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1、VXI总线技术概览o引言VXIbus 是 VMEbus 在仪器领域的扩展（VMEbus extensions for Instrumentation）,是 计算机操纵的模块化自动仪器系统。经过|-年的发展，它依靠有效的标准化，采用模块化的 方式，实现了系列化、通用化以及VXIbus仪器的互换性和互操作性。其开放的体系结构和 P&P方式完全符合信息产品的要求。今天，VXIbus仪器和系统已为世人普遍接受，并成为仪 器系统发展的主流。目前，全世界有近400家公司在VXIbus联合会中请了制造VXIbus产品的识别代码（ID 号），其中大约70%为美国公司,25%为欧洲公司，亚洲各国仅占5%。在大约
2、1300多种VXI 产品中，80%以上是美国产品，其门类几乎覆盖了数采和测量的各个领域。经过VXIbus仪器系统I年的冲击，美国传统的仪器产业结构己经发生了很大的变化，新 的VXI产业雏型结构已基木形成：VXI仪器模块和硬件厂商占三分Z弱（近100家）；VXI 系统集成商占三分Z强（超过100家）；其余近100家公司则从事软件开发、测试稈序开 发，VXI附件、配件、服务等业务。在市场方血，美国VXT市场的总销伟额仍以毎年30% - 40%的强劲势头迅猛增长。军事 部门不仅把VXT用于基地设备的修理与维护，而且也用于作战系统。目前，许多政府机构和 军事机构正在把VXI看作测试标准，美国军方开始由
3、定做逐步转向使用现成的商用VXI系统, 这一行动正在把更多的民用部门导向VXI。然而，当TEEE在1993年春天正式接受VXT规范 为其标准的时候，VXI市场还面临着两大障碍系统的易用性和成木。今天的VXI系统已 很容易集成和使用，这主要得益于NI、TEK等五家公司1993年发起成立的VXlplug&play Systems Alliance （以下简称VPP系统联盟）制订了详细的VPP标准。从理论上讲,由于VXI 系统中没有传统的I动测试系统各仪器内必然存在的电源、显示面板和数据处理单元等重复 组件，使得VXI这种虚拟仪器体系结构更有利于降低系统成木。加Z VX1厂商采用乞种先进 技术努力降
4、低成木，使VXI的系统成木不断降低，应用范围不断扩大。目前，VXI正在进入 “低成木一高市场分额一低成木”的良性市场状态。VXIbus已成为公认的21批纪仪器总线系统和自动测试系统的优秀平台。木文简要介绍 VXI的历史、VXI标准体系、VXI总线结构、VXI系统方案的配置与选择等内容，希望对VXI的应用与普及能有所帮助。1历史的回顾1.1 VXIbus的演变1979年,Motorola公布了一个面向68000微处理器的所谓VERSAbus。与此同时，诞生T一种被称为Eurocard” （IEC297-3）的印刷电路板标准。1981 年 10 月,Motorola, Mostek 和Signet
5、ics宣布他们共同支持基于VERS Abus和Eurocard模块尺寸的系列板卡，这就是著 名的VMEbuso 1987年，VMEbus被IEEE正式接受为万用背板总线（VeTsat订e Backplane Bus） 标准VMEbus （ANSI/IEEE 1014-1987）。虽然VME主要是面向计算机的总线，但市场一直对基于VMEbus的仪器模块有着巨大的需 求。特别是美国国防部出于减小自动测试设备（ATE）体积的需要、并考虑到VME总线高数据 带宽在数字测量与数字信号处理应用中的优势，在美国陆、海、空三军祁分别实施了发展基 于VME总线白动测试系统的计划MATE、CASS和TFTE0由于
6、VME毕竟不是血向仪器的总线标准，来白Colorado Data System, Hewlet t Packard, Racal Dana, Tektronix和Wavetek等五家著名仪器公司的技术代表于1987年6月宣布成立 一个技术委员会，组成电气、机械、电磁兼容/电源和软件四个技术工作小组，拟三个月内在 VMEbus. Eurocard标准和其他诸如IEEE 488. 1/488. 2这些仪器标准的基础上共同制订具有 开放体系结构的仪器总线标准，1987年7月，该委员会（即后来的VXI总线联合体）发布了 VXIbus规范的第一个版木，儿经修改、完善，于1992年917 |_|被IEEE
7、标准局批准为IEEE-1155-1992标准，1993年2刀23 口经美国国家标准研究院批准，并于1993年9月20 口出版发行。VXIbus标准发展历史参见表2-4：表2-4 VXIbus标准发展史版本0.01.01.11.21.31.4IEEE-1155日期1987. 7.91987.8.241987. 10. 71988.6.211989. 7. 141992. 4. 211993. 9. 201.2 VXI bus规范的目标VXIbus联合体制ij VXI总线规范的目标是定义一系列对所有厂商开放的、与现有工业标 准兼容的、基于VME总线的模块化仪器标准，其要点可概括为：（1）使设备Z间
8、以明确的方式通信；（2）使VXI系统比标准的机架堆叠式系统具有更小的物理尺寸； 使用专门的通信协议和更宽的数据通道为测试系统提供更高的系统吞吐率;提供可用于军事模块化仪器（Instrument。n a Card）系统的测试设备；通过使用虚拟仪器原理方便地扩展测试系统的功能；通过使用统一的公共接M降低系统集成时的软件开发成木；在该规范内定义实现多模块仪器系统的方法。1.3 VXlbus标准体系国际上现有两个VXTbus组织VXTbus联合体和VPP系统联盟，前者主要负责VXTbus 硬件（即仪器级）标准规范的制订；而后者的宗旨是通过制订一系列的VXTbus软件（即系统 级）标准來提供一个开放的系
9、统结构，使其更容易集成和使用。所谓VXlbus标准体系就由这 两套标准构成。VXTbus仪器级和系统级规范文件分别由10个标准组成，参见表2-5和表2-6：表2-5 VXlbus仪器级标准规范文件标准代号标准名称VXI-1VXlbus 系统规范(IEEE1155-1992)VXI-2VXlbus扩展的寄存器基器件和扩展的存储器器件VXI-3VXlbus器件识别的字符串命令VXI-4VXlbus通用助记符VX1-5VXlbus通用ASCII系统命令VX1-6VXlbus多机箱扩展系统VXI-7VXlbus共享存储器数据格式规范VXI-8VXlbus冷却测量方法VXI-9VXlbus标准测试程序规
10、范VXI-10VXlbus高速数据通道表2-6 VXlbus系统级标准规范文件标准代号标准名称VPP-1VPP系统联盟章程VPP-2VPP系统框架技术规范VPP-3VPP-3. 1VPP仪器驱动程序结构和设计技术规范仪器驱动程序VPP-3. 2VPP仪器驱动程序开发工具技术规范技术规范VPP-3. 3VPP仪器驱动程序功能面板技术规范VPP-3. 4VPP仪器驱动程序编程接口技术规范VPP-4VPP-4. 1VISA-1虚拟仪器软件体系结构主要技术规范标准的软件输入输VPP-4. 2VISA-2 VISA转换库(VTL)技术规范出接口技术规范VPP-4. 2. 2V1SA-2. 2视窗框架的V
11、TL实施技术规范V1W-5VX1组件知识库技术规范VPP-6包装和安装技术规范VPP-7软面板技术规范VPP-8VXI模块/主机机械技术规范VPP-9仪器制造商缩写规则VPP-10VXIIW LOGO技术规范和组件注册2 VXIbus的系统结构与控制方案2.1结构配置从物理结构看，一个VXI总线系统(如图2-20所示)由一个能为嵌入模块提供安装环境、图2-20 VX1总线系统结构示意图与背板连接的主机箱纟R成。由 图2-21可见，VXI总线以 IEEE-1014 VMEbus 标准为基 础、等同采用了 32-bit的VME 体系结构，并在VME标准的基 础上增加了两种模块尺寸和 一个连接器。P
12、1连接器和P2 连接器的中排插针严格按照 VME规范的定义保留下来,VXI 对VME用户可定义的P2连接 器外面两排插针和VXT所增 加的P3连接器作了定义。VXIP1P1P2P1P2P1P2P32. 2电气结构VXTbus的电气结构如图 2-22所示，从功能上可分为所谓 的八大总线： 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加法总线局部总线星形总线便块哄别线 OOOOD OOODD VMF总红局部总线-口OOOOQ 口 -4楷 榊模块VXlbus规范除电气与机械标准外，还包括包装、电磁兼容性、电源分布、VXI主机箱和嵌入模块的冷却方法与气流要求等。所有模块装入VXI主机箱的插
13、槽，而通过模块前血板提 P1 VME计算机总线16bit数据传输总线，16M地址，仲裁总线，优先中断总线，公用总线P2中间行增加：IVME 32-bit数据总线,4G地址，P2外部行增加：10MHz时钟总线，TTL&ECL触发总线，12 pin本地总 线，模拟加法总线，模块识别总线，电源总线IP3增加高性能：100MHz时钟总线，100MHz同步总线ECL星形总线,ECL触发总线，24 pin本地总线，电源总线图2-21 VX1模块尺寸与总线分布供开关、LED指示、测试点与I/O连接等。图2-22 VXlbus电气结构电源总线2.3系统控制方案2. 3.10槽与资源管理器VXI机箱最左边的插槽
14、包括冇诸如 背板时钟(Backplane clock) 配置 信 (configuration signals)、同步 与 触发信 号(synchronization andTooirer GFIB DeucesGPIB-VXItrigger signals)等系统资源，因而 只能在该槽中插入具有VXI “0槽”功 能的设备即所谓的0槽模块，通 常简称为0槽。VXI资源管理器(RM) 实际上是一个软件模块，它可以装在 VXI模块或者外部计算机上。RM与0 槽模块一起进行系统中毎个模块的识 别、逻辑地址的分配、内存配置、并 用字符串协议建立命令者/从者Z间图2-23A G1)IB控制方案图2-2
15、3B GP1B接I I模块的翻译作用示意图Embedded CPU图 2-24A嵌入式控制方案的层次体制。2. 3.2系统控制方案VXIbus系统的配置方案是影响 系统整体性能的最大因素Z。常见 的系统配置方式有GPTB、嵌入式和 MXI三种控制方案,分别如图2-23A、 图2-24A和图2-25A所示。GPTB控制方案通过GPTB接口把 VXT主机箱与外部的计算机平台相连。如图2-23B所示，计算机通过GPIB和GP1B-VX1翻译器向VXI仪器发送命令串，而GPIB-VXI 接口模块以透明的方式在VXT字符串协议和GPTB协议之间进行翻译。由于要对字符串木身进 行这种额外的翻译，使系统的随机读写速度严重下降。虽然GPIB的最大吞吐率可达
