VXI總線系統(tǒng)基礎(chǔ)概述解讀課件

VXI總線系統(tǒng)基礎(chǔ)09051001劉洪德靳五強(qiáng)黃恒VXI總線系統(tǒng)基礎(chǔ)090510011提綱VXI總線系統(tǒng)的背景VME總線技術(shù)規(guī)范與機(jī)械特性VXI總線系統(tǒng)的特點(diǎn)VXI總線系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)VXI總線系統(tǒng)的電器結(jié)構(gòu)VXI總線所用器件VXI總線的通信文獻(xiàn)提綱VXI總線系統(tǒng)的背景2VXI總線的背景基礎(chǔ)架構(gòu)：ＶＭＥ總線IEEE1014-1987總線規(guī)范發(fā)展：增加2個(gè)板卡尺寸擴(kuò)展1個(gè)P3連接器

初步奠基：1987年VXI總線的背景基礎(chǔ)架構(gòu)：ＶＭＥ總線3VME總線摩托羅拉公司推出，受廣泛支持，開發(fā)性好四種技術(shù)規(guī)范：IEEE1014-1987（VXI基礎(chǔ)）VM64VME64XVME320模塊尺寸3U6U異步通信：數(shù)據(jù)傳輸與時(shí)鐘不同步兼容性好，32位為主，兼容8、16、64集中式仲裁，設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單（相對(duì)于分布式仲裁）集中式：1個(gè)仲裁器，所有輸入通過一次仲裁輸出分布式：通常有兩級(jí)仲裁VME總線摩托羅拉公司推出，受廣泛支持，開發(fā)性好集中式：1個(gè)4VXI總線特點(diǎn)模塊化卡式儀器示例開放新：不同產(chǎn)品互換EMC特性良好便攜模塊可重復(fù)利用可靠性高VXI總線特點(diǎn)模塊化卡式儀器示例5典型模塊典型模塊6VXI總線特點(diǎn)模塊化卡式儀器示例開放新：不同產(chǎn)品互換EMC特性良好便攜模塊可重復(fù)利用可靠性高--1987年HP等五家主要美國(guó)儀器工業(yè)公司支持推廣--基于IEEE1014-1987VXI總線特點(diǎn)模塊化卡式儀器示例--1987年HP等五家主要VXI總線特點(diǎn)模塊化卡式儀器示例開放新：不同產(chǎn)品互換EMC特性良好便攜模塊可重復(fù)利用可靠性高--屏蔽模塊--電磁兼容性（EMC）：不對(duì)工作境中其他設(shè)備產(chǎn)生無(wú)法忍的電磁干擾VXI總線特點(diǎn)模塊化卡式儀器示例--屏蔽模塊VXI總線特點(diǎn)模塊化卡式儀器示例開放新：不同產(chǎn)品互換EMC特性良好便攜模塊可重復(fù)利用可靠性高--板卡式--多模塊插槽VXI總線特點(diǎn)模塊化卡式儀器示例--板卡式即插即用即插即用10VXI總線系統(tǒng)基礎(chǔ)概述解讀課件機(jī)械結(jié)構(gòu)定義A、B、C、D四種模塊高性能：C、D模塊間距增大：

機(jī)箱屏蔽插槽式示例機(jī)械結(jié)構(gòu)定義A、B、C、D四種模塊12VXI總線系統(tǒng)基礎(chǔ)概述解讀課件13VXI總線連接器P1連接器P2連接器P3連接器VXI總線連接器14--A、B、C三行每行32個(gè)引腳--P1-3各96個(gè)引腳--A、B、C三行15VXI總線系統(tǒng)基礎(chǔ)概述解讀課件16電氣結(jié)構(gòu)子總線：VME計(jì)算機(jī)總線VXI時(shí)鐘總線VXI星形總線VXI觸發(fā)總線VXI本地總線模擬相加總線VXI模擬識(shí)別總線電源分配總線--P110MHzP210MHzP3時(shí)鐘同步信號(hào)--星形僅存P3--觸發(fā)用于模塊內(nèi)部通信--本地總線位于P2相鄰模塊通信--相加線位于P2--識(shí)別線識(shí)別插槽為什么模塊（設(shè)備）電氣結(jié)構(gòu)子總線：--P110MHz17電氣結(jié)構(gòu)電氣結(jié)構(gòu)18VXI器件

器件是組成VXI總線系統(tǒng)最基本的邏輯單元；通常，一個(gè)器件占據(jù)一塊VXI模塊，但也允許在一個(gè)模塊上實(shí)現(xiàn)多個(gè)器件和一個(gè)器件占據(jù)多個(gè)模塊；在一個(gè)VXI系統(tǒng)中，最多可有256個(gè)器件，每個(gè)器件都有一個(gè)唯一的邏輯地址，邏輯地址的編號(hào)為0~255。

VXI器件19器件之間的基本操作是信息傳輸。根據(jù)其性質(zhì)、特點(diǎn)和它所支持的通信規(guī)程，VXI總線器件分為:

寄存器基器件消息基器件存儲(chǔ)器器件擴(kuò)展器件器件之間的基本操作是信息傳輸。根據(jù)其性質(zhì)、特點(diǎn)和它所支持的通20寄存器基器件是具有最基本能力的VXI總線器件，這類器件的特點(diǎn)是器件的通信是通過對(duì)它的寄存器進(jìn)行讀寫來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如簡(jiǎn)單的開關(guān)、數(shù)字I/O和A/D接口卡等；特點(diǎn)：器件的通信通過對(duì)它的寄存器進(jìn)行讀、寫來(lái)實(shí)現(xiàn)；它是最簡(jiǎn)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；硬件電路簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)，速度快，節(jié)省指令譯碼時(shí)間，在速度要求較高的情況下特別有用。寄存器基器件是具有最基本能力的VXI總線器件，這類器件的特點(diǎn)21消息基器件不但具有配置寄存器，同時(shí)還具有通信寄存器來(lái)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(jì)算機(jī)、資源管理器、各類有本地智能的測(cè)試儀器、GPIB-VXI接口等。

特點(diǎn)：具有本地智能，可以控制其它器件，也可以被其它器件控制；能夠接受和處理復(fù)雜命令，支持字串行協(xié)議；需對(duì)指令進(jìn)行譯碼，因此降低了速度。消息基器件不但具有配置寄存器，同時(shí)還具有通信寄存器來(lái)支持復(fù)雜22存儲(chǔ)器器件靠寄存器的讀、寫進(jìn)行通信，除配置寄存器外，還具有特征寄存器，沒有通信寄存器，本身是存儲(chǔ)器。特點(diǎn)：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(shí)使用的存儲(chǔ)單元；具有存儲(chǔ)器的某些特性，具有一定的存取時(shí)間。存儲(chǔ)器器件靠寄存器的讀、寫進(jìn)行通信，除配置寄存器外，還具有特23擴(kuò)展器件是為VXI未來(lái)發(fā)展而定義的，它允許將來(lái)設(shè)計(jì)更新種類的器件，支持更高級(jí)的通信協(xié)議。這四種器件在VXI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，即相互通信的器件一個(gè)稱為命令者，一個(gè)稱為從者，命令者是消息基器件，能控制一個(gè)或幾個(gè)其它器件，被控器件就是該命令者的從者。擴(kuò)展器件是為VXI未來(lái)發(fā)展而定義的，它允許將來(lái)設(shè)計(jì)更新種類的24總線通信采用分層設(shè)計(jì)方法，整體功能分為多個(gè)功能層，同層同協(xié)議，層間接口傳遞信息總線通信采用分層設(shè)計(jì)方法，254.4.3VXI總線通信協(xié)議

（1）字串行協(xié)議：是串行地從一個(gè)固定地址向另一個(gè)固定地址傳送數(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(gè)操作都用雙向數(shù)據(jù)寄存器和一個(gè)響應(yīng)寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)；

字串行協(xié)議的數(shù)據(jù)傳送過程是由命令者控制進(jìn)行的，并由響應(yīng)寄存器中的狀態(tài)位來(lái)協(xié)調(diào)。只有當(dāng)響應(yīng)寄存器中WRDY位為1時(shí)，數(shù)據(jù)才能被寫入到寫數(shù)據(jù)寄存器中。當(dāng)數(shù)據(jù)已放在寫數(shù)據(jù)寄存器中時(shí)，WRDY位清0，直至數(shù)據(jù)被從者接收。只有當(dāng)響應(yīng)寄存器中RRDY位置1時(shí)，有效數(shù)據(jù)才能從讀數(shù)據(jù)寄存器中讀出。當(dāng)數(shù)據(jù)已從讀數(shù)據(jù)寄存器中讀出時(shí)，RRDY位清0，直至從者將另一個(gè)數(shù)據(jù)放入讀數(shù)據(jù)寄存器中。

字串行通信有三種形式：字串行、長(zhǎng)字串行和擴(kuò)展長(zhǎng)字串行，數(shù)據(jù)寬度分別為16位、32位和64位。4.4.3VXI總線通信協(xié)議（1）字串行協(xié)議：是26VXI總線通信協(xié)議（2）快速握手傳輸：字串行協(xié)議可以使用兩種握手方式來(lái)傳送數(shù)據(jù)，即正常傳送方式和快速握手方式。正常傳送方式是用從者響應(yīng)寄存器的“RRDY”位和“WRDY”位來(lái)使數(shù)據(jù)同步傳送，而快速握手方式則是用從者的DTACK（數(shù)據(jù)傳送認(rèn)可）和BERR（總線錯(cuò)誤）信號(hào)線來(lái)保證適當(dāng)?shù)耐健?/p>

VXI總線通信協(xié)議（2）快速握手傳輸：字串行協(xié)議可以使用27（3）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進(jìn)行8位數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議，借助“字節(jié)有效”和“字節(jié)請(qǐng)求”兩個(gè)字串行命令完成。

1）字節(jié)有效命令-命令者利用“字節(jié)有效”命令向從者發(fā)送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)D15~D9為命令標(biāo)識(shí)，內(nèi)容固定，D7~D0是命令者向從者發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)，D8用來(lái)傳送END消息，為1時(shí)表示這次發(fā)送的字節(jié)是字節(jié)串的最后一個(gè)字節(jié)，為0說(shuō)明還有字節(jié)要發(fā)送。2）字節(jié)請(qǐng)求命令-命令者可用“字節(jié)請(qǐng)求”命令從從者處取回一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)

“字節(jié)請(qǐng)求”命令是一個(gè)固定的16位命令，其編碼為DEEFH。從者在其數(shù)據(jù)低寄存器返回一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)：

（3）字節(jié)傳送協(xié)議字節(jié)傳送協(xié)議是命令者和從28參考文獻(xiàn)[1]楊鎖昌，孟晨，魏保華.觸發(fā)總線及編程控制[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置.2002年第二期[2]楊玉梁，方芳.DistributedandcentalArbiter[J].江南計(jì)算技術(shù)研究所學(xué)報(bào).2001.06[3]孔德仁.儀表總線技術(shù)與應(yīng)用[M].國(guó)防工業(yè)出版社.2010.5參考文獻(xiàn)[1]楊鎖昌，孟晨，魏保華.觸發(fā)總線及編程控制[J]29VXI總線系統(tǒng)基礎(chǔ)09051001劉洪德靳五強(qiáng)黃恒VXI總線系統(tǒng)基礎(chǔ)0905100130提綱VXI總線系統(tǒng)的背景VME總線技術(shù)規(guī)范與機(jī)械特性VXI總線系統(tǒng)的特點(diǎn)VXI總線系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)VXI總線系統(tǒng)的電器結(jié)構(gòu)VXI總線所用器件VXI總線的通信文獻(xiàn)提綱VXI總線系統(tǒng)的背景31VXI總線的背景基礎(chǔ)架構(gòu)：ＶＭＥ總線IEEE1014-1987總線規(guī)范發(fā)展：增加2個(gè)板卡尺寸擴(kuò)展1個(gè)P3連接器

初步奠基：1987年VXI總線的背景基礎(chǔ)架構(gòu)：ＶＭＥ總線32VME總線摩托羅拉公司推出，受廣泛支持，開發(fā)性好四種技術(shù)規(guī)范：IEEE1014-1987（VXI基礎(chǔ)）VM64VME64XVME320模塊尺寸3U6U異步通信：數(shù)據(jù)傳輸與時(shí)鐘不同步兼容性好，32位為主，兼容8、16、64集中式仲裁，設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單（相對(duì)于分布式仲裁）集中式：1個(gè)仲裁器，所有輸入通過一次仲裁輸出分布式：通常有兩級(jí)仲裁VME總線摩托羅拉公司推出，受廣泛支持，開發(fā)性好集中式：1個(gè)33VXI總線特點(diǎn)模塊化卡式儀器示例開放新：不同產(chǎn)品互換EMC特性良好便攜模塊可重復(fù)利用可靠性高VXI總線特點(diǎn)模塊化卡式儀器示例34典型模塊典型模塊35VXI總線特點(diǎn)模塊化卡式儀器示例開放新：不同產(chǎn)品互換EMC特性良好便攜模塊可重復(fù)利用可靠性高--1987年HP等五家主要美國(guó)儀器工業(yè)公司支持推廣--基于IEEE1014-1987VXI總線特點(diǎn)模塊化卡式儀器示例--1987年HP等五家主要VXI總線特點(diǎn)模塊化卡式儀器示例開放新：不同產(chǎn)品互換EMC特性良好便攜模塊可重復(fù)利用可靠性高--屏蔽模塊--電磁兼容性（EMC）：不對(duì)工作境中其他設(shè)備產(chǎn)生無(wú)法忍的電磁干擾VXI總線特點(diǎn)模塊化卡式儀器示例--屏蔽模塊VXI總線特點(diǎn)模塊化卡式儀器示例開放新：不同產(chǎn)品互換EMC特性良好便攜模塊可重復(fù)利用可靠性高--板卡式--多模塊插槽VXI總線特點(diǎn)模塊化卡式儀器示例--板卡式即插即用即插即用39VXI總線系統(tǒng)基礎(chǔ)概述解讀課件機(jī)械結(jié)構(gòu)定義A、B、C、D四種模塊高性能：C、D模塊間距增大：

機(jī)箱屏蔽插槽式示例機(jī)械結(jié)構(gòu)定義A、B、C、D四種模塊41VXI總線系統(tǒng)基礎(chǔ)概述解讀課件42VXI總線連接器P1連接器P2連接器P3連接器VXI總線連接器43--A、B、C三行每行32個(gè)引腳--P1-3各96個(gè)引腳--A、B、C三行44VXI總線系統(tǒng)基礎(chǔ)概述解讀課件45電氣結(jié)構(gòu)子總線：VME計(jì)算機(jī)總線VXI時(shí)鐘總線VXI星形總線VXI觸發(fā)總線VXI本地總線模擬相加總線VXI模擬識(shí)別總線電源分配總線--P110MHzP210MHzP3時(shí)鐘同步信號(hào)--星形僅存P3--觸發(fā)用于模塊內(nèi)部通信--本地總線位于P2相鄰模塊通信--相加線位于P2--識(shí)別線識(shí)別插槽為什么模塊（設(shè)備）電氣結(jié)構(gòu)子總線：--P110MHz46電氣結(jié)構(gòu)電氣結(jié)構(gòu)47VXI器件

器件是組成VXI總線系統(tǒng)最基本的邏輯單元；通常，一個(gè)器件占據(jù)一塊VXI模塊，但也允許在一個(gè)模塊上實(shí)現(xiàn)多個(gè)器件和一個(gè)器件占據(jù)多個(gè)模塊；在一個(gè)VXI系統(tǒng)中，最多可有256個(gè)器件，每個(gè)器件都有一個(gè)唯一的邏輯地址，邏輯地址的編號(hào)為0~255。

VXI器件48器件之間的基本操作是信息傳輸。根據(jù)其性質(zhì)、特點(diǎn)和它所支持的通信規(guī)程，VXI總線器件分為:

寄存器基器件消息基器件存儲(chǔ)器器件擴(kuò)展器件器件之間的基本操作是信息傳輸。根據(jù)其性質(zhì)、特點(diǎn)和它所支持的通49寄存器基器件是具有最基本能力的VXI總線器件，這類器件的特點(diǎn)是器件的通信是通過對(duì)它的寄存器進(jìn)行讀寫來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如簡(jiǎn)單的開關(guān)、數(shù)字I/O和A/D接口卡等；特點(diǎn)：器件的通信通過對(duì)它的寄存器進(jìn)行讀、寫來(lái)實(shí)現(xiàn)；它是最簡(jiǎn)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；硬件電路簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)，速度快，節(jié)省指令譯碼時(shí)間，在速度要求較高的情況下特別有用。寄存器基器件是具有最基本能力的VXI總線器件，這類器件的特點(diǎn)50消息基器件不但具有配置寄存器，同時(shí)還具有通信寄存器來(lái)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(jì)算機(jī)、資源管理器、各類有本地智能的測(cè)試儀器、GPIB-VXI接口等。

特點(diǎn)：具有本地智能，可以控制其它器件，也可以被其它器件控制；能夠接受和處理復(fù)雜命令，支持字串行協(xié)議；需對(duì)指令進(jìn)行譯碼，因此降低了速度。消息基器件不但具有配置寄存器，同時(shí)還具有通信寄存器來(lái)支持復(fù)雜51存儲(chǔ)器器件靠寄存器的讀、寫進(jìn)行通信，除配置寄存器外，還具有特征寄存器，沒有通信寄存器，本身是存儲(chǔ)器。特點(diǎn)：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(shí)使用的存儲(chǔ)單元；具有存儲(chǔ)器的某些特性，具有一定的存取時(shí)間。存儲(chǔ)器器件靠寄存器的讀、寫進(jìn)行通信，除配置寄存器外，還具有特52擴(kuò)展器件是為VXI未來(lái)發(fā)展而定義的，它允許將來(lái)設(shè)計(jì)更新種類的器件，支持更高級(jí)的通信協(xié)議。這四種器件在VXI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，即相互通信的器件一個(gè)稱為命令者，一個(gè)稱為從者，命令者是消息基器件，能控制一個(gè)或幾個(gè)其它器件，被控器件就是該命令者的從者。擴(kuò)展器件是為VXI未來(lái)發(fā)展而定義的，它允許將來(lái)設(shè)計(jì)更新種類的53總線通信采用分層設(shè)計(jì)方法，整體功能分為多個(gè)功能層，同層同協(xié)議，層間接口傳遞信息總線通信采用分層設(shè)計(jì)方法，544.4.3VXI總線通信協(xié)議

（1）字串行協(xié)議：是串行地從一個(gè)固定地址向另一個(gè)固定地址傳送數(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(gè)操作都用雙向數(shù)據(jù)寄存器和一個(gè)響應(yīng)寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)；

字串行協(xié)議的數(shù)據(jù)傳送過程是由命令者控制進(jìn)行的，并由響應(yīng)寄存器中的狀態(tài)位來(lái)協(xié)調(diào)。只有當(dāng)響應(yīng)寄存器中WRDY位為1時(shí)，數(shù)據(jù)才能被寫入到寫數(shù)據(jù)寄存器中。當(dāng)數(shù)據(jù)已放在寫數(shù)據(jù)寄存器中時(shí)，WRDY位清0，直至數(shù)據(jù)被從者接收。只有當(dāng)響應(yīng)寄存器中RRDY位置1時(shí)，有效數(shù)據(jù)才能從讀數(shù)據(jù)寄存器中讀出。當(dāng)數(shù)據(jù)已從讀數(shù)據(jù)寄存器中讀出時(shí)，RRDY位清0，直至從者將另一個(gè)數(shù)據(jù)放入讀數(shù)據(jù)寄存器中。

字串行通信有三種形式：字串行、長(zhǎng)字串行和擴(kuò)展長(zhǎng)字串行，數(shù)據(jù)寬度分別為16位、32位和64位。4.4.3VXI總線通信協(xié)議（1）字串