武汉大学测控仪器通信,第九章仪器专用总线

1、测控总线与仪器通信技术测控总线与仪器通信技术主讲：武汉大学电子信息学院主讲：武汉大学电子信息学院 王先培王先培第九章第九章 仪器专用总线仪器专用总线9.1 引言引言仪器专用总线主要有仪器专用总线主要有CAMAC，VXI和和PXI。CAMAC是是Computer Aided Measurement And Control的缩的缩写，即计算机辅助测量和控制，写，即计算机辅助测量和控制，CAMAC系统是一种具有数据总线系统是一种具有数据总线特性的组件化的标准仪器系统，用于交换在线连接的各种设备之特性的组件化的标准仪器系统，用于交换在线连接的各种设备之间的数据和控制信息。间的数据和控制信息。VXI是是

2、VMEbus eXtension for Instrumentation的缩写，意为的缩写，意为VME总线在仪器领域的扩展。它是继总线在仪器领域的扩展。它是继GPIB之后，为适应测量仪器之后，为适应测量仪器从分立的台式和机架式结构发展为更紧凑的模块式结构的需要，从分立的台式和机架式结构发展为更紧凑的模块式结构的需要，于于1987年推出的一种新的总线标准。年推出的一种新的总线标准。PXI是是PCI eXtension for Instrumentation的的缩写，是缩写，是NI公司于公司于1997年年8月公布的一个对月公布的一个对PCI和和Compact PCI作扩充，以满足高性作扩充，以满足

3、高性能电子测量仪器需要的新一代模块化计算机控制仪器的技术规范能电子测量仪器需要的新一代模块化计算机控制仪器的技术规范。PXI标准正随着迅速发展的计算机技术和电子技术而不断扩充和标准正随着迅速发展的计算机技术和电子技术而不断扩充和完善。完善。9.2 CAMAC总线总线CAMAC系统标准主要由四部分组成：系统标准主要由四部分组成：v基本机箱基本机箱v并行分支多机箱系统并行分支多机箱系统v串行传输多机箱系统串行传输多机箱系统v多控制器系统多控制器系统 9.2.1 基本机箱标准基本机箱标准vCAMAC系统由机箱和组件组成。系统由机箱和组件组成。v不同的功能组件插入机箱可以构成不同的仪器系不同的功能组件

4、插入机箱可以构成不同的仪器系统。统。v小规模的系统可由单个机箱插入不超过小规模的系统可由单个机箱插入不超过23个插件个插件和一个机箱控制器组成，可以连接很多外部仪器和和一个机箱控制器组成，可以连接很多外部仪器和一台以上的计算机。一台以上的计算机。v大型的实验室系统与集散控制系统，需要由多个大型的实验室系统与集散控制系统，需要由多个机箱通过分支总线或串行总线连成大型系统。机箱通过分支总线或串行总线连成大型系统。v无论系统大小，机箱和组件是无论系统大小，机箱和组件是CAMAC系统的基系统的基本部件，而数据路是本部件，而数据路是CAMAC的核心。的核心。 9.2.2 数据路及其操作数据路及其操作数据

5、路由数据路由86条信号线组成。按其作用分为命令、定时、条信号线组成。按其作用分为命令、定时、数据、状态、公共控制、非标准、电源等七种线数据、状态、公共控制、非标准、电源等七种线 。类类名名 称称符符 号号用途用途型型命命令令站号站号(Station Number)(Station Number)子地址子地址(Subaddrees)(Subaddrees)功能功能(Function)(Function)N NA A1 12 24 48 8F F1 12 24 48 81616控制器寻址组件控制器寻址组件控制器寻址组件的一个区域控制器寻址组件的一个区域被寻址的子地址应完成的功能被寻址的子地址应完成

6、的功能定定时时选通选通l(Strobe1)l(Strobe1)选通选通2(Strobe2)2(Strobe2)操作定时控制的第一阶段操作定时控制的第一阶段操作定时控制的第二阶段操作定时控制的第二阶段数数据据写写(Write)(Write)读读(Read)(Read)W W1 1W W2424R R1 1R R2424将数据写入组件将数据写入组件从组件读取数据从组件读取数据状状态态请求请求(Look(Look一一AtAtMe)Me)占线占线(Busy)(Busy)响应响应(Response)(Response)命令接受命令接受(Command Accepted)(Command Accepted

7、)L LB BQ QX X服务请求服务请求指明数据路操作正在执行指明数据路操作正在执行指明由命令所选择的特征状态指明由命令所选择的特征状态指明组件能完成指定的操作指明组件能完成指定的操作公公共共控控制制起始起始(Initialize)(Initialize)禁止禁止(Inhibit)(Inhibit)清除清除(clear)(clear)Z ZI IC C置组件于初始状态置组件于初始状态禁止有关动作禁止有关动作消除寄存器消除寄存器非非标标准准自由母线自由母线(Free Bus Lines)(Free Bus Lines)补充触点补充触点(Patch Contacts)(Patch Contact

8、s)P P1 1、P P2 2P P3 3P P5 5(P(P7 7) )非规定使用非规定使用无数路据连线的非规定触点无数路据连线的非规定触点电电源源强制性电源线土强制性电源线土6V6V、士、士24V24V、0V(DC)0V(DC)附加电源线附加电源线+200V+200V、12V(DC)12V(DC)、117V117V、117V(DC)117V(DC)、干净地、干净地E E、备用线、备用线Y Yl l、Y Y2 2 规定的电源线及回线规定的电源线及回线附加的电源线、参考地线及备用线附加的电源线、参考地线及备用线9.2.3 CAMAC分支系统分支系统v多机箱多机箱CAMAC系统包括一个或多个分支

9、，每个分支由一系统包括一个或多个分支，每个分支由一个分支驱动器个分支驱动器BD(Branch Driver)及最多及最多7个机箱组成。为改个机箱组成。为改善信息传输质量，每个分支设有终端匹配器。善信息传输质量，每个分支设有终端匹配器。v分支驱动器和所有机箱控制器的连接通道，一般长度不分支驱动器和所有机箱控制器的连接通道，一般长度不超过超过50m。分支总线包括。分支总线包括65根信号线和各自的返回线以及根信号线和各自的返回线以及两根电缆屏蔽线，通过两根电缆屏蔽线，通过132芯连接器将分支驱动器和机箱连芯连接器将分支驱动器和机箱连成一个链式系统。成一个链式系统。 分支总线的结构和用途概括如表分支总

10、线的结构和用途概括如表 9.2.4 CAMAC串行系统串行系统串行系统就是利用串行总线将多个串行系统就是利用串行总线将多个CAMAC机箱和串行驱机箱和串行驱动器连成一个闭合回路。回路中最多可连动器连成一个闭合回路。回路中最多可连62个机箱，信息个机箱，信息流的方向是单向的。信息直接传输距离为流的方向是单向的。信息直接传输距离为10km，加入通讯，加入通讯设备后传输距离无限制，串行系统的结构如图设备后传输距离无限制，串行系统的结构如图 串行系统中，只需串行系统中，只需9 9条或条或2 2条信号线条信号线( (或对线或对线) )，9 9条条线用于传输字节串，线用于传输字节串，2 2条线用于传输位串

11、。这两种串行条线用于传输位串。这两种串行总线都有一条时钟线，用来传输同步时钟，时钟频率范总线都有一条时钟线，用来传输同步时钟，时钟频率范围为围为0 05MHz5MHz。 每个机箱有一个串行机箱控制器每个机箱有一个串行机箱控制器SCC，通过前面板，通过前面板上的输入输出端口连到串行总线上的输入输出端口连到串行总线SH上。计算机控制上。计算机控制串行驱动器串行驱动器SD的动作，的动作，SD发出的串行信息经各个机箱发出的串行信息经各个机箱处理后逐一转发直至回到处理后逐一转发直至回到SD的入口。未被寻址的机箱的入口。未被寻址的机箱对于对于SH上的信息是透明的上的信息是透明的(直接转发直接转发)，而，而

12、 被寻址的机被寻址的机箱由箱由SCC按照命令所规定的动作启动一次按照命令所规定的动作启动一次CAMAC机箱机箱数据路操作，并发出回答信息经后续机箱回传到数据路操作，并发出回答信息经后续机箱回传到SD入入口。计算机、口。计算机、SD、SCC和组件的关系如图和组件的关系如图9-11所示。所示。 报文格式报文格式报文由若干字节组成，一个字节由报文由若干字节组成，一个字节由8个位组成，其中个位组成，其中16位为信息位，位为界限符位。当位为位为信息位，位为界限符位。当位为0时表示本字时表示本字节在报文中，位节在报文中，位7为时表示本字节为报文的结尾或为为时表示本字节为报文的结尾或为二个报文之间的等待字节

13、。位二个报文之间的等待字节。位8为奇数校验位，它使横为奇数校验位，它使横向向1的个数保持为奇数。报文的基本格式如图的个数保持为奇数。报文的基本格式如图9-12所示。所示。 图9-13字节帧9.2.5 多控制器系统多控制器系统在在CAMACCAMAC系统，多个具有控制器功能的组件可并存于一个机系统，多个具有控制器功能的组件可并存于一个机箱中，共享箱中，共享CAMACCAMAC组件及相联的外设，并能以一定的方式与组件及相联的外设，并能以一定的方式与上位计算机发生联系，如图上位计算机发生联系，如图9-149-14所示。所示。 在图在图9-14中，计算机中，计算机(13)通过机箱控制器或辅助机箱控通过

14、机箱控制器或辅助机箱控制器都能控制制器都能控制CAMAC数据路，进行数据路操作。它们之数据路，进行数据路操作。它们之间用辅助控制器总线连接，以完成数据路控制权的分配及间用辅助控制器总线连接，以完成数据路控制权的分配及信号信号N，L的传递。的传递。 图9-14多控制器系统根据根据CAMAC标准的规定，占据机箱第标准的规定，占据机箱第24和和25站的控制器能产生站的控制器能产生NAF命令及同步信号命令及同步信号S1，S2，并按命令完成，并按命令完成RW线上的数据传递以及接收线上的数据传递以及接收Q，X，L等状态信号，称为机箱控制等状态信号，称为机箱控制器或主控制器器或主控制器(cc)。当一个机箱中

15、容纳一个以上的控制源时，另一些控制源只能占用。当一个机箱中容纳一个以上的控制源时，另一些控制源只能占用l23普通站，这些控制器称为辅助机箱控制器普通站，这些控制器称为辅助机箱控制器(AC)，它也具有上述，它也具有上述CC同样的功能。因同样的功能。因A，F，R，W，S1，S2，Q，X是连接各站的母线，而是连接各站的母线，而N,L是第是第25站与其它站的专用线，这就站与其它站的专用线，这就产生了问题：辅助控制器如何寻址各站？又如何接收产生了问题：辅助控制器如何寻址各站？又如何接收L信号？当两个以上的控制器同时信号？当两个以上的控制器同时要求对数据路加以控制时又如何分配控制权等等。为此，在新标准中引

16、进了第四条总线要求对数据路加以控制时又如何分配控制权等等。为此，在新标准中引进了第四条总线辅助控制器总线辅助控制器总线(ACB)图图9-15是是ACB连接形式，表连接形式，表9-5是是ACB的结构及用途。的结构及用途。 辅助控制总线辅助控制总线(ACB) 图9-15 CAMAC机箱中的多控制器(1) (1) 前面板输入输出信号前面板输入输出信号 一个机箱中的多控器必须在前面板上有一个机箱中的多控器必须在前面板上有3 3个个50CM50CM型同轴连接器，型同轴连接器，分别为请求分别为请求(RQ)(RQ)、准入、准入(GI(GI、及准出、及准出(GO)(GO)，用链状连接方式与，用链状连接方式与A

17、CBACB总总线配合以完成控制权的分配。线配合以完成控制权的分配。 请求请求 为获得对机箱数据路的控制权，控制器为获得对机箱数据路的控制权，控制器(CC(CC或或AC)AC)必须产生一个必须产生一个请求信号在请求信号在ACBACB及前面板上同时输出。及前面板上同时输出。 准入准入请求信号作为具有最高控制权的控制器的准入信号，以后各级的准请求信号作为具有最高控制权的控制器的准入信号，以后各级的准入分别由前一级的准出送入。当控制器有请求，同时准入为入分别由前一级的准出送入。当控制器有请求，同时准入为1 1，即获，即获得对数据路的控制权并产生禁止请求信号。得对数据路的控制权并产生禁止请求信号。 准出

18、准出 得到准入信号的控制器，如不存在请求则产生准出为得到准入信号的控制器，如不存在请求则产生准出为1的信号。若的信号。若存在请求，准出保持在存在请求，准出保持在0态。态。 (2) ACB(2) ACB信号信号 ACBACB总线通过各控制器后面板上的一个总线通过各控制器后面板上的一个4040芯接插件，将多个控制器芯接插件，将多个控制器联系在一起。联系在一起。 请求请求(RQ) (RQ) 请求线状态为请求线状态为1 1表示多控制器中存在对数据路进行控制表示多控制器中存在对数据路进行控制的请求。此线同时连接到各前面板的请求连接器上。的请求。此线同时连接到各前面板的请求连接器上。 禁止请求禁止请求(R

19、I) (RI) 当一个控制器获得对数据路的控制权后，必须建立当一个控制器获得对数据路的控制权后，必须建立禁止请求信号，禁止其它控制器的请求信号。禁止请求信号，禁止其它控制器的请求信号。 辅助控制器锁定辅助控制器锁定(ACL) ACL(ACL) ACL为不使用请求准许方式的控制权转移为不使用请求准许方式的控制权转移控制线。一个机箱只允许一个控制器控制线。一个机箱只允许一个控制器(CC(CC或或AC)AC)具有具有ACLACL输出，当输出，当ACLACL产产生时，其它控制器必须放弃数据路操作或及时完成数据路操作，交出生时，其它控制器必须放弃数据路操作或及时完成数据路操作，交出控制权。控制权。 N

20、N编码信号编码信号(EN1(EN1，2 2，4 4，8 8，16) 16) 具有控制权的具有控制权的AC将经编码的站号将经编码的站号EN信号传递给信号传递给CC，并经，并经CC以最大以最大100ns的延迟、译码，产生的延迟、译码，产生N(1)N(24)站号控制信号。站号控制信号。 LAMLAM信号信号(AL1(AL1AL24) CCAL24) CC将来自将来自1 12424站的站的LAMLAM信号经信号经ALAL线转发给获线转发给获得数据路控制权的辅助控制器得数据路控制权的辅助控制器 自由线备用。自由线备用。 9.3 VXI总线总线9.3.1 VXI系统的组成结构系统的组成结构VXI系统由插件

21、、主机架及连接器组成。系统由插件、主机架及连接器组成。 9.3.2 VXI系统的总线结构系统的总线结构 在在VXI系统中，命令、数据、地址和其它信息都通过系统中，命令、数据、地址和其它信息都通过总线传递。按其功能，总线传递。按其功能，VXI系统的总线可分为系统的总线可分为8种，即种，即VME计算机总线，时钟和同步总线，模件识别总线，触计算机总线，时钟和同步总线，模件识别总线，触发总线，相加总线，本地总线，星形总线和电源总线。发总线，相加总线，本地总线，星形总线和电源总线。 图9-18 VXIbus的P1，P2，P3连接器1.P1.P1 1连接器连接器 P1P1连接器上连接的总线可分为四组：数据

22、传输总连接器上连接的总线可分为四组：数据传输总线线(Data Transfer Bus(Data Transfer Bus，简记为，简记为DTB)DTB)、DTBDTB仲裁总线仲裁总线(Data Transfer Bus Arbitration)(Data Transfer Bus Arbitration)、优先中断总线、优先中断总线(Priority Interrupt Bus)(Priority Interrupt Bus)和实用总线和实用总线(Utility Bus)(Utility Bus)。 （1 1）数据传输总线）数据传输总线 数据传输总线用于在数据传输总线用于在CPU板上的主模块

23、板上的主模块(MASTER)与存储器板和输入输出板上的从模块与存储器板和输入输出板上的从模块(SLAVE)之间传之间传送数据、地址及有关的控制信号，由主模块起动并控送数据、地址及有关的控制信号，由主模块起动并控制制DTB的数据传送周期。与的数据传送周期。与DTB有关的功能模块除主有关的功能模块除主模块和从模块外，还有定位监控模块和从模块外，还有定位监控(Location Monitor)模模块和总线定时块和总线定时(Bus Timer)模块。模块。 数据传输总线分为三类信号线：数据传输总线分为三类信号线： 寻址线寻址线 数据线数据线 控制线控制线 A A0101：A A2323：( (地址地址

24、) D) D0000D D1515 AS ( AS (地址选通地址选通) ) AM AM0 0AMAM5 5 ( (地址修改地址修改) DS) DS0 0( (数据选通数据选通0)0) DS DS0 0 ( (数据选通数据选通0) DS0) DS1 1 ( (数据选通数据选通1)1) DS DS1 1 ( (数据选通数据选通1) BERR(1) BERR(总线错误总线错误) ) LWORD( LWORD(长字长字) DTACK() DTACK(数据传送认可数据传送认可) ) WRITE( WRITE(读写读写) )v 其中其中DS0、DS1是两条双功能线。寻址线全部由主模块驱动，对是两条双功能

25、线。寻址线全部由主模块驱动，对从模块提供的存储单元进行寻址，寻址空间可达从模块提供的存储单元进行寻址，寻址空间可达16兆字节。兆字节。v 16条数据线在一个条数据线在一个DTB周期内可同时传送周期内可同时传送12个字节数据。个字节数据。v 主模板使用主模板使用A02A15线指定欲被传送的线指定欲被传送的2个字节数据的地址，个字节数据的地址，用用DS0, DS1，A01和和LWORD 4条线确定多种不同的数据传送周期类型，条线确定多种不同的数据传送周期类型，包括只传送地址，单字节奇地址或偶地址数据传送，双字节数据传包括只传送地址，单字节奇地址或偶地址数据传送，双字节数据传送，单、双字节数据块传送

26、，单、双字节送，单、双字节数据块传送，单、双字节RWM传送以及非结盟式传传送以及非结盟式传送等。送等。v 6条地址修改线（条地址修改线（AM0AM5）可提供）可提供64种地址修改码，其中种地址修改码，其中50种可以由用户定义或保留，其余种可以由用户定义或保留，其余14种用来通知从模板如下信息：种用来通知从模板如下信息： DTBDTB周期使用的地址是短地址（只使用周期使用的地址是短地址（只使用A A0202A A1515地址线），还地址线），还是标准地址（使用是标准地址（使用A A0202A A2323）或扩展地址（）或扩展地址（P2P2连接器中增加有连接器中增加有A A16163131，使地址

27、可寻址至，使地址可寻址至4G4G字节）；字节）； D D0000D D1515上进行的是块传送，还是程序传送或数据传送；上进行的是块传送，还是程序传送或数据传送； 所进行的数据传送是管理式的还是非特权式的。所进行的数据传送是管理式的还是非特权式的。 (2) DTB(2) DTB仲裁总线仲裁总线v VMEVME标准支持多处理器的分布式微型计算机系统，即多块标准支持多处理器的分布式微型计算机系统，即多块CPUCPU板同时存在于一个板同时存在于一个VMEVME系统中，并共享系统中的软硬件资源。当多系统中，并共享系统中的软硬件资源。当多个主模板申请个主模板申请DTBDTB的使用权时，由的使用权时，由V

28、MEVME的仲裁系统对这些申请进行协的仲裁系统对这些申请进行协调。调。v 与与DTBDTB仲裁总线有关的功能模块有系统控制板上的仲裁模块仲裁总线有关的功能模块有系统控制板上的仲裁模块和各和各CPUCPU板上的请求模块。仲裁总线包括：板上的请求模块。仲裁总线包括：BCLRBCLR（总线清（总线清除）除）,BG,BGn nININ（总线允许输入（总线允许输入n n）,BBSY,BBSY（总线忙）（总线忙）,BG,BGn nOUTOUT（总线允许（总线允许输出输出n n）,BR,BRn n（总线请求（总线请求n n）。其中。其中 n=0n=0，1 1，2 2，3 3。v 四条总线请求线四条总线请求线

29、BRBR0 0BRBR3 3具有不同的优先级，具有不同的优先级，BRBR3 3最高，最高，BRBRO O最低。当请求模块所在板上的主模块或中断控制模块要求使用最低。当请求模块所在板上的主模块或中断控制模块要求使用DTBDTB时，请求模块将驱动时，请求模块将驱动BRBR中的一条线向仲裁模块发出中的一条线向仲裁模块发出DTBDTB请求信号。请求信号。收到请求信号后，仲裁模块通过收到请求信号后，仲裁模块通过4 4条连接成菊花链状的总线允许线条连接成菊花链状的总线允许线BGBGO OININBGBG3 3ININ和和BGBG0 0OUTOUTBGBG3 3OUTOUT，将仲裁结果通知被授权使用，将仲裁

30、结果通知被授权使用DTBDTB的的模块。模块。 (3) (3) 优先中断总线优先中断总线 优先中断总线供优先中断总线供VMEVME系统中的中断模块和中断控制模块间进行中系统中的中断模块和中断控制模块间进行中断请求和中断认可操作用。断请求和中断认可操作用。VMEVME支持两种中断子系统，即具有一个中支持两种中断子系统，即具有一个中断控制模块的单控制器系统和具有多个中断控制模块的分布式系统。断控制模块的单控制器系统和具有多个中断控制模块的分布式系统。与优先中断总线有关的功能模块还有与优先中断总线有关的功能模块还有IACKIACK菊花链驱动模块。优先中菊花链驱动模块。优先中断总线包括：断总线包括：I

31、RQIRQ1 1IRQIRQ7 7 ，IACK(IACK(中断确认中断确认) )，IACKINIACKIN1ACKOUT(1ACKOUT(中中断认可菊花链断认可菊花链) )。 中断请求线具有不同的优先级，中断请求线具有不同的优先级，IRQIRQ7 7最高，最高，IRQIRQ1 1最低。最低。图9-19 中断认可菊花链结构图 (4) (4) 实用总线实用总线 实用总线为实用总线为VME系统提供系统时钟以及对系统进行系统提供系统时钟以及对系统进行初始化和故障诊断等功能。实用总线包括：初始化和故障诊断等功能。实用总线包括：SYSCLK(系系统时钟统时钟)，ACFALL (交流故障交流故障)，SERC

32、LK(序列时钟序列时钟)，SYSRESET(系统复位系统复位)，SERDAT(序列数据序列数据)，SYSFAIL(系统故障系统故障)等。与实用总线有关的功能模块，等。与实用总线有关的功能模块，包括系统时钟驱动模块、序列时钟驱动模块和电源监视包括系统时钟驱动模块、序列时钟驱动模块和电源监视模块，全部装在模块，全部装在1号槽的系统控制板上。号槽的系统控制板上。 2. P2. P2 2连接器连接器P P2 2连接器总线包括各种电源引脚、连接器总线包括各种电源引脚、10MHz10MHz差分时钟、差分时钟、2 2条并列条并列ECLECL触触发线、发线、8 8条并行条并行TTLTTL触发线、模块识别线、触

33、发线、模块识别线、2424条本地总线、模拟相条本地总线、模拟相加线等。加线等。（1 1）CLKCLK1010CLKCLK1010是是10MHz10MHz系统时钟。它源于系统时钟。它源于0 0号槽并分配至号槽并分配至1 11212号槽的号槽的P2P2上。上。0 0号槽的输出是差分号槽的输出是差分ECLECL信号，经背板缓冲后作为单源和单目标差信号，经背板缓冲后作为单源和单目标差分分ECLECL信号分配至各模块插槽。信号分配至各模块插槽。CLKCLK1010在背板上是被单独缓冲的。在背板上是被单独缓冲的。（2 2）MODIDMODIDMODIDMODID为模块识别总线，用来检测槽中模块的存在与否。

34、识别一特为模块识别总线，用来检测槽中模块的存在与否。识别一特别器件的几何位置别器件的几何位置( (槽号槽号) )；用指示灯或其它方法显示模块的实际；用指示灯或其它方法显示模块的实际物理位置。物理位置。（3 3）TTLTTL触发线触发线TTLTRGTTLTRG线是集电极开路线是集电极开路TTLTTL触发线，用于模块间的通讯。触发线，用于模块间的通讯。VXIVXI标准标准中规定了一些标准的配置方法，如同步中规定了一些标准的配置方法，如同步(SYNC)(SYNC)、半同步、半同步(SEMI(SEMISYNC)SYNC)、异步、异步(ASYNC)(ASYNC)和开始停止和开始停止(STST)(STST

35、)等协议。这些协议分别等协议。这些协议分别对触发源和触发接受者规定了定时要求。对触发源和触发接受者规定了定时要求。（4 4）ECLECL触发线触发线设置两条设置两条ECLTRGECLTRG线目的是作为模块间的定时资源。它们以线目的是作为模块间的定时资源。它们以VXIVXI总总线子系统背板的一段为通路，包括线子系统背板的一段为通路，包括0 0号槽在内的任一模块都可以号槽在内的任一模块都可以驱动这两条线或接收来自这两条线上的信息。这两条线是单端驱动这两条线或接收来自这两条线上的信息。这两条线是单端ECLECL的，系统阻抗为的，系统阻抗为5050，规定逻辑高为有效状态。，规定逻辑高为有效状态。（5

36、5）SUMBUSSUMBUSSUMBUSSUMBUS为相加总线，以为相加总线，以VXIVXI总线系统背板的一段印制电路为通路。总线系统背板的一段印制电路为通路。各模块均可用一模拟电源驱动该线，也可通过一高阻抗接收器，各模块均可用一模拟电源驱动该线，也可通过一高阻抗接收器，如高阻抗模拟缓冲放大器接收来自该总线的信息。相加总线的功如高阻抗模拟缓冲放大器接收来自该总线的信息。相加总线的功能之一是将来自各模拟的输出叠加，合成复杂波形的信号。能之一是将来自各模拟的输出叠加，合成复杂波形的信号。（6 6）LOCAL BUSLOCAL BUSLOCAL BUSLOCAL BUS为菊花链本地总线，其界限由相邻

37、安装的模块确定。为菊花链本地总线，其界限由相邻安装的模块确定。0 01212号槽均有本地总线，可传输几种信号电平。各模块均用面号槽均有本地总线，可传输几种信号电平。各模块均用面板上的机械键指示出在本地总线各边可以无损坏的发出或接收的板上的机械键指示出在本地总线各边可以无损坏的发出或接收的信号种类。信号种类。 3. P3. P3 3连接器连接器 为满足更高性能仪器的需要，为满足更高性能仪器的需要，VXIVXI总线标准还为总线标准还为D D尺寸的插件定义了尺寸的插件定义了连接器连接器P P3 3的全部引脚。在向的全部引脚。在向P P3 3传送诸如高速时钟和触发路径等系统资传送诸如高速时钟和触发路径

38、等系统资源方面，源方面，0 0号槽起着独特的作用。在号槽起着独特的作用。在P P3 3上特别增加了各种电源引脚、上特别增加了各种电源引脚、与与P P2 2中中10MHz10MHz时钟同步的时钟同步的100MHz100MHz差分时钟输出、差分时钟输出、10MHz10MHz时钟沿选择的同时钟沿选择的同步信号、步信号、4 4条条ECLECL触发线、触发线、2424条本地总线及供各模块之间互相定时的条本地总线及供各模块之间互相定时的星形触发线等。星形触发线等。 （1 1）CLKCLK100100 CLK CLK100100是是100MHz100MHz系统时钟。它源于系统时钟。它源于0 0号槽并分配至号

39、槽并分配至1 11212号槽的号槽的P P3 3上。上。0 0号槽号槽CLKCLK100100输出的是差分输出的是差分ECLECL，在背板上被缓冲后，作为单源和单目，在背板上被缓冲后，作为单源和单目标差分标差分ECLECL信号，分配至各模块插槽。信号，分配至各模块插槽。 （2 2）SYNC100 SYNC100 SYNC SYNC100100为同步信号线，用来使多个器件与给定的为同步信号线，用来使多个器件与给定的CLKCLK100100的上升沿同的上升沿同步。步。SYNCSYNC100100信号由信号由0 0号槽分配到号槽分配到1 11212号槽，每个槽均有单独的背板号槽，每个槽均有单独的背板

40、缓冲器。具有缓冲器。具有SYNCSYNC100100功能的功能的0 0号槽模块，可提供一将外部事件同步至号槽模块，可提供一将外部事件同步至CLKCLK100100的判优器，并满足对的判优器，并满足对SYNCSYNC信号所保证的建立和保持时间，以保信号所保证的建立和保持时间，以保证所有被作用的模块在同一证所有被作用的模块在同一CLKCLK100100时钟沿上被触发。时钟沿上被触发。SYNCSYNC100100为为10ns10ns的的脉冲，可由任何类型的外部或内部事件触发。脉冲，可由任何类型的外部或内部事件触发。（3 3）STARXSTARX和和STARYSTARY星形触发线星形触发线STARXS

41、TARX和和STARYSTARY用于模块间的异步通信。用于模块间的异步通信。0 0号槽可提供号槽可提供一交叉矩阵开关，可编程确定任意两条一交叉矩阵开关，可编程确定任意两条STARXSTARX或或STARYSTARY线之间的线之间的信号路径或将在一条信号路径或将在一条STARSTAR线上接收的信号广播至一组线上接收的信号广播至一组STARSTAR线上。线上。为增加灵活性，为增加灵活性，STARSTAR线是双向的。线是双向的。（4 4）ECLTRGECLTRG功能上与功能上与P P2 2连接器中的连接器中的ECLTRGECLTRG相同，并满足同样的规定。相同，并满足同样的规定。（5 5）LBUSL

42、BUS功能上也与功能上也与P P2 2连接器中的连接器中的LBUSLBUS相同，并满足同样的规定。相同，并满足同样的规定。除上述总线外，在除上述总线外，在P3连接器上也有保留引脚连接器上也有保留引脚RSV。 9.3.3 VXI总线器件及通信协议总线器件及通信协议1 1 VXIVXI总线器件分类总线器件分类v 组成组成VXIVXI系统的基本逻辑单元称为器件。一般来说，一个器件占据系统的基本逻辑单元称为器件。一般来说，一个器件占据一个一个VXIVXI总线插件，但也允许在一个插件上实现多个器件或者一个器件总线插件，但也允许在一个插件上实现多个器件或者一个器件占据多个插件。计算机、数字多用表、多路开关

43、、信号发生器、人机占据多个插件。计算机、数字多用表、多路开关、信号发生器、人机接口和计数器等都可作为器件存在于接口和计数器等都可作为器件存在于VXIVXI总线系统中。总线系统中。v VXI总线器件根据它们所支持的通信协议分为四级，如图总线器件根据它们所支持的通信协议分为四级，如图9-20所示。所示。 图9-20 VXI总线器件分类2. VXI2. VXI总线器件通信协议总线器件通信协议vVXIVXI总线中参与通信的单元包括基于寄存器的从者、基于消息的总线中参与通信的单元包括基于寄存器的从者、基于消息的从者和基于消息的命令者。从者和基于消息的命令者。v基于寄存器的从者是指基于寄存器的器件的通信单

44、元。这类器件基于寄存器的从者是指基于寄存器的器件的通信单元。这类器件的通信协议在的通信协议在VXIVXI标准中没有定义，即基于寄存器的从者不支持标准中没有定义，即基于寄存器的从者不支持VXIVXI总线的任何通信协议。控制基于寄存器的器件的协议完全取决于器总线的任何通信协议。控制基于寄存器的器件的协议完全取决于器件。这类器件的设计者可随意规定寄存器间的配合和正常操作所需件。这类器件的设计者可随意规定寄存器间的配合和正常操作所需的控制协议。的控制协议。v基于消息的从者通常具有独立执行复杂命令的能力，并可控制分基于消息的从者通常具有独立执行复杂命令的能力，并可控制分层仪器系统中的其它器件。基于消息的

45、命令者是基于消息的器件对层仪器系统中的其它器件。基于消息的命令者是基于消息的器件对其它器件进行控制的接口。基于消息的从者和命令者都使用其它器件进行控制的接口。基于消息的从者和命令者都使用VXIVXI总总线基于消息的器件协议进行通信。线基于消息的器件协议进行通信。v命令者与从者之间进行通信的协议，涉及到从者的协议寄存器、命令者与从者之间进行通信的协议，涉及到从者的协议寄存器、响应寄存器和数据寄存器。最简单的通信是使用数据寄存器和响应响应寄存器和数据寄存器。最简单的通信是使用数据寄存器和响应寄存器，以字串行方式传送数据。所有基于消息的器件都能执行这寄存器，以字串行方式传送数据。所有基于消息的器件都

46、能执行这种协议，是为基于消息的器件定义的最基本的通信方式，在硬件和种协议，是为基于消息的器件定义的最基本的通信方式，在硬件和软件的实现上也很简单，而且还能为完成系统任务提供所需要的通软件的实现上也很简单，而且还能为完成系统任务提供所需要的通信能力。信能力。v由字串行协议确定的基于消息的器件之间的通信也依赖于器件的由字串行协议确定的基于消息的器件之间的通信也依赖于器件的性能。这种通信可发展到更高级别的协议，如共享存储器协议。命性能。这种通信可发展到更高级别的协议，如共享存储器协议。命令者用读协议命令来确定从者可以支持哪些较高性能的协议。协议令者用读协议命令来确定从者可以支持哪些较高性能的协议。协

47、议规定所有基于消息的器件都应执行读协议命令。规定所有基于消息的器件都应执行读协议命令。 (1) (1) 字串行协议字串行协议字串行协议是指数据以串行方式向某一固定地址传送的通信协议，如读字串行协议是指数据以串行方式向某一固定地址传送的通信协议，如读写从者的数据寄存器。这种协议以通用的全双工写从者的数据寄存器。这种协议以通用的全双工UART(UART(通用异步接收发通用异步接收发送器送器) )为基础。读写是相互独立的，用双向的数据和响应寄存器来实现。为基础。读写是相互独立的，用双向的数据和响应寄存器来实现。除非事先有命令规定写入的是数据，每次写入数据寄存器的信息都被认除非事先有命令规定写入的是数

48、据，每次写入数据寄存器的信息都被认为是命令。在连续写入命令的过程中，可以嵌入数据，或者传送需要支为是命令。在连续写入命令的过程中，可以嵌入数据，或者传送需要支持的数据，这种命令数据序列通常不能中断。持的数据，这种命令数据序列通常不能中断。数据传送的进程由响应寄存器中的位来确定。仅当响应寄存器中写准备数据传送的进程由响应寄存器中的位来确定。仅当响应寄存器中写准备位置位置1 1时，方可将数据写入写数据寄存器中。写入后，写准备位清零，直时，方可将数据写入写数据寄存器中。写入后，写准备位清零，直到从者收到数据为止。同样，仅当响应寄存器中读准备位置到从者收到数据为止。同样，仅当响应寄存器中读准备位置1

49、1时，方可从时，方可从读数据寄存器中读取有效数据，读取后，读准备位清零，直至从者在读读数据寄存器中读取有效数据，读取后，读准备位清零，直至从者在读数据寄存器中设置了另一字为止。在大多数情况下，从者只有在响应一数据寄存器中设置了另一字为止。在大多数情况下，从者只有在响应一命令之后，才能将数据送到读数据寄存器中。它的命令者读到这一数据命令之后，才能将数据送到读数据寄存器中。它的命令者读到这一数据后，便可发出要求输出更多数据的命令，因而不要求从者保持输出排队后，便可发出要求输出更多数据的命令，因而不要求从者保持输出排队结构。结构。字串行协议共定义了三种形式的串行通信，即：字串行字串行协议共定义了三种

50、形式的串行通信，即：字串行(16位位)，长字串，长字串行行(32位位)，以及扩展长字串行，以及扩展长字串行(48位位)。对长字和扩展长字串行协议的支持。对长字和扩展长字串行协议的支持是任选的。传送数据时，这三种协议可混合使用。是任选的。传送数据时，这三种协议可混合使用。 (2) 快速握手传送快速握手传送握手方式分正常传送方式和快速握手方式。字串行协议用这两种握手方式分正常传送方式和快速握手方式。字串行协议用这两种方式之一来传送数据。如前所述，正常传送方式是用从者的读准备方式之一来传送数据。如前所述，正常传送方式是用从者的读准备位和写准备位来使数据同步传送，而快速握手方式则是用从者的位和写准备位

51、来使数据同步传送，而快速握手方式则是用从者的DTACK(数据传送认可数据传送认可)和和BERR(总线错误总线错误)信号线来保证适当的同信号线来保证适当的同步。在这种方式下，从者在每次步。在这种方式下，从者在每次VME总线传送中等待读或写准备好总线传送中等待读或写准备好条件，最多可持续条件，最多可持续20us。如在这段时间内，相应准备好条件为真，。如在这段时间内，相应准备好条件为真，则从者置则从者置DTACK线有效，完成这次数据传送；否则从者置线有效，完成这次数据传送；否则从者置BERR有有效，指出总线错误。效，指出总线错误。基于消息的从者即使处于快速握手方式时，也可支持正常传送方基于消息的从者

52、即使处于快速握手方式时，也可支持正常传送方式。从者用其协议寄存器中的式。从者用其协议寄存器中的FHS(快速握手快速握手)位来表示对快速握手位来表示对快速握手方式的支持；用响应寄存器中的方式的支持；用响应寄存器中的FHS Active(快速握手作用快速握手作用)位来表示位来表示快速握手当前的状态。位的含义如表快速握手当前的状态。位的含义如表9-6所示。所示。从者可通过清零从者可通过清零FHSActive位来启动快速握手方式。在数据传送过位来启动快速握手方式。在数据传送过程中，如从者不能在程中，如从者不能在20us内完成快速握手传送，则它须置内完成快速握手传送，则它须置BERR线线有效来终止这种传

53、送。这时，从者可将其有效来终止这种传送。这时，从者可将其FHSActive位置位置1，以正常，以正常方式传送数据，直至读写准备好后，再恢复快速握手传送。方式传送数据，直至读写准备好后，再恢复快速握手传送。 (3) (3) 字节传送协议字节传送协议字节传送协议是命令者与其从者之间进行字节传送协议是命令者与其从者之间进行8 8位数据传送位数据传送的方法。使用的命令为字串行字节可用和字节请求。前的方法。使用的命令为字串行字节可用和字节请求。前者用来传送命令者到从者的数据，后者用来传送从者到者用来传送命令者到从者的数据，后者用来传送从者到命令者的数据。用从者响应寄存器中的命令者的数据。用从者响应寄存器

54、中的DIR(DIR(数据输入准数据输入准备备) )位和位和DOR(DOR(数据输出准备数据输出准备) )位来调整数据的流动。当基位来调整数据的流动。当基于消息的器件不准备处理上述两条命令时，它须对其响于消息的器件不准备处理上述两条命令时，它须对其响应寄存器应寄存器DIRDIR和和DORDOR位清零，即命令者不能发送上述两条位清零，即命令者不能发送上述两条命令给命令给DIRDIR和和DORDOR位为零的从者。位为零的从者。(4) (4) 出错处理出错处理基于消息的器件用统一的方法来报告字串行协议错误，基于消息的器件用统一的方法来报告字串行协议错误，较高一级的错误用较高级的形式反应出来，通常作为对

55、较高一级的错误用较高级的形式反应出来，通常作为对命令的状态响应。命令的状态响应。字串行协议错误有字串行协议错误有6 6种：非支持命令种：非支持命令(Unsupported (Unsupported Command)Command)，多级询问，多级询问，DIRDIR违章违章(DIR Violation)(DIR Violation)，DORDOR违章违章(DOR Violation)(DOR Violation)，写准备违章，写准备违章(Write Ready (Write Ready Violation)Violation)，读准备违章，读准备违章(Read Ready Violation)(

56、Read Ready Violation)等等9.3.4 VXI总线仪器协议总线仪器协议VXI总线仪器是总线仪器是种基于消息的器件，并能支持种基于消息的器件，并能支持VXI总线字总线字串行通信协议。供串行通信协议。供VXI总线仪器通信用的内存命令和事件总线仪器通信用的内存命令和事件如图如图9-21所示。表给出的是仪器协议命令。所示。表给出的是仪器协议命令。 1 1从命令者到仪器的数据传输从命令者到仪器的数据传输字节可用命令常用于向字节可用命令常用于向VXI总线仪器发送数据字节总线仪器发送数据字节(DAB)。该命令包含一个作为一条消息的结束标志的该命令包含一个作为一条消息的结束标志的END位。所

57、位。所有的有的VXI总线仪器都支持字节可用命令，并符合字节传总线仪器都支持字节可用命令，并符合字节传送协议。送协议。2 2从仪器到命令者的数据传输从仪器到命令者的数据传输从仪器到命令者的数据传输，是由命令者发送字节请求从仪器到命令者的数据传输，是由命令者发送字节请求命令到命令到VXI总线仪器开始的。仪器通过使数据寄存器中总线仪器开始的。仪器通过使数据寄存器中的数据字节可用，来对这个命令进行响应。返回到命令的数据字节可用，来对这个命令进行响应。返回到命令者的数据中也包含了一个作为一条消息结束标志的者的数据中也包含了一个作为一条消息结束标志的END位。所有的位。所有的VXI总线仪器都支持字节请求命

58、令，并符合总线仪器都支持字节请求命令，并符合字节传送协议。字节传送协议。 3 3清除清除VXIVXI总线仪器总线仪器当当VXIVXI总线仪器收到清除命令时，应按下面的规则来总线仪器收到清除命令时，应按下面的规则来响应，并执行：响应，并执行： 清除仪器的输入缓冲器清除仪器的输入缓冲器(D1R)(D1R)； 清除仪器的输出序列清除仪器的输出序列( (如适当，清除如适当，清除DOR)DOR)； 准备好执行新的命令。准备好执行新的命令。4 4触发仪器触发仪器所有支持触发功能的所有支持触发功能的VXI总线仪器都应能被触发命令总线仪器都应能被触发命令所触发。当所触发。当VXI总线仪器没有做好处理触发命令的

59、准总线仪器没有做好处理触发命令的准备时，应将其响应寄存器中的备时，应将其响应寄存器中的DIR位置位置0；当；当VXI总线总线仪器已做好处理触发命令的准备时，应将其响应寄存仪器已做好处理触发命令的准备时，应将其响应寄存器中的器中的DIR位置位置1。 5 5本地封锁本地封锁如果命令者希望从者不执行本地源发出的命令时，它如果命令者希望从者不执行本地源发出的命令时，它可向从者发出置封锁命令。当命令者希望器件脱离封可向从者发出置封锁命令。当命令者希望器件脱离封锁状态，则发出清除封锁命令。锁状态，则发出清除封锁命令。6 6SRQSRQ操作操作在接口上，当器件需要请求服务时，可向其命令者发在接口上，当器件需

60、要请求服务时，可向其命令者发出请求为真事件。这个事件以中断响应字的事件形成出请求为真事件。这个事件以中断响应字的事件形成或作为信号被发送。如果对服务的需要被撤销，则已或作为信号被发送。如果对服务的需要被撤销，则已发出请求为真事件的器件应再发出请求为假事件。请发出请求为真事件的器件应再发出请求为假事件。请求为假事件的发送方式与请求为真事件的发送方式类求为假事件的发送方式与请求为真事件的发送方式类似。似。7 7SPOLLSPOLL操作操作VXI总线仪器可以执行读总线仪器可以执行读STB命令。执行读命令。执行读STB命令的命令的VXI总线仪器通过发送一位信号，即仪器响应位的第六总线仪器通过发送一位信