌式和外接式两种。1.内嵌式测试控制计算机 内嵌式测控计算机是按VXI总线规范设计的计算机模块，插入主机箱的个槽位的空间。对内嵌式测控控制器(计算机)的要求是：(1)与VME总线和高性能的VXI仪器总线相容；(2)支持VME周期操作和VXI总线字串行通信协议；(3)具有号槽服务和VXI总线系统资源管理能力；(4)还需提供通用计算机的能力。,第五节 VXI测试系统,2外接测试控制计算机接口 外
19、接一台通用计算机作为VXI系统的测试控制控制计算机是多数用户的选择。但通用计算机不能直接和VXI系统总线相连，因此必须设计专用的接口转换模块，如图3.20所示。通过设计这样的接口转换模块，计算机原则上可以使用任何通信或仪器总线实现与VXI总线的信息交换，如GPIB、RS232、USB、IEEE1394、LAN等。在目前VXI测试系统应用中，广泛采用的外计算机接口有以下几种：GPIB-VXI接口,VXI-MXI接口,1394-VXI接口,第五节 VXI测试系统,图 3-20 外接测试控制计算机与VXI系统的连接,其它模块式仪器总线,模块式仪器总线还有很多，CAMAC，“个人仪器”总线（AT/PCI/CPCI）等。近年影响重大，数PXI总线，PXI（PCI eXtension for Instrumentation）是PCI在仪器领域的扩展。它由PXI系统联盟在1997年制定，将CompactPCI规范定义的PCI总线技术发展成适合于试验、测量与数据采集场合应用的机械、电气和软件规范。PXI的目的是将通用PC的性价比优势应用到模块式仪器领域，形成一种高性价比的虚拟仪器测试平台。PXI的优势在于：模块体积更小，数据传输速率更高（总线最大带宽为132Mb/s），受惠PC市场价格更低。但PXI在电磁兼容性（EMC）、单机箱插槽数量、电源品种、电源功率、冷却能力等方面均不敌VXI总线。,
