（测试计量技术及仪器专业论文）基于vxibus的数据采集系统.pdf

中文摘要 在本论文中，我们详细地讨论了一个基于v x i b t l s 的数据采集系统的软、硬 件的设计与调试过程。( 由于数据采集系统是数字存储示波器中的核心部分。因 而本论文将对我们今后进行基于v x r o t t s 的数字存储示波器的研制工作提供指 导作用。 在设计过程中，为了便于进行设计和调试，我将整个系统划分为v x t b l l s 接口和数据采集这两个部分来分别进行设计和调试，然后再将这两个部分组合 成整个系统进行联调。这样既简化了整个设计工作，又便于调试，提高了整个 设计工作的效率。为了使所设计的系统稳定性好，我在设计中利用i t 9 0 1 0 作为 v x l b u s 接口电路部分的核心芯片。为了能够达到8 0 m h z 的采样速率，我采用 a d 公司的a i d 转换芯片a d 9 2 # 8 作为数据采集部分的核心芯片。本设计方案 的实施采用的是自主研究、自主设计、自主调试的方式a 本次设计的最大的创造性工作是利用i t 9 0 1 0 接v i 芯片设计了一个( r b u s 接v i 电路。通过这一设计工作，我掌握利用1 7 9 0 1 0 接口芯片进行v x i b u s 接1 ：2 1 电路的设计和调试的方法。 f 同时，通过完成本论文的设计工作，我了解了数字存储示波器的工作原理。 掌握了数据采集电路、触发控制电路、信号调理电路和数据存储电路在数字存 储示波器中的工作原理和这几个电路的设计方法以及在设计和调试中会遇到的 许多关键问题及其解决方法。 本设计的最终目标是要设计出一个采样速率达到8 0 m s p s的基于 v x b u s 的数据采集模块。该模块可以作为一个v x l b u s 系统器件插在v x b u s 系统上。滇基本参数如下： l 采样速率：8 0 m s p s 采样深度：3 2 k 输入模拟信号带宽：1 6 m h z - - - 2 0 m h z 在导师陈长龄教授的指导下，经过一年的设计和调试工作，我最终设计并 调试成功了一个符合上述指标要求的数据采集系统，从而完成了本论文的工作 目标。 通过本论文的工作，我再次掌握了进行科学研究的方法，同时也更加深切 的理解了严谨认真的科学态度对于完成一项科学研究所起的重要作用。、1 关键词：v x i b u s ，数字存储示波器，数据采集系统 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , d e t a i l e d l yd i s c u s sa p r o c e s sf o rd e s i g n i n gah a r d w a r e & s o f t w a r e o f ad a t ac o l l e c t i o ns y s t e mb a s e dv x m u s b e c a u s et h ed a t ac o l l e c t i o ns y s t e mi st h em o s t i m p o r t a n tp a r to fad i g i t a ls t o r eo s c i l l o g r a p h ( d s o ) , s ot h i sp a p e rw o u l ds u p p l ya i n s t r u c t i o n a lf u n c t i o nf o ru st od e s i g nad s ob a s e dv x i b u s i no r d e rt oc o n v e n i e n tf o rd e s i g n i n ga n dd e b u g g i n g t h es y s t e m ，i nt h ep r o c e s so f d e s i g n i n ga n dd e b u g g i n g ，ld i v i d e dt h ew h o l es y s t e mi n t ot w op a r t s ，t h e yi n c l u d et h e f n t e f f a c eo f ”a b n sa n dt h ed a t ac o l l e c t i o n p a r t 。i tc a b n o to n l ys i m p l i f yw h o l e d e s i g n w o r k , b u ta l s oc o n v e n i e n tf o rd e b u g g i n gt h es y s t e m i no r d e rt oe n h a n c et h es t a b i l i t y o f t b es y s t e m js e l e c tt h e 兀9 0 1 0a st h ek e r n e lc h i po f t h ev x i b u si n t e r f a c ec i r c u i t a s t h es a m e t i m e , i n o r d e rt oa c h i e v et h e8 0 m h zs a m p i er a t i o , ls e l e c t a n a l o g c o r p o r a t i o n sa d 9 2 8 8b e i n gt h ek e r n e lc h i po ft h ed a t ac o l l e c t i o nc i r c u i t i nt h e p r o c e s si m p l e m e n t i n g t h i sp r o j e c t ，ia d o p tt h em a n n e ro fs e l fr e s e a r c h ，s e l fd e s i g na n d s e l f d e b u g g i n g t h em o s t c r e a t i o n a r yw o r ko f t h i sd e s i g ni sid e s i g na v x 1 b u si n t e r f a c ec i r c u i tb y u s eo f i t 9 0 1 0 t h r o u g ht h i sd e s i g nw o r k ，ik n o w t h em e t h o dw h i c h d e s i g na n dd e b u g av x i b u si n t e r f a c ec i r c u i tu s i n g1 t 9 0 1 0 s i m u l t a n e o u s l y ，ik n o w t h ep r i n c i p i eo fd s oi nt h ep r o c e s s i n go fa c c o m p l i s h i n g t h i sp a p e r , g r a s p e dt h ep r i n c i p l eo f t h ed a t ac o l l e c t i o n ，t r i g g e rc o n t r o la n da n a l o gs i g n a l p r o c e s s i n gc i r c u i ti nd s 0 f u r t h e r m o r e ia l s ok n o w t h ep r o b l e m sw ew i l lf a c ew h e n w e d e s i g n t h e s ec i r c u i ts oy o us a y , a n dik n o wh o ws o l v et h e s ep r o b l e m s t h eu l t i m a t e g o a l o ft h i s p a p e ri s t od e s i g nad a t ac o l l e c t i o nm o d u l eb a s e d v x l b u s w h o s es a m p l er a t i os h o u i da c h i e v e8 0 m s p s t h i sm o d u l ec a nb ei n s e r ti n t oa v x i b ms y s t e ma sap a r to fav x i b u ss y s t e m i t sb a s i cp a r a m e t e r sb el i s t e d a s f o l l o w s ： s a m p l e r a t i o ：8 0 m s p s s a m p l ed e p t h ：3 2 k b a n d w i d t h o f i n p u ta n a l o gs i g n a l ：16 m h z 一2 0 m h z t h r o u g ho n ey e a r sw o r k ，is u c c e s s i v e l y f i n i s h e dm yp a p e rb yt h ea i do fm y t o t o r - p r o f e s s o r c h e n t h r o u g ht h ew o r ko ff i n i s h i n gt h i sp a p e r , ik n o w t h ei m p o r t a n c eo fh a v i n ga r e l i g i o u ss c i e n t i f i ca t t i t u d et of i n i s h i n g as c i e n t i f i cr e s e a r c hw o r k k e yw o r d s ：v x l b u s ，d i g i t a ls t o r eo s c i l l o g r a p h ，d a t ac o l l e e t i o ns y s t e m 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。具我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名：象名瑟 日期：知a 年罗月日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅 和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编人有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文a ( 保密的学位论文在解秘后应遵守此规定) 签名：貉名殇导燃：7 眦 日期：7 鲫l 年；月1 日 中文摘要 一皇王型茎查兰婴主兰垡丝苎 1 ，1 选题依据 第一章前言 目前，v x i b u s 具有比传统的g p i b 总线易使用和高速舶特点。尤其是在v x i p l u g p l a y 仪器驱动器软件的支持下可以大大减小仪器使用人员的编程工作， 提高生产效率。因此，v x l b u s 技术已经成为了仪器界所广泛采用的一种技术。 为了我们今后所研制的示波器能够使用v x i b u s 技术，与国际先进的仪器制造技 术相接轨，决定设计一个用于示波器中的基于v x i b u s 的高速数据采集模块。 1 2 国内外动态 目前国外比较丈的几家仪器生产厂商如t i p 、t s k t r o n i g s 等都生产出了基于 v x b u s 的数字存储示波器产品，如e p s l 4 2 8 v x i b u s 数字存储示波器模块。而国 内在这一领域的生产研制还相对落后。 1 3 该研究的实用价值祁理论意义 数据采集模块是数字存储示波器中的关键模块。因而我们研制的基于v x l b u s 的数据采集模块对于我们进一步研制和生产具有自主知识产权的基于v x i b u s 的数字存储示波器具有先导性的意义。周时，由于国内在这领域的技术还相 对落后，若我们开发研制出自己的产品，将会填补这一空白，为我国的国防建 设事业节省大量的经费。 1 4 课题所要实现的最终目标 本课题的最终目标是要设计出个采样速率达到8 0 m h z 的基于v x i b u s 的数 据采集模块。该模块可以作为一个v x t b u s 系统器件插在v x i b u s 系统上。其基 本参数如下： 采样速率：8 0 m t t z 采样深度：3 2 k 输入模拟信号带宽：1 6 n z - - 2 0 m h z 曼主婴巡塑墨叁墨堕 1 5 拟采取的技术线路及实施方案 本课题中接口板的设计采用接口技术公司的i t 9 0 1 0 芯片作为v x i 接口芯 片。数据采集板采用a d 公司的a d 9 2 8 8 作为采集芯片，采用a d 公司的高性能运 放a d 5 5 3 9 作为模拟信号的调理芯片。采用t i p 公司的v x l b u s 零槽控制器作为 v x i b u s 系统控制。采用p c 机作为v x i b u s 的外置式控制器。 整个方案的实施采用自主研究、自主设计、自主调试的方式。 2 电子科技大学硕士学位论文 第二章v x lb u s 硬件及即播即用软件规范 2 1 v x i b u s 概述 2 1 1 v x i b u s 的历史 v x i b u s 是v m e 总线在仪器领域的扩展，它的产生与微计算机总线技术的发展 及其在仪器测试领域的应用是密不可分的。 2 0 世纪7 0 年代初， i p 公司推出g p i b 系统，目前仍是用分立台式和装架叠 迭式仪器组建自动测试系统的主要普及的标准接口系统。g p i b 仪器系统组建方 便、操作容易，但数据传输速率和资源利用率有局限性。g p i b 系统本质是用独 立的仪器与计算机结合构成具有测试和数据处理能力的测试系统，这一本质的 发展导致了将具有测试功能的仪器部件与具有数据存储和处理能力的微处理器 结合在一起的智能仪器的出现。然而它的微处理机软、硬件资源重复度大。为 此，仪器测试领域的人事一直在寻求一种能够使多个仪器共享一套微机资源协 调工作完成所需的测试任务的技术。这就是下面将要提到的v x i b u s 技术。 随着微型机技术的迅速发展，微机系统设计者把注意力从提高c p u 性能设 计转移到高性能总线设计，使得微机系统内总线性能不断提高。其中最为典型 的是m o t o r o l a 与m o s t e k 、s i g n e t i c s p h i l i p s 及t h m o s o nc s f 一起于1 9 8 1 年 宣布的v m e b u s 。它作为公共领域中非专用标准很快成为国际上开放微机系统工 业标准总线，后来推荐为国际标准：i e e e l o l 4 i e c 一8 2 t 。v m e b u s 出现适应了微 机系统宽位、高速、高密度和标准化的需求。但它不能直接用于组件式仪器系 统，原因是不具有仪器要求的高e m c 和电源稳定性、插件面积和空间、高速模 拟信号等。为适应仪器系统发展的需要，1 9 8 7 年4 月c o l o r a d o 、h p 、r a c a l d a n a 、 t e k 、和w a v e t e k 等五家仪器公司求同存异组成v x l b u s 联合体，表示基于当时 公认的一种较完善的开放微机总线t e b u s 来开发开放性组件式仪器系统总线标 准。于1 9 8 7 年7 月宣布v x i b u s 技术规范草案初稿。随后，又有b k 、f l u k e 、 n a t i o ni n s t r u m e n t s 等许多厂家加入联合体。几经修改，分别于1 9 8 8 年6 月公 布了v x i b u sr e v 1 2 和1 9 8 9 年7 月宣布了v x i b u sr e v 1 3 。y x l b u s 文本公 布后，受到国际上普遍重视。1 9 8 8 年7 月美国i e e e p 1 1 5 5 采纳v x i b u s r e v 1 2 作为i e e e 工业用标准的基本文件来考虑。同时美空军也决定采用v x l b u s 标准 3 基于v x i b u s 的数据采集系统 作为 l a t e ( 美国军用自动化设备) 的标准。v x l b u s 对所有生产厂和用户都是开 放的，想加入联合体只要索取制造者身份证就可以成为登记用户，授予产品“生 产厂标识码”。到1 9 9 1 年时，已有2 0 0 多家不同审8 造厂商收到g x l b u s 联合体颁 发的标识码。有许多仪器公司按v x l b u s 标准研制了大量v x i b u s 产品。但要想 使v x l b u s 标准规范成为世界公认的i e e e 标准，尚需解决程控语言和某些不完 善的问题。1 9 9 1 年4 月v x i b u s 联合体接受h p t s m l ，提出了可程控仪器的标准 命令s c p i ，解决了仪器程控语言问题。接着y x i b u s 联合体对v x l b u sr e v 1 3 作了若干修订，并做了大量补充。为了以后发展，v x i b u s 联合体把增补条款作 为v x t b u s 规范子集处理，目前已经形成了v x i - o 至v x i 一9 共1 0 个系列文集。 现在这些经过增补、修订的v x i b u s 技术文档已经作为i e e e 的i e e es t d 一1 1 5 5 标准规范而存在。 2 1 2v x i b u s 规范的基本内容 v x l h u s 是在优良的开放微机系统总线v m e b u s 基础上扩展生成的开放模块化 仪器系统总线。它的目的是定义个基于v m e b u s 豹技术完善的组建模块化仪器 系统总线标准，对所有制造厂家是开放的，并与现有的标准兼容。v x l b u s 技术 规范详细地定义了与v x i b u s 相容的各级单元技术要求。所含内容示于图2 1 。 因为v x l b u s 仪器系统是一种开放互连系统，所以v x i b u s 规范重点定义了v x l b u s 器件的物理层互连协议和链路层互连协议。其目标是： 允许互连器件间毫不含糊地进行通信。 缩小标准迭架式仪器系统尺寸。 允许测试功能相似的系统互连接口，形成测试系统一体化，从而降低软件 造价。 允许在器件间使用宽频带数传通道和专门设计的通信协议，以提高器件问 数传吞吐量。 在系统中插入不同测试功能组件模块而提供新的仪器功能。 在标准机箱内实现多组件模块仪器。 为军用i a c ( i n s t r u m e n to n a - c a r d ) 系统提供测试设备。 4 皇王型蔓茎兰堡圭兰些堕苎 图2 1v x l b u s 规范内容示意 为实现上述目标，v x l b u s 必须是种开放标准，这就意味着规范必须为仪器 的软、硬件工作环境作出明确的定义，以保证由多家厂商所提供的仪器模块所 组建的系统能够正常的协调工作。其中的硬件工作环境包括机械和电气接口规 范。软件工作环境主要是v x l b u sp l u ga n dp l a y 软件规范。接着的内容就要介 绍硬件的电气接口规范。 基于v x l b u s 的数据采集系统 2 2 、) ( i b u s 硬件接口规范 2 2 1 、p a i b u s 器件及其操作 2 2 t ，1 器件模型 在v x i b u s 主机槽位上插入的电路组件往往具有某些用户功能，把它定义成 v x i b u s 器件。器件是v x i b u s 系统的最小逻辑单元，占有0 - 2 5 5 中的唯一的逻辑 地址。根据器件可执行的通信协议，把器件分成“寄存器基器件”、“消息基器 件”、“存储器基器件”和“扩展存储器基器件”四种。 a 消息基器件 它可以支持v x i b u s 组态和高级字串行通信协议。在系统通信层次中，它是 仅可充当命令者或消息基从者的器件。 b 寄存基器件 它仅支持v x l b u s 寄存器布局组态。除寄存器单元读写外，它不支持v x i b v s 字串行通信协议。在v x i b u s 系统通信层次中，仅能充当从者角色。 c 存储器基器件 它是具有组态寄存器和标志存储器类型的特征寄存器，除支持存储器单元 读写操作外，也不具有v x j b u s 透信能力。 d 扩展器件 是一种具有特定用途的v x i b u s 器件。它们设有组态寄存器，以便系统识别。 这类器件用于将来定义新型v x i b u s 器件，以支持更高级的协议。 尽管各种y x i h u s 器件所含的组态和操作寄存器不同，执行的通信协议不同， 但在分析器件的功能和逻辑组成时，我们可以设想出v x i b u s 器件的通用概念模 型，如图2 2 所示。 7 x i b u s 定义域有四个层次。连接层是按物理层协议定义的连接器和总线收 发器，以保证器件与后板机械电气相容。数据传输层是原v m e b u s 中定义的数 据传输接口功能模块、总线仲裁接口功能模块、中断接口功能模块和共用资源 功能模块德集合。在总线周期的支持下，实现二进制比特流的读写控制。在本 层次中，也应该含v x i b u s 中新增的面向仪器类接口功能。v x i b u s 定义的器件操 电子科技大学硕士学位论文 作区用以支持v x i b u s 系统组态通信与操作控制。器件特定测试功能区是v x l b u s 仪器测试功能实体部分，完全由用户根据仪器应具有的测试功能来决定。 器件特定功能器件特定 用户定义域 n 测试功能区 操作器件相关 毳作誓v x 蠹i b u s寄存器 器件类别相关 组态寄存器系统义 i e 组态层 接口功能模块数据位v x i b m n 传输层定 系统v m e b u bi 、 后板电气接口民 连接层定 义 |或 连接器 享， 后板媒介体 图2 2v x l b u s 器件模型 2 2 1 2 器件寻址 v x i b u s 系统为每个器件分配0 - 2 5 5 ( o o f l - f f h ) 中唯一的一个逻辑地址，并 且规定o o h 逻辑地址赋予通常插入0 号槽的为系统提供共用资源的资源管理器 和0 号槽器件，而f f h 号在上电时赋予系统的所有d c ( 动态配置) 器件，其他 的0 1 h f e h 号分配给任意的s c ( 静态配置) 器件。每个器件的逻辑地址由人工 调节“逻辑地址选择器：设定。用逻辑地址可把v x l b u s 系统中的2 5 6 个器件区 别开来，实际上是用这个逻辑地址v 作为器件标准组态操作寄存器的基地址。 基于v x l b u s 的数据采集系统 每个v x i b u s 器件有一块6 4 字节的标准组态操作寄存器，所有的6 4 * 2 5 6 寄存 器单元位于系统a 1 6 寻址空间的高1 6 k 范围内。即器件标准寄存器基地址的 a i s = a 1 6 = i ，a 1 3 - a 6 为该器件的逻辑地址选择器指定8 比特。因而，器件标准寄 存器基地址为d b a = v * 6 4 + 4 9 5 1 2 。此时器件的6 4 字节标准寄存器是处于a 1 6 地 址空闯，称器件响应为h 1 6 寻址方式。 对于大多数v x i b u s 器件来说，在6 4 字节之内的5 6 字节标准操作寄存器是 足够使用的。若操作寄存器不够使用时，系统资源管理器可以在a 2 4 或a 3 2 寻 址空间内扩展附加操作寄存器，称为a 2 4 a 3 2 寄存器。寄存器的寻址组态由相 关信息决定： 寻址方式：由器件程控设置地址空间码a 指定。a = o ，a 1 6 a 2 寻址；a = l ， m 6 a 3 2 寻址，a = 3 ，仅 1 6 寻址。 地址空间范围：由器件程控设置存储器需求码m 确定。m = 0 - 1 5 。 a 2 4 a 3 2 寄存器基地址：由系统组态管理器写入偏移寄存器码程控分配。 2 2 1 3 器件标准组态操作寄存器 每个v x i b u s 器件都设有一块标准组态操作寄存器区，其布局如图2 3 所 示。其中，0 0 。r 0 7 。是组态寄存器，所有的v x i b u s 器件都具备。与器件类别相 关寄存器属操作寄存器，随器件类别不同，配置不同。与器件相关的寄存器是 由用户定义的a 1 6 操作寄存器。本小节重点解释组态寄存器。 i d 寄存器( i dr e g i s t e r ) ： 它是个j 6 位可读寄存器，用于向系统组态管理器提供三段器件组态信息。 器件类别段b 1 5 - b 1 4 ：指明该器件属于v x l b u s 器件哪一类。 地址空间段b 1 3 一b 1 2 ：说明器件操作寄存器的寻址方式。a = o 为a 1 6 a 2 4 寻址方式；a = l 为a 1 6 a 3 2 寻址方式：a = 3 仅为h 1 6 方式。 生产厂家识别码段b 1 1 b o ：保存着器件生产厂家的唯一识别码。识别码由 v x l b u s 联合体指定，其值为0 4 0 9 5 之一。 逻辑地址寄存器： 这是一个d c 器件必须使用的可写的1 6 位寄存器。在动态组态期间，d c 管 理器向该寄存器低8 位写入数据作为该器件的逻辑地址。 电子科技大学硕士学位论文 器件型号寄存器： 1 6 位可读寄存器，存放与器件型号相关的数据。 与器件相关的寄存器 与器件类别相关的寄存器 偏移寄存器 状态艘制寄存器 器件型号寄存器 i d ! 逻辑地址寄存器 图2 3 标准组态操作寄存器 存储器需求段b 1 5 一b 1 2 ：只适用于寻址方式为m 6 a 2 4 和a 1 6 a 3 2 韵具有 附加操作寄存器的器件。它给出的数值m ( o 一1 5 ) 可以确定器件附加操作寄存器 的存储空问大小： 2 5 5 4 2 2 “= 2 5 6 。x 2 5 8 2 1 5 一” 式中，a 由i d 寄存器中的地址空间码确定： 当为a 1 6 i a 2 4 方式时，a = o ，空间为2 5 6 x 2 ”一。一个块含2 5 6 字节，可由2 ”1 块组成。 当位m 6 a 3 2 方式时，a = l ，空间为6 4 k 2 1 “。一个块含6 4 k 字节，可由2 ”1 块组成 型号编码段b l l b o ：此段保存器件厂家为器件指定的器件识别码。规定0 号槽器件使用o o h f f h 其中之一，而其它槽器件仅占用t o o h f f f h 之一。对于 仅a 1 6 寻址器件，型号寄存器的1 6 位全为识别码。 状态寄存器： 它是1 6 位可读寄存器，提供与器件寻址、组态、自检等状态相关信息。 & 2 4 a 3 2 作用位b 1 5 ：为“l ”表示允许访问该器件的a 2 4 或a 3 2 寻址空间 9 。坼 撕 埔 埘 埔 邓 汴 基于v x l l m s 的数据采集系统 的附加操作寄存器。它直接映射控制寄存器该位状态。 h l o d i d 位b 1 4 ：该位为“0 ”表明在组件模块p 2 槽) i o d i d 线为高电平时， 可以选择该模块。为“1 ”则相反。 2 2 4 器件的初始化和诊断 每当s y y r e s e t 线发出系统复位信号后，v x i b u s 系统全部器件均进行复位、 组态寄存器初始化及自检操作，实现系统初始化，等待执行v x l b u s 正常操作命 令。v x i b u s 系统初始化过程可以用图2 4 给出的状态图描述。我们可以把系统 初始化分为两个阶段，相应的状态图也可以分成两个区域。 组态寄存器初始化区： 系统加电或控制台面板操作使s y s r e s e t 线低有效，产生s r s t ( 系统复位) 信号，器件进入h a r dr e s e t ( 硬复位) 态。在此态上，器件进入复位状态，不 执行任何v x i b u s 动作。器件控制状态寄存器r e s e t 、s y s f a i l 、i n i b i t 、p a s s e d 及r e a d y 等各位清零。器件驱动s y s f a i l 线为低电平，并点亮故障指示l e d 。禁 止系统通过v m e b u s 访问组态寄存器。 大约在2 0 秒之后，s y s r e s e t 线释放为高电平s r s t 信号为s r s t ，器件进入 c o n f i gr e gi n i t ( 组态寄存器初始化) 态。在这个任选态初期，v m e b u s 不能访 问组态寄存器。器件对自己的组态寄存器进行组态。包括设置逻辑地址、i d 和 型号寄存器的初始值。以后，允许通过v m e b u s 访问组态寄存器继续进行初始化 它的状态、控制和偏移寄存器。器件继续驱动s y s f a i l 线为低电平和点亮故障 指示l e d 。组态寄存器的初始化和后面的s e l f t e s t ( 自检) 过程要在s y s r e s e t 线 为高或在r e s e t 清零后4 9 s 内完成。如果其间能够完成组态寄存器初始化操作， 就产生 n i t i m i z e d ( 组态寄存器已初始化) 信号，而器件进入s e l f t e s t 态；如 果允许访问组态寄存器之前发生初始化失败，器件就停在此态等待下一次硬件 复位发生；如果在允许访问组态寄存器之后发生初始化失败，就产生 i n i t f a i l ( 初始化失败) 信号，器件进入初始化失败态。 1 0 皇王燮查兰堡圭兰丝丝塞 圈2 4v x i b u s 器件自检状态图 在i n i tf a i l e d 态上，s y s f a i l 线为低电平，p a s s e d 位清零和r e a d y 位置 1 ：器件等待s r s t 或r s t ( 软复位) 的出现。如果s r s t = i ，器件回到h a r d r e s e t 态，重新强迫器件进入硬复位状态。 如果出现r s t = i ，器件进入i n i tr e s t ( 初始化复位态) 。因为组态寄存器和 初始化没有全部完成，一旦r s t = o ，器件重新进入c o n f i gr e g 态。 器件组态寄存器初始化成功之后，进入s e l ft e s t ( 自检) 态。在此态上， 器件测试和初始化自身的v x l b u s 通信所必需的功能。器件的v 腿b u s 接i s i 功能 可以起用：但除了能响应r e s e t 和s y s f a i li n h i b i t 控制外，器件不能响应任 何v x j b u s 命令。在此期间，p a s s e d = r e a d y = o ，s y s f a i l 线为低电平。 。 器件自检完成之后进入p a s s e d ( 通过) 态。在此态上，器件置p a s s e d 和r e a d y 位为“1 ”，并驱动s y s f a i l 线为高电平，熄灭故障指示l e d 。这时器件已具有支 持v x l b u s 通信的全部能力。对某些器件，如消息基器件，还可以定义一些子状 基于v x l b u s 的数据采集系统 态，以便对操作寄存器进行组态。 如果器件自检失败，进入f a i l e d ( 失败) 态。器件在执行正常v x i b u s 操作 过程中，如果出现故障，也进入此态。在f a i l e d ( 失败) 态上， p a s s e d = r e a d y = o ，s y s f a i l 线被驱动为低器件等待硬软复位条件出现如果 s r s t = i ，就进入h a r dr e s e t 态。 如果有软件复位条件出现，郎系统置器件控制寄存器r e s e t 位为“1 ”，器 件就进入s o f tr e s e t ( 软复位) 态。在此态上，器件不执行v x l b u s 动作，撤销悬 而未决的中断和d t b 请求。v m e b u s 从功能起作用，然而除响应r e s e t 和s y s f a i l i n h i b it 控制外，也不响应其他任何v x l b u s 命令。要求状态寄存器必须准确反 映器件的状态。 2 2 1 5 终止器件操作 v x i b u s 系统资源管理器或通信层次中的命令者可以使正在进行的v x l b u s 器 件离线、终止器件操作，而不影响系统中其他器件运行；也允许对v x l b u s 器件 重新组态。v x i b u s 协议提供四种终止器件的方法。 硬复位：驱动s y s f a i l 线为低电平，强迫器件进入复位状态而终止操作。 仅在需全部器件停止操作时，才使用此种方法。硬件复位将导致资源管理器对 系统重新组态。 软复位：仅影响单个器件操作。任一命令者设置它的从者器件的控制寄存 器r e s e t 值为“1 ”，能够终止该从者器件操作，使其脱离v x i b u s 系统。命令者 绝对不能复位它的从者清单以外的任何器件。资源管理器能利用软复位终止最 顶层器件的操作。 v x t b u s 命令。通信层次中命令者可以传送一个v x l b u s 命令给它的消息基从 者，从而终止该从者器件的操作。 与器件相关的终止方式：命令者可以采用一种约定方式来终止非消息基从 者器件操作。此时，从者器件是停止在预定的状态上。 以上四种方式中除主复位方式外，其他三种方式都不改变器件主要寄存器 的内容。 电子科技大学硕士学位论文 2 2 2y x l b u s 接口功能的实现 y x i b u s 接口系统由五类接口功能集合而成：数据传送类接口功能、数据传 输总线接口功能、优先级中断类接口功能、共用资源类接口功能和面向仪器类 接口功能。 2 ，2 2 1 数据传送类接口功能的组成 数据传送类接口功能由数据传送总线d t b 和d 他主功能模块、d t b 从功能模 块组成。 d t b 是v x l b u s 系统总线信号线中的一组，含有地址线、数据线和控制线。 它们为y m e b u s 规范所定义。 地址线有； 任选h 1 6 ，使用h 0 1 一 1 5 线。 任选a 2 4 ，使用h o l - h 2 3 线。 任选h 3 2 ，使用h o l - h 3 1 线。 根据系统寻址空间来选择。 根据数据传送类型，y x l b u s 系统设有下列数据线任选项： 任选d 8 ，使用d 0 0 一t 3 0 7 线传奇字节；或i ) 0 8 1 ) 1 5 线传偶字节。 任选项i ) 1 6 ，使用d o o - d 1 5 线，称字传送 任选项d 3 2 ，使用i d o d 3 1 线，称长字传送。 v x l b u s 系统也是按字节分配存储单元地址。这样，数据传送就分奇偶字节 访问，字访问和长字访问。 数据传送控制线分主功能模块驱动信号线和从功能模块驱动信号线。主功 能模块驱动的信号线有： ( 1 ) 地址修改线 m 5 一a m o ：允许主功能模块在数据传送期间传送一个附加信 息给从设备。 ( 2 ) a s * 地址选通：低有效，用于告之从模块，地址是稳定的，可以锁存。 ( 3 ) d s o 丰奇数据字节选通d s t * 偶数据字节选通：高有效，这两个信号用 于在读写传送时，选通要传送的数据。i ) s o * 为低，它表示在h 0 0 ( 如存在) 为 基于v x l l m s 的数据采集系统 低所寻址的字节( 偶) 数据，将出现在d 0 0 一d 0 7 的数据线上。同样，d s i * 为低 表示是在a 0 0 为高情况下寻址的字节( 奇) 数据，将出现在d 0 8 一d 1 5 的数据线 上。这两条信号线代替了a 0 0 所要完成的功能，但它们还允许两个字节同时传 送。这在只有一条a 0 0 线时是办不到的。正因为上述原因，v x l b u s 系统地址总 线中没有a 0 0 地址线。 ( 4 ) l w o r d 长宇选通。仅用于那些允许3 2 传输的器件。为了正确传送3 2 位的长字，要求l w o r d 、a 0 1 、d s o 和d s l 等信号线有适当的状态组合。 ( 5 ) w r i t e * 读写控制线：它为高时表示v x i b u s 读，即数据传送的方向 是从功能模块到主功能模块。反之则为v x i b u s 写，数据主功能模块到从功能模 块。 为了响应主功能模块启动的一次数据传送，从功能模块必须驱动的信号线 是： ( 1 ) d t a c k * 数据响应线。从模块正确完成响应操作的应答线。若从模块正 确完成了主模块所启动的一次数据传送，则应驱动此信号线为低有效电平。 ( 2 ) b e r r * 总线出错信号线。它表示从功能模块不能完成读或写。在出现 下述情况时，推荐从功能模块以b e r r * 进行响应。 a 在a 0 1 为高时，所有的长字数据请求。 b 向一个不可能接受请求从功能模块请求长字传送。 c 对所有的没有两个数据选通的长字传送。 2 2 2 2 总线钟裁类接口功能 在v x i b u s 系统中允许存在多个主功能模块，这就会出现多主功能模块同时 争夺d t b 控制权问题。为此，在v x i b u s 接口系统中设置了d t b 仲裁接口功能。 它驱动的信号线为： 4 条d t b 允许输入线b g o i n b g 3 i n ，从0 槽器件输出，与后续槽的b g x i n 和 b g x o u t 形成菊花链路连接。 2 2 2 3 优先级中断类接口功能 在v x i b u s 系统中，也允许从者器件用中断方式同命令者器件通信，以要求 命令者器中断当前操作为自己服务。为此，在v x l b u s 接口系统中设置了优先级 1 4 电于科技大学硕士学位论文 中断类接口功能供用户选择。它由七根中断请求信号线i r q 卜i r 0 7 、中断响应线 i a c k * 和菊花链线a c i n a c k o u t 各一根组成。每根i r q n 可以由两个以上的中断 模块共享，任一个请求中断的中断请求模块可以驱动其为低电平，占用中断请 求模块的输入端。正因为这样，必须提供某种方法来保证只响应一个中断请求 模块。通过设在每个槽的a c k i n a c k o u t 菊花链线可以解决这个问题。 2 2 2 4 系统组态管理类接口功熊 从组态管理角度看，可以把v x l b u s 系统中的器件分成两种：静态组态( s c ) 器件和动态组态( d c ) 器件。s c 器件的逻辑地址由人工设定，也只有人工才能 改变。在v x l b u s 系统寤动后，系统不能对s c 器件的逻辑地址编程。恰相反， d c 器件的逻辑地址是由系统编程设置和改变。v x l b u s 系统组态管理由资源管理 功能模块承担。按功能可分为以下三种： 1 中央资源管理器功能模块，实现s c 资源管理功能。它位于逻辑地址0 ， 是个消息基命令者器件。 2 d c 系统资源管理功能模块，含有d c 器件的系统要求由d c 资源管理器提 供共用资源管理服务。 3 运行时闻资源管理，可以完成正在进行资源管理服务，以支持系统正常 操作期闯的共享资源的利用或其他的系统操作。 2 2 2 5 面向仪器类接口功能信号线 为适应高性能仪器组件模块的需要，在扩展v m e b u s 接口功能系统时，增加 了面向仪器的接口功能信号线：t t l t r g 、e c l t r g 、l b u s 和s t l m b i s 。在此重点叙 述在设计中所需的t t l t r g 信号线。 t l t r g 线是母线连接方式的集电极开路t t l 电平相容线。包含0 槽的模块在 内，各组件模块都可能以集电极开路形式驱动该线，并能从这些线上接收信息。 这些线是一组通用的触发线，可以用于组件模块间的触发、时钟、挂钩和逻辑 状态数据信息传输。为了适应各种信息传输的需要，规范中明确定义了信号线 的电平关系和传输的定时关系。规定逻辑高电平为释放时间，逻辑低电平为认 定有效时间。定义了同步触发，半同步触发、异步触发和起停等四种标准定时 协议。数据传输速率最高可达1 2 5 m h z 。它具有以下四种工作方式：同步触发方 式、半同步触发方式、异步触发方式和启动停止协议。在设计时可以利用盯l 基于v x l l m s 的数据采集系统 触发线作为a t ) 采集模块的控制线。 2 3v x l b u s 即插即用仪器驱动器软件设计规范 2 3 1 简介 仪器驱动器并不是一个全新的概念，由于仪器制造者多年来一直在开发他 们自己的仪器驱动软件，因而他们中的许多人早就有了仪器驱动器这一概念。 对于这一概念，我们可以简单定义如下：仪器驱动器是用于对特定的仪器进行 操作控制及其与其他仪器进行数据通信进行管理的一部分软件。v x i b u sp l u g & p l a v 仪器驱动器软件在过去的几年中使用得越来越广泛，不管是最终的用户还 是仪器的中间制造商都在其设计中充分利用了它的优点。仪器驱动器的广泛使 用也引出了更多高质量的仪器驱动器软件。v x b u s 联盟还就将v x i b u s 仪器驱 动器软件作为仪器的一部分提出了指导性的原则。v x i b u s 仪器离开软件将无法 工作。、r ) ( i b u s 联盟负责提供每一个v x l b u s 仪器皆可使用的标准软件设计规范。 v x 酗l sp l u g & p l a y 仪器驱动器软件框架在现有的被广泛使用的和