PXI总线技术ppt课件

PXI总线接口技术,北京航空航天大学自动化学院ATE实验室,2010年4月,1,内容提要,PXI总线概述PXI总线系统构成PXI总线操作PXI模块设计PXI-EXPRESS总线,2,价格,性能,台式机,VXI,PXI总线概述定位,填补空白,台式机,3,PXI是PCIeXtensionsforInstrumentationPXI源于CompactPCICompactPCI使用三种标准，小、牢固并且实现PC技术,PXI总线概述什么是PXI总线,4,PXI=PCIeXtensionsforInstrumentation,扩展的内容和0.8”CPCI空间相同没有电磁屏蔽规范(可选)冷却规范触发线局部总线更多电源类型10MHz时钟,5,11年的历史NationalInstruments（NI）公司1997年发起超过60个厂家加入PXI系统联盟超过100个产品供应商全球大约有1000种产品(包括300多种cPCI)NationalInstruments是最大供应商应用于数据采集，功能测试和工业应用,6,广泛的行业支持即插即用上千种软件产品33MHz的32位数据传输(132Mbytes/sec)PCI是事实上的行业标准,PCI总线优点,7,PCMotherboard=Controller+Backplane,1234,PCMotherboardwith4PCIslots,CompactPCIEmbeddedController,CompactPCI8-slotBackplane,8,PCI与CompactPCI的外形尺寸,PCI,PXI/CompactPCI,HalfSize,3U,PCI卡只需作很少或者完全不用作电路改动就可以设计成适合PXI/CompactPCI.,9,PXI模块结构与连接器,100160mm,6U适配器面板,3U的卡可以在6U系统中工作,10,PXI标准,标准欧卡结构3UCompatibilityin6UChassis,10 x16cm,23x16cm,MostPopular90%MarketPenetration,10%MarketPenetrationGrowing,3U,6U,11,CompactPCI,PXI采用的标准技术,12,PXI是CompactPCI在仪器领域的扩展。,开放的PXI系统规范,13,机械扩展,PXI使用以下技术提高了可靠性和互用性:强制的主动散热温度测试及额定温度设定系统级的EMC、冲击、振动和湿度规定定义了内嵌控制器的位置,14,机械特性,15,更多数量的管脚更加可靠屏蔽阻抗匹配可提供更多的扩展槽,J1,J2,采用的连接器,16,机箱,17,软件扩展,PXI加快了程序开发，因为:PXI控制器必须预装WindowsNT/Windows9x来支持标准的软件结构外设模块必须提供WIN32器件驱动,18,“WeportedfromadesktopPCtoPXIwithoutchanginganycode-LenBurczyk,LosAlamosNationalLaboratories,操作系统和应用程序无须改动即可在PXI系统运行配置工具将PXI模块识别为PCI设备,PXI和PC的软件是一致的,19,电气扩展,PXI的时钟和触发提高了性能:,20,采用PCI-PCI桥接技术实现系统扩展,21,PCI-PCI桥,PCI-PCI桥的作用是协调两条PCI总线之间的通信，如图所示。,22,PCI桥的分类,根据PCI桥的工作原理的不同，可以把PCI-PCI桥分为透明桥和非透明桥两种。透明桥：通常用于总线扩展。桥的二次侧的所有设备对一次侧的主系统是透明的。一次侧和二次侧的地址完全透明，在一次侧和二次侧之间的地址传递是直通模式，没有地址翻译。,23,PCI桥的分类2,非透明桥：通常用于嵌入式智能I/O板卡。它连接两个独立的处理器域，二次侧的资源和地址对一次侧的主系统是不可见的/允许二次侧的本地处理器独立地配制和控制其子系统。一次侧和二次侧的时钟完全独立。一次侧和二次侧的地址完全独立，在一次侧和二次侧之间可以进行地址翻译。,24,PCI桥的分类,采用标准PCI-PCI桥接技术，PXI系统可用一个以上总线段来组建。桥接部件在其互相连接的每个总线中占用一个PCI负载。因此，双总线段的系统可为PXI外围模块提供13个扩展插槽，即2总线段8插槽(每段)1个系统控制器插槽2个PCI-PCI桥接器插槽=13个可用扩展插槽三总线段系统为PXI外围模块提供19个扩展插槽。PXI触发总线只提供单总线段内的连接，不允许与相邻的总线段存在物理连接。,25,本地总线触发时钟星型总线VXI12线8TTL,2ECL10MHzECLD尺寸才有PXI13线8TTL10MHzTTL每槽1条,PXI和VXI的时钟和触发扩展,PXI具备VXI的特性,26,PXI-6070E,NI5102,PXI-6533,启动扫描,RTSI示波器,多功能I/O,示波器,数字I/O,触发线使模块同步,27,PXI体系结构总结,PXI基于CompactPCI定义了完整的测量和自动化系统,28,PXI总线可方便地与其它标准集成,MXI,GPIB,VXIorVME,Stand-aloneInstrument,PXISystem,Modules,Modules,CompactPCI,29,7.2PXI总线系统结构,PXI系统构成：主计算机、PXI机箱、PXI模块,30,PXI控制方案,内嵌控制器最紧凑的方案模块化=易于维护Pentium和PentiumIII级别远程MXI-3控制器短距离或者长距离完全透明低成本,31,嵌入式控制器,32,MultisystemExtensionInterfaceforPXIandCompactPCI,MXI-3ImplementationofPCI-PCIBridge,33,多系统扩展接口：MXI-3体系结构,MXI-3,SerialI/F,MXI-3,高速串行连接,1.5Gbps,第1级,第2级,软件仍然是透明的!,SerialI/F,PCI,CompactPCI,PCI1,PCI0,34,MXI-3结构,PCItoPXI/CompactPCI,PXI/CompactPCItoPXI/CompactPCI,电缆:-铜线(最长10m)-光纤(最长200m),35,MXI-3优点,为PC和PXI/CompactPCI提供更多插槽高性能的串行连接易于集成软件透明支持短/长距离传输低成本,36,PXI与VXI,37,PXI总线接口设计,PXI模块电路大体分为两大部分：接口电路和器件功能,PXI接口电路,器件功能电路,PXI,完成PXI逻辑时序转换,完成模块实际的硬件功能,38,1.PXI接口作用,在PXI模块中完成PXI底板总线与功能电路之间的通信（逻辑时序转换），是PXI总线与功能电路之间的桥梁。,2.PXI接口功能因素,主设备、从设备；是否支持中断；数据传输速度,3.功能电路,39,PXI/PCI总线定义了三个物理地址空间（1）内存地址空间（2）I/O地址空间（3）配置地址空间,PXI总线地址空间,40,41,PXI总线增加的信号,系统时钟信号TTL电平10MHz功能模块间增加了13条PXI局部总线8条触发总线星型触发线,42,PXI总线命令,总线命令的作用是用来规定主、从设备之间的传输类型，它出现于地址周期的C/BE3:0#线上。主设备是指通过仲裁而获得总线控制权的设备；从设备是指在C/BE3:0#上出现命令时被AD31:0线上的地址或IDSEL所选中的设备。,43,总线命令表,44,PCI数据传输,PCI所有的数据传输基本上是由以下三条信号线控制的：FRAME#：主设备驱动，表明数据传输的开始和结束；IRDY#：主设备准备好，主设备驱动；TRDY#：从设备准备好，由从设备驱动；FRAME#信号有效后的第一个时钟前沿是地址期的开始，此时传送地址信息和总线命令。下一个时钟前沿开始一个(多个)数据期，每逢IRDY#和TRDY#同时有效时，所对应的时钟前沿就使数据在主、从设备之间传送.在此期间，可由主设备或从设备分别利用IRDY#和TRDY#的无效而插入等待周期。,45,46,PXI总线接口电路设计,47,专用接口芯片,9030,9052,9050：从设备芯片9050,9052面向ISA卡转PCI的市场.9030为嵌入式专门设计.9054,9080,9060：主设备芯片9060是最早的32位master的PCI控制芯片.9080取代9060;9054更成熟一些.,48,49,50,PXIExpress总线技术及其应用前景,PCIExpress总线技术概览PCIExpress开辟了更多的测试测量应用PCIExpress商业化的技术PXIExpressPCIExpress应用于测试测量领域,51,各种总线带宽和传输延迟的比较,52,PCIExpress综述,串行互连可以达到2.5Gbits/sPCI的传输先被打成信息包，再串行传送低压差分信号,点到点,8B/10B编码x1(by1)的带宽为250MB/s/directionx16(by16)的带宽为4GB/s/direction使用与PCI相同的软件模型保证软件的兼容性未来会使用Gen-2clocking(5Gbits/s),53,基于PCIExpress的板卡,NIPCIe-GPIB仪器控制卡X1,NIPCIe-1429图像采集卡X4,PCIe显卡X16,54,计算机主板上的PCI和PCI-E的插槽,两个PCI插槽,两个x1PCIExpress插槽,一个x16PCIExpress插槽,55,PCIExpress的分层架构,56,软件层,PCI软件模型的兼容性100%操作系统和驱动层的兼容性PCI配置和电源管理机制现在的操作系统无需改变即可正常启动(包括BIOS)PCIExpress的层次映射使用了PCI的元素:Host-bridgesP2Pbridges所有使用了普通PCI设备配置的空间PCI容量指针用于PCIExpress的特殊扩展增强的特性为了将来的应用,57,每个设备享有专门的带宽,58,PXIExpress将PCIExpress技术融合到PXI中,