第3章總線接口技術(shù)

1、虛擬儀器總線接口技術(shù)虛擬儀器總線接口技術(shù)第第3 3章章 虛擬儀器總線接口技術(shù)虛擬儀器總線接口技術(shù) 教學(xué)內(nèi)容3.1 GPIB總線總線3.2 VXI總線總線 InstrumentDriver3.1 GPIB總線 （General Purpose Interface Bus，GPIB）n是國際通用的儀器接口標(biāo)準(zhǔn)，是國際通用的儀器接口標(biāo)準(zhǔn)，是專門為儀是專門為儀器控制應(yīng)用而設(shè)計的。這套接口系統(tǒng)最初器控制應(yīng)用而設(shè)計的。這套接口系統(tǒng)最初由美國由美國HP公司提出，后被美國電氣與電子公司提出，后被美國電氣與電子工程師協(xié)會工程師協(xié)會(IEEE)和國際電工委員會和國際電工委員會(IEC)接受為程控儀器和自動測控系統(tǒng)

2、的標(biāo)準(zhǔn)接接受為程控儀器和自動測控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)接口，因此，也稱口，因此，也稱IEEE488接口或接口或IEC625接接口，目前的協(xié)議是口，目前的協(xié)議是488.2。GPIB發(fā)展HP 設(shè)計 HP-IB196519751987199019921993HP-IB成為IEEE488IEEE488.1-1987IEEE488.2SCPI被引入IEEE488NI提出HS488Standard Commands for Programmable Instruments修訂IEEE488.2示波器信號源AFG310主控機(jī)DUT示波器GPIBGPIB總線應(yīng)用描述3.1.1 GPIB的基本性能設(shè)備容量設(shè)備容量 設(shè)備容量

3、是指設(shè)備容量是指GPIB接口系統(tǒng)中儀器和計算機(jī)的總?cè)萘?，通?？蛇B接接口系統(tǒng)中儀器和計算機(jī)的總?cè)萘?，通常可連接的儀器數(shù)目最多為的儀器數(shù)目最多為15臺；臺；傳輸距離傳輸距離 互連電纜的傳輸路經(jīng)總長不超過互連電纜的傳輸路經(jīng)總長不超過20m，或者裝置數(shù)目與裝置之間距，或者裝置數(shù)目與裝置之間距離的乘積不超過離的乘積不超過20m；數(shù)傳速度數(shù)傳速度 最高可達(dá)最高可達(dá)1Mbyte/s；地址容量地址容量 GPIB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用5個比特位的編碼來表示地址，地址容量為個比特位的編碼來表示地址，地址容量為31個；個；信息邏輯信息邏輯 總線上信息邏輯采用負(fù)邏輯，規(guī)定：低電平（總線上信息邏輯采用負(fù)邏輯，規(guī)定：低

4、電平（+0.8V）為邏輯）為邏輯“1” ，高電平（，高電平（+2.0V）為邏輯）為邏輯“0” ；數(shù)傳方式數(shù)傳方式 數(shù)據(jù)傳輸方式可以為：字節(jié)串行、位并行，雙向異步傳輸。數(shù)據(jù)傳輸方式可以為：字節(jié)串行、位并行，雙向異步傳輸。3.1.2 GPIB總線結(jié)構(gòu)nGPIB總線是一條總線是一條24芯的無源電纜線，其中芯的無源電纜線，其中16條為條為信號線，其余用作邏輯地或外屏蔽。信號線，其余用作邏輯地或外屏蔽。1. GPIB器件n采用采用GPIB總線互連的儀器、設(shè)備是多種多樣的，總線互連的儀器、設(shè)備是多種多樣的，它們有的很復(fù)雜，像計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)分析儀等，有的它們有的很復(fù)雜，像計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)分析儀等，有的很簡單，如開

5、關(guān)器、衰減器等。但從儀器系統(tǒng)組建很簡單，如開關(guān)器、衰減器等。但從儀器系統(tǒng)組建的角度出發(fā)，它們都是系統(tǒng)中的一個邏輯單元，僅的角度出發(fā)，它們都是系統(tǒng)中的一個邏輯單元，僅是測試功能不同而已；是測試功能不同而已；n為了簡單和統(tǒng)一起見，把這些復(fù)雜程度和功能能力為了簡單和統(tǒng)一起見，把這些復(fù)雜程度和功能能力不同的、執(zhí)行不同的、執(zhí)行IEEE488.2協(xié)議的各種設(shè)備統(tǒng)稱為協(xié)議的各種設(shè)備統(tǒng)稱為“GPIB器件器件”；n簡單的說，凡配備了簡單的說，凡配備了GPIB接口的獨(dú)立裝置統(tǒng)稱為接口的獨(dú)立裝置統(tǒng)稱為器件器件。器件職能n在在GPIB系統(tǒng)中，不同的器件承擔(dān)著不同的任務(wù)，系統(tǒng)中，不同的器件承擔(dān)著不同的任務(wù)，行使不同的職

6、能，這些職能可歸納為控者職能、行使不同的職能，這些職能可歸納為控者職能、講者職能和聽者職能。講者職能和聽者職能?？卣呗毮芸卣呗毮?控者是對系統(tǒng)進(jìn)行控制的設(shè)備，具有控制整控者是對系統(tǒng)進(jìn)行控制的設(shè)備，具有控制整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的能力；個系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的能力；講者職能講者職能 講者是通過接口發(fā)送各種數(shù)據(jù)和信息的設(shè)備；講者是通過接口發(fā)送各種數(shù)據(jù)和信息的設(shè)備；聽者職能聽者職能 聽者是能夠通過接口接收數(shù)據(jù)的儀器設(shè)備。聽者是能夠通過接口接收數(shù)據(jù)的儀器設(shè)備。2. GPIB總線描述引腳分布n16條信號線按功能分為：條信號線按功能分為： 8根雙向根雙向8位數(shù)據(jù)線位數(shù)據(jù)線 3根數(shù)據(jù)掛鉤聯(lián)絡(luò)線根數(shù)據(jù)掛鉤聯(lián)絡(luò)線 5根接口管

7、理控制線根接口管理控制線n引腳分配對應(yīng)關(guān)系：引腳分配對應(yīng)關(guān)系： 10 : SRQ11 : ATN12 : 機(jī)殼地機(jī)殼地1316: DIO5DIO817 : REN1824: 地地14：DIO1DIO4 5 : EOI 6 : DAV 7 : NRFD 8 : NDAC 9 : IFC3.三線掛鉤原理n系統(tǒng)內(nèi)部每傳送一個字節(jié)信息都有一次三線聯(lián)絡(luò)的系統(tǒng)內(nèi)部每傳送一個字節(jié)信息都有一次三線聯(lián)絡(luò)的過程，其時序如圖。過程，其時序如圖。 第一字節(jié) DIO18 DA V NRFD NDAC 4. 總線電纜及電纜接頭n總線為總線為24芯電纜芯電纜: 16條信號線條信號線 ，8根地址線根地址線 ， 24芯簧片插頭

8、座。芯簧片插頭座。5. 程控儀器的地址n要實現(xiàn)程控，系統(tǒng)中每一臺儀器都必須有一要實現(xiàn)程控，系統(tǒng)中每一臺儀器都必須有一個個地址地址，控者可以通過尋址方法指令誰為講，控者可以通過尋址方法指令誰為講者，誰為聽者；者，誰為聽者；n一臺程控儀器可以被分配一個或多個一臺程控儀器可以被分配一個或多個聽地址聽地址，當(dāng)控者呼喚到該儀器的某個聽地址時，儀器當(dāng)控者呼喚到該儀器的某個聽地址時，儀器就被受命為聽者；就被受命為聽者；n儀器還可以分配一個或多個儀器還可以分配一個或多個講地址講地址，當(dāng)控者，當(dāng)控者尋址到該講地址時，儀器就被受命為講者。尋址到該講地址時，儀器就被受命為講者。地址碼的規(guī)定nGPIB接口系統(tǒng)中尋址是

9、用接口系統(tǒng)中尋址是用DIO7DIO1進(jìn)行的。進(jìn)行的。其中其中 DIO7，DIO6表示哪種類型地址，表示哪種類型地址，DIO5DIO1則則可組成可組成31個器件講地址，個器件講地址，31個聽地址和個聽地址和31個副地址（個副地址（11111除外除外）。副地址跟在講地址和聽地址后面構(gòu)成擴(kuò)）。副地址跟在講地址和聽地址后面構(gòu)成擴(kuò)展地址，不能單獨(dú)使用。展地址，不能單獨(dú)使用。3.1.3 GPIB接口功能聽功能聽功能(L)： 接收信號、數(shù)據(jù)；接收信號、數(shù)據(jù)；講功能講功能(T)： 發(fā)送信號、數(shù)據(jù)；發(fā)送信號、數(shù)據(jù)；控功能控功能(C)： 通過微處理器發(fā)布各種命令；通過微處理器發(fā)布各種命令；源握手功能源握手功能(S

10、H)： 為講功能和控功能服務(wù)；為講功能和控功能服務(wù)；受握手功能受握手功能(AH)： 為聽功能服務(wù)；為聽功能服務(wù)；服務(wù)請求功能服務(wù)請求功能(SR)：量程溢出、震蕩器停止等意外故障發(fā)：量程溢出、震蕩器停止等意外故障發(fā)生時，主動向控者提出請求，以進(jìn)行相應(yīng)處理；生時，主動向控者提出請求，以進(jìn)行相應(yīng)處理；并行點(diǎn)名功能并行點(diǎn)名功能(PP)： 快速查詢請求服務(wù)裝置，速度快；快速查詢請求服務(wù)裝置，速度快；遠(yuǎn)地遠(yuǎn)地/本地功能本地功能(RL)：選擇遠(yuǎn)地或本地工作方式；：選擇遠(yuǎn)地或本地工作方式；器件觸發(fā)功能器件觸發(fā)功能(DT)：產(chǎn)生一個內(nèi)部觸發(fā)信號，以啟動有關(guān)：產(chǎn)生一個內(nèi)部觸發(fā)信號，以啟動有關(guān)儀器功能進(jìn)行工作；儀器

11、功能進(jìn)行工作；器件清除功能器件清除功能(DC)：產(chǎn)生一個內(nèi)部清除信號，使某儀器功：產(chǎn)生一個內(nèi)部清除信號，使某儀器功能回到初始狀態(tài)。能回到初始狀態(tài)。3.1.4 GPIB接口電路設(shè)計PC總線BDIRBUSBUFBUSBUFBDIRBUSBUFDBABCB接口功能GPIB總線收發(fā)器GPIBGPIB總線收發(fā)器DIO管理線掛鉤線管理線掛鉤線DIO地址開關(guān)譯碼器控制邏輯中斷邏輯DMA邏輯接口功能集成ICn專用集成電路：專用集成電路：nuPD7210nMC68488nTMS9914nINTEL8291/8292/8293nNAT9914n以以Intel公司的公司的8291A聽聽/講接口芯片、講接口芯片、82

12、92控者芯片、控者芯片、8293總線收發(fā)器芯片為例介紹?？偩€收發(fā)器芯片為例介紹。8291A8291A是一種將是一種將微處理器接至微處理器接至GPIBGPIB標(biāo)準(zhǔn)總線的標(biāo)準(zhǔn)總線的器件。它可以完器件。它可以完成成GPIBGPIB標(biāo)準(zhǔn)中除標(biāo)準(zhǔn)中除控者之外的控者之外的9 9種種接口功能。除此接口功能。除此之外，還具有自之外，還具有自動三線掛鉤聯(lián)絡(luò)、動三線掛鉤聯(lián)絡(luò)、自動管理接口尋自動管理接口尋址等能力。址等能力。（1）8291A接口芯片 T/R1 T/R2 CLOCK RESET TRIG DREQ DACK CS RD W R INT D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Vss DIO3

13、DIO2 DIO1 SRQ ATN REN IFC RS2 RS1 RS0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 8291A Vcc EOI NDAC NRFD DAV DIO8 DIO7 DIO6 DIO5 DIO4 8291A管腳T/R1：控制數(shù)據(jù)傳送方向，：控制數(shù)據(jù)傳送方向，當(dāng)當(dāng)T/R1為真，為真，DIO1DIO8以及以及DAV為發(fā)送方向；為發(fā)送方向；T/R2為真，為真，EOI的作用方向的作用方向為輸出；為

14、輸出；RS0RS2:寄存器選擇；寄存器選擇；TRIG：響應(yīng)：響應(yīng)GPIB群觸發(fā)命群觸發(fā)命令的專用輸出線，平常為低令的專用輸出線，平常為低電平，當(dāng)響應(yīng)電平，當(dāng)響應(yīng)GPIB群觸發(fā)群觸發(fā)命令時，輸出命令時，輸出1個寬度為個寬度為1us的觸發(fā)脈沖。的觸發(fā)脈沖。8291A功能寄存器8291A內(nèi)部設(shè)置了內(nèi)部設(shè)置了16個功能寄存器，個功能寄存器，8個為讀，個為讀，8個為寫。個為寫。只讀寄存器只讀寄存器 只寫寄存器只寫寄存器數(shù)據(jù)輸入寄存器數(shù)據(jù)輸入寄存器 數(shù)據(jù)輸出寄存器數(shù)據(jù)輸出寄存器中斷狀態(tài)寄存器中斷狀態(tài)寄存器1 中斷允許寄存器中斷允許寄存器1中斷狀態(tài)寄存器中斷狀態(tài)寄存器2 中斷允許寄存器中斷允許寄存器1串行點(diǎn)

15、名狀態(tài)寄存器串行點(diǎn)名狀態(tài)寄存器 串行點(diǎn)名模式寄存器串行點(diǎn)名模式寄存器地址狀態(tài)寄存器地址狀態(tài)寄存器 地址方式寄存器地址方式寄存器命令傳送寄存器命令傳送寄存器 輔助模式寄存器輔助模式寄存器地址狀態(tài)寄存器地址狀態(tài)寄存器1 地址設(shè)置寄存器地址設(shè)置寄存器地址狀態(tài)寄存器地址狀態(tài)寄存器2 結(jié)束符寄存器結(jié)束符寄存器/IFCL/IFCL:IFC:IFC接收；接收；SYNCSYNC: :指令周期的同步信號；指令周期的同步信號；/ATNI/ATNI: :監(jiān)視監(jiān)視GPIBGPIB的的ATNATN線；線；SYCSYC: :系統(tǒng)控者監(jiān)視系統(tǒng)控者開關(guān)；系統(tǒng)控者監(jiān)視系統(tǒng)控者開關(guān)；/CLTH/CLTH: :清除鎖存器輸出；清除

16、鎖存器輸出；/ATNO/ATNO:ATN:ATN輸出；輸出；/CIC/CIC:SRQ:SRQ收發(fā)器的收發(fā)器的S/RS/R輸入控制，還輸入控制，還表示是表示是GPIBGPIB總線的責(zé)任控者?？偩€的責(zé)任控者。TCITCI: :任務(wù)完成中斷；任務(wù)完成中斷；SPISPI: :特殊中斷；特殊中斷；/OBFI/OBFI：輸出緩沖器滿；：輸出緩沖器滿；/IBFI/IBFI: :輸入緩沖器不滿；輸入緩沖器不滿；COUNTCOUNT: :計數(shù)輸入；計數(shù)輸入； IFCL X1 X2 RESET Vcc CS GND RD A0 WR SYNC D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Vss Vcc COU

17、NT REN DAV IBFI OBFI EOI SPI TCI CIC NC ATNO NC CLTH Vcc NC SYC IFC ATNI SRQ 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 40 39 38 37 36 35 34 83 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 8292 8292控者接口芯片 T/R1 T/R2 EOI ATN DATA1 DATA2 DATA3 DATA4 DATA5 DATA6 DATA7 BUS1 BUS2 GND Vcc OPTA OPTB DATA10 D

18、ATA9 DATA8 BUS9 BUS8 GND BUS7 BUS6 BUS5 BUS4 BUS3 8293 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 8293總線收/發(fā)器T/R1:控制控制DIO1DIO8、DAV等的方等的方向；向；T/R2:控制控制EOI的方向；的方向；DATA1DATA10:由模式選擇線編程由模式選擇線編程；BUS1BUS9:GPIB收發(fā)線，可選擇收發(fā)線，可選擇不同模式；不同模式；OPTA,OPTB:模式選擇線。模式選擇線。模式模式0，講者，講者/聽者接口控制線聽者

19、接口控制線模式模式1，講者，講者/聽者接口數(shù)據(jù)線聽者接口數(shù)據(jù)線模式模式2，講者，講者/聽者聽者/控者接口控制線控者接口控制線模式模式3，講者，講者/聽者聽者/控者接口數(shù)據(jù)線控者接口數(shù)據(jù)線講者/聽者接口框圖 OPTA OPTB OPTA OPTB 8293 8293 MODE0 MODE1 Vcc 18 12 9 9 7 GPIB總線 8291 19 到 微 處 理 器 DIO1 DIO8 DA V EOI A TN NDAC NRFD SRQ REN IFC 講者講者/聽者聽者接口框圖接口框圖由8291A和8293組成的講者/聽者接口邏輯 /EOI /ATN T/R1 T/R2 /NDAC /

20、NRFD /SRQ /REN /IFC EOI ATN NDAC NRFD SRQ REN IFC OPTA OPTB RS0 RS2 /CS /RD /WR INT CLK RSET DREQ /DACK TRIG D0 D7 /DIO1 /DIO8 /DAV T/R1 /ATN /EOI T/R2 /NDAC /NRFD /SRQ /REN /IFC /DIO1 /DIO8 /DAV T/R1 /ATN /EOI DAV OPTA OPTB DIO1 DIO8 Vcc GND GND GND 21 22 19 15 13 12 27 26 19 15 18 17 16 13 12 27 2

21、6 25 23 10 5 24 1 4 3 3 4 1 2 10 9 8 6 5 28 35 36 1 26 39 2 38 37 27 25 24 12 19 21 22 23 8 9 10 11 3 4 6 7 5 8291 8293 8293 GPIB 到 微 處 理 器 講者/聽者/控者接口框圖 OPTA OPTB OPTA OPTB Vcc Vcc 12 6 1 11 8291 8292 8293 8293 MODE3 MODE2 9 7 19 16 到 微 處 理 器 GPIB總線 GPIBGPIB控制控制器接口器接口圖中，圖中，8291負(fù)負(fù)責(zé)責(zé)GPIB的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)總線和握手總總線

22、和握手總線交換信息；線交換信息；8292則控制則控制GPIB管理線中管理線中的的4條條(IFC，ATN，REN，SRQ)，而余下，而余下的的EOI總線則由總線則由雙方分管。雙方分管。典型GPIB 系統(tǒng)3.1.5 GPIB儀器系統(tǒng) 設(shè)備 A 設(shè)備 B 設(shè)備 C 設(shè)備 B 設(shè)備 A 設(shè)備 C 設(shè)備 C GPIBGPIB設(shè)備的設(shè)備的串行連接串行連接GPIBGPIB設(shè)備的設(shè)備的星型連接星型連接GPIB儀器系統(tǒng)舉例n基于基于GPIB接口的壓控振蕩器測試系統(tǒng)接口的壓控振蕩器測試系統(tǒng) 壓控振蕩器壓控振蕩器(VCO)(VCO)是一種很重要的振蕩電路，廣泛地是一種很重要的振蕩電路，廣泛地應(yīng)用于信號檢測、直接調(diào)頻

23、、鎖相環(huán)路、頻率合成等電子應(yīng)用于信號檢測、直接調(diào)頻、鎖相環(huán)路、頻率合成等電子系統(tǒng)和頻譜分析儀等近代儀表中，是通信機(jī)、移動電話、系統(tǒng)和頻譜分析儀等近代儀表中，是通信機(jī)、移動電話、全球定位系統(tǒng)（全球定位系統(tǒng)（GPSGPS）、雷達(dá)等眾多電子應(yīng)用系統(tǒng)必不可）、雷達(dá)等眾多電子應(yīng)用系統(tǒng)必不可少的關(guān)鍵部件。少的關(guān)鍵部件。 壓控振蕩器是一種輸出頻率受外加電壓控制的振蕩壓控振蕩器是一種輸出頻率受外加電壓控制的振蕩器，其輸出頻率可表示如下器，其輸出頻率可表示如下： 式中式中A Avfvf為為VCOVCO的壓控靈敏度，的壓控靈敏度，V V為外加控制電壓為外加控制電壓. . 儀器系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) n壓控振蕩器儀器系統(tǒng)主要

24、完成對壓控振蕩器頻率參壓控振蕩器儀器系統(tǒng)主要完成對壓控振蕩器頻率參數(shù)的測量。據(jù)此，選擇頻率計、數(shù)的測量。據(jù)此，選擇頻率計、D/A變換器、繪圖變換器、繪圖儀和計算機(jī)一起組成壓控振蕩器儀器系統(tǒng)。儀和計算機(jī)一起組成壓控振蕩器儀器系統(tǒng)。 D/A變換器HP-59303A待測VCO頻率計數(shù)器HP-5345A計算機(jī)繪圖儀HP-9872CGPIB測試軟件流程圖 預(yù)置 U、F 范圍 開 始 初始化頻率計 預(yù)置圖幅尺寸、 刻度 輸出電壓 U+U 頻率測量 繪 圖 U=Umax? No Yes 結(jié) 束 n測試應(yīng)用軟件大致分為測試應(yīng)用軟件大致分為3 3部分：部分：n與與GPIBGPIB設(shè)備進(jìn)行通信設(shè)備進(jìn)行通信；n數(shù)據(jù)

25、采集與處理數(shù)據(jù)采集與處理；n對生成數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、對生成數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存貯和打印存貯和打印。VCO測試結(jié)果0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00控制電壓(V)9.0008.0007.0006.0005.0004.000VCO調(diào)諧特性頻率(MHz)3.2 VXI總線 nVXI(VMEbus eXtensions for Instrumentation)nVME(Versabus Module European)nVXI總線標(biāo)準(zhǔn)是在總線標(biāo)準(zhǔn)是在VME總線和總線和GPIB總線基礎(chǔ)上發(fā)展總線基礎(chǔ)上發(fā)展的一種新型儀器系統(tǒng)總線。的一種新型儀器系統(tǒng)總線。nVXI總線以其開放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、模

26、塊化的設(shè)計、緊總線以其開放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、模塊化的設(shè)計、緊湊的機(jī)械結(jié)構(gòu)、良好的電磁兼容性，以及可靠性高、湊的機(jī)械結(jié)構(gòu)、良好的電磁兼容性，以及可靠性高、小型便攜和靈活通信能力等一系列優(yōu)點(diǎn)滿足了工業(yè)小型便攜和靈活通信能力等一系列優(yōu)點(diǎn)滿足了工業(yè)領(lǐng)域需求，被公認(rèn)為領(lǐng)域需求，被公認(rèn)為21世紀(jì)儀器總線系統(tǒng)和自動測世紀(jì)儀器總線系統(tǒng)和自動測試系統(tǒng)的優(yōu)秀平臺。試系統(tǒng)的優(yōu)秀平臺。VXI uses standard technologybusVXI基于VME和GPIBMXIINST#1INST#2RAM各公司為儀器系統(tǒng)設(shè)計了：各公司為儀器系統(tǒng)設(shè)計了：獨(dú)立的機(jī)箱、獨(dú)立的電源、專門的儀器總線獨(dú)立的機(jī)箱、獨(dú)立的電源、專門的儀

27、器總線獨(dú)立總線的模塊式儀器系統(tǒng)3.2.1 VXI總線的技術(shù)優(yōu)勢1)模塊式結(jié)構(gòu)模塊式結(jié)構(gòu)； 2)高速數(shù)據(jù)吞吐量高速數(shù)據(jù)吞吐量； VXI總線底板數(shù)據(jù)傳輸速率理論上可達(dá)總線底板數(shù)據(jù)傳輸速率理論上可達(dá)40Mbyte/s；3)小型化小型化；4)可靠性高，可維護(hù)性好可靠性高，可維護(hù)性好；5)適應(yīng)性、靈活性強(qiáng)適應(yīng)性、靈活性強(qiáng)。 n在在VXI總線系統(tǒng)中，各種命令、數(shù)據(jù)、地址總線系統(tǒng)中，各種命令、數(shù)據(jù)、地址和其它消息都通過總線傳遞。和其它消息都通過總線傳遞。VXI總線系統(tǒng)總線系統(tǒng)的各種總線都印制在主機(jī)箱內(nèi)的多層底板上，的各種總線都印制在主機(jī)箱內(nèi)的多層底板上，通過通過P1/J1、 P2/J2、 P3/J3連接器與

28、各連接器與各模塊相連接。模塊相連接。nVXI總線是總線是VME總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，所總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，所以以VXI總線實際上是在總線實際上是在VME總線的基礎(chǔ)上擴(kuò)總線的基礎(chǔ)上擴(kuò)展了一些適應(yīng)儀器系統(tǒng)所需要的總線而構(gòu)成展了一些適應(yīng)儀器系統(tǒng)所需要的總線而構(gòu)成的。的。3.2.2 VXI總線的信號線VXI總線定義的信號線分類nVME計算機(jī)總線計算機(jī)總線n時鐘和同步總線時鐘和同步總線n模塊識別總線模塊識別總線n觸發(fā)總線觸發(fā)總線n模擬相加總線模擬相加總線n局部總線局部總線n電源線電源線 中間行附加的功能： VME32 位數(shù)據(jù)和 4GB 地址 外圍兩行附加的功能： TTL&ECL 觸發(fā)線 10M

29、Hz 時鐘線 12Pin 本地線 模擬相加線 模塊識別線 電源分配線 P1 VME 計算機(jī)總線 16 位數(shù)據(jù)傳輸線 16MB 地址 仲裁線 優(yōu)先中斷線 公用線 P2 P2 P3 提供更高的功能： 100MHz 時鐘與同步線 ECL 星型線 ECL 觸發(fā)線 24Pin 本地線 電源分配線 1) VME計算機(jī)總線nVMEVME計算機(jī)總線包含了數(shù)據(jù)傳輸總線、仲裁總線、優(yōu)計算機(jī)總線包含了數(shù)據(jù)傳輸總線、仲裁總線、優(yōu)先級中斷線和公用總線，這些總線都安排在先級中斷線和公用總線，這些總線都安排在P1P1連接連接器和器和P2P2連接器的中間一行引腳上。主要有：連接器的中間一行引腳上。主要有：數(shù)據(jù)傳輸總線（數(shù)據(jù)傳

30、輸總線（DTBDTB）: : DTBDTB由總線主模塊控制，用于主、從模塊由總線主模塊控制，用于主、從模塊之間傳遞數(shù)據(jù)和狀態(tài)之間傳遞數(shù)據(jù)和狀態(tài)/ /識別信息。分為尋址線、數(shù)據(jù)線和控制線；識別信息。分為尋址線、數(shù)據(jù)線和控制線；DTBDTB仲裁總線仲裁總線: :VMEVME總線支持多處理器的分布式系統(tǒng)。仲裁總線用總線支持多處理器的分布式系統(tǒng)。仲裁總線用來解決多個主模塊爭奪來解決多個主模塊爭奪DTBDTB總線使用權(quán)的問題，防止總線沖突；總線使用權(quán)的問題，防止總線沖突；優(yōu)先中斷總線優(yōu)先中斷總線: : 供供VMEVME總線系統(tǒng)的中斷器（總線系統(tǒng)的中斷器（InterrupterInterrupter）和中

31、斷）和中斷處理器之間進(jìn)行中斷請求和中斷認(rèn)可使用；處理器之間進(jìn)行中斷請求和中斷認(rèn)可使用；公用總線公用總線: :為系統(tǒng)提供時鐘、系統(tǒng)初始化及故障檢測等功能。為系統(tǒng)提供時鐘、系統(tǒng)初始化及故障檢測等功能。 2) VXI增加的信號線 n為適應(yīng)高速、高性能儀器組件模塊的需要，為適應(yīng)高速、高性能儀器組件模塊的需要，VXIVXI在保留在保留VMEVME系統(tǒng)總線的基礎(chǔ)上，新定義了一些面向儀器應(yīng)用的信號線。系統(tǒng)總線的基礎(chǔ)上，新定義了一些面向儀器應(yīng)用的信號線。這些新定義的信號線位于這些新定義的信號線位于P2P2和和P3P3連接器上，包括：連接器上，包括：* *模塊識別線：模塊識別線：檢測特定位置上的模塊的是否存在；

32、檢測特定位置上的模塊的是否存在； * *時鐘和同步線：時鐘和同步線：CLK10CLK10和和CLK100CLK100、SYN100SYN100；* *儀器觸發(fā)線：儀器觸發(fā)線：TTLTTL、ECLECL和和STARXSTARX和和STARYSTARY星形觸發(fā)線；星形觸發(fā)線； * *模擬相加線：模擬相加線：SUMBUSSUMBUS是是VXIVXI背板上的模擬相加結(jié)點(diǎn)；背板上的模擬相加結(jié)點(diǎn)；* *局部總線：局部總線：用于兩者之間高速通信，用于兩者之間高速通信，LBUSLBUS數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)250Mbps250Mbps和和1 1GbpsGbps； * *電源線：電源線：+5+5V V，

33、12V12V是是VMEVME標(biāo)準(zhǔn)；標(biāo)準(zhǔn)； 24V24V是為模擬電路設(shè)計的，是為模擬電路設(shè)計的，- -5.2V5.2V，-2V-2V是為高速是為高速ECLECL電路設(shè)計的。電路設(shè)計的。VXI總線的電氣結(jié)構(gòu)示意圖3.2.3 VXI器件、模塊與主機(jī)箱1. VXI器件器件 器件器件是組成是組成VXI總線系統(tǒng)最基本的邏輯總線系統(tǒng)最基本的邏輯組件（或邏輯單元）。通常，一個器件占據(jù)組件（或邏輯單元）。通常，一個器件占據(jù)一塊一塊VXI模塊，但也允許在一個模塊上實現(xiàn)模塊，但也允許在一個模塊上實現(xiàn)多個器件和一個器件占據(jù)多個模塊。多個器件和一個器件占據(jù)多個模塊。 在一個在一個VXIVXI系統(tǒng)中，最多可有系統(tǒng)中，最多

34、可有256256個器件，個器件，每個器件都有一個唯一的邏輯地址，邏輯地每個器件都有一個唯一的邏輯地址，邏輯地址的編號為址的編號為0 0255255。 器件分類n器件之間的基本操作是信息傳輸。器件之間的基本操作是信息傳輸。根據(jù)通信能力，根據(jù)通信能力，VXIVXI總線器件分為：總線器件分為： 寄存器基器件寄存器基器件 消息基器件消息基器件 存儲器器件存儲器器件 擴(kuò)展器件擴(kuò)展器件寄存器基器件n寄存器基器件寄存器基器件是具有最基本能力的是具有最基本能力的VXI總線器件，總線器件，這類器件的特點(diǎn)是器件的通信是通過對它的寄存器這類器件的特點(diǎn)是器件的通信是通過對它的寄存器進(jìn)行讀寫來實現(xiàn)的。如簡單的開關(guān)、數(shù)字

35、進(jìn)行讀寫來實現(xiàn)的。如簡單的開關(guān)、數(shù)字I/O和和A/D接口卡等接口卡等 ；特點(diǎn)特點(diǎn)：器件的通信通過對它的寄存器進(jìn)行讀、寫來實現(xiàn)；：器件的通信通過對它的寄存器進(jìn)行讀、寫來實現(xiàn)； 它是最簡單的器件，本身一般不具備智能，不能控制它是最簡單的器件，本身一般不具備智能，不能控制其它器件，只能受其它器件或系統(tǒng)控制；其它器件，只能受其它器件或系統(tǒng)控制； 硬件電路簡便，易于實現(xiàn)，速度快，節(jié)省指令譯碼時硬件電路簡便，易于實現(xiàn)，速度快，節(jié)省指令譯碼時間，在速度要求較高的情況下特別有用。間，在速度要求較高的情況下特別有用。消息基器件 n消息基器件消息基器件不但具有配置寄存器，同時還具有通信不但具有配置寄存器，同時還具

36、有通信寄存器來支持復(fù)雜的通信協(xié)議。這種器件一般都是寄存器來支持復(fù)雜的通信協(xié)議。這種器件一般都是具有本地智能的較復(fù)雜器件，如計算機(jī)、資源管理具有本地智能的較復(fù)雜器件，如計算機(jī)、資源管理器、各類有本地智能的測試儀器、器、各類有本地智能的測試儀器、GPIB-VXI接口接口等。等。 n特點(diǎn)特點(diǎn)：具有本地智能，可以控制其它器件，也可以被其它具有本地智能，可以控制其它器件，也可以被其它器件控制；器件控制； 能夠接受和處理復(fù)雜命令，支持字串行協(xié)議；能夠接受和處理復(fù)雜命令，支持字串行協(xié)議；需對指令進(jìn)行譯碼，因此降低了速度。需對指令進(jìn)行譯碼，因此降低了速度。存儲器器件n存儲器器件存儲器器件靠寄存器的讀、寫進(jìn)行通

37、信，除靠寄存器的讀、寫進(jìn)行通信，除配置寄存器外，還具有特征寄存器，沒有通配置寄存器外，還具有特征寄存器，沒有通信寄存器，本身是存儲器。信寄存器，本身是存儲器。n特點(diǎn)特點(diǎn)：一般由其它器件使用，不能控制其它器件；一般由其它器件使用，不能控制其它器件；該器件的其它可尋址寄存器是器件工作時使該器件的其它可尋址寄存器是器件工作時使 用的存儲單元；用的存儲單元；具有存儲器的某些特性，具有一定的存取時間。具有存儲器的某些特性，具有一定的存取時間。擴(kuò)展器件擴(kuò)展器件n擴(kuò)展器件擴(kuò)展器件是為是為VXI未來發(fā)展而定義的，它允許將未來發(fā)展而定義的，它允許將來設(shè)計更新種類的器件，支持更高級的通信協(xié)議。來設(shè)計更新種類的器件

38、，支持更高級的通信協(xié)議。這四種器件在這四種器件在VXIVXI系統(tǒng)中擔(dān)當(dāng)?shù)慕巧捌骷g的系統(tǒng)中擔(dān)當(dāng)?shù)慕巧捌骷g的通信是基于一種器件分層關(guān)系進(jìn)行的，即相互通通信是基于一種器件分層關(guān)系進(jìn)行的，即相互通信的器件一個稱為信的器件一個稱為命令者命令者，一個稱為，一個稱為從者從者，命令，命令者是消息基器件，能控制一個或幾個其它器件，者是消息基器件，能控制一個或幾個其它器件，被控器件就是該命令者的從者。被控器件就是該命令者的從者。2. VXI模塊 A 型 100160 B 型 233160 C 型 233340 D 型 367340 P1 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P3 nVXI總線系統(tǒng)的最小

39、物理單元是組建模塊，它由帶電子元總線系統(tǒng)的最小物理單元是組建模塊，它由帶電子元器件和連接器的組件板、前面板和任選的屏蔽殼組成。器件和連接器的組件板、前面板和任選的屏蔽殼組成。VXIVXI系統(tǒng)的每個模塊都要符合一定的尺寸，且插入主機(jī)箱系統(tǒng)的每個模塊都要符合一定的尺寸，且插入主機(jī)箱并接牢連接器才能工作。并接牢連接器才能工作。n規(guī)定的模塊尺寸共有有規(guī)定的模塊尺寸共有有A，B，C，D四種規(guī)格四種規(guī)格。VXI總線連接 中間行附加的功能： VME32 位數(shù)據(jù)和 4GB 地址 外圍兩行附加的功能： TTL&ECL 觸發(fā)線 10MHz 時鐘線 12Pin 本地線 模擬相加線 模塊識別線 電源分配線 P

40、1 VME 計算機(jī)總線 16 位數(shù)據(jù)傳輸線 16MB 地址 仲裁線 優(yōu)先中斷線 公用線 P2 P2 P3 提供更高的功能： 100MHz 時鐘與同步線 ECL 星型線 ECL 觸發(fā)線 24Pin 本地線 電源分配線 典型VXI模塊各種尺寸模塊的使用比率各種尺寸模塊的使用比率3. VXI主機(jī)箱busVXI or VME背板未屏蔽C尺寸模塊雙寬度帶屏蔽的D尺寸模塊電源冷確系統(tǒng)VXI主機(jī)箱nVXI主機(jī)箱為保證各模塊恰當(dāng)?shù)剡B接到底板主機(jī)箱為保證各模塊恰當(dāng)?shù)剡B接到底板而設(shè)。而設(shè)。n底板的構(gòu)成底板的構(gòu)成 它是一塊印制電路板，它是一塊印制電路板， 13個插槽（個插槽（012），），其上還有：其上還有：nP1

41、、P2、P3三個三個96腳腳J型連接器和信號通路型連接器和信號通路n冷卻、通風(fēng)設(shè)備冷卻、通風(fēng)設(shè)備n電源電源n每個連接器分成每個連接器分成A、B、C三行三行 的歐式結(jié)構(gòu)，每行的歐式結(jié)構(gòu)，每行32個引腳。個引腳。nP1是各種模塊必須的，是各種模塊必須的，P2、P3可選?？蛇x。VXIbus 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計算計算機(jī)機(jī)被測對象被測對象（UUTUUT）零槽零槽模塊模塊總線總線TUATUA標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)接口接口模塊模塊1 1模塊模塊2 2模塊模塊N NVXIVXI機(jī)箱機(jī)箱VXIVXI總線總線3.2.4 VXI總線的通信協(xié)議 字串行協(xié)議：字串行協(xié)議：是串行地從一個固定地址向另一個固定是串行地從一個固定地址向另一個固定地

42、址傳送數(shù)據(jù)的通信協(xié)議，它是基于全雙工地址傳送數(shù)據(jù)的通信協(xié)議，它是基于全雙工UART的一種通用方式，每個操作都用雙向數(shù)據(jù)寄存器和的一種通用方式，每個操作都用雙向數(shù)據(jù)寄存器和一個響應(yīng)寄存器來實現(xiàn)；一個響應(yīng)寄存器來實現(xiàn)；字串行通信有三種形式：字串行通信有三種形式：字串行、長字串行和擴(kuò)展字串行、長字串行和擴(kuò)展長字串行，數(shù)據(jù)寬度分別為長字串行，數(shù)據(jù)寬度分別為1616位、位、3232位和位和6464位；位；字節(jié)傳送協(xié)議：字節(jié)傳送協(xié)議：字節(jié)傳送協(xié)議是命令者和從者之間字節(jié)傳送協(xié)議是命令者和從者之間傳輸傳輸8位數(shù)據(jù)，借助位數(shù)據(jù)，借助“字節(jié)有效字節(jié)有效”和和“字節(jié)請求字節(jié)請求”兩個字串行命令完成。兩個字串行命令完成。3.2.5 VXI總線的系統(tǒng)資源n系統(tǒng)共用資源包括系統(tǒng)共用資源包括 0號槽服務(wù)器件：號槽服務(wù)器件：在物理連接層向系統(tǒng)提在物理連接層向系統(tǒng)提 供公用資源供公用資源; ; 資源管理器：資源管理器： 為為系統(tǒng)提供邏輯組態(tài)和管系統(tǒng)提供邏輯組態(tài)和管 理服務(wù)理服務(wù). . 0號槽服務(wù)器件（1）系統(tǒng)時鐘功能模塊，提供）系統(tǒng)時鐘功能模塊，提供VXI總線的總線的SYSCLK （16MHz）、）、CLK10、CLK100和和SYN100時鐘和時鐘和同步信號；同步信號；（2）STAR