第4章_VXI总线测试系统
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单 CPU 系统 CPU GPIB 主计算机
多 CPU 系统 CPU GPIB 主计算机
bus
仪器 1#
仪器 2#
RAM
仪器 3#
仪器 1# CPU
仪器 2# CPU
分 配 器
RAM
仪器 3# CPU
VXI总线系统的典型结构
独立系统 仪器 3# CPU 磁 盘 仪器 2# CPU 仪器 1# CPU 内部 主计算机
（3）仪器触发线
TTL(TTLTRG0*-TTLTRG7*)、ECL(ECLTRG0-ECLTRG5) 和STARX和STARY星形触发线：用于仪器的触发、定时和 消息传递。 TTL触发线共8条，是一组用于模块间通信的、集电极开路 的TTL信号线，分布在P2连接器上。 ECL触发线共6条，是一组用于模块之间通信和定时的信号 线，但具有更高的工作速度，分布在P2、P3连接器上。 星型触发总线STARX和STARY分布在P3连接器上，用于模 块间的异步通信。两条STAR线连接在各模块插槽和0号槽之 间。0号槽可提供一个交叉矩阵开关，通过对该开关进行编 程可以确定任何两根STARX和STARY线之间的信号路径。
Байду номын сангаас
公用总线:为系统提供时钟、系统初始化及故障检测等功能。
（1）数据传输总线（DTB）
寻址线
控制线
地址线A01-A31
地址选通AS*
数据选通线DS0*-DS1* 总线错误线BERR* 数据传输应答线DTACK* 读/写信号线WRITE*
地址修改线AM0-AM5
数据选通线DS0*-DS1* 字长线LWORD*
第4章
VXI总线测试系统
第4章 VXI总线测试系统 教学内容
VXI总线特点 VXI总线的组成结构 VXI总线的功能 VXI总线测试系统组建方法
GPIB
概述
VXI(VMEbus eXtensions for Instrumentation) VME(Versabus Module European) VXI总线标准是在VME总线和GPIB总线基础上发展 的一种新型仪器系统总线。 VXI总线以其开放的系统结构、模块化的设计、紧 凑的机械结构、良好的电磁兼容性，以及可靠性高、 小型便携和灵活通信能力等一系列优点满足了工业 领域需求，被公认为21世纪仪器总线系统和自动测 试系统的优秀平台。
器件分类
器件之间的基本操作是信息传输。根据其 性质、特点和它所支持的通信规程，VXI总 线器件分为:
寄存器基器件 消息基器件 存储器器件 扩展器件
bus
①寄存器基器件
寄存器基器件是具有最基本能力的VXI总线器件， 这类器件的特点是器件的通信是通过对它的寄存器 进行读写来实现的。如简单的开关、数字I/O和 A/D接口卡等 ；
P1、P2、P3三个96脚J型连接器和信号通路； 冷却、通风设备； 电源；
每个连接器分成A、B、C三行 的欧式结构，每行32个引脚； P1是各种模块必须的，P2、P3可选。
VXI模块用连接器
P1
VME 计算机总线 16 位数据传输线 16MB 地址 仲裁线 优先中断线 公用线 中间行附加的功能： VME32 位数据和 4GB 地址 外围两行附加的功能： TTL&ECL 触发线 10MHz 时钟线 12Pin 本地线 模拟相加线 模块识别线 电源分配线
4.2 VXI总线系统的组成结构
VXI测试系统采用器件→模块→机箱的方 式构成系统； VXI系统的全部总线均集中在多层印刷电 路板内，模块与VXI总线通过连接器连接； 电源和冷却散热装置为机箱内的全部器件 共用； 良好的电磁兼容性。
4.2.1 VXI器件、模块与主机箱
1. VXI器件
器件是组成VXI总线系统最基本的逻辑单元； 通常，一个器件占据一块VXI模块，但也允许 在一个模块上实现多个器件和一个器件占据多个模 块； 在一个VXI系统中，最多可有256个器件，每个 器件都有一个唯一的逻辑地址，逻辑地址的编号为 0~255。
2. VXI模块
VXI总线系统的最小物理单元是组建模块，它由 带电子元器件和连接器的组件板、前面板和任选 的屏蔽壳组成。 规定的模块尺寸共有有A，B，C，D四种规格。
A型 100×160 P1 B型 233×160 P1 P2
C型 233×340
P1 P2
D型 367×340
P1 P2 P3
P1、P2、P3三 个96脚J型连接 器和信号通路
1.VME计算机总线
VME计算机总线包含了数据传输总线、仲裁总线、优 先级中断线和公用总线，这些总线都安排在P1连接 器和P2连接器的中间一行引脚上。主要有：
数据传输总线（DTB）: DTB由总线主模块控制，用于主、从模块之间传 递数据和状态/识别信息。分为寻址线、数据线和控制线； DTB仲裁总线:VME总线支持多处理器的分布式系统。仲裁总线用来解决 多个主模块争夺DTB总线使用权的问题，防止总线冲突； 优先中断总线: 供VME总线系统的中断器（Interrupter）和中断处理器 之间进行中断请求和中断认可使用；
VXI总线定义的信号线分类
VME计算机总线 时钟和同步总线 模块识别总线 触发总线 模拟相加总线 本地总线 电源线
VXI总线的结构
VXI总线P1/J1连接器 引脚定义（0~12槽） VXI总线P2/J2连接器 引脚定义（0槽） VXI总线P2/J2连接器 引脚定义（1~12槽） VXI总线P3/J3连接器 引脚定义（0槽） VXI总线P3/J3连接器 引脚定义（1~12槽）
VXI基于VME和GPIB
VXI uses standard technology
bus
VMEbus
GPIB
独立总线的模块式仪器系统
MXI
INST #1
INST #2
RAM
各公司为仪器系统设计了： 独立的机箱、独立的电源、专门的仪器总线
4.1 VXI总线的特点
（1）模块式结构； （2）小型便携； （3）数据传输速率高； VXI总线底板数据传输速率理论上可达 40MByte/s，本地总线的数据传输速率可达 1GByte/s； （4）可靠性高，可维护性好； （5）适应性、灵活性强。
（3）优先中断总线
系统控制板 1 号槽 IACK 菊花链 驱动模块 2 号槽 中断控制 模块 3 号槽 中断模块 4 号槽 中断模块
中断请求线IRQ1*~IRQ7* 中断应答线IACK*
IIACKOUT*
IIACKOUT*
IIACKIN*
IIACKOUT*
中断应答输入线IACKIN* 中断应答输出线IACKOUT*
RAM
分层式仪器系统 CPU 仪器 仪器 1# 1# 命令者 从者 CPU 仪器 1# 从者 仪器 仪器 2# 2# 命令者 从者 CPU 仪器 2# 仪器 2# 从者 CPU
主计算机 仪器 1#
4.3 VXI总线的组成及功能
在VXI总线系统中，各种命令、数据、地址 和其它消息都通过总线传递。 VXI总线系统 的各种总线都印制在主机箱内的多层底板上， 通过P1/J1、 P2/J2、 P3/J3连接器与各模 块相连接。 VXI总线是VME总线在仪器领域的扩展，所以 VXI总线实际上是在VME总线的基础上扩展了 一些适应仪器系统所需要的总线而构成的。
④扩展器件
扩展器件是为VXI未来发展而定义的，它允许将 来设计更新种类的器件，支持更高级的通信协议。
这四种器件在VXI系统中担当的角色及器件之间的 通信是基于一种器件分层关系进行的，即相互通 信的器件一个称为命令者，一个称为从者，命令 者是消息基器件，能控制一个或几个其它器件， 被控器件就是该命令者的从者。
VXI增加的信号线
（4）模拟相加线：SUMBUS。是VXIbus系统背板上
的一条模拟相加接点。每个模块都可以用一个模拟 电流源驱动器来驱动这条线，或者通过一个高阻接 收器如一个高阻抗模拟放大器接收来自该总线的信 息。 （5）本地总线：LBUS00-LBUS35。用于两者之间 高速通信，LBUS数据传输率高达250MB和1GB （6）电源线：+5V，±12V是VME标准；±24V是 为模拟电路设计的，-5.2V、-2V是为高速ECL电路 设计的。VXIbus系统的电源可为每个仪器模块提 供268W的功率。
数据线
D00 - D31
（2）DTB仲裁总线
VME总线支持多处理器的分布式系统， 即在一个VME系统中允许多个具有主模 块功能的模块存在，仲裁总线用来解决多 个主模块争夺DTB总线使用权的问题，防 止总线冲突。
bus
DTB仲裁总线信号线
· 总线请求线BR0*~BR3*； · 总线允许输入线BG0IN*~BG3IN*； · 总线允许输出线BG0OUT*~BG3OUT*； 1 号槽 · 总线忙线BBSY*； · 总线清除线BCLR*。 BG0IN*
器件控制； 能够接受和处理复杂命令，支持字串行协议； 需对指令进行译码，因此降低了速度。
③存储器器件
存储器器件靠寄存器的读、写进行通信，除 配置寄存器外，还具有特征寄存器，没有通 信寄存器，本身是存储器。 特点：
一般由其它器件使用，不能控制其它器件； 该器件的其它可寻址寄存器是器件工作时使 用的存储单元； 具有存储器的某些特性，具有一定的存取时间。
特点：器件的通信通过对它的寄存器进行读、写来实现； 它是最简单的器件，本身一般不具备智能，不能控制 其它器件，只能受其它器件或系统控制； 硬件电路简便，易于实现，速度快，节省指令译码时 间，在速度要求较高的情况下特别有用。
②消息基器件
消息基器件不但具有配置寄存器，同时还具有通信 寄存器来支持复杂的通信协议。这种器件一般都是 具有本地智能的较复杂器件，如计算机、资源管理 器、各类有本地智能的测试仪器、GPIB-VXI接口 等。 特点：具有本地智能，可以控制其它器件，也可以被其它
4.4 VXI总线系统的通信协议
VXI总线系统的基本逻辑单元是VXI器件， 基本操作是信息传输。正是根据器件的信 息通信能力，把它们分成寄存器基器件、 消息基器件、存储器器件和扩展器件，也 根据器件在通信层次中的地位，把它们分 成命令者器件和从者器件。
的模块存在与否，或者识别一个特定器件的物 理槽位。这些线自0号槽分别送至1号槽至12号 槽。系统自动配置时必须用到MODID线。
（2）时钟和同步线
CLK10、CLK100、SYN100：这三个 信号都是从0槽模块发出的。其中， CLK10时钟线用于模块之间的精确同步， CLK100和SYNC100用于系统中更高精 度的定时和触发。从0槽总线传至任何 槽的绝对延迟时间不超过8ns。
P2 P2
P3 提供更高的功能： 100MHz 时钟与同步线 ECL 星型线 ECL 触发线 24Pin 本地线 电源分配线
VXI→机箱→系统
标准 接口 计算 机 VXI机箱
模块1
零槽 模块
模块2
TUA
被测对象 （DUT）
模块N 总线
VXI总线
VXI总线系统结构
4.2.2 VXI系统的典型结构
VXI总线系统的典型结构有：单CPU系统、多 CPU系统、独立系统和分层结构仪器系统。
VXI模块具体尺寸
高×长×厚
典型VXI模块
3. VXI主机箱
电源冷 确系统
VXI or VME
背板 双宽度带 屏蔽的D 尺寸模块
未屏蔽C
尺寸模块
bus
VXI主机箱
VXI主机箱为保证各模块恰当地连接到底板而设； 底板的构成：它是一块印制电路板，有13个插槽 （0～12），其上还有：
IIACKIN*
IACK* 背板
IIACKIN*
IIACKOUT*
IIACKIN*
（4）公用总线
系统时钟线SYSCLK
序列时钟线SERCLK
序列数据线SERDAT*
交流故障线ACFAIL*
系统复位线SYSRESET*
系统故障线SYSFAIL*
2.VXI增加的信号线
（1）模块识别线（MODID） MODID00~MODID12： 用于检测特定位置上
BG0OUT* BG1IN* 仲 裁 模 块 BG1OUT* BG2IN* BG2OUT* BG3IN* BG3OUT*
2 号槽 BG0IN* BG0OUT* BG1IN* BG1OUT* BG2IN* BG2OUT* BG3IN* BG3OUT*
3 号槽 BG0IN* BG0OUT* BG1IN* BG1OUT* BG2IN* BG2OUT* BG3IN* BG3OUT*
多 CPU 系统 CPU GPIB 主计算机
bus
仪器 1#
仪器 2#
RAM
仪器 3#
仪器 1# CPU
仪器 2# CPU
分 配 器
RAM
仪器 3# CPU
VXI总线系统的典型结构
独立系统 仪器 3# CPU 磁 盘 仪器 2# CPU 仪器 1# CPU 内部 主计算机
（3）仪器触发线
TTL(TTLTRG0*-TTLTRG7*)、ECL(ECLTRG0-ECLTRG5) 和STARX和STARY星形触发线：用于仪器的触发、定时和 消息传递。 TTL触发线共8条，是一组用于模块间通信的、集电极开路 的TTL信号线，分布在P2连接器上。 ECL触发线共6条，是一组用于模块之间通信和定时的信号 线，但具有更高的工作速度，分布在P2、P3连接器上。 星型触发总线STARX和STARY分布在P3连接器上，用于模 块间的异步通信。两条STAR线连接在各模块插槽和0号槽之 间。0号槽可提供一个交叉矩阵开关，通过对该开关进行编 程可以确定任何两根STARX和STARY线之间的信号路径。
Байду номын сангаас
公用总线:为系统提供时钟、系统初始化及故障检测等功能。
（1）数据传输总线（DTB）
寻址线
控制线
地址线A01-A31
地址选通AS*
数据选通线DS0*-DS1* 总线错误线BERR* 数据传输应答线DTACK* 读/写信号线WRITE*
地址修改线AM0-AM5
数据选通线DS0*-DS1* 字长线LWORD*
第4章
VXI总线测试系统
第4章 VXI总线测试系统 教学内容
VXI总线特点 VXI总线的组成结构 VXI总线的功能 VXI总线测试系统组建方法
GPIB
概述
VXI(VMEbus eXtensions for Instrumentation) VME(Versabus Module European) VXI总线标准是在VME总线和GPIB总线基础上发展 的一种新型仪器系统总线。 VXI总线以其开放的系统结构、模块化的设计、紧 凑的机械结构、良好的电磁兼容性，以及可靠性高、 小型便携和灵活通信能力等一系列优点满足了工业 领域需求，被公认为21世纪仪器总线系统和自动测 试系统的优秀平台。
器件分类
器件之间的基本操作是信息传输。根据其 性质、特点和它所支持的通信规程，VXI总 线器件分为:
寄存器基器件 消息基器件 存储器器件 扩展器件
bus
①寄存器基器件
寄存器基器件是具有最基本能力的VXI总线器件， 这类器件的特点是器件的通信是通过对它的寄存器 进行读写来实现的。如简单的开关、数字I/O和 A/D接口卡等 ；
P1、P2、P3三个96脚J型连接器和信号通路； 冷却、通风设备； 电源；
每个连接器分成A、B、C三行 的欧式结构，每行32个引脚； P1是各种模块必须的，P2、P3可选。
VXI模块用连接器
P1
VME 计算机总线 16 位数据传输线 16MB 地址 仲裁线 优先中断线 公用线 中间行附加的功能： VME32 位数据和 4GB 地址 外围两行附加的功能： TTL&ECL 触发线 10MHz 时钟线 12Pin 本地线 模拟相加线 模块识别线 电源分配线
4.2 VXI总线系统的组成结构
VXI测试系统采用器件→模块→机箱的方 式构成系统； VXI系统的全部总线均集中在多层印刷电 路板内，模块与VXI总线通过连接器连接； 电源和冷却散热装置为机箱内的全部器件 共用； 良好的电磁兼容性。
4.2.1 VXI器件、模块与主机箱
1. VXI器件
器件是组成VXI总线系统最基本的逻辑单元； 通常，一个器件占据一块VXI模块，但也允许 在一个模块上实现多个器件和一个器件占据多个模 块； 在一个VXI系统中，最多可有256个器件，每个 器件都有一个唯一的逻辑地址，逻辑地址的编号为 0~255。
2. VXI模块
VXI总线系统的最小物理单元是组建模块，它由 带电子元器件和连接器的组件板、前面板和任选 的屏蔽壳组成。 规定的模块尺寸共有有A，B，C，D四种规格。
A型 100×160 P1 B型 233×160 P1 P2
C型 233×340
P1 P2
D型 367×340
P1 P2 P3
P1、P2、P3三 个96脚J型连接 器和信号通路
1.VME计算机总线
VME计算机总线包含了数据传输总线、仲裁总线、优 先级中断线和公用总线，这些总线都安排在P1连接 器和P2连接器的中间一行引脚上。主要有：
数据传输总线（DTB）: DTB由总线主模块控制，用于主、从模块之间传 递数据和状态/识别信息。分为寻址线、数据线和控制线； DTB仲裁总线:VME总线支持多处理器的分布式系统。仲裁总线用来解决 多个主模块争夺DTB总线使用权的问题，防止总线冲突； 优先中断总线: 供VME总线系统的中断器（Interrupter）和中断处理器 之间进行中断请求和中断认可使用；
VXI总线定义的信号线分类
VME计算机总线 时钟和同步总线 模块识别总线 触发总线 模拟相加总线 本地总线 电源线
VXI总线的结构
VXI总线P1/J1连接器 引脚定义（0~12槽） VXI总线P2/J2连接器 引脚定义（0槽） VXI总线P2/J2连接器 引脚定义（1~12槽） VXI总线P3/J3连接器 引脚定义（0槽） VXI总线P3/J3连接器 引脚定义（1~12槽）
VXI基于VME和GPIB
VXI uses standard technology
bus
VMEbus
GPIB
独立总线的模块式仪器系统
MXI
INST #1
INST #2
RAM
各公司为仪器系统设计了： 独立的机箱、独立的电源、专门的仪器总线
4.1 VXI总线的特点
（1）模块式结构； （2）小型便携； （3）数据传输速率高； VXI总线底板数据传输速率理论上可达 40MByte/s，本地总线的数据传输速率可达 1GByte/s； （4）可靠性高，可维护性好； （5）适应性、灵活性强。
（3）优先中断总线
系统控制板 1 号槽 IACK 菊花链 驱动模块 2 号槽 中断控制 模块 3 号槽 中断模块 4 号槽 中断模块
中断请求线IRQ1*~IRQ7* 中断应答线IACK*
IIACKOUT*
IIACKOUT*
IIACKIN*
IIACKOUT*
中断应答输入线IACKIN* 中断应答输出线IACKOUT*
RAM
分层式仪器系统 CPU 仪器 仪器 1# 1# 命令者 从者 CPU 仪器 1# 从者 仪器 仪器 2# 2# 命令者 从者 CPU 仪器 2# 仪器 2# 从者 CPU
主计算机 仪器 1#
4.3 VXI总线的组成及功能
在VXI总线系统中，各种命令、数据、地址 和其它消息都通过总线传递。 VXI总线系统 的各种总线都印制在主机箱内的多层底板上， 通过P1/J1、 P2/J2、 P3/J3连接器与各模 块相连接。 VXI总线是VME总线在仪器领域的扩展，所以 VXI总线实际上是在VME总线的基础上扩展了 一些适应仪器系统所需要的总线而构成的。
④扩展器件
扩展器件是为VXI未来发展而定义的，它允许将 来设计更新种类的器件，支持更高级的通信协议。
这四种器件在VXI系统中担当的角色及器件之间的 通信是基于一种器件分层关系进行的，即相互通 信的器件一个称为命令者，一个称为从者，命令 者是消息基器件，能控制一个或几个其它器件， 被控器件就是该命令者的从者。
VXI增加的信号线
（4）模拟相加线：SUMBUS。是VXIbus系统背板上
的一条模拟相加接点。每个模块都可以用一个模拟 电流源驱动器来驱动这条线，或者通过一个高阻接 收器如一个高阻抗模拟放大器接收来自该总线的信 息。 （5）本地总线：LBUS00-LBUS35。用于两者之间 高速通信，LBUS数据传输率高达250MB和1GB （6）电源线：+5V，±12V是VME标准；±24V是 为模拟电路设计的，-5.2V、-2V是为高速ECL电路 设计的。VXIbus系统的电源可为每个仪器模块提 供268W的功率。
数据线
D00 - D31
（2）DTB仲裁总线
VME总线支持多处理器的分布式系统， 即在一个VME系统中允许多个具有主模 块功能的模块存在，仲裁总线用来解决多 个主模块争夺DTB总线使用权的问题，防 止总线冲突。
bus
DTB仲裁总线信号线
· 总线请求线BR0*~BR3*； · 总线允许输入线BG0IN*~BG3IN*； · 总线允许输出线BG0OUT*~BG3OUT*； 1 号槽 · 总线忙线BBSY*； · 总线清除线BCLR*。 BG0IN*
器件控制； 能够接受和处理复杂命令，支持字串行协议； 需对指令进行译码，因此降低了速度。
③存储器器件
存储器器件靠寄存器的读、写进行通信，除 配置寄存器外，还具有特征寄存器，没有通 信寄存器，本身是存储器。 特点：
一般由其它器件使用，不能控制其它器件； 该器件的其它可寻址寄存器是器件工作时使 用的存储单元； 具有存储器的某些特性，具有一定的存取时间。
特点：器件的通信通过对它的寄存器进行读、写来实现； 它是最简单的器件，本身一般不具备智能，不能控制 其它器件，只能受其它器件或系统控制； 硬件电路简便，易于实现，速度快，节省指令译码时 间，在速度要求较高的情况下特别有用。
②消息基器件
消息基器件不但具有配置寄存器，同时还具有通信 寄存器来支持复杂的通信协议。这种器件一般都是 具有本地智能的较复杂器件，如计算机、资源管理 器、各类有本地智能的测试仪器、GPIB-VXI接口 等。 特点：具有本地智能，可以控制其它器件，也可以被其它
4.4 VXI总线系统的通信协议
VXI总线系统的基本逻辑单元是VXI器件， 基本操作是信息传输。正是根据器件的信 息通信能力，把它们分成寄存器基器件、 消息基器件、存储器器件和扩展器件，也 根据器件在通信层次中的地位，把它们分 成命令者器件和从者器件。
的模块存在与否，或者识别一个特定器件的物 理槽位。这些线自0号槽分别送至1号槽至12号 槽。系统自动配置时必须用到MODID线。
（2）时钟和同步线
CLK10、CLK100、SYN100：这三个 信号都是从0槽模块发出的。其中， CLK10时钟线用于模块之间的精确同步， CLK100和SYNC100用于系统中更高精 度的定时和触发。从0槽总线传至任何 槽的绝对延迟时间不超过8ns。
P2 P2
P3 提供更高的功能： 100MHz 时钟与同步线 ECL 星型线 ECL 触发线 24Pin 本地线 电源分配线
VXI→机箱→系统
标准 接口 计算 机 VXI机箱
模块1
零槽 模块
模块2
TUA
被测对象 （DUT）
模块N 总线
VXI总线
VXI总线系统结构
4.2.2 VXI系统的典型结构
VXI总线系统的典型结构有：单CPU系统、多 CPU系统、独立系统和分层结构仪器系统。
VXI模块具体尺寸
高×长×厚
典型VXI模块
3. VXI主机箱
电源冷 确系统
VXI or VME
背板 双宽度带 屏蔽的D 尺寸模块
未屏蔽C
尺寸模块
bus
VXI主机箱
VXI主机箱为保证各模块恰当地连接到底板而设； 底板的构成：它是一块印制电路板，有13个插槽 （0～12），其上还有：
IIACKIN*
IACK* 背板
IIACKIN*
IIACKOUT*
IIACKIN*
（4）公用总线
系统时钟线SYSCLK
序列时钟线SERCLK
序列数据线SERDAT*
交流故障线ACFAIL*
系统复位线SYSRESET*
系统故障线SYSFAIL*
2.VXI增加的信号线
（1）模块识别线（MODID） MODID00~MODID12： 用于检测特定位置上
BG0OUT* BG1IN* 仲 裁 模 块 BG1OUT* BG2IN* BG2OUT* BG3IN* BG3OUT*
2 号槽 BG0IN* BG0OUT* BG1IN* BG1OUT* BG2IN* BG2OUT* BG3IN* BG3OUT*
3 号槽 BG0IN* BG0OUT* BG1IN* BG1OUT* BG2IN* BG2OUT* BG3IN* BG3OUT*