《PXI总线技术【技术专攻】》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PXI总线技术【技术专攻】（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、PXI PXI 总线接口技术总线接口技术北京航空航天大学自动化学院北京航空航天大学自动化学院北京航空航天大学自动化学院北京航空航天大学自动化学院ATEATEATEATE实验室实验室实验室实验室2010年4月1专业课内容提要内容提要PXIPXI总线概述总线概述PXIPXI总线系统构成总线系统构成PXIPXI总线操作总线操作PXIPXI模块设计模块设计PXI-EXPRESSPXI-EXPRESS总线总线2专业课价格价格性能性能台式机台式机VXI针对主流用户的模块化仪器针对主流用户的模块化仪器PXI总线概述定位填补空白台式机台式机3专业课PCI PCI PCI PCI 总线总线总线总线欧洲卡封装欧洲
2、卡封装欧洲卡封装欧洲卡封装更好的更好的更好的更好的 IEC IEC IEC IEC 连接器连接器连接器连接器CompactCompactP PCICIvv PXIPXIPXIPXI是是是是PCI eXtensions for InstrumentationPCI eXtensions for InstrumentationPCI eXtensions for InstrumentationPCI eXtensions for Instrumentationvv PXI PXI PXI PXI 源于源于源于源于 CompactPCICompactPCICompactPCICompactPCIvv
3、 CompactPCI CompactPCI CompactPCI CompactPCI使用三种标准，小、牢固并且实使用三种标准，小、牢固并且实使用三种标准，小、牢固并且实使用三种标准，小、牢固并且实现现现现PCPCPCPC技术技术技术技术PXIPXI总线概述总线概述什什么是么是PXIPXI总线总线4专业课PXI = PCI eXtensions for Instrumentation扩展的内容扩展的内容和0.8” CPCI空间相同没有电磁屏蔽规范(可选)冷却规范触发线局部总线更多电源类型10MHz时钟5专业课1111年的历史年的历史National InstrumentsNational I
4、nstruments（NINI）公司）公司19971997年发起年发起超过超过6060个厂家加入个厂家加入PXI PXI 系统联盟系统联盟超过超过100100个产品供应商个产品供应商全球大约有全球大约有10001000种产品种产品 ( (包括包括300300多种多种cPCI)cPCI)National Instruments National Instruments 是最大供应商是最大供应商应用于数据采集，功能测试和工业应用应用于数据采集，功能测试和工业应用6专业课v广泛的行业支持广泛的行业支持 v即插即用即插即用 v上千种软件产品上千种软件产品v33 MHz 的的32位数据传输位数据传输(1
5、32 Mbytes/sec)vPCI 是事实上的行业标准是事实上的行业标准PCI PCI 总线优点总线优点7专业课PC Motherboard =Controller + Backplane1 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 1 2 3 4 PC MotherboardPC Motherboardwith 4 PCI slotswith 4 PCI slotsCompactPCICompactPCIEmbeddedEmbeddedControllerControllerCompactPCICompactPCI8-slot8-slotBackplaneBa
6、ckplane8专业课PCI与与CompactPCI的外形尺寸的外形尺寸PCIPCIPXI/CompactPCIPXI/CompactPCIHalfHalfSizeSize3U3UFullFullSizeSize6U6UPCI PCI 卡只需作很少或者完全不用卡只需作很少或者完全不用卡只需作很少或者完全不用卡只需作很少或者完全不用作电路改动就可以设计成适合作电路改动就可以设计成适合作电路改动就可以设计成适合作电路改动就可以设计成适合 PXI/CompactPCI.PXI/CompactPCI.9专业课PXI模块结构与连接器模块结构与连接器 64位PCI和PXI特性32位PCI100160mm
7、64位PCI和PXI特性32位PCIPXI保留PXI保留233.85160mm 6 6 6 6U U U U 适配器面板适配器面板适配器面板适配器面板3U 3U 的卡可以在的卡可以在6 6U U系统中工作系统中工作10专业课PXI PXI 标准标准标准欧卡结构标准欧卡结构3U Compatibility in 6U Chassis10 x 16 cm23 x 16 cmMost Popular 90% Market Penetration10% Market Penetration Growing3U 6U11专业课CompactPCompactPCICIP PCICIPXI PXI 采用的标
8、准技术采用的标准技术12专业课SoftwareElectricalMechanicalPXI PXI 是是是是 CompactPCI CompactPCI 在仪器领域的扩展。在仪器领域的扩展。在仪器领域的扩展。在仪器领域的扩展。SSpecificationRevision 1.0August 20, 1997开放的开放的 PXI 系统规范系统规范13专业课机械扩展机械扩展PXI 使用以下技使用以下技术提高了可靠性和互用性提高了可靠性和互用性:强制的主制的主动散散热温度温度测试及及额定温度定温度设定定系系统级的的EMC、冲、冲击、振、振动和湿度和湿度规定定定定义了内嵌控制器的位置了内嵌控制器的位
9、置14专业课机械特性机械特性Mechanical15专业课更多数量的管脚更加可靠屏蔽阻抗匹配 可提供更多的扩展槽J1 J1J2J2采用的连接器采用的连接器16专业课机机 箱箱Mechanical17专业课软件扩展软件扩展PXI 加快了程序开加快了程序开发，因，因为:PXI 控制器必控制器必须预装装Windows NT/ Windows 9x来支持来支持标准的准的软件件结构构外外设模模块必必须提供提供WIN32器件器件驱动18专业课操作系统和应用程序无须改动即可在操作系统和应用程序无须改动即可在 PXI系统运行系统运行配置工具将配置工具将 PXI 模块识别为模块识别为 PCI 设备设备vPXI
10、和和 PC 的的软件是一致的件是一致的19专业课触发线触发线系统控制器系统控制器星型触发控制器星型触发控制器外设外设外设外设外设外设10 MHz时钟时钟132 MB/s, 33 MHz, 32-bit 计算机总线计算机总线星型触发星型触发Local Bus电气扩展电气扩展电气扩展电气扩展PXI PXI 的的的的时钟时钟和和和和触触触触发发提高了性能提高了性能提高了性能提高了性能: :20专业课采用采用PCI-PCI桥接技术实现系统扩展桥接技术实现系统扩展21专业课PCI-PCI桥PCI-PCI桥桥的的作作用用是是协协调调两两条条PCI总总线线之之间间的的通通信信，如如图所示。图所示。 22专业
11、课PCI桥的分类根根据据PCIPCI桥桥的的工工作作原原理理的的不不同同，可可以以把把PCI-PCIPCI-PCI桥桥分为分为透明桥和非透明桥透明桥和非透明桥两种。两种。 透透明明桥桥：通通常常用用于于总总线线扩扩展展。桥桥的的二二次次侧侧的的所所有有设设备备对对一一次次侧侧的的主主系系统统是是透透明明的的。一一次次侧侧和和二二次次侧侧的的地地址址完完全全透透明明，在在一一次次侧侧和和二二次次侧侧之之间间的的地地址传递是直通模式，没有地址翻译。址传递是直通模式，没有地址翻译。 23专业课PCI桥的分类2非透明桥：通常用于嵌入式智能非透明桥：通常用于嵌入式智能I/OI/O板卡。它连接板卡。它连接
12、两个独立的处理器域，二次侧的资源和地址对一次两个独立的处理器域，二次侧的资源和地址对一次侧的主系统是不可见的侧的主系统是不可见的/ /允许二次侧的本地处理器允许二次侧的本地处理器独立地配制和控制其子系统。一次侧和二次侧的时独立地配制和控制其子系统。一次侧和二次侧的时钟完全独立。一次侧和二次侧的地址完全独立，在钟完全独立。一次侧和二次侧的地址完全独立，在一次侧和二次侧之间可以进行地址翻译。一次侧和二次侧之间可以进行地址翻译。24专业课PCIPCI桥的分类桥的分类采采用用标标准准PCI-PCIPCI-PCI桥桥接接技技术术，PXIPXI系系统统可可用用一一个个以以上上总总线线段段来来组组建建。桥桥
13、接接部部件件在在其其互互相相连连接接的的每每个个总总线线中中占占用用一一个个PCIPCI负负载载。因因此此，双双总总线线段段的的系系统统可可为为PXIPXI外围模块提供外围模块提供1313个扩展插槽，即个扩展插槽，即2 2总总线线段段8 8插插槽槽( (每每段段) )1 1个个系系统统控控制制器器插插槽槽2 2个个PCI-PCIPCI-PCI桥接器插槽桥接器插槽=13=13个可用扩展插槽个可用扩展插槽三总线段系统为三总线段系统为PXIPXI外围模块提供外围模块提供1919个扩展插槽。个扩展插槽。 PXIPXI触触发发总总线线只只提提供供单单总总线线段段内内的的连连接接，不不允允许许与与相邻的总
14、线段存在物理连接。相邻的总线段存在物理连接。 25专业课本地总线本地总线 触发触发 时钟时钟 星型总线星型总线VXI12 线线8 TTL, 2 ECL10 MHz ECLD尺寸才有尺寸才有 PXI13 线线8 TTL10 MHz TTL每槽每槽1条条PXI PXI 和和 VXIVXI的时钟和触发扩展的时钟和触发扩展PXI 具具备 VXI 的特性的特性26专业课PXI-6070ENI 5102PXI-6533启动扫描启动扫描RTSI 示波器示波器多功能多功能 I/O示波器示波器数字数字 I/Ov触发线使模块同步触发线使模块同步27专业课PXI PXI PXI PXI 体系结构总结体系结构总结体系
15、结构总结体系结构总结PXI PXI 基于基于基于基于 CompactPCICompactPCI定义了完整的测量和自动化系统定义了完整的测量和自动化系统定义了完整的测量和自动化系统定义了完整的测量和自动化系统电气电气机械机械软件软件Instrumentation ExtensionsInstrumentation ExtensionsCompactPCIPCIPCI总线总线欧洲卡欧洲卡高性能连接器高性能连接器器件器件系统系统28专业课PXI 总线可方便地与其它标准集成总线可方便地与其它标准集成MXIGPIBVXI or VMEStand-alone InstrumentPXI SystemMod
16、ulesModulesCompactPCompactPCICICICI29专业课7.2 PXI总线系统结构总线系统结构PXI系统构成：系统构成：主计算机主计算机、PXI机箱机箱、PXI模块模块30专业课PXI 控制方案内嵌控制器最最紧凑的方案凑的方案模模块化化=易于易于维护Pentium 和和 Pentium III 级别远程 MXI-3 控制器短距离或者短距离或者长距离距离 完全透明完全透明低成本低成本31专业课嵌入式控制器嵌入式控制器32专业课Multisystem Extension Interface for PXI and CompactPCIMXI-3 Implementation
17、 of PCI-PCI Bridge33专业课多系统扩展接口：多系统扩展接口：MXI-3 MXI-3 体系结构体系结构MXI-3SerialI/FMXI-3高速串行连接高速串行连接高速串行连接高速串行连接1.5 1.5 GbpsGbps第第第第1 1级级级级第第第第2 2级级级级PCI-to-PCI PCI-to-PCI 桥桥桥桥软件仍然是透明的软件仍然是透明的软件仍然是透明的软件仍然是透明的! !SerialI/FPCIPCICompactPCICompactPCIPCI 1PCI 034专业课MXI-3 MXI-3 结构结构PCI to PXI/CompactPCIPCI to PXI/C
18、ompactPCIPXI/CompactPCIPXI/CompactPCI to PXI/CompactPCI to PXI/CompactPCI电缆电缆: :- - 铜线铜线 ( (最长最长 10 m) 10 m)- - 光纤光纤 ( (最长最长 200 200 m)m)35专业课MXI-3 MXI-3 优点优点为 PC 和 PXI/CompactPCI 提供更多插槽高性能的串行连接易于集成 软件透明 支持短/长距离传输低成本36专业课PXI与VXIPXIVXI总线特点同步异步体积小大速度快慢价格低高电源少多电磁兼容差好厂家支持少多37专业课PXI总线接口设计PXI模块电路大体分为两大部分：
19、模块电路大体分为两大部分：接口电路接口电路和和器件功能器件功能PXI接口电接口电路路器件功能器件功能电路电路PXI完成完成PXI逻辑逻辑时序转换时序转换完成模块实际完成模块实际的硬件功能的硬件功能38专业课1. PXI接口作用 在在在在PXIPXI模模模模块块块块中中中中完完成成PXI底底板板总总线线与与功功能能电电路路之之间间的的通通信信（逻逻辑辑时时序序转转换换），是是PXI总总线线与与功功能能电电路路之之间间的桥梁。的桥梁。2. 2. PXIPXI接口功能因素接口功能因素主设备、从设备；主设备、从设备；主设备、从设备；主设备、从设备；是否支持中断；是否支持中断；是否支持中断；是否支持中断
20、；数据传输速度数据传输速度数据传输速度数据传输速度3. 功能电路功能电路39专业课PXI/PCIPXI/PCI总线定义了三个物理地址空间总线定义了三个物理地址空间 （1 1）内存地址空间）内存地址空间 （2 2）I/OI/O地址空间地址空间 （3 3）配置地址空间）配置地址空间PXI总线地址空间总线地址空间40专业课系统控制：CLK，PCI时钟，上升沿有效 RST ，Reset信号传输控制：FRAME#，标志传输开始与结束 IRDY#，Master可以传输数据的标志 DEVSEL#，当Slave发现自己被寻址时置低应答 TRDY#，Slave可以转输数据的标志 STOP#，Slave主动结束传
21、输数据的信号 IDSEL，在即插即用系统启动时用于选中板卡的信号地址与数据总线：AD31:0，地址/数据分时复用总线 C/BE#3:0，命今/字节使能信号 PAR，奇偶校验信号仲裁号：REQ#，Master用来请求总线使用权的信号 GNT#，Arbiter允许Master得到总线使用权的信号错误报告：PERR#，数据奇偶校验错 SERR#，系统奇偶校验错41专业课PXI总线增加的信号系统时钟信号TTL电平10MHz功能模块间增加了13条PXI局部总线8条触发总线星型触发线42专业课PXI总线命令总线命令总线命令的作用是用来规定主、从设备之间的传输类型，它出现于地址周期的C/BE3:0#线上。主
22、设备是指通过仲裁而获得总线控制权的设备；从设备是指在 C/BE3:0#上 出 现 命 令 时 被AD31:0线上的地址或IDSEL所选中的设备。 43专业课总线命令表总线命令表 C/BE3:0#命令类型说明命令类型说明0000中断应答中断应答(中断识别中断识别)0001特殊周期特殊周期( (总线广播总线广播) )0010I/O读读(从从I/O口地址中读数据口地址中读数据)0011I/O写写(向向I/O地址空间写数据地址空间写数据)0100保留保留0101保留保留0110存储器读存储器读(从内存空间映象中读数从内存空间映象中读数)0111存储器写存储器写(向内存空间映象写数据向内存空间映象写数据
23、)1000保留保留1001保留保留1010配置空间读配置空间读1011配置空间写配置空间写1100存储器多行读存储器多行读1101双地址周期双地址周期1110存储器一行读存储器一行读1111存储器写并无效存储器写并无效44专业课PCIPCI数据传输数据传输PCI所有的数据传输基本上是由以下三条信号线控制的：所有的数据传输基本上是由以下三条信号线控制的：FRAME#：主设备驱动，表明数据传输的开始和结束；主设备驱动，表明数据传输的开始和结束；IRDY#：主设备准备好，主设备驱动；主设备准备好，主设备驱动；TRDY#：从设备准备好，由从设备驱动；从设备准备好，由从设备驱动；FRAME#信信号号有有
24、效效后后的的第第一一个个时时钟钟前前沿沿是是地地址址期期的的开开始始，此此时时传传送送地地址址信信息息和和总总线线命命令令。下下一一个个时时钟钟前前沿沿开开始始一一个个(多多个个)数数据据期期，每每逢逢IRDY#和和TRDY#同同时时有有效效时时，所所对对应的时钟前沿就使数据在主、从设备之间传送应的时钟前沿就使数据在主、从设备之间传送. .在在此此期期间间，可可由由主主设设备备或或从从设设备备分分别别利利用用IRDY#和和TRDY#的无效而插入等待周期。的无效而插入等待周期。 45专业课46专业课PXI总线接口电路设计总线接口电路设计实现方案实现方案优点优点缺点缺点专用PCI接口芯片+CPLD
25、/FPGA技术比较成熟，价格比较便宜，通过对支持ISP的CPLD/FPGA预留接口可减少新产品设计风险、加快产品升级速度 外部连线太多，占用宝贵的PCB空间，且容易产生高频干扰。 高速CPLD+PCI软件包 PCI接口控制器与CPLD之间的一大批信号连接线变为CPLD的片内连接线，从而大大减小了外部信号连接线的数量，降低了印制电路板设计的难度，增加了电路板的抗干扰性和稳定性。PCI软件包价格较昂贵，而且使用这一模块软件编程较复杂。 自己在FPGA中实现PCI协议及逻辑功能将包括PCI控制器在内的所有逻辑功能模块都在一块FPGA中实现，具有开发成本很低，外部信号线连接较少，抗干扰能力较强，硬件设
26、计简单，而且可以根据实现需要只实现部分PCI接口功能。 由于PCI协议的复杂性，其接口的实现会比较困难，设计的周期会较长且很难在短时间内做到稳定。 47专业课专用接口芯片专用接口芯片9030,9052,90509030,9052,9050：从设备芯片：从设备芯片 9050,90529050,9052面向面向ISA卡转卡转PCI的市场的市场.90309030为嵌入式专门设计为嵌入式专门设计. . 9054,9080,90609054,9080,9060：主设备芯片：主设备芯片90609060是最早的是最早的3232位位master的的PCI控制芯片控制芯片.90809080取代取代9060;90
27、60;90549054更成熟一些更成熟一些. .48专业课49专业课50专业课PXI ExpressPXI Express总线技术及其应用前景总线技术及其应用前景PCI ExpressPCI Express总线技术概览总线技术概览PCI ExpressPCI Express开辟了更多的测试测量应用开辟了更多的测试测量应用PCI ExpressPCI Express商业化的技术商业化的技术PXI ExpressPXI ExpressPCI ExpressPCI Express应用于测试测量领域应用于测试测量领域51专业课各种总线带宽和传输延迟的比较各种总线带宽和传输延迟的比较52专业课PCI E
28、xpress 综述串行互连可以达到2.5 Gbits/sPCI 的传输先被打成信息包，再串行传送低压差分信号, 点到点, 8B/10B 编码x1 (by 1) 的带宽为250MB/s/directionx16 (by 16) 的带宽为4GB/s/direction使用与PCI相同的软件模型保证软件的兼容性未来会使用Gen-2 clocking (5 Gbits/s)53专业课基于PCI Express的板卡NI PCIe-GPIB仪器控制卡X1 NI PCIe-1429图像采集卡X4PCIe 显卡X1654专业课计算机主板上的PCI 和PCI-E的插槽两个PCI PCI 插槽两个x1 PCI
29、Express x1 PCI Express 插槽一个x16 PCI Express x16 PCI Express 插槽55专业课PCI Express 的分层架构56专业课软件层PCI 软件模型的兼容性软件模型的兼容性100% 操作系统和驱动层的兼容性操作系统和驱动层的兼容性PCI 配置和电源管理机制配置和电源管理机制现在的操作系统无需改变即可正常启动现在的操作系统无需改变即可正常启动(包括包括BIOS) PCI Express 的层次映射使用了的层次映射使用了PCI的元素的元素:Host-bridgesP2P bridges所有使用了普通所有使用了普通PCI设备配置的空间设备配置的空间P
30、CI 容量指针用于容量指针用于PCI Express的特殊扩展的特殊扩展增强的特性为了将来的应用增强的特性为了将来的应用57专业课每个设备享有专门的带宽58专业课PXI Express将PCI Express技术融合到PXI中6.0 GB/s 的背板的背板来源于来源于CompactPCIExpress (EXP.0) 标准标准附加的附加的PXI 定时和同步定时和同步100 MHz 的差分时钟的差分时钟差分式的触发差分式的触发向后兼容性向后兼容性软件上完全的兼容性保存了您软件的投资软件上完全的兼容性保存了您软件的投资混合插槽的定义，在同一个插槽中既符合混合插槽的定义，在同一个插槽中既符合PXI也符合也符合PXI Express的信号传递要求，帮助节省了硬件的的信号传递要求，帮助节省了硬件的投资投资59专业课60专业课混合插槽保证了兼容性混合插槽保证了兼容性61专业课混合插槽的灵活性PXI Express PXI Express 外设模块32-bit CompactPCI32-bit CompactPCI模块混合插槽兼容的PXI PXI 模块62专业课
