第4章-PXI总线技术.ppt

第4章PXI总线技术教学内容PXI体系结构简介机械结构电气规范软件框架和规范PXI总线PXI（PCIeXtensionsforInstrumentation）是PCI（PeripheralComponentInterconnect）在仪器领域的扩展，是与VXI总线并行的另一种模块式仪器总线标准。它由PXI系统联盟在1997年制定，将CompactPCI（坚固PCI）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，从而产生了新的虚拟仪器体系结构。支持32位、64位数据传输，传输率可达132MB/S或528MB/S，欧卡机械封装和高性能连接器，体积小，实现了VISA（虚拟仪器软件框架）PXI总线规范规范名称版本日期PXI总线硬件规范2.22004.9.22PXI总线软件规范2.12003.2.4PXI-3VISA1.42003.9.25PXI-4模块说明1.02003.9.25PXI的核心技术是CompactPCI工业计算机体系结构、MicrosoftWindows软件及VXI总线的定时和触发功能PXI优点：（融合PC技术、仪器技术、欧卡机械规范等）具备软件标准，缩短了系统开发时间系统工作寿命内的平均维护成本低廉符合工业环境应用的坚固设计方便系统升级的模块化设计更多的高性能I/O槽位10MHz的专用系统时钟总线型触发线槽间局部总线星状触发4.1PXI体系结构PXI总线规范涵盖了三大方面的内容：机械规范、电气规范和软件规范（图4.3）自顶向下的体系结构硬件规范PXI的机械结构与VXI相似，PXI规范定义了一个包括电源系统、冷却系统和安插模块槽位的一个标准机箱。PXI在机械结构方面与CPCI的要求基本上相同，采用Eurocard规范。PXI支持两种类型尺寸的模块：3U和6U。·3U尺寸的模块有两个连接器，J1用来连接32位的PCI信号，J2用来连接64位的PCI信号和PXI的新增信号。·6U尺寸的模块有5个连接器，除了J1和J2以外，J3、J4、J5的信号引脚用于将来的PXI扩展。4.1.1机械结构简介PXI模块的结构尺寸与连接器如图32位PCI总线64位PCI和PXI总线PXI保留PXI保留PXI保留64位PCI和PXI总线32位PCI总线100mm*160mm233.35mm*160mm2．与CompactPCI共享的PXI机械特性PXI总线提供了两条与CompactPCI标准兼容的途径。①高性能IEC连接器②Eurocard机械封装与模块尺寸3．新增电气封装规范（1）系统槽定位PXI定义系统槽位于总线段的左端，这种定义是CPCI规范中允许配置的一种。也定义了星状触发控制器插槽位置。（2）新增机械特性所有在PICMG2.0R2.1（CPCI规范）中定义的机械规范都适用于PXI系统，但是PXI包含了以下要求以简化系统的集成：·PXI规定模块所需求的强制冷却气流流向必须由模块底部向顶部流动；·PXI规范建议的环境测试包括对所有模块进行温度、湿度、振动和冲击试验；·PXI规范还规定了所有模块的工作温度和存储温度范围。（3）与CompactPCI的互操作性PXI的重要特性之一是维护了与标准CPCI产品的互操作性，可在PXI机箱中使用一个标准的CPCI模块，也可在CPCI机箱中使用PXI模块。CPCI和PXI都利用其具有的PCI局部总线来确保它们之间在电气和软件上的兼容性。4.1.2电气结构简介PXI总线的电气性能1．PCI总线特性PXI提供了与台式机PCI总线特性相同的性能。只是PXI系统可在每个33MHz的总线段上提供8个槽（1个系统槽和7个外设槽），在每个66MHz总线段提供5个槽（1个系统槽，4个外设槽）。但PCI分别只有5个和3个。此外，以下PCI特性都可平移到PXI总线上：33/66MHz总线时钟32~64位数据传输132MB/S到528MB/S峰值数据传输速率通过PCI-PCI桥进行扩展的能力可升级为3。3V系统支持即插即用2．系统参考时钟PXI系统通过J2连接器实现了10MHz的系统参考时钟，这个参考时钟与PCI总线时钟相互独立，并通过背板连接到所有的外设仪器槽，可以用来实现不同仪器模块之间的严格同步。3．触发总线PXI将ECL参考时钟改为TTL参考时钟，而且只定义了8根TTL触发线，不再定义ECL逻辑信号。4．局部总线PXI局部总线是每个仪器模块插槽与左右临槽相连的链状总线(菊花链状)。该局部总线具有13线的数据宽度，可用于在模块之间传递模拟信号，也可以进行高度边带通信而不影响PCI总线的带宽。5．星状触发器星状触发器为用户提供了一种高性能的同步特性。星状触发器在外设槽的第一槽（系统控制器槽右边）和其他外设仪器槽之间配置了专门的触发线，用户可以在第一槽安装星状触发控制器来实现外设模块之间精确的同步触发。6．利用PCI-PCI桥进行系统扩展PXI系统可利用PCI-PCI桥技术构成包括多个总线段的系统。一个桥接设备在每个总线段占用一个总线槽，因此一个具有两个总线段的33MHz的系统可提供13个外设模块。即2个总线段*8槽/段-1个系统控制器槽-2个PCI-PCI桥槽。类似地，一个三总线段可提供19个外设模块槽。4.1.3软件结构1．通用软件要求PXI规范中定义的软件系统包括了WindowsNT和Win32，系统的控制器必须支持目前的操作系统和将来的升级，这种要求的好处在于在PXI系统中可以使用目前流行的软件开发工具，诸如VisualC++、BorlandC++、VisualBasic、LabVIEW及LabWindows/CVI等。2．虚拟仪器软件要求PXI系统要求通过VSIA软件标准来定位、控制GPIB、VXI、串行和PXI的仪器模块，这项要求为最终用户减少了在软件上的投资费用。3．其他软件要求归纳起来，PXI用于测控、数据采集和工业控制的软件由4个主要部分组成：·系统管理软件；·应用程序；·仪器驱动程序；·I/O接口软件。4.2机械结构PXI系统除支持CPCI机械特性外，为更易于系统集成，另增加了一些其他特性，包括系统槽的位置、控制器的互操作性、PXI标志、环境测试、制冷、接地和电磁兼容EMI的指导方针。4.2.1CPCI机械特性3U6U4.2.2系统槽的位置和规则所有PXI系统均需要一个带底板的机箱和一个系统控制器PXI规定：系统控制槽定义在最左边的PXI插槽上，若控制器需要多个槽的宽度，可使用系统槽左边的插槽。每个PXI系统控制器模块必须在文档中清楚标明，控制器使用几个扩展槽，占用了几个其左边的系统扩展槽和几个外设模块插槽。也标明可供用户使用的槽4.2.3PXI商标和兼容性标志每个槽有唯一的标号，标号和兼容性标志在相同位置。系统槽标志为正三角形，外设标志为圆形星状触发模块和底板应标有旋转400的正方形标志，星状触发槽同时可支持标准外设模块，外设模块的标志与星状触发模块标志一起使用。一个机箱可拥有多个总线段，多个PCI总线段机箱底板采用总线段的分隔符将每个总线段分隔开。4.2.4环境测试PXI机箱、系统控制器和外设模块必须进行存储和使用温度范围测试，建议进行湿度、振动、冲击测试，PXI环境测试建议按IEC60068规范进行测试结果必须提供给用户，进行操作和存储温度试验结果也应提供。若生产商不是按IEC60068规范进行测试，其测试过程和方法应提供给用户。4.2.5制冷规范PXI模块在机箱中应有一个从底到顶的合适的气流通路。制造商应在产品文档标明模块正常使用功率。机箱设计时要考虑为每个模块提供制冷通路，说明书应注明机箱最大消耗功率和消耗功率最大的插槽的消耗功率，并在文档中注明具体的测试过程。4.2.66U机箱支持3U模块的特性6U机箱支持两个3U模块段，允许3U模块插到P1/P2或P4/P5位。4.2.7机箱和模块的接地需求和EMI指导方针机箱应提供一个大地和机箱间的低阻通路，有一个接地螺栓用来提供和机箱地直接相连的通路。PXI模块使用带金属护套的连接器，实现EMI/RFI的保护，金属护套应符合IEC1101.10规范，通过低阻通路与前面板相连。PXI模块尽量不要将电路板上的逻辑地与机箱地相连。4.3电气规范规定了PXI所有信号的电气要求和实现、PXI连接器和电源以及6U系统的电气要求。4.3.1PXI信号1、P1/J1信号所有PXI模块和PXI底板的P1/J1连接器上的信号应符合PICMG2.0R3.0规范(CPCI)。为了使系统控制模块可在PXI或CPCI系统中正确运行，控制器上BIOS须将它的中断路由表配置成允许A/D[25~31]到IDSEL映射方式。将底板PCI器件或第一个PCI段的PCI-PCI桥的IDSEL线连接到除A/D[25~31]以外的地址线。第一个PCI总线段的PCI底板器件、PCI-PCI桥和外设模块槽中，它们的IDSEL线必须和A/D[25~31]其中一根相连。将PCI底板器件、PCI-PCI桥和外设模块槽中的/INTA、/INTB、/INTC和/INTD引脚连接到系统槽的相应引脚上。2、P2/J2信号CPCI64位连接器信号规范PXI总线保留信号局部总线参考时钟PXI-CLK10触发总线星状触发线CPCI64位连接器信号规范系统槽：GND、V、A/D、C/BE、/DEG、/FAL、/PRST、/SYSEN、CLK、/GNT、REQ、GA、/SMB-ALERT、SMB-SCL、SMB-SDA、RSV等外设：GND、V、A/D、C/BE、GA底板：GND、V、A/D、C/BE、/DEG、/FAL、/PRST、/SYSEN、CLK、/GNT、REQ、GA、/SMB-ALERT、SMB-SCL、SMB-SDA、RSVPXI总线保留信号系统槽：PXI-BRSVA15、PXI-BRSVB4外设：PXI-BRSVA15、PXI-BRSVB4底板：PXI-BRSVA15、PXI-BRSVB4局部总线采用菊花链方式连接每个相邻外设模块的局部总线。共13根局部总线。用来在两个模块间传输模拟信号和进行高速数据传送，而不影响系统的带宽。系统控制器不使用局部总线，利用这些引脚提供总线仲裁和时钟使用。系统槽右边相信的槽利用这些局部总线左边信号作为星状触发线使用，最右边外设模块槽的局部总线右边信号可不用，也可作为机箱特殊应用。当用来连接相邻PXI总线段时，局部总线连接：ABIDSEL=AD31IDSEL=AD30IDSEL=AD30IDSEL=AD29IDSEL=AD29IDSEL=AD28IDSEL=AD28IDSEL=AD27IDSEL=AD27IDSEL=AD26IDSEL=AD26IDSEL=AD25共有7个外设插槽,其中一个被PCI-PCI桥占用.因此只有6个外设片选局部总线使用应遵守的规则：不能在局部总线上传输超过+/-42V的信号不能传输直流电流超过200mA的信号若需要通过局部总线连接附加模块，可允许外设模块将它的局部总线左半边连接到其右半边。须注意局部总线长度或特征阻抗是否违反其规范允许一个外设模块的局部总线与地相连若没有与地相连的一个外设模块的局部总线，处于高阻状态，至系统配置软件认为底板和其它外设模块局部总线是兼容的允许外设模块将局部总线信号上拉至一定电压，防止系统上电时处于不稳定状态外设模块在每条本地总线上的最大输入漏电流为100uA。外设模块：在每个总线段，PXI底板将每个槽A列的PXI-LBR[0~12]线连接到对应槽B列的PXI-LBL[0~12]，这两个槽应在同一总线段上若一个槽由于A/D[25~31]被底板的PCI设备或PCI-PCI桥用来作IDSEL使用，而没有局部总线，则其他槽的本地总线只能在相邻的两个槽间进行连接。系统槽中没有局部总线底板不能在局部总线信号上安装终端或缓冲器，各个本地信号都应可和相邻外设模块槽直接相连两个槽间的局部总线长度应小于76.2mm，各线间长度失配