虚拟仪器总线接口技术ppt课件.ppt

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1、虚拟仪器总线接口技术虚拟仪器总线接口技术第第2 2章章 虚拟仪器总线接口技术虚拟仪器总线接口技术 教学内容 GPIB通用接口总线通用接口总线 VXI总线总线 PXI总线总线 LXI总线总线InstrumentDriver2.1 GPIB总线n（General Purpose Interface Bus，GPIB）n是国际通用的仪器接口标准，是专门为仪是国际通用的仪器接口标准，是专门为仪器控制应用而设计的。这套接口系统最初器控制应用而设计的。这套接口系统最初由美国由美国HP公司提出，后被美国电气与电子公司提出，后被美国电气与电子工程师协会工程师协会(IEEE)和国际电工委员会和国际电工委员会(I

2、EC)接受为程控仪器和自动测控系统的标准接接受为程控仪器和自动测控系统的标准接口，因此，也称口，因此，也称IEEE488接口或接口或IEC625接接口，目前的协议是口，目前的协议是488.2。2.1.1 GPIB的基本性能设备容量设备容量 设备容量是指设备容量是指GPIB接口系统中仪器和计算机的总容量，通常可连接口系统中仪器和计算机的总容量，通常可连接的仪器数目最多为接的仪器数目最多为15台；台；传输距离传输距离 互连电缆的传输路经总长不超过互连电缆的传输路经总长不超过20m，或者装置数目与装置之间距，或者装置数目与装置之间距离的乘积不超过离的乘积不超过20m；数传速度数传速度 最高可达最高可

3、达1Mbyte/s；地址容量地址容量 GPIB标准规定采用标准规定采用5个比特位的编码来表示地址，地址容量为个比特位的编码来表示地址，地址容量为31个；个；信息逻辑信息逻辑 总线上信息逻辑采用负逻辑，规定：低电平（总线上信息逻辑采用负逻辑，规定：低电平（+0.8V）为逻辑）为逻辑“1” ，高电平（，高电平（+2.0V）为逻辑）为逻辑“0” ；数传方式数传方式 数据传输方式可以为：字节串行、位并行，双向异步传输。数据传输方式可以为：字节串行、位并行，双向异步传输。2.1.2 GPIB器件及接口功能n采用采用GPIB总线互连的仪器、设备是多种多样的，它们有的总线互连的仪器、设备是多种多样的，它们有

4、的很复杂，像计算机、网络分析仪等，有的很简单，如开关很复杂，像计算机、网络分析仪等，有的很简单，如开关器、衰减器等。但从仪器系统组建的角度出发，它们都是器、衰减器等。但从仪器系统组建的角度出发，它们都是系统中的一个逻辑单元，仅是测试功能不同而已；系统中的一个逻辑单元，仅是测试功能不同而已；n为了简单和统一起见，把这些复杂程度和功能能力不同的、为了简单和统一起见，把这些复杂程度和功能能力不同的、执行执行IEEE488.2协议的各种设备统称为协议的各种设备统称为“GPIB器件器件”；n简单的说，凡配备了简单的说，凡配备了GPIB接口的独立装置统称为接口的独立装置统称为器件器件。1. GPIB器件器

5、件器件职能n在在GPIB系统中，不同的器件承担着不同的任务，系统中，不同的器件承担着不同的任务，行使不同的职能，这些职能可归纳为控者职能、行使不同的职能，这些职能可归纳为控者职能、讲者职能和听者职能。讲者职能和听者职能。控者职能控者职能 控者是对系统进行控制的设备，具有控制整控者是对系统进行控制的设备，具有控制整个系统协调工作的能力；个系统协调工作的能力；讲者职能讲者职能 讲者是通过接口发送各种数据和信息的设备；讲者是通过接口发送各种数据和信息的设备；听者职能听者职能 听者是能够通过接口接收数据的仪器设备。听者是能够通过接口接收数据的仪器设备。2.GPIB接口功能听功能：听功能： 接收信号、数

6、据接收信号、数据讲功能：讲功能： 发送信号、数据发送信号、数据控功能：控功能： 通过微处理器发布各种命令通过微处理器发布各种命令源握手功能：为讲功能和控功能服务源握手功能：为讲功能和控功能服务受握手功能：为听功能服务受握手功能：为听功能服务服务请求功能：量程益出、震荡器停止等意外故障发生时，服务请求功能：量程益出、震荡器停止等意外故障发生时，主动向控者提出请求，以进行相应处理。主动向控者提出请求，以进行相应处理。并行点名功能：快速查询请求服务装置，速度快并行点名功能：快速查询请求服务装置，速度快远地远地/本地功能：选择远地或本地工作方式本地功能：选择远地或本地工作方式触发功能：产生一个内部触发

7、信号，以启动有关仪器功能进触发功能：产生一个内部触发信号，以启动有关仪器功能进行工作行工作清除功能：产生一个内部清除信号，使某仪器功能回到初始清除功能：产生一个内部清除信号，使某仪器功能回到初始状态。状态。3.GPIB消息n消息消息：在：在GPIB接口系统中，在总线上传送的所有接口系统中，在总线上传送的所有信息统称为消息；信息统称为消息；n按消息的用途，消息可分为按消息的用途，消息可分为接口消息接口消息和和器件消息；器件消息；n按消息传送路径的不同，消息可分为按消息传送路径的不同，消息可分为远地消息远地消息和和本本地消息。地消息。 器件消息接口消息器件功能器件功能接口功能接口功能总线本地消息本

8、地消息2.1.3 GPIB总线结构nGPIB总线是一条总线是一条24芯的无源电缆线，其中芯的无源电缆线，其中16条为条为信号线，其余用作逻辑地或外屏蔽。信号线，其余用作逻辑地或外屏蔽。1. GPIB总线描述引脚分布n16条信号线按功能分为：条信号线按功能分为： 8根双向根双向8位数据线位数据线n 3根数据挂钩联络线根数据挂钩联络线n 5根接口管理控制线根接口管理控制线n引脚分配对应关系：引脚分配对应关系： 10 : SRQ11 : ATN12 : 机壳地机壳地1316: DIO5DIO817 : REN1824: 地地14：DIO1DIO4 5 : EOI 6 : DAV 7 : NRFD 8

9、 : NDAC 9 : IFC2. GPIB电缆及电缆接插头电缆及电缆接插头 3.GPIB三线挂钩原理n系统内部每传送一个字节信息都有一次三线联络的系统内部每传送一个字节信息都有一次三线联络的过程，其时序如图。过程，其时序如图。 第一字节 DIO18 DA V NRFD NDAC 2.1.4 GPIB仪器系统仪器系统 设备 A 设备 B 设备 C 设备 B 设备 A 设备 C 设备 C GPIBGPIB设备的设备的串行连接串行连接GPIBGPIB设备的设备的星型连接星型连接2.2 VXI总线 nVXI总线标准是在总线标准是在VME总线和总线和GPIB总线基础上发展总线基础上发展的一种新型仪器系

10、统总线。的一种新型仪器系统总线。nVXI(VMEbus Extensions for Instrumentation)nVME(Versabus Module European)nVXI总线以其开放的系统结构、模块化的设计、紧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、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，被公认为领域需求，被公认为21世纪仪器总线系统和自动测世纪仪器总线系统和自动测试系统的优秀平台。试系统的优秀平台。VXI uses standa

11、rd technologybusVXI基于VME和GPIB2.2.1 VXI总线的特点1)模块式结构模块式结构； 2)高速数据吞吐量高速数据吞吐量； VXI总线底板数据传输速率理论上可达总线底板数据传输速率理论上可达40Mbyte/s；3)小型化小型化；4)可靠性高，可维护性好可靠性高，可维护性好；5)适应性、灵活性强适应性、灵活性强。 2.2.2 VXI器件、模块与机箱器件、模块与机箱nVXI测试系统采用测试系统采用器件器件模块模块机箱机箱的方的方式构成系统；式构成系统；nVXI系统的全部总线均集中在多层印刷电系统的全部总线均集中在多层印刷电路板内，模块与路板内，模块与VXI总线通过连接器连

12、接；总线通过连接器连接；n电源和冷却散热装置为机箱内的全部器件电源和冷却散热装置为机箱内的全部器件共用；共用；n良好的电磁兼容性。良好的电磁兼容性。1. VXI器件器件n器件器件是组成是组成VXI总线系统最基本的逻辑单元；总线系统最基本的逻辑单元；n通常，一个器件占据一块通常，一个器件占据一块VXI模块，但也允模块，但也允许在一个模块上实现多个器件和一个器件占许在一个模块上实现多个器件和一个器件占据多个模块；据多个模块；n在一个在一个VXI系统中，最多可有系统中，最多可有256个器件，个器件，每个器件都有一个唯一的逻辑地址，逻辑地每个器件都有一个唯一的逻辑地址，逻辑地址的编号为址的编号为025

13、5。 器件分类n器件之间的基本操作是信息传输。根据其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，性质、特点和它所支持的通信规程，VXIVXI总总线器件分为线器件分为: : 寄存器基器件寄存器基器件消息基器件消息基器件存储器器件存储器器件扩展器件扩展器件bus寄存器基器件n寄存器基器件是具有最基本能力的寄存器基器件是具有最基本能力的VXI总线总线器件，这类器件只支持寄存器直接读器件，这类器件只支持寄存器直接读/写协写协议，一般只配置议，一般只配置VME总线的从模块功能。一总线的从模块功能。一些要求极少智能或根本不要求智能的模块，些要求极少智能或根本不要求智能的模块，如简单

14、的开关、数字如简单的开关、数字I/O和简单的串行接口和简单的串行接口卡都属于寄存器基器件。卡都属于寄存器基器件。 消息基器件 n消息基器件是具有高级通信能力的器件，这消息基器件是具有高级通信能力的器件，这类器件在系统组态层设置了一组可以由其他类器件在系统组态层设置了一组可以由其他模块访问的模块访问的“通信寄存器通信寄存器”，使该器件可通，使该器件可通过某种特定的通信协议（如过某种特定的通信协议（如VXI总线字串行总线字串行协议）与系统中的其他器件进行通信。通常协议）与系统中的其他器件进行通信。通常认为消息基器件是包含认为消息基器件是包含CPU并能理解并能理解ASCII命令的智能器件，如数字式多

15、用表、频谱分命令的智能器件，如数字式多用表、频谱分析仪、析仪、GPIB-VXI接口器件等。接口器件等。 存储器器件n存储器器件是包含一定的存储器器件特征的、存储器器件是包含一定的存储器器件特征的、类似寄存器基器件的类似寄存器基器件的VXI总线器件，如总线器件，如RAM、ROM等存储器卡都是存储器器件。等存储器卡都是存储器器件。 扩展器件扩展器件 扩展器件是为了扩展器件是为了VXI未来发展而定义的，它未来发展而定义的，它允许将来设计更新种类的器件、支持更高级允许将来设计更新种类的器件、支持更高级的通信协议。的通信协议。 2. VXI模块nVXI总线系统的最小物理单元是组建模块，它由总线系统的最小

16、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。的屏蔽壳组成。n规定的规定的模块尺寸模块尺寸共有有共有有A，B，C，D四种规格四种规格。 A 型 100160 B 型 233160 C 型 233340 D 型 367340 P1 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P3 P1、P2、P3三三个个96脚脚J型连接型连接器和信号通路器和信号通路典型VXI模块 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

17、电源分配线 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 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 3. VXI主机箱busVXI or VME背板未屏蔽C尺寸模块双宽度带屏蔽的D尺寸模块电源冷确系统1. 1. VXI总线组成总线组成n在在VXI总线系统中，各种命令、数据、地址和其它总线系统中，各种命令、数据、地址和其它消息都通过总线传递。消息都通过总线传递。VXI总线系统的各种总线都总线系统的各种总线都印制在主机箱内的多层底板上，通过印制在主机箱内的多层底板上，通

18、过P1/J1、 P2/J2、 P3/J3连接器与各模块相连接。连接器与各模块相连接。nVXI总线是总线是VME总线在仪器领域的扩展，所以总线在仪器领域的扩展，所以VXI总线实际上是在总线实际上是在VME总线的基础上扩展了一些适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。应仪器系统所需要的总线而构成的。2.2.3 VXI总线组成及功能VXI总线的电气结构示意图2. VME总线功能nVME计算机总线计算机总线n时钟和同步总线时钟和同步总线n模块识别总线模块识别总线n触发总线触发总线n模拟相加总线模拟相加总线n局部总线局部总线n电源线电源线 1) VME计算机总线nVME计算机总线包含了

19、数据传输总线、仲裁总线、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，这些总线都安排在优先级中断线和公用总线，这些总线都安排在P1连连接器和接器和P2连接器的中间一行引脚上。主要有：连接器的中间一行引脚上。主要有：数据传输总线（数据传输总线（DTBDTB）: : DTBDTB由总线主模块控制，用于主、从模块由总线主模块控制，用于主、从模块之间传递数据和状态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；识别信息。分为寻址线、数据线和控制线；DTBDTB仲裁总线仲裁总线: :VMEVME总线支持多处理器的分布式系统。仲裁总线用总线支持多处理器的分布式系统。仲裁总线

20、用来解决多个主模块争夺来解决多个主模块争夺DTBDTB总线使用权的问题，防止总线冲突；总线使用权的问题，防止总线冲突；优先中断总线优先中断总线: : 供供VMEVME总线系统的中断器（总线系统的中断器（InterrupterInterrupter）和中断）和中断处理器之间进行中断请求和中断认可使用；处理器之间进行中断请求和中断认可使用；公用总线公用总线: :为系统提供时钟、系统初始化及故障检测等功能。为系统提供时钟、系统初始化及故障检测等功能。 2) VXI增加的信号线 n为适应高速、高性能仪器组件模块的需要，为适应高速、高性能仪器组件模块的需要，VXI在保留在保留VME系统总线的基础上，新定

21、义了一些面向仪器应用的信系统总线的基础上，新定义了一些面向仪器应用的信号线。这些新定义的信号线位于号线。这些新定义的信号线位于P2和和P3连接器上，包括：连接器上，包括：* *模块识别线：模块识别线：检测特定位置上的模块的是否存在；检测特定位置上的模块的是否存在； * *时钟和同步线：时钟和同步线：CLK10CLK10和和CLK100CLK100、SYN100SYN100；* *仪器触发线：仪器触发线：TTLTTL、ECLECL和和STARXSTARX和和STARYSTARY星形触发线；星形触发线； * *模拟相加线：模拟相加线：SUMBUSSUMBUS是是VXIVXI背板上的模拟相加结点；背

22、板上的模拟相加结点；* *局部总线：局部总线：用于两者之间高速通信，用于两者之间高速通信，LBUSLBUS数据传输率高达数据传输率高达250Mbps250Mbps和和1Gbps1Gbps； * *电源线：电源线：+5V+5V， 12V12V是是VMEVME标准；标准； 24V24V是为模拟电路设计的，是为模拟电路设计的，- -5.2V5.2V，-2V-2V是为高速是为高速ECLECL电路设计的。电路设计的。2.2.4 VXI总线的通信协议1. VXI总线通信协议模型总线通信协议模型 信号/中断通信协议(信号 REG 支持) (通信 REG 支持的) VME 总线读/写/中断等周期规程 (主/从

23、接口功能支持的) 系统逻辑组态协议 (组态寄存器支持的) 字串行协议 VXI 仪器协议 器件特 定协议 时钟/数据协议 (仪器总线支持） VXI-488 仪器 器件 特定 协议 器件 特定 协议 488-VXI 接口 特定 协议 特定 协议 特定 协议 REM 共享 器件特 定协议 特殊功能 器件 高级 VXI 仪器 一般性 消息基 器件 寄存器基 /存储器 器件 逻辑单元 应支持的通信协议层次 2. VXI总线通信协议总线通信协议 nVXI总线中总线中参与通信的单元参与通信的单元包括寄存器基从者、消息基从者包括寄存器基从者、消息基从者和消息基命令者。和消息基命令者。n寄存器基从者是指寄存器基

24、器件的通信单元。这类器件的通寄存器基从者是指寄存器基器件的通信单元。这类器件的通信协议在信协议在VXI标准中没有定义，即寄存器基从者不支持标准中没有定义，即寄存器基从者不支持VXI总线的任何通信协议。控制寄存器基器件的协议完全取决于总线的任何通信协议。控制寄存器基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的控制协议。操作所需的控制协议。n消息基从者通常具有独立执行复杂命令的能力，并可控制分消息基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他器件。消息基命令者是消息基器件对其层仪器系统中的

25、其他器件。消息基命令者是消息基器件对其他器件进行控制的接口。他器件进行控制的接口。消息基从者和命令者消息基从者和命令者都使用都使用VXI总总线消息基的线消息基的器件协议器件协议进行通信。进行通信。n命令者和从者之间进行通信的协议，涉及到从者的协议寄存命令者和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。器、响应寄存器和数据寄存器。 (1)字串行协议 是串行地从一个固定地址向另一个固定地址传送数据的是串行地从一个固定地址向另一个固定地址传送数据的通信协议，它是基于全双工通信协议，它是基于全双工UART的一种通用方式，每个操的一种通用方式，每个操作都用双向数据寄存器和一个

26、响应寄存器来实现；作都用双向数据寄存器和一个响应寄存器来实现； 字串行协议的数据传送过程是由命令者控制进行的，并由字串行协议的数据传送过程是由命令者控制进行的，并由响应寄存响应寄存器器中的中的状态位来协调状态位来协调。只有当响应寄存器中。只有当响应寄存器中WRDYWRDY位为位为1 1时，数据才能被时，数据才能被写入到写数据寄存器中。当数据已放在写数据寄存器中时，写入到写数据寄存器中。当数据已放在写数据寄存器中时，WRDYWRDY位清位清0 0，直至数据被从者接收。只有当响应寄存器中直至数据被从者接收。只有当响应寄存器中RRDYRRDY位置位置1 1时，有效数据才时，有效数据才能从读数据寄存器

27、中读出。当数据已从读数据寄存器中读出时，能从读数据寄存器中读出。当数据已从读数据寄存器中读出时，RRDYRRDY位位清清0 0，直至从者将另一个数据放入读数据寄存器中。，直至从者将另一个数据放入读数据寄存器中。 字串行通信有三种形式：字串行通信有三种形式：字串行、长字串行和扩展长字串行，字串行、长字串行和扩展长字串行，数据宽度分别为数据宽度分别为1616位、位、3232位和位和6464位。位。(2) 快速握手传输 字串行协议可以使用两种握手方式来传送数字串行协议可以使用两种握手方式来传送数据，即正常传送方式和快速握手方式。据，即正常传送方式和快速握手方式。 正常传送方式是用从者响应寄存器的正常

28、传送方式是用从者响应寄存器的“RRDYRRDY”位和位和“WRDYWRDY”位来使数据同步传送，而快速握手位来使数据同步传送，而快速握手方式则是用从者的方式则是用从者的DTACKDTACK（数据传送认可）和（数据传送认可）和BERRBERR（总线错误）信号线来保证适当的同步。（总线错误）信号线来保证适当的同步。 从者用其从者用其协议寄存器协议寄存器的的“快速握手快速握手”位来表示对位来表示对快速握手方式的支持，用快速握手方式的支持，用响应寄存器响应寄存器中的中的“FHSAC”（快速握手作用）位来表示快速握手当前的状态。（快速握手作用）位来表示快速握手当前的状态。(3)字节传送协议 字节传送协议

29、是命令者和从者之间进行字节传送协议是命令者和从者之间进行8位数据传输的协议，借助位数据传输的协议，借助“字节有效字节有效”和和“字节请求字节请求”两个字串行命令完成。两个字串行命令完成。 1）字节有效命令字节有效命令-命令者利用命令者利用“字节有效字节有效”命令向从者发送一个字节的数命令向从者发送一个字节的数据据D15D9为命令标识，内容固定，为命令标识，内容固定，D7D0是命令者向从者发送的数是命令者向从者发送的数据字节，据字节，D8用来传送用来传送END消息，为消息，为1时表示这次发送的字节是字节时表示这次发送的字节是字节串的最后一个字节，为串的最后一个字节，为0说明还有字节要发送。说明还

30、有字节要发送。2）字节请求命令字节请求命令-命令者可用命令者可用“字节请求字节请求”命令从从者处取回一个字节数命令从从者处取回一个字节数据据 “字节请求字节请求”命令是一个固定的命令是一个固定的16位命令，其编码为位命令，其编码为DEEFH。从者在从者在其数据低寄存器返回一个数据字节：其数据低寄存器返回一个数据字节： 2.2.5 VXI总线系统资源n系统共用资源包括：系统共用资源包括： 0号槽服务器件号槽服务器件 资源管理器资源管理器1. 0号槽服务器件号槽服务器件 VXI总线主机箱有总线主机箱有13个插槽，面对插入方向从个插槽，面对插入方向从左至右其编号为左至右其编号为012。0号槽与其它槽

31、有所不同，号槽与其它槽有所不同，0槽器件主要用来给其所在的子系统中的槽器件主要用来给其所在的子系统中的112号号槽提供公共系统资源，其中包括：槽提供公共系统资源，其中包括：n通过通过P2连接器提供系统时钟连接器提供系统时钟CLK10和模块识别信号和模块识别信号(MODID)n通过通过P3连接器提供系统时钟连接器提供系统时钟CLK100，也可以提供同步，也可以提供同步信号信号 SYNC100及星形线及星形线STARX和和STARY2.资源管理器n资源管理器的主要任务是配置管理系统。资源管理器的主要任务是配置管理系统。n资源管理器是一个命令者器件，逻辑地址为资源管理器是一个命令者器件，逻辑地址为0

32、，其，其它器件的逻辑地址不能设为它器件的逻辑地址不能设为0。它完成系统配置的。它完成系统配置的主要内容如下：主要内容如下：1）器件识别：通过读）器件识别：通过读256个配置寄存器每一地址个配置寄存器每一地址处的状态寄存器来判断有无相应的器件处的状态寄存器来判断有无相应的器件2）系统的自检管理：在所有器件完成自检后，强）系统的自检管理：在所有器件完成自检后，强制自检失败的器件进入复位状态，或用其它方法制自检失败的器件进入复位状态，或用其它方法进行诊断测试进行诊断测试资源管理器3）配置系统地址图：首先读出每个器件的地址空间，）配置系统地址图：首先读出每个器件的地址空间，然后给器件分配基地址偏移量，

33、保证地址不重叠然后给器件分配基地址偏移量，保证地址不重叠4）进行命令者）进行命令者/从者分层：通过读消息基器件的通信从者分层：通过读消息基器件的通信寄存器找出所有的命令者，确定从者区域大小，进寄存器找出所有的命令者，确定从者区域大小，进行分配行分配5）分配中断请求线：只对支持用软件的方法来确定）分配中断请求线：只对支持用软件的方法来确定（对中断请求线的使用具有可编程能力）的器件分（对中断请求线的使用具有可编程能力）的器件分配中断请求线启动正常操作：完成上述过程后，发配中断请求线启动正常操作：完成上述过程后，发出开始正常操作命令给顶层出开始正常操作命令给顶层 命令者。至此，上电工命令者。至此，上

34、电工作过程完成作过程完成2.2.6 VXI总线仪器系统 busVXI总线系统的典型结构有：单总线系统的典型结构有：单CPU系统、多系统、多CPU系统、独立系统和分层结构仪器系统系统、独立系统和分层结构仪器系统 主计算机 单 CPU 系统 CPU GPIB 仪器 1# 仪器 2# RAM 仪器 3# CPU 多 CPU 系统 GPIB 仪器 1# CPU 仪器 2# CPU 分 配 器 RAM 仪器 3# CPU 主计算机 VXI总线系统的典型结构 独立系统 仪器 3# 磁 盘 仪器 2# 仪器 1# RAM 内部 主计算机 CPU CPU CPU 分层式仪器系统 仪器 1# 命令者 仪器 1#

35、 从者 仪器 1# 从者 仪器 2# 命令者 仪器 2# 从者 仪器 2# 从者 CPU CPU CPU CPU 主计算机 仪器 1# 仪器 2# 2.3 PXI总线nPXI（PCI eXtensions for Instrumentation）是）是PCI（Peripheral Component Interconnect）在仪器领域的扩展，）在仪器领域的扩展，是与是与VXI总线并行的另一种模块式仪器总线标准。总线并行的另一种模块式仪器总线标准。它 由它 由 P X I 系 统 联 盟 在系 统 联 盟 在 1 9 9 7 年 制 定 ， 将年 制 定 ， 将CompactPCI（坚固（坚固

36、PCI）规范定义的）规范定义的PCI总线技总线技术发展成适合于试验、测量与数据采集场合应用的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机械、电气和软件规范，从而产生了新的虚拟仪器体系结构。体系结构。 2.3.1 PXI总线的特点总线的特点 高速数据转输速率；高速数据转输速率；模块化仪器结构，具有标准的系统电源、模块化仪器结构，具有标准的系统电源、集中冷却和电磁兼容性能集中冷却和电磁兼容性能 ；具有具有10MHz系统参考时钟、触发线和本地系统参考时钟、触发线和本地线；线；具有具有“即插即用即插即用”仪器驱动程序；仪器驱动程序；具有低价格、易于集成、较

37、好的灵活性和具有低价格、易于集成、较好的灵活性和开放式工业标准等优点。开放式工业标准等优点。 2.3.2 PXI总线规范nPXI总线规范涵盖了三大方面的内容：机械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规范、电气规范和软件规范 1. PXI机械规范nPXI模块的结构尺寸与连接器如图模块的结构尺寸与连接器如图 32 位 PCI 总线 64 位 PCI 和 PXI 总线 PXI 保留 PXI 保留 PXI 保留 64 位 PCI 和 PXI 总线 32 位 PCI 总线 2. PXI电气规范 本地线 星型触发线 PXI 触发线 PCI 总线 系 统 控 制 器 星型 触发 控制

38、器 模 块 模 块 模 块 PXIPXI总线的电气性能总线的电气性能 3. PXI软件规范nPXI的软件要求包括支持的软件要求包括支持Microsoft Windows NT和和Windows 2000这样的标这样的标准操作系统框架，要求所有模块带有配置信准操作系统框架，要求所有模块带有配置信息（息（configuration information）和支持）和支持标准的工业开发环境（如标准的工业开发环境（如NI的的LabVIEW、LabWindows/CVI和和Microsoft的的VC/C+、VB和和Borland的的C+等），而等），而且符合且符合VISA规范的设备驱动程序（规范的设备驱

39、动程序（WIN32 device drivers)。 2.3.3 PXI仪器系统 nNI的高性能的高性能PXI机箱和控制器机箱和控制器多总线混合测试系统n混合测试系统采用外接计算机控制，通过混合测试系统采用外接计算机控制，通过MXI-3接口连接接口连接PXI系统和系统和VXI系统，系统，PXI系系统中的统中的GPIB接口还可以用来连接接口还可以用来连接GPIB仪器。仪器。 PXI嵌入式控制 PXI PXI嵌入式控制器嵌入式控制器PXI-8105 PXI-8105 PXI外部模块模拟输入和输出模拟输入和输出 边界扫描边界扫描 总线接口和通信总线接口和通信 数字输入和输出数字输入和输出 数字信号处

40、理数字信号处理 功能测试和诊断功能测试和诊断 图像采集图像采集 原型设计板卡原型设计板卡 仪器仪器 运动控制运动控制 接收器内互连设备接收器内互连设备 开关开关 定时输入和输出定时输入和输出 2.4 LXI总线n为了更好地研发自动测量仪器系统为了更好地研发自动测量仪器系统, , 安捷伦技术安捷伦技术公司和公司和VXIVXI科技公司于科技公司于20052005年年9 9月联合推出了新一月联合推出了新一代基于局域网（代基于局域网（Local Area NetworksLocal Area Networks，LANLAN）的）的模块化平台标准模块化平台标准LXILXI（LAN eXtensionsL

41、AN eXtensions for for InstrumentationInstrumentation）。）。LXILXI基于著名的工业标准以基于著名的工业标准以太网（太网（EthernetEthernet）技术，扩展了仪器需要的语言、）技术，扩展了仪器需要的语言、命令、协议等内容，构成了一种适用于自动测试命令、协议等内容，构成了一种适用于自动测试系统的新一代模块化仪器平台标准。系统的新一代模块化仪器平台标准。2.4.1 LXI的特点和优势nLXI的特点的特点： 开放式工业标准开放式工业标准 向后兼容性向后兼容性 成本低廉成本低廉 互操作性互操作性 及时方便地引入新技术及时方便地引入新技术L

42、XI模块化仪器的优势（1 1）集成更为方便，不需要专用的机箱和）集成更为方便，不需要专用的机箱和0 0槽计算机；槽计算机；（2 2）可以利用网络界面精心操作，不需要编程和其）可以利用网络界面精心操作，不需要编程和其 他虚拟面板；他虚拟面板；（3 3）连接和使用更为方便，可以利用通用的软件进）连接和使用更为方便，可以利用通用的软件进 行系统编程；行系统编程；（4 4）非常容易实现校准计量和故障诊断；）非常容易实现校准计量和故障诊断；（5 5）灵活性强，可以作为系统仪器，也可以单独使）灵活性强，可以作为系统仪器，也可以单独使 用。用。2.4.2 LXI总线规范n LXI机箱机箱 前盖深度 前盖 宽

43、度 高度 宽度 凹槽下轨 凹槽上轨 总深度 LXILXI半宽机箱半宽机箱LXI半宽机箱的尺寸LXILXI半宽机箱的最大尺寸半宽机箱的最大尺寸 LXI机箱供电与冷却nLXI模块的交流供电取自单相交流电网，电模块的交流供电取自单相交流电网，电压为交流压为交流100240V，频率为，频率为4766Hz。各各LXI 器件的直流供电可通过直流电源或由器件的直流供电可通过直流电源或由以太网供电。以太网供电。 n每个每个LXI模块分别独立冷却，空气从两侧进模块分别独立冷却，空气从两侧进入，由后面排出。半宽模块设计成在一侧被入，由后面排出。半宽模块设计成在一侧被其他模块阻挡时仍具有足够的通风量。其他模块阻挡时

44、仍具有足够的通风量。LXI模块不允许以上、下两面作为进入口，这样模块不允许以上、下两面作为进入口，这样以便模块可堆叠在另一模块上面。以便模块可堆叠在另一模块上面。 LXI机箱的开关和指示灯（1 1）后面板左边是以太网连接器，后面板右边是电源连接器和）后面板左边是以太网连接器，后面板右边是电源连接器和电源开关，触发总线连接器安排在后面板电源旁边。电源开关，触发总线连接器安排在后面板电源旁边。（2 2）无前面板的模块必须设置）无前面板的模块必须设置LCI (LAN LCI (LAN 配置启动配置启动) ) 按钮，最按钮，最好安排在后面板并且标志为好安排在后面板并且标志为LANRST (LANRST

45、 (或或LAN RESET)LAN RESET)，按钮有，按钮有机械保护或有时间延迟机械保护或有时间延迟, , 以避免非故意操作，以避免非故意操作，LCILCI必须使模块必须使模块在失去与在失去与PCPC通信的时候进入已知状态。通信的时候进入已知状态。（3 3）前面板设置信号连接。当模块无前面板显示器时，必须在）前面板设置信号连接。当模块无前面板显示器时，必须在前面板左下方安排三个指示灯：前面板左下方安排三个指示灯： 最下面是电源指示灯，电源接通时发绿光；最下面是电源指示灯，电源接通时发绿光； 中间是中间是LANLAN网络指示灯，正常工作时发绿光，识别过程中发闪烁绿网络指示灯，正常工作时发绿光

46、，识别过程中发闪烁绿光，光，LANLAN故障时发红光；故障时发红光； 最上面是最上面是IEEE1588同步指示灯，未同步时熄灭，建立从机同步时发同步指示灯，未同步时熄灭，建立从机同步时发固定绿光，作为主机时每秒闪烁一次，请求主机时每两秒闪烁一次，固定绿光，作为主机时每秒闪烁一次，请求主机时每两秒闪烁一次，故障时发红光。故障时发红光。 LXI 的以太网连接n每个每个LXI器件必须执行器件必须执行IEEE-802.3局域网局域网（以太网）标准，网络最少能够支持（以太网）标准，网络最少能够支持TCP/ IP协议。协议。LXI规范建议使用规范建议使用1000Base-T以以太网，它应自动识别太网，它应

47、自动识别100Base-T和用第和用第5类类电缆构建的网络。仪器供应商最低限度提供电缆构建的网络。仪器供应商最低限度提供100Base-T，虽然也允许使用，虽然也允许使用10Base-T组组网。在网。在100Mbps速度下，速度下，LXI的传输速度比的传输速度比GPIB大约快大约快10倍。倍。 LXI 的驱动器n全部全部LXI模块都配备可交换虚拟仪器（模块都配备可交换虚拟仪器（IVI）的驱动器，建议使用关联性的的驱动器，建议使用关联性的IVI级模型。为级模型。为便于驱动器的构建和资源利用，便于驱动器的构建和资源利用，LXI 规范执规范执行与行与VXI规范相同的方法，使用规范相同的方法，使用IV

48、I驱动器来驱动器来支持虚拟仪器软件结构（支持虚拟仪器软件结构（VISA）的资源名字。）的资源名字。LXI模块通过模块通过VXI-11搜索驱动器资源，搜索驱动器资源，LXI规范的驱动器编程保证与规范的驱动器编程保证与VXI模块的驱动器模块的驱动器编程相一致。编程相一致。IVI数据库有几百种虚拟仪器驱数据库有几百种虚拟仪器驱动器可供使用。动器可供使用。 LXI 的触发级别和总线nLXILXI规范对规范对LXILXI器件实施器件实施3 3级触发：级触发：（1 1）C C级，基本级别，包括详细规定的物理、级，基本级别，包括详细规定的物理、电气、以太网和网页，但电气、以太网和网页，但LXILXI模块供应

49、商可选模块供应商可选用自己最适合的触发器；用自己最适合的触发器；（2 2）B B级，除级，除C C级要求以外增加级要求以外增加IEEE1588IEEE1588协议的协议的触发条件；触发条件；（3 3）A A级，在级，在C C级和级和B B级要求基础上增加级要求基础上增加LXILXI触发触发总线。总线。IEEE1588协议nIEEE1588（网络器件的时间同步协议）标准指定（网络器件的时间同步协议）标准指定网络的一个模块作为主时钟，然后对其他模块实现网络的一个模块作为主时钟，然后对其他模块实现时钟同步时钟同步 交换机/路由器 从器件 F 从器件 A 传输时间 主时钟 同步时钟 偏移时间 IEEE1588IEEE1588器件的同步过程器件的同步过程2.4.3 LXI的仪器系统nLXI仪器模块的外型结构仪器模块的外型结构 LXI总线虚拟仪器的硬件结构 PC(控制器) Intranet 路由器 适配器 GPIB 仪器 GPIB 仪器 VXI 仪器 PXI 仪器 LXI 模块 LXI 模块 LXI 模块 LXI 模块 连接到企业/专用 LAN LXILXI总线虚拟仪器网络结构示意图总线虚拟仪器网络结构示意图 本章结束本章结束Thank You !