VXI总线教学讲解课件

VXI总线VXIbus系统VXI系统概述VXI总线VXI总线系统的机电结构VXI总线仪器VXI总线控制器和接口板通信规程简介VXI系统的软件结构具有多种功能VXI总线系统的集成VXI系统概述

采用VXIbus技术设计的卡式仪器系统称为VXI（VMEbus

ExtensionsforInstrumentation)仪器。

VXIbus系统标准是在1987年提出的，是在全世界完全开放的。

VXI系统概述VXIbus是VMEbus在仪器领域的扩展。

VMEbus是一种工业微机的总线标准，它参考了Motorola公司一种称为Versabus的通用总线和一种称为欧式卡的模块式插入结构，是一种主要用于微机和数字系统的总线标准(IEEE1014)，使用也比较广泛。但是VMEbus没有考虑仪器的特点。例如它的模块尺寸比较小，对一些仪器不适用或不便于屏蔽，也没有考虑仪器需要的多种电源，触发和产生模拟信号等问题。VXI系统概述

VXI系统最多可以包含256个器件，每个器件都是具有唯一逻辑地址的单元。

VXIbus系统允许有A，B，C，D四种尺寸的模块，并把模块插入特制的主机箱内各槽中，系统组建者可以灵活方便的插放或更换模块，随时构成所需的各种测试系统。

VXI系统概述

对该系统的控制和管理可以通过主机箱外的控者或嵌入主机箱内的控者实现。当采用外部控者时，通过GPIB，RS-232C，多总线扩展总线(MXIbus)，局域网或VMEbus等多种总线连接，并通过0号槽插件与VXIbus交换信息。另外，主机箱除了提供插槽和印制了VXIbus的背板外，还统一提供了系统所需要的电源和冷却系统及电磁兼容性，一个VXI总线系统可以包括一至数个子系统。0号槽模块1至12号槽模块P连接器A尺寸B尺寸C尺寸D尺寸外部计算机RS232，MXIGP-IB…VXI总线VXI总线的基础----HP-IB和VME总线VXI总线扩展VXI总线种类VXI总线特点VXI与PXI的取舍VXI总线的基础—HP-IB和VME总线

HP-IB总线VME总线HP-IB总线1965年,惠普公司(Hewlett-Packard)设计了惠普接口总线HP-IB，用于连接惠普的计算机和可编程仪器。由于其高转换速率(通常可达1Mbytes/s),

这种接口总线得到普遍认可，并被接收为IEEE标准488-1975和ANSI/IEEE标准488.1-1987。后来，GPIB(General-PurposeInterfaceBus)比HP-IB的名称用得更广泛。ANSI/IEEE

488.2-1987加强了原来的标准，精确定义了控制器和仪器的通讯方式。可编程仪器的标准命令(StandardCommandsforProgrammableInstruments,SCPI)采纳了IEEE488.2定义的命令结构,创建了一整套编程命令。

VME总线

VMEbus国际标准为IEEEP1014，最初由美国Motorola公司于1981年10月提出，当时主要针对16位和32位微处理器而设计的。该总线是异步和多路复用的。支持32位数据传输和24位地址范围(16M字节)。它还通过总线仲裁，支持多达4个处理器的真正多处理器运行。由于VMEbus具有开放式系统结构，受到许多厂家的欢迎。

VME总线系统四种插板：系统控制板，CPU板，存储器和I/O板四种信号线：数据传输总线仲裁总线中断总线公用总线系统控制板CPU板存储器板I/O板P连接器数据传输总线优先中断总线公用总线VMEbus系统的功能模块和总线连接器DTB仲裁总线VME总线---数据传输总线1.数据总线(D00~D31)2.地址总线(A01~A31)3.地址修改线(AM0~AM5)4.读/写线(WRITE*)5.中断应答线(IACK*)6.地址选通线(AS*)7.数据选通线(DS0~DS1)8.长字线(LWORD*)9.数据传输应答线(DTACK*)10.总线错误线(BEER*)VME总线---仲裁总线总线请求(BR0*~BR3*)总线允许输出(BG0OUT*~BG3OUT)总线允许输入(BG0IN*~BG3IN*)总线忙(BBSY*)总线清除(BCLR*)VME总线---中断总线中断请求(IRQ1*~IRQ7*)中断应答(IACK*)中断应答输入(IACKIN*)中断应答输出(IACKOUT*)VME总线---公用总线系统时钟(SYSCLK)系统复位(SYSRST*)序列数据线(SERDAT*)序列时钟线(SERCLK)交流故障(ACFAIL*)系统故障(SYSFAIL*)VXI总线的机电结构

VXI总线逻辑上可分为8组总线和若干保留的引脚。这些总线位于VXI总线背板，其中全局总线由所有VXI总线模块共享；特殊总线从0槽模块一对一地接到其他模块；专用总线是相邻模块之间的局部总线。VXI总线模块与连接器VXI总线主机箱VXI总线的屏蔽与冷却VXI总线系统电源VXI总线的机电结构

VXI总线模块与连接器VXI总线模块有四种标准尺寸

D

C

BAA10X16cmB23X16cmC23X34cmD36X34cm背板连接器

D

C

B

AP1P2P3VXI总线主机箱

VXI总线的屏蔽与冷却

系统工作点主机箱冷却曲线模块气阻曲线最低工作点VXI总线系统电源

VXI总线系统中的电源是以稳压直流电压送到背板上，流经任何连接器上各插脚的额定电流必须满足系统内温升的要求，在55摄氏度的环境下，每个引脚电流限制在1A时，VME总线的连接器仍能工作。由主机箱电源供给的任何电压，主机箱最大额定电流必须符合一定的最大允许电压变化和最大允许直流负载纹波的要求。VXI总线种类

VXIbus共有8种总线：VME计算机总线时钟和同步总线星形总线触发总线本地总线模拟和总线模块识别总线电源线

开放的标准高速数据吞吐量：40MB/s对比于HP-IB的1MB/s灵活性测试仪器的小型化低成本规范化：VXIplug&play标准高可靠性

VXI总线的特点VXIbus系统扩展总线简介

VXIbus系统在VMEbus系统的基础上扩展了不少总线，P1连接器与VMEbus完全相同，对P2连接器的引脚作了扩展，并定义了P3连接器。与VMEbus的明显差别是VXIbus的P2，P3连接器对0号槽与对1－12槽的定义不完全相同或基本不同。VXIbus系统扩展总线简介

VXIbus系统扩展总线分成时钟总线，星形和触发总线，本地总线，模拟和总线，模块识别线和电源线。

VXIbus系统扩展总线简介

时钟和同步总线：

通过P2连接器提供10MHz时钟CLK10，通过P3连接器提供100MHz时钟CLK100，它们源自0号槽模块而发至1-12号槽模块。P3上还有一种同步信号SYNC100，它用来使多个器件相对于CLK100的上升沿同步，以便在模块间提供非常准确的时间配合。时钟信号和同步信号都是从0号槽模块点对点单独传至其他各槽，并在背板上被单独缓冲以提供模块间高水平的隔离。VXIbus系统扩展总线简介模块识别线：模块识别线MODID用来检测模块的存在并指示它的物理位置。0号槽的P2连接器可引出MODID01-12共12条信号线。若槽中存在模块，模块识别线经过下拉电阻接地可判别槽中是否插入了模块，检测结果也可以通过槽口识别灯或其他方法指示。VXIbus系统扩展总线简介TTL，ECL及星形触发线：

为了适应仪器的触发定时和消息传递的要求，VXIbus设定了TTL，ECL及星形触发线。其中前两种的每条触发线上连着各槽的模块，信号在背板的两个端点之间逐次传递，而星形总线从0号槽直接连向其他各槽，构成星形连接。

VXI与PXI的取舍

PXI(PCIExtensionofInstrumentation)总线是以PCI计算机局部总线(IEEE1014-1987标准)为基础的模块仪器结构，目标是在PCI总线基础上提供一种技术优良的模块仪器标准。PXI模块机械尺寸与VXI相似，PXI规范也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CompactPCI的要求基本相同，采用了ANSI310-C、IEC-297和IEEE1101.1等在工业环境下具有很长应用历史的Eurocard规范，支持3U和6U两种模块尺寸，它们分别与VXIbus的A尺寸和B尺寸相同。

PXI总线规范是在PCI规范的基础上发展而来的，它具有PCIbus的性能和特点，包括32/64位数据传输能力以及分别高达132MB/s和264MB/s的数据传输速度，另外还支持PCI-PCI桥路扩展和即插即用。PXI在保持PCI总线所有这些优点的前提下增加了专门的系统参考时钟，触发总线，星形触发线和模块间的局部总线，以此来满足高精度的定时和同步与数据通信要求。VXI与PXI的取舍

如果从性能上考虑，PXI是当然之选，它不但传输速率较高，价格也相对较低。但是一个PXI机箱最多只有7个插槽可插通用模块，不能满足需要；与此相比，13槽C尺寸VXI机箱能提供给设计者12槽位置，一般不用通过机箱级联就能满足实际需要了，而且，C尺寸的VXI模块比3U或6U尺寸的PXI模块能够集成更多的功能。设计系统方案时，首先要对系统进行功能分解，使单个模块的功能相对独立，同时又能灵活地组建系统。

VXI与PXI的取舍PCI/PXI/VXI总线的性能比较

VXI总线仪器

VXI总线仪器概述

通常一个仪器将占据一块VXI总线模块，但也允许在一个模块上实现多个仪器和一个仪器占据多个模块。在系统中，每个仪器都有唯一的逻辑地址。仪器可以是计算机，万用表，多路开关，振荡器，人机接口和计数器等等。根据VXI总线仪器支持的通信协议的能力可将它分为4类。VXI总线仪器混合仪器非VXI总线仪器消息基仪器存储器仪器扩展仪器寄存器基仪器CPU仪器人机接口???A16寄存器基仪器A14/A24A16/A32寄存器基仪器VME总线仪器资源管理者消息基仪器

支持VXI配置和通信协议。这一类仪器支持包括具有命令者和命令基从者原件的仪器。

消息基仪器是具有通信能力的本地智能仪器，如：数字式万用表，频谱分析仪，显示控制器，IEEE488-VXI总线接口仪器，开关控制器等。

消息基仪器

消息基仪器在高层次上用ASCII字符进行通信，与这种仪器十分相似的是独立的HP-IB仪器，它非常容易组装成VXI总线系统。它用一种意义明确的“字串行协议”规则进行通信，这种异步协议定义了在仪器之间传送命令和数据所需的挂钩要求。消息基仪器

要获得这种使用方便性，需做出两种折衷方案。第一，实施串行协议所需的通信接口是很复杂的，这就意味着它比寄存器基仪器的通信接口要在电路板上占用更多的位置。因此消息基仪器总要比相等的寄存器基仪器贵得多。此外，由于多占用的空间用于通信，而不是用于测量电路，它一般都装在C尺寸或尺寸较大的模块上。第二，器件之间的通信速度较低，大致与HP-IB的通信速度差不多。存储器仪器具有配置寄存器，并且包含一定的存储器仪器的特征，如：存储器类型和存取时间等。但不具有VXI总线定义的其他寄存器或通信协议。如磁泡存储器，RAM/ROM插件卡。寄存器基仪器寄存器基器件是只有基本配置寄存器的VXI总线器件，它的通信情况极像VME总线仪器，是在低层次上用二进制信息编制程序的。它的明显优点在于速度----寄存器基仪器完全是在直接硬件控制这一层次上进行通信的，这种高速通信可以使测试系统吞吐量大大提高。但不要认为寄存器基器件是非常简单的仪器，比如说模数转换器，可以用低级二进制命令与其他仪器进行通信，也可能拥有一个内部微处理器，用以进行复杂的测量控制和自诊断。

另一优点是该接口非常简单，体积小、成本低。

寄存器基仪器

寄存器基仪器非常适用于简单的插卡，如开关，多路转换器，基本数模转换器等等。用户愿意使用价格低廉的寄存器基模块，但却不想用低级二进制命令来编制这种模块程序。

VXI总线以一种叫做命令者和受令者的概念来解决这一问题。一种包含有智能的仪器可以用来操纵寄存器基仪器，它被配制成寄存器基仪器的命令者。向命令者发送高级ASCII命令，它就会对这些命令做出解释，然后将必要的二进制信息发送给寄存器基受令者。VXI总线控制器和接口板总线控制器

总线接口板

VXI总线控制器VXI总线控制器都放在VXI主机箱的零号槽位置，又称为零槽控制器。系统控制方式也就是控制器与VXI总线连接的方式。

种类：GPIB—VXI方式MXI方式嵌入式工作站控制器

VXI总线控制器

VXI总线控制器—GPIB－VXI方式GPIB－VXI方式是通过GPIB总线把一个VXI主机箱与外部计算机相连。在主机箱内部有一个GPIB－VXI转换器，这就使装备有GPIB功能的计算机能控制VXI总线仪器或者代替GPIB仪器。计算机通过GPIB总线和GPIB－VXI转换器把一个命令串传送给VXI器件。转换器决定哪个器件被寻址。VXI总线控制器—GPIB－VXI方式

显然，转换器把GPIB协议转换到了VXI字串行协议，同时把字串行命令串传送给器件。这个过程对消息基器件来说是必须的。对于寄存器基器件，被传送到GPIB－VXI转换器的命令确定了执行寄存器访问的模式，这种额外的转换使得随机读写速度比嵌入式和MXI控制方式的速度慢的多，但这种方式可以使装备有GPIB功能的计算机控制VXI总线仪器。另外，GPIB控制的VXI总线系统具有许多结构上的优点，如系统组建者可以组建一具有VXI设备的主机箱，它能以VXI速度完成十分复杂的测试任务，而且它能通过使用简单高级语言的GPIB控制器来控制。

VXI总线控制器—MXI

MXI方式是通过高速MXI总线把外部的计算机连接到VXI主机箱的后板上，它与嵌入方式在功能上是相同的，但可更灵活地适用于各种类型的计算机和工作站。一个MXI系统包括一个连在远地计算机外围扩展总线（如PCI）的插板、一个直接插在VXI主机箱0号槽内的VXI模块和连接两者的电缆。VXI总线控制器—MXI

功能如同连在VXI总线上一样，具有更快的VXI随机读写速度和字串行传送速度，数据在总线间传送由硬件完成，提高了系统运行速度，但MXI系统需要在计算机扩展总线和VXI总线间进行硬件连接，而嵌入式不需要。连有PCI和DMA的MXI控制器在数据块传送方面比嵌入式VXI控制器的性能要好。嵌入方式嵌入方式是指把控制器作为一个模块装在VXI主机箱的插槽内，直接与VXI总线系统中的各类器件耦合。它的特点在于体积小、速度快，但是缺乏灵活性，而且价格较其他方式贵得多。

VXI总线接口板常用的接口板包括：

HP-IB总线接口板外部计算机零槽控制器接口板（VXILink，MXI和FireWire）

HP-IB总线接口板

用于对总线控制的实时性要求不高，并需在仪器中集成较多HP-IB的场合。它主要包括插入通用计算机的HP-IB接口板，位于VXI主机箱零槽的HP-IBVXI模块。其功能如下：

将HP-IB仪器的控制代码转换为VXI命令，VXI系统中实时执行。

用HP-IB总线控制器和软件控制VXI总线的消息基仪器。

扩展HP-IB命令提供对寄存器基仪器和VME总线仪器的控制，以及系统存储器的读写。

外部计算机零槽控制器接口板

VXILink零槽控制器接口板

MXI零槽控制器接口板FireWire总线零槽控制器接口板

VXILink零槽控制器接口板VXILink是16位的数据通信接口，它采用ISA总线接口卡与计算机通信。其特点是对计算机的要求低，386以上的计算机都可以作为控制器。但其数据通信速度慢（小于10MB/S）。适用于与中低速的仪器通信如低速扫描继电器等。

MXI零槽控制器接口板

MXI是由美国NI公司提出的一种多系统扩展接口总线。相当于把VXI机箱的背板总线拉到外部计算机上来，同时可实现多个VXI机箱间的３２位数据交互。由于它可以直接把VXI内存空间映射到外部计算机上来，因此在提高数据传输速率方面上看具有很大的优势。VXI系统的软件结构应用程序开发模块仪器驱动程序操作系统VXI总线计算机VXI总线背板VXII/O软件GPIBI/O软件消息基模块寄存器基模块VME模块应用软件开发环境C/C++，VB，HPVEE，LabViewVXIplug&play驱动器VISA/SICL/SCPI命令操作系统WIN95\98WINNTUNIX接口卡FireWireMXIGP-IB控制器测试仪器SCPI命令SCPI(standardcommandsforProgrammableInstruments)与过去的仪器的不同点在于，SCPI命令描述的是所测量的信号而不是正在用于测量信号的仪器本身。用SCPI编写的程序不仅更加可读而且更加直观。相同的SCPI命令可用于各种不同的VXI仪器，例如：“TRIG：IMM”(触发：立即）命令可以用于任一种具有触发能力的VXI仪器。且其具有“横纵向兼容性”。SCPI命令

SCPI语言由三部分内容组成：语法和样式：描述实际语言的应用以及发展维护的基本原理；命令结构：描述了仪器中出现的实际语言的构造；数据交换格式：在仪器与应用之间，应用与应用之间或仪器与仪器之间可以使用的数据集的标准表示法．基于VISA库的VXI总线编程

进行VXI总线编程离不开VISA库的支持。VISA库以动态链接库(DDL)的形式向VisualBasic，VisualC++等程序设计语言提供了访问VXI总线资源的手段。VISA是虚拟仪器软件结构的缩写，实质是一个输入输出接口软件库及其规范的总称。它是由VXI总线即插即用联盟提出和规定使用的，其目的是使不同厂家的仪器具有相同的编程接口。控制消息基器件要用到SCPI命令，VISA库的重要功能之一就是向仪器发送SCPI命令。基于VISA库的VXI总线编程

它用一种标准的方式来描述各种各样的仪器功能，规定了在控制器到仪器和仪器到控制器之间信息交换层消息的构造和内容，使各类不同的仪器更容易被理解和使用，减少了自动测试系统开发的工作量和时间。

基于VISA库的VXI总线编程

仪器的寻址：在与一个仪器通讯之前，必须将测试应用程序与仪器进行连接，即要建立仪器与应用程序之间的通讯途径，这种通讯途径被称之为Session，确切地说，Session就是应用程序与仪器之间通讯途径的一个实例。在程序中建立一个与某仪器进行通讯的Session需调用VISA库的两个函数viOpenDefaultRM和viOpen。

基于VISA库的VXI总线编程

访问消息基器件：消息基器件具有自己的微处理器，能够解释字符串形式的SCPI命令。SCPI命令具有较强的可读性，因此编出的测试程序容易理解。VISA输入/输出库函数提供了向仪器发送SCPI命令的能力。viRead和viWrite是两个最基本的VISA输入/输出库函数。viWrite的形式为：viWrite(vi，buf，count，retCount)参数vi代表某仪器的一个句柄；buf是要发送的字符串(一般是SCPI命令)；count是要发送的字符总数；retCount返回实际发送了的字符数。该函数把字符串buf发送到vi所代表的仪器。多种功能VXI总线系统的集成测试系统的硬件结构主要仪器模块简介系统的应用软件总体设计多功能VXI系统的应用硬件结构图主要仪器模块简介

1.VX4428模块

VX4428模块是一个符合规范的印制电路板插件，它集发送器和接收器于一体。发送器由四个发送通道组成，接收器同样包含四个接收通道。各通道直接与Mark33数字信息传输系统(DITS)总线相连，接收通道来自DITS总线信号，而发送通道则把有关数据发送给DITS。

VX4428模块中的四个发送通道都带有自己的发送存储器，能暂时存储32768个ARINC429字和控制字。VX4428模块的发送通道是以“帧”的形式发送数据的。“帧”由头字和一个或多个ARINC429数据字组成，头字控制“帧”与“帧”之间，字与字之间的间隔，并且控制发送存储器中数据的发送时刻，此外，头字还包括奇偶校验位，字长位等。VX4428模块各接收通道同样有自己的存储器。可存储高达32000个来自DITS总线的ARINC429数据字(每个ARINC429字由四字节组成)。2.73A-455模块

73A-455模块是一个符合MIL-STD-1553A/B总线规范的印制电