（检测技术与自动化装置专业论文）集成电路测试仪的总线接口与驱动程序设计.pdf

慷 - 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。据我所知，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：圣鱼宜 日期：为f 口年j 月f 日 论文使用授权 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入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。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：受守 导师签名：蕴莛圣 日期：如id 年6 月，日 0 - 1 ， ， 摘要 j j i i j f f 删f i i 川f i | f i i f f i y 1 7 4 0 0 摘要 近些年以来，我国的集成电路产业不断发展壮大，为了保证所设计的集成电 路的功能和性能参数符合要求，集成电路测试在产业链中将发挥越来越大的作用。 集成电路测试己经成为关系到集成电路生存与发展的关键技术，而测试设备则是 必不可少的工具，因此研究集成电路测试技术和开发集成电路测试设备具有重要 的现实意义。应某集成电路厂家的要求，本团队承担并成功研制了一台可以测试 模拟集成电路、数字集成电路及数模混合集成电路的综合测试仪。 本论文主要阐述了集成电路测试仪和计算机接口部分的电路设计，首先本文 根据本项目中测试仪中各个模板的需求，给出了本地总线信号的定义，完成了本 地总线的设计。在具体硬件电路实现部分，本文选用的是p l x 公司的专用接口芯 片p c i9 0 3 0 ，该芯片是一种目标设备接口芯片，本文利用该芯片完成了计算机p c i 总线到本地总线的转换，这样我们可以不必深入了解复杂繁琐的p c i 协议，只需 要理解其中部分信号的意义和数据传输中信号的时序关系即可。本文还根据本项 目测试仪的实际工作中的需求，设计了本项目中的中断，并对中断如何由测试仪 各个模板产生，以及申请的方式、接口板部分对中断的处理、如何通过p c i9 0 3 0 向计算机申请中断以及上层软件响应中断都做了详细的说明。在驱动程序设计方 面，为了节省开发周期，使本测试仪能够在一个稳定的环境下工作，本文主要是 利用p l x 公司的工具开发包s d k 提供的内核驱动程序( s y s 文件) 和以此为基 础的a p i 函数库，实现了p c i 接口卡的驱动；本文通过调试应用软件p l x m o n 对p c i9 0 3 0 配置寄存器e e p r o m 进行编辑，实现了对p c i9 0 3 0 的局部总线的控 制信号的调节，最终提供出了符合测试仪时序要求的本地总线信号。 本文所设计的p c i 接口卡是整个项目的基础，通过与测试仪的联合调试，工 作稳定，并经过了实际的现场调试，能够很好的实现计算机与测试仪的通信工作。 目前本团队所设计的集成电路测试仪已经投入到实际使用中，受到厂家好评，具 有极大的现实意义。 关键词：本地总线，p c i 接口卡，p c i 9 0 3 0 ，中断设计，驱动程序 1 1 。_ _ _ 。_ _ _ _ 。1 j f f j j j i f i 21 、 n a b s t r a c t a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，t h ei n t e g r a t e dc i r c u i ti n d u s t r yh a sd e v e l o p e dv e r yf a s t i no r d e rt o g u a r a n t e e t h ef u n c t i o n a l i t ya n dp e r f o r m a n c e p a r a m e t e r s m e e tt h et e c h n i c a l r e q u i r e m e n t s ，i n t e g r a t e dc i r c u i tt e s t i n gi nt h ei n d u s t r i a lc h a i nw i l lp l a yam o r ea n d m o r ei m p o r t a n tr o l e i ct e s t i n gh a sb e c o m eo fak e yt e c h n o l o g yt ot h ei cs u r v i v a la n d d e v e l o p m e n t ，a n dt e s te q u i p m e n t sa r ee s s e n t i a lt o o l s t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to f i n t e g r a t e dc i r c u i tt e s t i n gt e c h n o l o g ya n dt e s te q u i p m e n t sh a si m p o r t a n tp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e o u rt e a mh a sc o l l a b o r a t e dw i t hac o m p a n y , a n dw eu n d e r t a k et h e r e s e a r c ha n ds u c c e s s f u l l yd e v e l o p e da p l a t f o r mt ot e s ta n a l o gi n t e g r a t e dc i r c u i t s ，d i 酉t a l ， i n t e g r a t e dc i r c u i t sa n dd i g i t a l a n a l o gh y b r i di n t e g r a t e dc i r c u i t si n t e g r a t e dc i r c u i tt e s t e r i th a se x p o u n d e dt h ed e s i g np a r to fi n t e g r a t e dc i r c u i tt e s t e ra n d + c o m p u t e r i n t e r f a c ei nt h i sp a p e r f i r s t l yt h ep a p e rh a sa n a l y z e dh o wt ow o r ki na c c o r d a n c ew i t h t h i sp r o j e c t ，a n dm e e tt h en e e d so fe a c ht e s tp a r t t h e nw eg i v et h ed e f i n i t i o no fl o c a l b u ss i g n a l sa n dc o m p l e t et h el o c a lb u sd e s i g n i nt h es p e c i f i ch a r d w a r ec i r c u i tp a r t ，w e c h o o s et h ec o m p a n y sp r o p r i e t a r yp l xi n t e r f a c ec h i pp c i9 0 3 0 ，w h i c hi sat a r g e t d e v i c ei n t e r f a c ec h i pc o n f o r m e dt op c ib u ss p e c i f i c a t i o n2 2 b yt h eu s eo ft h ec h i pt o c o m p l e t et h ec o m p u t e rp c ib u st ot h el o c a lb u sc o n v e r s i o n ，w ec a l ln o th a v ei n - d e p t h u n d e r s t a n d i n go ft h ec o m p l i c a t e da n dp c ip r o t o c o l s w ej u s tn e e dt ou n d e r s t a n do n l y s o m eo ft h e ma n dk n o wt h es i g n i f i c a n c eo ft h es i g n a la n dd a t as i g n a lt i m i n g r e l a t i o n s h i p s a c c o r d i n gt ot h ea c t u a lw o r kr e q u i r e m e n t so ft h et e s t e r ，t h ep a p e ra l s o h a dd e s i g n e dt h ei n t e r r u p to fo u rp r o j e c t t h ep a p e rh a sa n a l y z e dh o wt op r o d u c e i n t e r r u p tb ye a c ht e m p l a t eo f t h et e s t i n gi n s t r u m e n t ，a n dh o wt oa p p l ya f t e rt h ee l e c t i o n w ea l s oi n t r o d u c eh o wt h ei n t e r f a c eb o a r dh a n d l e ds o m eo ft h ee x t e r n a li n t e r r u p t s ，a n d h o wt o a p p l yt o t h ec o m p u t e rt h r o u g ht h ep c i9 0 3 0 t h ep a p e rh a sad e t a i l e d d e s c r i p t i o no ft h eu p p e rs o f t w a r eh o wt or e s p o n dt oi n t e r r u p t s i nt h ed r i v e rd e s i g n ，i n o r d e rt os a v ed e v e l o p m e n tc y c l ea n dm a k et h et e s t e rt or u ni nas t a b l ew o r k i n g e n v i r o n m e n t ，t h i sp a p e rh a v eu s e dt h ep l x ss o f t w a r ed e v e l o p m e n tk i ts d kt o a c h i e v et h ep c ii n t e r f a c ec a r dd r i v e r ，w h i c hp r o v i d e dt h et o o l sf o rk e r n e ld r i v e ra n d o l弋； a b s t r a c t s o m eu s e f u la p l - b a s e dl i b r a r y i nt h i s p a p e r , w eu s et h ed e b u g g i n ga p p l i c a t i o n s o f t w a r ep l x m o nt oe d i tt h ep c i9 0 3 0 sc o n f i g u r a t i o nr e g i s t e r se e p r o m ，a n d g e tt h e r i g h tp c i9 0 3 0l o c a lb u sc o n t r o ls i g n a l st or e g u l a t et h el o c a lb u ss i g n a lt i m i n go ft h e i n t e g r a t e dc i r c u i tt e s t e r t h i sp c ii n t e r f a c ec a r dw ed e s i g n e di st h eb a s eo ft h ee n t i r ep r o j e c t t h r o u g ht h e j o i n td e b u g g i n ga n dt e s t i n g ，i ti ss t a b l e a f t e r t h ea c t u a lo n - s i t ec o m m i s s i o n i n g ，i t p r o v e st ob eag o o dt a s kt oa c h i e v et h ec o m m u n i c a t i o n sw o r kb e t w e e nc o m p u t e ra n d t e s t e r a tp r e s e n tt h ei n t e g r a t e dc i r c u i tt e s t e rw h i c ho u rt e a md e s i g n e dh a sb e e np u t i n t op r a c t i c a lu s e a n di tg o tg o o da p p r a i s e m e n tf r o mt h eu s e r i th a sg r e a tp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e k e y w o r d s ：l o c a lb u s ，p c ii n t e r f a c ec a r d ，p c i 9 0 3 0 ，i n t e r r u p td e s i g n ，d e v i c ed r i v e r i l l o ， d - i 目录 目录 第一章绪论。j 1 1 1 课题背景1 1 1 1 集成电路测试仪概述1 1 1 2 本项目集成电路测试仪的概述。2 1 2 仪器总线技术简介5 1 2 1 外部总线6 1 2 2 内部总线。7 1 3 本论文的主要研究内容8 第二章本地总线设计。1 0 2 1 本地总线的需求分析。1 0 2 2 本地总线的定义和时序1 1 2 2 1 总线定义1 1 2 2 2 地址空间的分配13 2 2 3 本地总线的时序1 4 2 3 本地总线的中断设计1 6 2 3 1 中断的基本概念1 6 2 3 2 测试仪的中断设计。1 6 2 4 测试仪与计算机的通信2 4 2 5 小结2 5 第三章p c i 的硬件设计2 6 3 1 接口卡的硬件设计2 6 3 1 1p c i 接口。2 7 3 1 2 接口电路的电源设计2 8 3 2p c i 总线与本地总线转换电路设计2 9 3 2 1p c i9 0 3 0 的性能描述3 0 3 2 2p c i9 0 3 0 的信号定义3 2 i v 目录 3 2 3p c i9 0 3 0 的数据传输3 5 3 2 4p c i9 0 3 0 的寄存器配置3 6 3 3p c i 总线协议简介3 7 3 3 1p c i 总线信号3 7 3 3 2p c i 总线上的数据传输- 3 9 3 3 3p c i 总线的仲裁4 3 3 3 4p c i 配置空间的说明。4 4 3 4 本地总线接口的f p g a 逻辑设计。4 6 3 4 1 地址译码逻辑4 7 3 4 2 中断逻辑设计4 8 3 5 系统背板的硬件设计。4 8 3 6 小结5 1 第四章p c i 接口卡的软件设计5 2 4 1p c i 接口卡的软件总体设计5 2 4 2 驱动程序的研究5 3 4 2 1w i n d o w s 系统下的驱动程序认识5 3 4 2 2 通过s d k 开发p c i 驱动程序5 5 4 2 3 中断寄存器的配置5 9 4 3 小结5 9 第五章信号调试。6 0 5 1 原始信号j 6 0 5 2 信号的调试。6 1 5 3 小结6 4 第六章结论6 5 致谢。6 6 参考文献6 7 作者攻硕期间取得的研究成果6 9 v 。 ， 第一章绪论 1 1 课题背景 1 1 1 集成电路测试仪概述 第一章绪论 集成电路的设计、制造、测试并称为集成电路制造工业的三大关键技术，而 且集成电路是现代高科技工业的主体，现在集成电路的使用已经渗透到了我们生 活的各个方面，是信息网络产业的核心。集成电路测试是保证集成电路性能、质 量的关键手段之一。集成电路测试伴随着集成电路的产生而出现，并随着集成电 路的发展而不断改进，集成电路测试的发展对于促进集成电路的发展和应用具有 重要的意义。为了确保集成电路的功能和性能参数符合技术要求，在集成电路进 行设计、生产和应用的每一个阶段，都需要进行多次的检验和测试，以确保每一 步工作的正确性，从而可以大大缩短集成电路的开发设计周期。集成电路测试方 法在不断发展的同时也推动了集成电路向低成本方向发展的速度，集成电路测试 在产业链中的作用必将变得越来越大。集成电路测试己经成为集成电路产业谋求 生存和发展的一门关键技术，通过对集成电路或模块进行检验，以确定或评估集 成电路元器件的质量和性能，是集成电路验证设计、保证质量以及指导应用的重 要手段。 集成电路测试仪是对集成电路进行测试的专用仪器设备，其发展进程与集成 电路的发展几乎完全同步，到今天也经历了四个阶段【l 】。从1 9 5 8 年美国德州仪器 公司展示了全世界第一块集成电路板开始，集成电路测试仪也开始了自己的发展 历程。第一代始于1 9 6 5 年，测试对象是小规模集成电路，仅仅能测量i c 外部管 脚的直流参数指标；第二代始于1 9 6 9 年，相比于第一代，它除了在测试管脚数目 上有所增加外，还可以用低速图形测试i c 的逻辑功能；第三代始于1 9 7 2 年，测 试仪发展迅速，作为独立发展的半导体自动测试设备，在硬件和软件方面已经相 当成熟；第四代始于1 9 8 0 年，测试对象为超大规模集成电路，测试的管脚数和速 率都有大大的提高，其智能化水平也得到了进一步的提高。 我国已经成为世界上第二大集成电路生产国家，但是集成电路的测试技术还 是相对落后。近些年，随着我国集成电路产业的迅速发展，国内的集成电路测试 电子科技大学硕士学位论文 行业也取得了长足的进步，综合分析国内集成电路测试行业，未来我国集成电路 测试的发展方向主要是【2 】： 1 、大力发展推广低成本测试技术。目前我国的i c 产品主要以低档的、民用 消费类产品为主，如m p 3 、音视频处理、4 1 6 位m c u 、数模混合、电源管理和 功率放大等集成电路芯片，这些芯片本身的价格低廉，因此不可能承受高额的芯 片测试费用，低成本测试行业是适合我国集成电路发展和市场需求的。在我国高 端的集成电路产品目前所占的比例不是很高。这就决定了国内大部分芯片测试企 业所选择的集成电路测试设备档次不需要很高，在测试系统的选择上也应以经济 实惠、技术指标合适的机型为主。 2 、着重研发前沿的测试技术。伴随着半导体工艺技术的飞速发展，系统级 s o c 芯片产品逐渐成为集成电路设计和生产的主流发展趋势，在集成电路产品中 所占比重越来越大，随之带来的经济价值也越来越高。而s o c 首先得通过测试才 能迅速实现产业化生产，因此s o c 市场的迅速发展给与s o c 相关的集成电路测 试行业带来了很大的市场需求。在进入系统级芯片s o c 时代以后，独立的测试行 业将会面临着巨大的挑战和机遇，系统级芯片s o c 的测试需要生成相当数量的测 试图形和矢量，还要求故障覆盖率能够达到足够高的程度。目前，芯片制造商几 乎找不到一款比较符合要求的自动测试设备来完成该芯片的测试，现有的测试设 备还不能完成如锁相环等此类器件的测试。为了适应集成电路设计的发展形势， 面向高端的系统级芯片测试技术也应当进行一定的研究和积累，集成电路高端测 试技术的研究先与集成电路的设计技术。 3 、积极与外商合作，引进先进测试技术。由于集成电路测试是一种投入大、 技术难度高，同时对技术人员水平要求高的行业，因此应该学会依靠企业和各种 社会资源，通过市场化运转，实现良性的可持续的发展。同时我国可以通过相关 政策吸引国外拥有较高科研水平的机构前来设立相关的公司，利用国外资金、先 进的技术和管理经验，合理解决设备选型和技术人才培养的问题，为我国集成电 路产业的健康发展创造良好的外部环境，促成集成电路产业发展的集群效应。 1 1 2 本项目集成电路测试仪的概述 1 1 2 1 集成电路测试仪功能描述 本项目所研发的集成电路测试仪，具备以下测试功能： 1 、测试模拟集成电路、数字集成电路以及数模混合集成电路。如运算放大器、 2 第一章绪论 集成稳压器、电压比较器、模拟开关及订l ，e c l ，c m o s 数字电路，包括微机 外围器件、静态r a m 、动态r a m 、e p r o m 和一定范围的专用集成电路。 2 、测试i c 器件的直流、交流及动态参数。如t 开路短路测试、输出驱动电 流电压测试、漏电电源测试、电源电流测试、转换电平测试、精密运放的偏移电 压、偏移电流、增益带宽积等，具有良好的稳定性和测试精度。 3 、本测试仪可提供多达6 4 管脚的模拟i c 测试和3 2 管脚的数字i c 测试能力。 对6 4 管脚都可提供电压电流源的激励，可进行模拟i c 的直流参数的测量。对数 字i c ，每管脚可在测试过程中动态地设制成输入( 驱动) 、输出( 比较) 或三态， 驱动电平及比较电平可通过软件进行设置。在进行数字i c 功能测试的过程中，也 可对其时间参数进行测试。 本测试仪的测试时间快，测试集成芯片4 5 5 8 的1 0 项指标，总测试时间约为 5 0 0 m s ，平均每项指标的测试时间约为5 0 m s 。系统稳定性好，失误率小于1 0 p p m 。 ( 对同一块标准芯片，固定插在测试板上，在外部测试环境和测试条件相同的情 况下，重复测试1 0 万次，失误的次数不超过一次。) 1 1 2 2 集成电路测试仪组成 本项目所研发的集成电路测试仪的整体结构如下图所示： 继电器矩阵板 被铡件d u t i 被铡件o t r n 集成电路测试仪 图卜l 集成电路测试仪结构示意图 整个系统机械上采用插槽式结构，所有系统板都通过系统插槽插到机箱背板 上，机箱背板上的系统内总线通过p c i 接口板与计算机p c i 总线相连。机箱背板 上共设计1 2 个插槽，其中一个用于插系统控制板，一个用于插电源模块，其余 1 0 个是通用插槽，根据测试需要可以插任何一个系统板。被测器件d u t 通过继 电子科技大学硕士学位论文 电器矩阵板与测试仪连接，继电器矩阵板完成被测器件d u t 与测试仪各通道之 间的切换。测试仪通过p c i 总线与计算机相连，整个系统的控制由计算机完成。 该系统可以一次完成两个被测器件d u t 的测试。 本测试仪由测试单元和接口单元组成，其硬件功能框图如下所示： 图卜2 集成电路测试仪结构框图 1 、测试单元 测试单元是由模拟集成电路测试单元和数字集成电路测试单元组成。 1 ) 模拟集成电路测试单元本单元包括大功率模拟板测试单元、多通道精密 参数模拟板测试单元和带光电隔离的模拟板测试单元，主要用来测量模拟器件的 直流参数，如二极管压降、输出电压、输出电流、输入漏电流等待。大功率模拟 测试板具有2 个独立的测试通道，能够提供到最大+ 3 2 v 的电压和1 么的电流：多 通道精密参数模拟板具有8 个独立的测试通道，每个通道能够提供和测量最大 + 1 2 v 的电压和+ 3 0 0 m a 的电流；带光电隔离的模拟测试板是高精度、地电位浮置 4 第一章绪论 的模拟测试板，在设计中采用了光电隔离技术和接地点电位浮置技术来防止干扰， 实现了对测试元件的高精度测量和激励。 2 ) 数字集成电路测试单元本单元包括数字电路测试板和时间频率测试板。 数字电路测试板提供1 6 个通道完成对数字器件的逻辑功能测试，2 个精密测量单 元完成数字器件的直流参数测试；时间频率测试板用来实现时间测量和继电器控 制，主要包含以下几个方面的功能：输入通道控制，脉冲频率，脉冲周期测量， 传输延迟测量，上升下降时间测量，脉冲宽度测量，继电器控制。 2 、接口单元 p c i 接口板、系统控制板和继电器矩阵板共同组成了接i ：3 单元。p c i 接口板 的作用是对p c i 总线发送来的数据进行译码，转换为本地总线后再发送到系统背 面板，然后通过规定路线发送给其他子系统。系统控制板具有两个主要部分：电 源控n 监视器电路和p h i 控制电路。电源控制与电源监视器主要用于电源保护， 如果任何一组电源发生故障，系统将在两秒之后关掉电源并将故障信号锁存。p h i 控制电路提供两路标准的t t l 信号给两个站点并行测试使用，以实现测试仪和分 选机的通信，控制分选机的工作。继电器板用于实现被测件各引脚与各激励和测 试通道的连接。 1 2 仪器总线技术简介 总线就是模块和模块之间或设备与设备之间的一组进行互连和传输信息的信 号线，它作为一种内部结构，是计算机c p u 、内存、输入、输出设备传递信息的 公用通道，主机的各个部件通过总线相互连接，外部设备通过相应的接口电路再 与总线相连接，从而形成了计算机的硬件系统中各个部件之间传送信息的公共通 路。总线按照功能进行区分，一般有以下三种：数据总线、地址总线和控制总线。 数据线为系统模块的之间提供数据传输的途径。常见的数据总线宽度包括1 6 位、 3 2 位和6 4 位。数据总线的位宽在较大程度上代表了系统性能的好坏。地址总线 指示数据总线上的数据信息所开始的位置，地址总线的宽度代表了系统能够利用 的最大的存储器空间，在i o 端口的寻址方面也经常利用到地址总线。地址总线 的高字节用来使能总线上所设定的区域，低字节用来使能所设定区域内详细的i o 端口与存储单元。控制总线主要用来控制系统对数据总线和地址总线的相关操作。 因为所有的设备都连接到数据总线和地址总线上，所以必然要通过一种通用方法 来控制它们。控制总线的主要功能就是发送系统总线命令与时序信号，其中时序 电子科技大学硕士学位论文 信号说明了数据和地址信息有效的时间，总线命令则指明了具体的操作。 纵观测试测量领域的发展进程，工程师和科学家们最为关注的问题当属仪器 总线技术的发展【3 1 。从上世纪6 0 年代出现专用于仪器控制的g p i b 总线以来，先 后出现了以u s b 、l a n 和l x i 为代表的外部总线和以v x i 、p c i 、p x i 和p c ie x p r e s s 等为代表的内部总线。 1 2 1 外部总线 外部总线又称片外总线，主要负责计算机与传统的分立式仪器之间建立连接， 它们具有公用性，允许同时连接多种不同的外设。例如早期的g p i b 、i e e e 1 3 9 4 ( f i r e w i r e ) 和现在流行的u s b 、l a n 、l x i 等总线都属于外部总线技术的范畴， 下面本论文将对这几种外部总线技术作简单的介绍。 g p i b ( g e n e r a l p u r p o s ei n t e r f a c eb u s ) 作为一种用于仪器接口系统的通用接 口总线，主要用于计算机和测试仪器的连接，在当时的测量领域十分流行，它遵 循i e e e 4 8 8 协议，其传输速率通常可以达到1 m b s ，这种接口总线得到普遍认可。 目前，全世界只有少数企业具备生产自动检测系统中的核心芯片g p i b 控制芯片 的能力，所以它的价格高昂，在市场上也不容易买到。由此导致g p i b 总线的实 际使用范围越来越小，目前人们大多使用传输速率更快支持更多设备的l a n 总 线接口来代替g p i b 总线。 i e e e l 3 9 4 ( f i r ew i r e ，火线接口) 是一种由是苹果公司开发的串行标准，在 1 9 9 3 年正式提出。i e e e l 3 9 4 支持外部设备的热插拔技术，能够为外设提供电源， 能够同时连接多个不同的设备，支持同步数据传输。i e e e l 3 9 4 在众多领域得到了 应用，但是使用其最广泛的领域是在数字成像领域，目前已有多个升级版本，如 i e e e l 3 9 4 a 2 0 0 0 、i e e e l 3 9 4 b 2 0 0 2 、i e e e l 3 9 4 c 2 0 0 6 等。 u s b ( u n i v e r s a ls e r i a lb u s ) 是一种通过串行方式进行数据传输的总线，它利 用通用连接器、自动配置及热插拔技术和相应的软件，实现资源共享和外设的简 单、快速连接，是由i n t e l 、 c o m p a q 、d i g i t a l 、i b m 、m i e r o s o f t 、n e c 、n o r t h e r n t e l e c o m 等7 家世界著名的计算机和通信公司共同推出的一种接口标准。因为其 在p c 机上的广泛使用、即插即用的易用性和快速的传输速率，能够实现与外设 的简单快速连接，方便工程师可以很轻松的将基于u s b 的测量仪器连接到整个计 算机系统中，慢慢的成为仪器控制的主流总线技术。它可以为外设提供电源，而 不像普通的使用串、并口的设备需要单独的供电系统。另外，快速是u s b 技术的 6 第一章绪论 突出特点之一，2 0 0 8 年1 1 月份正式公布的u s b3 0 标准，其最高传输率可达 5 0 g b p s ，也就是6 2 5 m b s ，同时向下兼容u s b2 0 设备。 l a n ( l o c a la r e a n e t w o r k ) 局域网是指在某一区域内多台p c 机互联组成的 计算机组，作为一种成熟的技术，在诸如远程的网络分析仪和数据记录仪等测试 系统领域已经得到了广泛的应用，而且在分布式的系统和远程监控方面特别的适 用，填使得传统测试仪器在这方面的空白得到了弥补。 l x i ( l a n b a s e de x t e n s i o n sf o ri n s t r u m e n t a t i o n ) 总线是由美国的两家公司v x i t e c h n o l o g y 和a g i l 饥tt e c h n o l o g i e s 于2 0 0 4 年推出，并于第二年公布了l x i 的总 线标准。l x i 的仪器归根结底还是一种基于以太网络l a n 的总线技术，它将多种 现有的成熟的技术( 如l a n ，i e e e1 5 8 8 等) 重新组合成了一种新的总线标准， 它继承了台式仪器的内置测量科学和计算机的标准i o 连通能力以及基于插卡框 架系统的模块化和小尺寸的特点，解决了研发工程师和制造工程师关于航天、国 防、汽车、工业、医疗和消费品市场方面开发电子产品的需求。同时l x i 不受地 理限制，可以方便的实现远程测量应用，是一种适用于自动测量系统的模块化仪 器的总线标准。 1 2 2 内部总线 内部总线是一种将处理器的结构单元在内部进行相连，宽度可以是8 位、1 6 位、3 2 位或6 4 位的总线，也称之为模块化仪器总线。它提供了多种开放的多厂 商联合的标准和灵活的软件，能够解决不同的环境下的应用需求。常见的内部总 线包括v x i 、p c i 、c p c i 、p x i 、p c ie x p r e s s 等。 v x i ( v m e b u se x t e n s i o n sf o ri n s t r u m e n t a t i o n ) 是一种较早引入模块化仪器概念 的总线，具有开放的体系结构标准，其主要目的是为了使v x ib u s 器件之间、v x i b u s 器件与其它标准器件( p c 机) 之间能够以明确、开放的方式进行通信；使系 统的体积更轻巧；通过高带宽的数据流量，为使用者提供高性能、高指标的测试 设备。但是由于其价格过于高昂，而且是基于过时的v m e 总线，伴随着的新总 线标准的出现，如p c i 总线、p x i 总线等，已经基本退出了历史的舞台。 p c i ( p e r i p h e r a lc o m p o n e n ti n t e r c o n n e c t ) 总线作为一种用来对局部总线进行 定义的标准，由美国英特尔公司于上世纪9 0 年代初推出的。最早提出的p c i 总 线的工作频率为3 3 m h z ，数据宽度为3 2 位，基本上符合了当时处理器的发展需 求。随后又出现了c p c i ( c o m p a c tp e r i p h e r a lc o m p o n e n ti n t e r c o n n e c t ) 总线，是 7 电子科技大学硕士学位论文 由国际工业计算机制造者联合会( p c ii n d u s t r i a lc o m p 懈m a n u f a c t u r e r sg r o u p ， 简称p i c m g ) 于1 9 9 4 提出来的一种总线接口标准。c p c i 技术是在p c i 技术基础 之上经过改造而成的，它是一种以p c i 电气规范为标准的高性能工业用总线。 p x i ( p c ie x t e n s i o n sf o ri n s t r u m e n t a t i o n ) 是一种由m 公司于1 9 9 7 年发布的基 于计算机的测量和自动化平台的一种全新的开放性、模块化仪器总线规范。p x i 总线是p c i 总线在仪器领域的拓展，它充分结合了p c i 总线的电气特性和 c o m p a c t p c i 的坚固性、模块化以及e u r o c a r d 机械封装的特性，发展成为适用于 试验、测量、数据采集场合的较高性价比的总线规范，满足了日益增加的对复杂 仪器系统的需求。 p c ie x p r e s s 是新一代的总线接口，是由i n t e l 、a m d 、d e l l 、m m 在内的 2 0 多家业界主导公司起草新技术的规范，于2 0 0 2 年正式公布。p c ie x p r e s s 总线 采用了现阶段流行的点对点串行连接方式，与之前的p c i 总线以及更早的计算机 总线的共享并行构架相比较，每一个设备都有自己的专门的连接，不需要向总线 请求带宽，因此拥有较高的数据传送速率，最高可达到1 0 g b s 以上，而且还有 相当大的发展潜力。 p x i e x p r e s s 是由p x i s a 官方组织于2 0 0 5 年正式推出的一种新的总线标准。 随着p c i 技术的成熟，大大推动了p x i 总线的发展，使得p x i 在自动化测试系统 体现出了前所未有的高性能，p x ie x p r e s s 就是p x i 总线的扩展，并且把最新的 p c ie x p r e s s 总线技术融入其中。通过在背板上使用p c ie x p r e s s 总线技术，p x i e x p r e s s 能够将带宽整整扩大4 5 倍，从而使原来p x i 总线的速度由1 3 2 m b s 提高 到现在6 g b s ，并且保持了和原来的p x i 模块在软硬件上的兼容性。作为全新的 模块化仪器总线，p x ie x p r e s s 总线的先进技术和告诉性能将会在测试测量领域将 会发挥越来越大的作用。 1 3 本论文的主要研究内容 作为信息产业的基础和核心的集成电路产业，近几年以来取得了飞速的发展， 其中集成电路测试便是一个关键的环节。本论文研究的目的就是在充分了解了 p c i 协议之后，设计出符合本项目中集成电路测试仪需求的基于p c i 通信的接口 卡，实现集成电路测试仪与计算机的通信，如下所示： 第一章绪论 p c i 通信卡p c 机 集成电路测试仪 图卜3 集成电路测试仪整体框图 第一章：绪论，介绍本课题研究的背景，同时简单概述了仪器总线的发展情 况，重点介绍了本项目中集成电路测试仪的总体结构。 第二章：在分析本项目中集成电路测试仪对总线的需求后，设计出本地总线， 并对本地总线的中断设计做了详细的描述。 第三章：p c i 接口卡的设计和实现，本章详细的讨论了p c i 专用接口芯片 p c i 9 0 3 0 特点，并用p c i 9 0 3 0 实现p c i 总线与本地总线的转换；简单介绍了p c i 总线协议系统背板的硬件设计。 第四章：驱动程序的设计，本章先讨论了w i n d o w s 操作系统下，w d m 驱动 程序的基本概念和原理，然后利用p l x 公司提供的软件工具开发包s d k ，通过 调试应用软件p l xm o n 对p c i 配置空间进行本项目所需的工作方式的配置，完 成p c i 9 0 3 0 的驱动开发。 第五章：系统调试，本章通过对p c i 9 0 3 0 的寄存器进行不同数值的配置，得 到不同的本地总线的信号，选择适合本地总线时序的配置。 9 电子科技大学硕士学位论文 第二章本地总线设计 本地总线主要是提供给集成电路测试仪使用，包括读信号、写信号、中断信 号等，集成电路测试仪所发出的数据通过本地总线转化为上位机能够识别的p c i 总线信号，完成与上位机的通信：同时，上位机的控制信号也是转换后通过本地 总线传递给集成电路测试仪的。 2 1 本地总线的需求分析 由于本地总线是提供给集成电路测试仪使用的，本论文必须根据集成电路测 试仪中的模拟测试单元和数据测试单元的需要来决定本地总线中数据线和地址线 的宽度。 1 、数据线 对于数据宽度的选择，本文主要是考虑了集成电路测试仪中的不同测试单元 所使用的数模模数转换芯片的数据宽度的需求。在模拟测试单元中，大功率模拟 测试板使用的是数模转换芯片d a c 7 7 4 4 和模数转换芯片a d s 8 5 0 5 ，这两块芯片 的数据宽度都是1 6 位的，而多通道模拟测试板用到的数模转换芯片a d 5 3 8 2 的数 据宽度是1 4 位的，带光电隔离的模拟测试板主要使用的是串行数据输出的高精度 数据采集芯片，只需要一根数据线就能够满足需求。在数学测试单元中，数字电 路测试板使用的是数模转换芯片a d 5 3 8 2 和模数转换芯片a d 7 8 6 5 ，它们的数据 宽度都是1 4 位的，时间频率测试板使用的是1 4 高精度的高速模数转换芯片 a d 9 2 4 4 。p c i 9 0 3 0 所提供的本地总线端