VXI总线系统基础概述

VXI总线系统基础09051001刘洪德靳五强黄恒提纲•VXI总线系统的背景–VME总线技术规范与机械特性•VXI总线系统的特点•VXI总线系统的机械结构•VXI总线系统的电器结构•VXI总线所用器件•VXI总线的通信•文献VXI总线的背景•基础架构：ＶＭＥ总线IEEE1014-1987总线规范•发展：–增加2个板卡尺寸–扩展1个P3连接器•初步奠基：1987年VME总线•摩托罗拉公司推出，受广泛支持，开发性好•四种技术规范：–IEEE1014-1987（VXI基础）–VM64–VME64X–VME320•模块尺寸–3U–6U•异步通信：数据传输与时钟不同步•兼容性好，32位为主，兼容8、16、64•集中式仲裁，设计相对简单（相对于分布式仲裁）集中式：1个仲裁器，所有输入通过一次仲裁输出分布式：通常有两级仲裁VXI总线特点•模块化卡式仪器示例•开放新：不同产品互换•EMC特性良好•便携•模块可重复利用•可靠性高典型模块VXI总线特点模块化卡式仪器示例开放新：不同产品互换EMC特性良好便携模块可重复利用可靠性高--1987年HP等五家主要美国仪器工业公司支持推广--基于IEEE1014-1987VXI总线特点模块化卡式仪器示例开放新：不同产品互换EMC特性良好便携模块可重复利用可靠性高--屏蔽模块--电磁兼容性（EMC）：不对工作境中其他设备产生无法忍的电磁干扰VXI总线特点模块化卡式仪器示例开放新：不同产品互换EMC特性良好便携模块可重复利用可靠性高--板卡式--多模块插槽即插即用机械结构•定义A、B、C、D四种模块•高性能：C、D•模块间距增大：机箱屏蔽•插槽式示例VXI总线连接器•P1连接器•P2连接器•P3连接器中间行附加的功能：VME32位数据和4GB地址外围两行附加的功能：TTL&ECL触发线10MHz时钟线12Pin本地线模拟相加线模块识别线电源分配线P1VME计算机总线16位数据传输线16MB地址仲裁线优先中断线公用线P2P2P3提供更高的功能：100MHz时钟与同步线ECL星型线ECL触发线24Pin本地线电源分配线--A、B、C三行每行32个引脚--P1-3各96个引脚电气结构子总线：•VME计算机总线•VXI时钟总线•VXI星形总线•VXI触发总线•VXI本地总线•模拟相加总线•VXI模拟识别总线•电源分配总线--P110MHzP210MHzP3时钟同步信号--星形仅存P3--触发用于模块内部通信--本地总线位于P2相邻模块通信--相加线位于P2--识别线识别插槽为什么模块（设备）电气结构VXI器件器件是组成VXI总线系统最基本的逻辑单元；通常，一个器件占据一块VXI模块，但也允许在一个模块上实现多个器件和一个器件占据多个模块；在一个VXI系统中，最多可有256个器件，每个器件都有一个唯一的逻辑地址，逻辑地址的编号为0~255。器件之间的基本操作是信息传输。根据其性质、特点和它所支持的通信规程，VXI总线器件分为:寄存器基器件消息基器件存储器器件扩展器件寄存器基器件是具有最基本能力的VXI总线器件，这类器件的特点是器件的通信是通过对它的寄存器进行读写来实现的。如简单的开关、数字I/O和A/D接口卡等；特点：器件的通信通过对它的寄存器进行读、写来实现；它是最简单的器件，本身一般不具备智能，不能控制其它器件，只能受其它器件或系统控制；硬件电路简便，易于实现，速度快，节省指令译码时间，在速度要求较高的情况下特别有用。消息基器件不但具有配置寄存器，同时还具有通信寄存器来支持复杂的通信协议。这种器件一般都是具有本地智能的较复杂器件，如计算机、资源管理器、各类有本地智能的测试仪器、GPIB-VXI接口等。特点：具有本地智能，可以控制其它器件，也可以被其它器件控制；能够接受和处理复杂命令，支持字串行协议；需对指令进行译码，因此降低了速度。•存储器器件靠寄存器的读、写进行通信，除配置寄存器外，还具有特征寄存器，没有通信寄存器，本身是存储器。•特点：一般由其它器件使用，不能控制其它器件；该器件的其它可寻址寄存器是器件工作时使用的存储单元；具有存储器的某些特性，具有一定的存取时间。扩展器件是为VXI未来发展而定义的，它允许将来设计更新种类的器件，支持更高级的通信协议。这四种器件在VXI系统中担当的角色及器件之间的通信是基于一种器件分层关系进行的，即相互通信的器件一个称为命令者，一个称为从者，命令者是消息基器件，能控制一个或几个其它器件，被控器件就是该命令者的从者。总线通信采用分层设计方法，整体功能分为多个功能层，同层同协议，层间接口传递信息4.4.3VXI总线通信协议（1）字串行协议：是串行地从一个固定地址向另一个固定地址传送数据的通信协议，它是基于全双工UART的一种通用方式，每个操作都用双向数据寄存器和一个响应寄存器来实现；字串行协议的数据传送过程是由命令者控制进行的，并由响应寄存器中的状态位来协调。只有当响应寄存器中WRDY位为1时，数据才能被写入到写数据寄存器中。当数据已放在写数据寄存器中时，WRDY位清0，直至数据被从者接收。只有当响应寄存器中RRDY位置1时，有效数据才能从读数据寄存器中读出。当数据已从读数据寄存器中读出时，RRDY位清0，直至从者将另一个数据放入读数据寄存器中。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。VXI总线通信协议（2）快速握手传输：字串行协议可以使用两种握手方式来传送数据，即正常传送方式和快速握手方式。正常传送方式是用从者响应寄存器的“RRDY”位和“WRDY”位来使数据同步传送，而快速握手方式则是用从者的DTACK（数据传送认可）和BERR（总线错误）信号线来保证适当的同步。（3）字节传送协议字节传送协议是命令者和从者之间进行8位数据传输的协议，借助“字节有效”和“字节请求”两个字串行命令完成。1）字节有效命令-命令者利用“字节有效”命令向从者发送一个字节的数据D15~D9为命令标识，内容固定，D7~D0是命令者向从者发送的数据字节，D8用来传送END消息，为1时表示这次发送的字节是字节串的最后一个字节，为0说明还有字节要发送。2）字节请求命令-命令者可用“字节请求”命令从从者处取回一个字节数据“字节请求”命令是一个固定的16位命令，其编码为DEEFH。从者在其数据低寄存器返回一个数据字节：参考文献•[1]杨锁昌，孟晨，魏保华.触发总线及编程控制[J].工业仪表与自动化装置.2002年第二期•[2]杨玉梁，方芳.DistributedandcentalArbiter[J].江南计算技术研究所学报.2001.06•[3]孔德仁.仪表总线技术与应用[M].国防工业出版社.2010.5