第4章 PXI总线技术.ppt
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说明书应注明机箱最大消耗功率和消耗功率 最大的插槽的消耗功率，并在文档中注明具 体的测试过程。
4.2.6 6U机箱支持3U模块的特性
6U机箱支持两个3U模块段，允许3U模块插 到P1/P2或P4/P5位。
4.2.7 机箱和模块的接地需求和EMI指导方针
机箱应提供一个大地和机箱间的低阻通路， 有一个接地螺栓用来提供和机箱地直接相连 的通路。
3．触发总线
PXI将ECL参考时钟改为TTL参考时钟，而且只 定义了8根TTL触发线，不再定义ECL逻辑信号。
4．局部总线
PXI局部总线是每个仪器模块插槽与左右临槽 相连的链状总线(菊花链状)。该局部总线具有13 线的数据宽度，可用于在模块之间传递模拟信号， 也可以进行高度边带通信而不影响PCI总线的带宽。
第一个PCI总线段的PCI底板器件、PCI-PCI桥和外 设模块槽中，它们的IDSEL线必须和A/D[25~31]其中 一根相连。将PCI底板器件、PCI-PCI桥和外设模块槽 中的/INTA、/INTB、/INTC和/INTD引脚连接到系统槽 的相应引脚上。
2、P2/J2信号
CPCI 64位连接器信号规范 PXI总线保留信号 局部总线 参考时钟PXI-CLK10 触发总线 星状触发线
/FAL 、 /PRST 、 /SYSEN 、 CLK 、 /GNT 、 REQ 、 GA 、 /SMB-ALERT 、 SMB-SCL 、 SMB-SDA、RSV
PXI总线保留信号
系统槽：PXI-BRSVA15、PXI-BRSVB4 外设： PXI-BRSVA15、PXI-BRSVB4 底板： PXI-BRSVA15、PXI-BRSVB4
支持32位、64位数据传输，传输率可达132MB/S 或528MB/S，欧卡机械封装和高性能连接器，体 积小，实现了VISA（虚拟仪器软件框架）
PXI总线规范
规范名称 PXI总线硬件规范 PXI总线软件规范
PXI-3 VISA PXI-4 模块说明
版本 2.2 2.1 1.4 1.0
日期 2004.9.22 2003.2.4 2003.9.25 2003.9.25
PXI 保留
64 位 PCI 和 PXI 总线
32 位 PCI 总线
PXI 保留 PXI 保留 64 位 PCI 和 PXI 总线
32 位 PCI 总线
2．与CompactPCI共享的PXI机械特性 PXI 总 线 提 供 了 两 条 与 CompactPCI 标 准 兼 容 的 途
径。
①高性能IEC连接器 ②Eurocard机械封装与模块尺寸
PXI系统除支持CPCI机械特性外，为更易于 系统集成，另增加了一些其他特性，包括系 统槽的位置、控制器的互操作性、PXI标志、 环境测试、制冷、接地和电磁兼容EMI的指 导方针。
4.2.1CPCI机械特性
3U 6U
4.2.2 系统槽的位置和规则
所有PXI系统均需要一个带底板的机箱和一 个系统控制器
CPCI 64位连接器信号规范
系统槽：GND、V、A/D、C/BE、/DEG、 /FAL 、 /PRST 、 /SYSEN 、 CLK 、 /GNT 、 REQ 、 GA 、 /SMB-ALERT 、 SMB-SCL 、 SMB-SDA、RSV等
外设： GND、V、A/D、C/BE、 GA 底板： GND、V、A/D、C/BE、/DEG、
5．星状触发器
星状触发器为用户提供了一种高性能的同 步特性。星状触发器在外设槽的第一槽（系统控 制器槽右边）和其他外设仪器槽之间配置了专门 的触发线，用户可以在第一槽安装星状触发控制 器来实现外设模块之间精确的同步触发。
6．利用PCI-PCI桥进行系统扩展
PXI系统可利用PCI-PCI桥技术构成包括 多个总线段的系统。一个桥接设备在每个总线段 占用一个总线槽，因此一个具有两个总线段的 33MHz的系统可提供13个外设模块。即2个总线 段*8槽/段-1个系统控制器槽-2个PCI-PCI桥槽。 类似地，一个三总线段可提供19个外设模块槽。
·3U尺寸的模块有两个连接器，J1用来连接32位 的PCI信号，J2用来连接64位的PCI信号和PXI的 新增信号。
·6U尺寸的模块有5个连接器，除了J1和J2以外， J3、J4、J5的信号引脚用于将来的PXI扩展。
PXI模块的结构尺寸与连接器如图
100mm*160mm
233.35mm*160mm
PXI的核心技术是CompactPCI工业计算机体系结构、 Microsoft Windows软件及VXI总线的定时和触发功能
PXI优点：（融合PC技术、仪器技术、欧卡 机械规范等）
具备软件标准，缩短了系统开发时间 系统工作寿命内的平均维护成本低廉 符合工业环境应用的坚固设计 方便系统升级的模块化设计 更多的高性能I/O槽位 10MHz的专用系统时钟 总线型触发线 槽间局部总线 星状触发
第4章 PXI总线技术
教学内容
PXI体系结构简介 机械结构 电气规范 软件框架和规范
PXI总线
PXI（PCI eXtensions for Instrumentation ） 是 PCI （ Peripheral Component Interconnect）在仪器领域的扩展， 是与VXI总线并行的另一种模块式仪器总线标准。 它 由 PXI 系 统 联 盟 在 1997 年 制 定 ， 将 CompactPCI（坚固PCI）规范定义的PCI总线技 术发展成适合于试验、测量与数据采集场合应用的 机械、电气和软件规范，从而产生了新的虚拟仪器 体系结构。
测试结果必须提供给用户，进行操作和存储 温度试验结果也应提供。
若生产商不是按IEC60068规范进行测试， 其测试过程和方法应提供给用户。
4.2.5 制冷规范
PXI模块在机箱中应有一个从底到顶的合适 的气流通路。
制造商应在产品文档标明模块正常使用功率。 机箱设计时要考虑为每个模块提供制冷通路，
系统槽标志为正三角形，外设标志为圆形 星状触发模块和底板应标有旋转400的正方形标志，
星状触发槽同时可支持标准外设模块，外设模块的 标志与星状触发模块标志一起使用。 一个机箱可拥有多个总线段，多个PCI总线段机箱 底板采用总线段的分隔符将每个总线段分隔开。
4.2.4 环境测试
PXI机箱、系统控制器和外设模块必须进行 存储和使用温度范围测试，建议进行湿度、 振 动 、 冲 击 测 试 ， PXI 环 境 测 试 建 议 按 IEC60068规范进行
·PXI规定模块所需求的强制冷却气流流向必须由模 块底部向顶部流动；
·PXI规范建议的环境测试包括对所有模块进行温度、 湿度、振动和冲击试验；
·PXI规范还规定了所有模块CI的互操作性
PXI的重要特性之一是维护了与标准CPCI产品 的 互 操 作 性 ， 可 在 PXI 机 箱 中 使 用 一 个 标 准 的 CPCI 模 块 ， 也 可 在 CPCI 机 箱 中 使 用 PXI 模 块 。 CPCI和PXI都利用其具有的PCI局部总线来确保 它们之间在电气和软件上的兼容性。
4.1.2 电气结构简介
PXI总线的电气性能
1．PCI总线特性
PXI 提 供 了 与 台 式 机 PCI 总 线 特 性 相 同 的 性 能 。 只是PXI系统可在每个33MHz的总线段上提供8个 槽（1个系统槽和7个外设槽），在每个66MHz总 线段提供5个槽（1个系统槽，4个外设槽）。但 PCI分别只有5个和3个。此外，以下PCI特性都可 平移到PXI总线上：
局部总线
采用菊花链方式连接每个相邻外设模块的局部总线。 共13根局部总线。
用来在两个模块间传输模拟信号和进行高速数据传 送，而不影响系统的带宽。
系统控制器不使用局部总线，利用这些引脚提供总 线仲裁和时钟使用。
系统槽右边相信的槽利用这些局部总线左边信号作 为星状触发线使用，最右边外设模块槽的局部总线 右边信号可不用，也可作为机箱特殊应用。
33/66MHz总线时钟
32~64位数据传输
132MB/S到528MB/S峰值数据传输速率
通过PCI-PCI桥进行扩展的能力
可升级为3。3V系统
支持即插即用
2．系统参考时钟
PXI系统通过J2连接器实现了10MHz的系统参 考时钟，这个参考时钟与PCI总线时钟相互独立， 并通过背板连接到所有的外设仪器槽，可以用来 实现不同仪器模块之间的严格同步。
PXI规定：系统控制槽定义在最左边的PXI插 槽上，若控制器需要多个槽的宽度，可使用 系统槽左边的插槽。
每个PXI系统控制器模块必须在文档中清楚 标明，控制器使用几个扩展槽，占用了几个 其左边的系统扩展槽和几个外设模块插槽。 也标明可供用户使用的槽
4.2.3 PXI商标和兼容性标志
每个槽有唯一的标号，标号和兼容性标志在相同位 置。
3．新增电气封装规范
（1）系统槽定位
PXI 定 义 系 统 槽 位 于 总 线 段 的 左 端 ， 这 种 定 义 是 CPCI规范中允许配置的一种。也定义了星状触发 控制器插槽位置。
（2）新增机械特性
所有在PICMG 2.0 R2.1（CPCI规范）中定义 的机械规范都适用于PXI系统，但是PXI包含了以 下要求以简化系统的集成：
4.1 PXI体系结构
PXI总线规范涵盖了三大方面的内容：机械 规范、电气规范和软件规范（图4.3）
自顶向下的体系结构
硬件规范
4.1.1 机械结构简介
PXI的机械结构与VXI相似，PXI规范定义 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CPCI的 要求基本上相同，采用Eurocard规范。PXI支持 两种类型尺寸的模块：3U和6U。
当用来连接相邻PXI总线段时，局部总线连接：
A
B
IDSEL=AD31 IDSEL=AD30
IDSEL=AD30 IDSEL=AD29
IDSEL=AD29 IDSEL=AD28
IDSEL=AD28 IDSEL=AD27
IDSEL=AD27 IDSEL=AD26
IDSEL=AD26 IDSEL=AD25
共有7个外设插槽,其中一个被PCI-PCI桥占用.因 此只有6个外设片选
局部总线使用应遵守的规则：
4.1.3 软件结构
1．通用软件要求 PXI规范中定义的软件系统包括了Windows NT
和Win32，系统的控制器必须支持目前的操作系统 和将来的升级，这种要求的好处在于在PXI系统中 可以使用目前流行的软件开发工具，诸如Visual C++、Borland C++、Visual Basic、LabVIEW及 LabWindows/CVI等。 2．虚拟仪器软件要求
PXI系统要求通过VSIA软件标准来定位、控制 GPIB、VXI、串行和PXI的仪器模块，这项要求为 最终用户减少了在软件上的投资费用。
3．其他软件要求 归纳起来，PXI用于测控、数据采集和工业
控制的软件由4个主要部分组成： ·系统管理软件； ·应用程序； ·仪器驱动程序； ·I/O接口软件。
4.2 机械结构
PXI 模 块 使 用 带 金 属 护 套 的 连 接 器 ， 实 现 EMI/RFI 的 保 护 ， 金 属 护 套 应 符 合 IEC1101.10规范，通过低阻通路与前面板 相连。
PXI模块尽量不要将电路板上的逻辑地与机 箱地相连。
4.3 电气规范
规定了PXI所有信号的电气要求和实现、 PXI连接器和电源以及6U系统的电气要求。
4.3.1 PXI信号
1、P1/J1信号
所有PXI模块和PXI底板的P1/J1连接器上的信号应 符合PICMG2.0 R3.0规范(CPCI)。
为了使系统控制模块可在PXI或CPCI系统中正确运 行，控制器上BIOS须将它的中断路由表配置成允许 A/D[25~31]到IDSEL映射方式。
将底板PCI器件或第一个PCI段的PCI-PCI桥的 IDSEL线连接到除A/D[25~31]以外的地址线。
4.2.6 6U机箱支持3U模块的特性
6U机箱支持两个3U模块段，允许3U模块插 到P1/P2或P4/P5位。
4.2.7 机箱和模块的接地需求和EMI指导方针
机箱应提供一个大地和机箱间的低阻通路， 有一个接地螺栓用来提供和机箱地直接相连 的通路。
3．触发总线
PXI将ECL参考时钟改为TTL参考时钟，而且只 定义了8根TTL触发线，不再定义ECL逻辑信号。
4．局部总线
PXI局部总线是每个仪器模块插槽与左右临槽 相连的链状总线(菊花链状)。该局部总线具有13 线的数据宽度，可用于在模块之间传递模拟信号， 也可以进行高度边带通信而不影响PCI总线的带宽。
第一个PCI总线段的PCI底板器件、PCI-PCI桥和外 设模块槽中，它们的IDSEL线必须和A/D[25~31]其中 一根相连。将PCI底板器件、PCI-PCI桥和外设模块槽 中的/INTA、/INTB、/INTC和/INTD引脚连接到系统槽 的相应引脚上。
2、P2/J2信号
CPCI 64位连接器信号规范 PXI总线保留信号 局部总线 参考时钟PXI-CLK10 触发总线 星状触发线
/FAL 、 /PRST 、 /SYSEN 、 CLK 、 /GNT 、 REQ 、 GA 、 /SMB-ALERT 、 SMB-SCL 、 SMB-SDA、RSV
PXI总线保留信号
系统槽：PXI-BRSVA15、PXI-BRSVB4 外设： PXI-BRSVA15、PXI-BRSVB4 底板： PXI-BRSVA15、PXI-BRSVB4
支持32位、64位数据传输，传输率可达132MB/S 或528MB/S，欧卡机械封装和高性能连接器，体 积小，实现了VISA（虚拟仪器软件框架）
PXI总线规范
规范名称 PXI总线硬件规范 PXI总线软件规范
PXI-3 VISA PXI-4 模块说明
版本 2.2 2.1 1.4 1.0
日期 2004.9.22 2003.2.4 2003.9.25 2003.9.25
PXI 保留
64 位 PCI 和 PXI 总线
32 位 PCI 总线
PXI 保留 PXI 保留 64 位 PCI 和 PXI 总线
32 位 PCI 总线
2．与CompactPCI共享的PXI机械特性 PXI 总 线 提 供 了 两 条 与 CompactPCI 标 准 兼 容 的 途
径。
①高性能IEC连接器 ②Eurocard机械封装与模块尺寸
PXI系统除支持CPCI机械特性外，为更易于 系统集成，另增加了一些其他特性，包括系 统槽的位置、控制器的互操作性、PXI标志、 环境测试、制冷、接地和电磁兼容EMI的指 导方针。
4.2.1CPCI机械特性
3U 6U
4.2.2 系统槽的位置和规则
所有PXI系统均需要一个带底板的机箱和一 个系统控制器
CPCI 64位连接器信号规范
系统槽：GND、V、A/D、C/BE、/DEG、 /FAL 、 /PRST 、 /SYSEN 、 CLK 、 /GNT 、 REQ 、 GA 、 /SMB-ALERT 、 SMB-SCL 、 SMB-SDA、RSV等
外设： GND、V、A/D、C/BE、 GA 底板： GND、V、A/D、C/BE、/DEG、
5．星状触发器
星状触发器为用户提供了一种高性能的同 步特性。星状触发器在外设槽的第一槽（系统控 制器槽右边）和其他外设仪器槽之间配置了专门 的触发线，用户可以在第一槽安装星状触发控制 器来实现外设模块之间精确的同步触发。
6．利用PCI-PCI桥进行系统扩展
PXI系统可利用PCI-PCI桥技术构成包括 多个总线段的系统。一个桥接设备在每个总线段 占用一个总线槽，因此一个具有两个总线段的 33MHz的系统可提供13个外设模块。即2个总线 段*8槽/段-1个系统控制器槽-2个PCI-PCI桥槽。 类似地，一个三总线段可提供19个外设模块槽。
·3U尺寸的模块有两个连接器，J1用来连接32位 的PCI信号，J2用来连接64位的PCI信号和PXI的 新增信号。
·6U尺寸的模块有5个连接器，除了J1和J2以外， J3、J4、J5的信号引脚用于将来的PXI扩展。
PXI模块的结构尺寸与连接器如图
100mm*160mm
233.35mm*160mm
PXI的核心技术是CompactPCI工业计算机体系结构、 Microsoft Windows软件及VXI总线的定时和触发功能
PXI优点：（融合PC技术、仪器技术、欧卡 机械规范等）
具备软件标准，缩短了系统开发时间 系统工作寿命内的平均维护成本低廉 符合工业环境应用的坚固设计 方便系统升级的模块化设计 更多的高性能I/O槽位 10MHz的专用系统时钟 总线型触发线 槽间局部总线 星状触发
第4章 PXI总线技术
教学内容
PXI体系结构简介 机械结构 电气规范 软件框架和规范
PXI总线
PXI（PCI eXtensions for Instrumentation ） 是 PCI （ Peripheral Component Interconnect）在仪器领域的扩展， 是与VXI总线并行的另一种模块式仪器总线标准。 它 由 PXI 系 统 联 盟 在 1997 年 制 定 ， 将 CompactPCI（坚固PCI）规范定义的PCI总线技 术发展成适合于试验、测量与数据采集场合应用的 机械、电气和软件规范，从而产生了新的虚拟仪器 体系结构。
测试结果必须提供给用户，进行操作和存储 温度试验结果也应提供。
若生产商不是按IEC60068规范进行测试， 其测试过程和方法应提供给用户。
4.2.5 制冷规范
PXI模块在机箱中应有一个从底到顶的合适 的气流通路。
制造商应在产品文档标明模块正常使用功率。 机箱设计时要考虑为每个模块提供制冷通路，
系统槽标志为正三角形，外设标志为圆形 星状触发模块和底板应标有旋转400的正方形标志，
星状触发槽同时可支持标准外设模块，外设模块的 标志与星状触发模块标志一起使用。 一个机箱可拥有多个总线段，多个PCI总线段机箱 底板采用总线段的分隔符将每个总线段分隔开。
4.2.4 环境测试
PXI机箱、系统控制器和外设模块必须进行 存储和使用温度范围测试，建议进行湿度、 振 动 、 冲 击 测 试 ， PXI 环 境 测 试 建 议 按 IEC60068规范进行
·PXI规定模块所需求的强制冷却气流流向必须由模 块底部向顶部流动；
·PXI规范建议的环境测试包括对所有模块进行温度、 湿度、振动和冲击试验；
·PXI规范还规定了所有模块CI的互操作性
PXI的重要特性之一是维护了与标准CPCI产品 的 互 操 作 性 ， 可 在 PXI 机 箱 中 使 用 一 个 标 准 的 CPCI 模 块 ， 也 可 在 CPCI 机 箱 中 使 用 PXI 模 块 。 CPCI和PXI都利用其具有的PCI局部总线来确保 它们之间在电气和软件上的兼容性。
4.1.2 电气结构简介
PXI总线的电气性能
1．PCI总线特性
PXI 提 供 了 与 台 式 机 PCI 总 线 特 性 相 同 的 性 能 。 只是PXI系统可在每个33MHz的总线段上提供8个 槽（1个系统槽和7个外设槽），在每个66MHz总 线段提供5个槽（1个系统槽，4个外设槽）。但 PCI分别只有5个和3个。此外，以下PCI特性都可 平移到PXI总线上：
局部总线
采用菊花链方式连接每个相邻外设模块的局部总线。 共13根局部总线。
用来在两个模块间传输模拟信号和进行高速数据传 送，而不影响系统的带宽。
系统控制器不使用局部总线，利用这些引脚提供总 线仲裁和时钟使用。
系统槽右边相信的槽利用这些局部总线左边信号作 为星状触发线使用，最右边外设模块槽的局部总线 右边信号可不用，也可作为机箱特殊应用。
33/66MHz总线时钟
32~64位数据传输
132MB/S到528MB/S峰值数据传输速率
通过PCI-PCI桥进行扩展的能力
可升级为3。3V系统
支持即插即用
2．系统参考时钟
PXI系统通过J2连接器实现了10MHz的系统参 考时钟，这个参考时钟与PCI总线时钟相互独立， 并通过背板连接到所有的外设仪器槽，可以用来 实现不同仪器模块之间的严格同步。
PXI规定：系统控制槽定义在最左边的PXI插 槽上，若控制器需要多个槽的宽度，可使用 系统槽左边的插槽。
每个PXI系统控制器模块必须在文档中清楚 标明，控制器使用几个扩展槽，占用了几个 其左边的系统扩展槽和几个外设模块插槽。 也标明可供用户使用的槽
4.2.3 PXI商标和兼容性标志
每个槽有唯一的标号，标号和兼容性标志在相同位 置。
3．新增电气封装规范
（1）系统槽定位
PXI 定 义 系 统 槽 位 于 总 线 段 的 左 端 ， 这 种 定 义 是 CPCI规范中允许配置的一种。也定义了星状触发 控制器插槽位置。
（2）新增机械特性
所有在PICMG 2.0 R2.1（CPCI规范）中定义 的机械规范都适用于PXI系统，但是PXI包含了以 下要求以简化系统的集成：
4.1 PXI体系结构
PXI总线规范涵盖了三大方面的内容：机械 规范、电气规范和软件规范（图4.3）
自顶向下的体系结构
硬件规范
4.1.1 机械结构简介
PXI的机械结构与VXI相似，PXI规范定义 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CPCI的 要求基本上相同，采用Eurocard规范。PXI支持 两种类型尺寸的模块：3U和6U。
当用来连接相邻PXI总线段时，局部总线连接：
A
B
IDSEL=AD31 IDSEL=AD30
IDSEL=AD30 IDSEL=AD29
IDSEL=AD29 IDSEL=AD28
IDSEL=AD28 IDSEL=AD27
IDSEL=AD27 IDSEL=AD26
IDSEL=AD26 IDSEL=AD25
共有7个外设插槽,其中一个被PCI-PCI桥占用.因 此只有6个外设片选
局部总线使用应遵守的规则：
4.1.3 软件结构
1．通用软件要求 PXI规范中定义的软件系统包括了Windows NT
和Win32，系统的控制器必须支持目前的操作系统 和将来的升级，这种要求的好处在于在PXI系统中 可以使用目前流行的软件开发工具，诸如Visual C++、Borland C++、Visual Basic、LabVIEW及 LabWindows/CVI等。 2．虚拟仪器软件要求
PXI系统要求通过VSIA软件标准来定位、控制 GPIB、VXI、串行和PXI的仪器模块，这项要求为 最终用户减少了在软件上的投资费用。
3．其他软件要求 归纳起来，PXI用于测控、数据采集和工业
控制的软件由4个主要部分组成： ·系统管理软件； ·应用程序； ·仪器驱动程序； ·I/O接口软件。
4.2 机械结构
PXI 模 块 使 用 带 金 属 护 套 的 连 接 器 ， 实 现 EMI/RFI 的 保 护 ， 金 属 护 套 应 符 合 IEC1101.10规范，通过低阻通路与前面板 相连。
PXI模块尽量不要将电路板上的逻辑地与机 箱地相连。
4.3 电气规范
规定了PXI所有信号的电气要求和实现、 PXI连接器和电源以及6U系统的电气要求。
4.3.1 PXI信号
1、P1/J1信号
所有PXI模块和PXI底板的P1/J1连接器上的信号应 符合PICMG2.0 R3.0规范(CPCI)。
为了使系统控制模块可在PXI或CPCI系统中正确运 行，控制器上BIOS须将它的中断路由表配置成允许 A/D[25~31]到IDSEL映射方式。
将底板PCI器件或第一个PCI段的PCI-PCI桥的 IDSEL线连接到除A/D[25~31]以外的地址线。