2 测控总线技术(3-2)_v0.9.ppt

1、2.4 VXI总线与仪器系统集成,2. 测控总线技术,VXI VMEbus eXtensions for Instrumentation (1987) IEEE Std 1155-1992,2,2.4.3 VXI - Enhancements to VME,2.4 VXI总线及仪器系统集成,3,VXIbus History,1984USAF MATE Users Group (Army CASS, Navy IFTE) = Requirement and standards of Instruments-on-a-Card 1987AprilVXIbus Consortium Formed C

2、olorado Data System, HP, Racal Dana, Tektronix and Wavetek 1987JulyVXIbus Revision 1.0 Published 1992 AprilVXIbus Revision 1.4 Published IEEE STD 1155-1992 1999Aug.VXIbus Revision 2.0 Published 2003 VXIbus Revision 3.0 Published 2009 VXIbus Revision 4.0 Published,4,VXIbus 对 VME 的扩展,Mechanical（机械特性）

3、Card Sizes/Spacing Compatibility Cooling Electrical（电气特性） Complete Pin Definitions Triggers, Clocks Analog Signal Busing Power/EMC（电源/电磁兼容性） Additional Power Supplies Noise Radiated/Susceptibility Communication（通信规范） Device Types Protocols System Configuration,5,2.4.3.1 机械特性,2.4 VXI总线及仪器系统集成,6,VXIbu

4、s Additions,10 x16 cm,23.3x16 cm,23.3x34 cm,36.7x34 cm,2 cm,2 cm,3 cm,3 cm,A,B,C,D,Standard VME,Additional Sizes,Eurocard Sizes,Common Protocols For All Card Sizes,Slot Spacing,VXI Additions Mechanical Card Sizes/Spaces Compatibility Cooling Electrical Complete pin definitions Triggers, clock Analog

5、/digital signal busing Power/EMC Additional voltages Noise radiation/susceptibility Communication System configuration Protocols Device types,7,Module Sizes,4种模块尺寸满足对性能的要求 Four Module Sizes Offer Performance Tradeoffs (such performance may not be attained on VME sizes),A,B,C,D,Spacing,3.9x6.3 in (10

6、 x16 cm),9.2x6.3 in (23x16 cm),14.4x13.4 in (36x34 cm),9.2x13.4 in (23x34 cm),A,B 0.8 inches (2 cm) C,D 1.2 inches (3 cm),8,VXIbus Module Width,8 in. (20 mm) for A & B modules Same as VMEbus 1.2 in. (30 mm) for C & D modules Wider for instrumentation Shielding 屏蔽 analog components (e.g. 继电器 relays a

7、nd 变压器transformers) 适于体积比较大的模拟器件的安装 additional airflow cooling 增加空气对流冷却,9,冷却 Cooling,VMEbus 没有定义模块和机箱的冷却规范 VXIbus 要求必须给出每个模块和机箱的冷却条件 requires module and mainframe cooling to be specified per slot (NOT ADDITIVE) Every 10 deg C rise in temperature will double the failure rate 温度每增加10度，系统的失效率增加一倍,10,E8

8、408A Cooling specs,E1411B 5- Digit Digital Multimeter Watts/slot=8.50 Delta P (mm H20)=0.14 Air Flow Liters/s=.71,E8491B FireWire IEEE-1394 Watts/slot=20 Delta P (mm H20)=0.10 Air Flow Liters/s=2,E1406A * Command Module Watts/slot=19 Delta P (mm H20)=0.30 Air Flow Liters/s=1.5,E8462A 256-Channel Mul

9、tiplexer Watts/slot=30max Delta P (mm H20)=0.10 Air Flow Liters/s=3,*,11,2.4.3.2 电气特性,2.4 VXI总线及仪器系统集成,12,VXIbus Electrical Architecture,VME computer bus Clock & SYNC100 bus STAR bus Trigger bus,Local bus Analog SUMBUS Module identification bus Power bus,Eight Busses,13,VXIbus Electrical Architectur

10、e,星形线,模块识别线,时钟与同步线,加法总线,触发总线,VME总线,全局总线,单总线,局部总线,电源总线,3槽 模块,4槽 模块,0槽 模块,1槽 模块,2槽 模块,14,VXIbus Electrical Architecture,15,VXIbus Electrical Definitions,P1 Already fully defined by VME P2 optional VXIbus fully defines A & C rows (USER DEFINED in VME) P3 optional Added by VXIbus, fully defined,16,VXIbu

11、s Electrical Additions (contd),P2 (32x3 pins) Address lines and data bus defined by VME Increase width of Data Bus to 32 lines Increase width of Address Bus to 32 lines Trigger Buses (8 TTL - TTLTRIG0:7, 2 ECL - ECLTRIG0:1) Local Bus (12, LBUS0:11) CLK10：10 MHz Clock Bus (2 ECL,由0槽差分驱动) Analog Summi

12、ng Line (1)：模拟电流源驱动 More power for modules (+5V, 24V / -5.2V, -2V for ECL ),17,ECL电路,ECL电路是射极耦合逻辑 (Emitter Couple Logic) 集成电路的简称。 与TTL电路不同，ECL电路的最大特点是其基本门电路工作在非饱和状态。所以，ECL电路具有相当高的速度，但功耗较大。 这种电路的平均延迟时间在纳秒甚至亚纳秒(1/10 ns) 数量级，这使得ECL集成电路在高速和超高速数字系统中充当无以匹敌的角色。,18,VXIbus Electrical Additions (contd),P3 (32

13、x3 pins) CLK100：100MHz 时钟线（2 ECL 差分）， 必须与CLK10同步 SYNC100：100MHz同步信号。 用于使多个模块与给定的CLK100 时钟信号的上升沿同步。在功能方面，类似于GPIB的群执行触发命令，但时间一致性有很大改善。 星形总线：提供模块间异步通讯的能力。在各模块插槽和0槽之间，都连接有两对星形线（STARx/STARy），SRAT线是双向的，增加了使用的灵活性。 增加了触发总线宽度 (4, ECLTRIG2:5) 增加了局部总线宽度 Increase width of Local Bus to 36 lines (24, LBUS12:35) 增

14、加了电源 More power for modules (-2V, -5.2V, +5V, 12, 24V),19,Power,Power - VXI added power supplies +5 VDC - Main power source for most VXI Instruments +/- 12 VDC - Used for powering analog devices, communications interfaces +/- 24 VDC - Used for powering analog signal sources (20V into hi Z) plus +/-

15、15 V regulators -5.2 VDC - For ECL devices -2 VDC - Used for the termination of ECL loads,20,VXIbus P2 Connector, Slots 1-12,VXIbus P2/J2 Connector, Slots 1-12,Pin Number,Row A,Row B,Row C,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32,ECLTRG0 -2V ECLTRG1 GND

16、LBUSA00 LBUSA01 -5.2V LBUSA02 LBUSA03 GND LBUSA04 LBUSA05 -5.2V LBUSA06 LBUSA07 GND LBUSA08 LBUSA09 -5.2V LBUSA10 LBUSA11 GND TTLTRG0* TTLTRG2* +5V TTLTRG4* TTLTRG6* GND RSV2 MODID GND SUMBUS,+5VDC GND RSV1 A24 A25 A26 A27 A28 A29 A30 A31 GND +5VDC D16 D17 D18 D19 D20 D21 D22 D23 D24 GND D25 D26 D27

17、D28 D29 D30 D31 GND +5VDC,CLK10+ CLK10- GND -5.2V LBUSC00 LBUSC01 GND LBUSC02 LBUSC03 GND LBUSC04 LBUSC05 -2V LBUSC06 LBUSC07 GND LBUSC08 LBUSC09 -5.2V LBUSC10 LBUSC11 GND TTLTRG1* TTLTRG3* GND TTLTRG5* TTLTRG7* GND RSV3 GND +24V -24V,21,VXIbus P2 Connector, Slot 0,VXIbus P2/J2 Connector, Slot 0,Pin

18、 Number,Row A,Row B,Row C,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32,ECLTRG0 -2V ECLTRG1 GND MODID12 MODID11 -5.2V MODID10 MODID09 GND MODID08 MODID07 -5.2V MODID06 MODID05 GND MODID04 MODID03 -5.2V MODID02 MODID01 GND TTLTRG0* TTLTRG2* +5V TTLTRG4* TTLTRG

19、6* GND RSV2 MODID GND SUMBUS,+5VDC GND RSV1 A24 A25 A26 A27 A28 A29 A30 A31 GND +5VDC D16 D17 D18 D19 D20 D21 D22 D23 D24 GND D25 D26 D27D28 D29 D30 D31 GND +5VDC,CLK10+ CLK10- GND -5.2V LBUSC00 LBUSC01 GND LBUSC02 LBUSC03 GND LBUSC04 LBUSC05 -2V LBUSC06 LBUSC07 GND LBUSC08 LBUSC09 -5.2V LBUSC10 LBU

20、SC11 GND TTLTRG1* TTLTRG3* GND TTLTRG5* TTLTRG7* GND RSV3 GND +24V -24V,Note: Slot 0 has the local bus pins on the left available. It uses these lines for Module ID (slot detection lines).,22,CLK10, MODID, LBUS,Module ID lines,CLK10, MODID, and LBUS signal routing,Backplane 背板,Backplane,Module 1,Mod

21、ule 2,Controller,Differential ECL,23,12 lines available between adjacent slots on P2 (a bandwidth greater than 200 MHz),VXI Local Bus (p.52-53),A Private Module-to-Module Bus,24,VXI Trigger Bus,TTL trigger lines (P2) - 12.5 MHz maximum trigger rate ECL trigger lines (P2/P3)- 62.5 MHz maximum trigger

22、 rate 包括0槽模块在内的任何VXI模块都可以驱动这些线，并从这些线上接收信息，用于触发、挂钩、时钟或逻辑状态的传输。 Trigger Bus used for: 无需外部电缆，触发多个仪器模块的同步工作（例如：同步测量） 控制测试任务或仪器活动的执行顺序 传输挂钩信号、时钟、数据、逻辑状态等,25,VXI总线的TTLTRG*触发协议 (p.45-48),1）同步触发协议 单线广播式触发协议，无需任何触发受者的应答。 2）异步触发协议 双线、单源（者）单受（者）触发协议 用于VXI仪器模块与外部仪器间的挂钩，或VXI总线主机箱之间的挂钩。 3）时钟传输 用于传送时钟信号，通常采用脉冲下降沿

23、触发。 4）数据传输 其中一条线用作时钟线，其余可作数据线，时钟沿用于同步数据的传输。,26,VXI总线的TTLTRG*触发协议 (p.45-48),5）启动/停止协议（STST - Start/Stop） 提供一种同步启动和停止模块组操作的方法。其中一条线用作启动/停止线，由0槽模块驱动，用于控制启动和停止从模块的操作。 启动/停止线= 0，表示“启动”，所有执行启动/停止协议的模块在下一个CLK10时钟的上升沿同步地响应“启动”操作； 启动/停止线= 1，表示“停止”，所有执行启动/停止协议的模块在下一个CLK10时钟的上升沿同步地响应“停止”操作； 6）外部触发缓冲 可用于同步多个主机箱

24、、或者主机箱和外部仪器的操作。,27,VXI总线的ECLTRG*触发协议 (p.45-51),1）同步触发协议 单线广播式触发协议，无需任何触发受者的应答。 2）异步触发协议 双线、单源（者）单受（者）触发协议 用于VXI仪器模块与外部仪器间的挂钩，或对VXI总线主机箱之间的挂钩。 3）时钟传输 用于传送时钟信号，通常采用脉冲下降沿触发。 4）数据传输 其中一条线用作时钟线，其余可作数据线，时钟沿用于同步数据的传输。,28,VXI总线的ECLTRG*触发协议 (p.45-51),5）扩展启动/停止协议（ESTST） ESTST是STST协议对D型模块的扩展。ESTST协议在STST协议的基础上

25、多使用三条信号线：CLK100、SYNC100和ECLTRG，其中ECLTRG线决定ESTST操作是否开始，称为ESTST标识线。 6）外部触发缓冲 可用于同步多个主机箱、或者主机箱和外部仪器的操作。,29,星形触发线 (p.54-56),在各模块插槽和0槽之间，都连接有两对星形线STARX/STARY。 在0槽和任何模块之间，任何星形触发线的绝对延时不应超过5ns。 星形触发线提供了模块间异步通信的能力，可实现高精度的同步。,STAR线是双向的，增加了使用的灵活性。0槽可提供一个交叉矩阵开关，通过对矩阵开关进行编程设定，构成任意两对STARX/ STARY线之间的信号传输路径，或者将从一对S

26、TAR线上接收的信号传播到一组STAR线上。,30,VXI总线系统背板,时间抖动最好限制在25ps以内； 当ECL摆动速率为2.75V/ns时，要求噪声限制在+/-9mV之内； 所有背板ECL传输线的特征阻抗应设计为50欧； 为了使噪声最小并获得较好的高频特性，VXI总线规范对于背板的结构与布线设计提出了建议（8层PCB） 1，4，8：接地层 2：信号层（TTL） 7：信号层（ECL） 3：+5V电源层 5：-5.2V电源层 6：-2V电源层,31,2.4.3.3 电源/电磁兼容性,2.4 VXI总线及仪器系统集成,32,Power,VXI总线标准要求模块和机箱必须给出所有7种电源的功耗指标

27、(+5, +/-12, +/-24, -5.2, -2) 检查机箱是否能够为所使用的模块提供足够的电源功率 Sum peak and dynamic current requirements of all modules Power Information found in VXI Configuration Information,33,Power Specifications,DC OUTPUT,Peak DC Current,P-P Dynamic Current,+5V,+12V,-12V,+24V,-24V,-5.2V,-2V,60A,12A,12A,12A,10A,60A,30A,

28、9.0A,2.5A,2.5A,5.0A,5.0A,8.5A,4.5A,Peak DC Current,Dynamic Current,1.0A,.01A,0.5A,0.15A,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,Provided by E1401A C-Size Mainframe,Required by E1410A DMM,34,系统的电磁兼容性(p.57)System Electromagnetic Compatibility,Limits set for generation and susceptibility - both radiated（辐射） and conducted（

29、感应） Known, quiet environment helps ensure specified performance is met,35,2.4.4 VXI 通信规范,2.4 VXI总线及仪器系统集成,Communication（通信规范） 器件类型 Device Types 通信协议 Protocols 系统配置 System Configuration,36,2.4.4.1 概述,2.4.4 VXI System architecture,37,典型的VXI总线系统配置(p.58),为了保证VXI总线系统的开放性和灵活性，VXI仅规定了保证不同厂商产品之间具备兼容性的一个基础平台

30、。 VXI总线系统可以采用拓扑结构 单CPU系统 多CPU系统 独立系统 分层式仪器系统 不同的拓扑结构往往具有不同的通信要求,38,VXI总线通信协议分层结构(p.59),为了实现系统和存储器自动配置，每个VXI总线设备都有一组基本的配置寄存器，使得系统可以通过P1连接器来识别设备的种类、型号、生产厂家、所占用的地址空间（A16/A24/A32）和存储器要求等。仅具有这一最基本能力的VXI总线设备称为寄存器基器件。 为了支持具有复杂拓扑结构的VXI系统，需要具备更高级通信能力的设备（如消息基器件）。这类设备除了配置寄存器组外，还有一组可由系统中其它模块访问的通信寄存器，以便系统中的每一设备均

31、可通过某种特定的通信协议（如字串行通信协议）等与系统中其它设备通信。,系统自动配置,消息传输的正确性,仪器消息传输协议,仪器消息的标准化,硬件层,硬件层,接口协议,39,VXI总线设备的分层通信结构,VXI总线设备之间的通信是以设备的分层关系为基础的。 相互通信的设备一个为“命令者”，另一个为“从者”。 单CPU系统只存在一级这种分层关系，如图所示的单CPU系统，CPU和主接口设备为命令者，控制其它3个从设备。命令者可根据从者的能力启动与它们的通信，如果从者是消息基设备，则通信可用字串行协议中的命令来完成；如果是寄存器基设备，则通信与设备相关，并随系统改变。,40,VXI总线设备的分层通信结构

32、,作为命令者的消息基设备也可以成为上一层的从者，因而命令者/从者分层结构可以是嵌套的。如图所示的分层仪器系统，Inst #1 Cmdr 和 Inst #2 Cmdr 两个命令者分别有两个从者；而其本身又是主机接口(CPU)的从者。,41,2.4.4.2 VXI器件类型及操作,2.4.4 VXI System architecture,42,VXI总线设备分类,根据支持的通信协议不同，VXI总线设备可分为四类： 寄存器基设备 (Register-Based device) 支持VXI总线寄存器映射，但不支持VXI总线通信协议。寄存器基设备通常是简单、便宜的设备，如：简单的开关、数字1/0卡、简单

33、的串行接口卡等。 消息基设备 (Message-Based device) 消息基设备支持VXI总线配置和通信协议。这类设备除了配置寄存器组外，还有一组可由系统中的其它模块访问的通信寄存器。消息基设备通常是具有一定通信能力的智能设备，如：数字式万用表、频谱分析仪、488-VXI总线接口设备等。,配置寄存器,器件相关 通信协议,通信寄存器,器件相关 通信协议,43,VXI总线设备分类,存储器设备 (Memory device) 含有配置寄存器组，有一定的存储器设备的特征，如：存储类型和存取时间等，但不含有VXI总线定义的其它寄存器或通信协议。如：RAM和ROM 存储卡就是这种类型的设备。 扩展设

34、备 (Extended devices) 是一种专用VXI总线设备，含有供系统识别的配置寄存器组。这类设备允许将来定义新的设备种类，以支持更高级的兼容性。,44,存储器映射,必备存储器 A16地址空间 器件的逻辑地址决定其在A16地址空间中的位置 包含用于识别和配置的一组必备寄存器（配置寄存器） 允许最大 64 bytes /逻辑地址 可选存储器 A24 or A32 地址偏移必须可编程 Location must be programmable A16 地址空间的寄存器告诉“资源管理器”所需分配的大小 A16 registers tell Resource Manager how much

35、exists 资源管理器指定该块存储器的位置 Resource Manager programs (maps) its location,45,逻辑地址 Logical Address,为了识别VXI系统中的VXI总线器件，每个总线器件必须有一个惟一的8位逻辑地址。 逻辑地址（LA）范围：0 - 255 LA = 0 总是分配给资源管理器 LA = 255 用于动态配置器件,00 011 000 = 24 msb lsb,46,VXI器件寻址,VXI A16 地址空间,64K,48K,0,25 %,Logical Address 255,Logical Address 254,Logical

36、Address 253,Logical Address 2,Logical Address 1,Logical Address 0,256 块 64字节/块,Status/Control Register,Device Type,ID/Logical Address,Offset Register,16 bit words,0 x00,0 x02,0 x04,0 x06,0 x3E,Offset,47,配置寄存器,每个VXIbus器件拥有4个配置寄存器（16位） 它们包含用于系统配置的器件信息 manufacturer & model memory requirements communica

37、tion capability status information 这些寄存器位于A16地址空间,A16 Base,Status/Control,Device Type,ID/Logical Address,Offset,0 x00,0 x02,0 x04,0 x06,Offset,为了实现系统和存储器自动配置，不论设备的功能如何，每个VXI总线设备都有一组配置寄存器，系统可以通过 P1 连接器（A16）来识别设备的种类、型号、生产厂家、所占用的地址空间以及存储空间需求等。,48,ID/Logical Address,0016 （读） ID寄存器,a,0016 （写）逻辑地址寄存器Logic

38、 Address：将内容写入逻辑地址寄存器，用于VXI总线动态配置协议。可动态改变器件的逻辑地址。,所需的寄存器空间,器件类型,49,Device Type 器件类型寄存器,0216 （只读）器件类型寄存器,Required memory : 表示器件在A24或A32地址空间所需存储器的大小（字节数）。 256 a 2 23-m m = 0 15 a = the value of the address space field in the ID register. 00 A16/A24 最小存储器空间 2560 x223-15 = 28 =256 Bytes 最大存储器空间 2560 x22

39、3-0 = 223 Bytes 01 A16/A32 最小存储器空间 2561x223-15 = 216 =64kBytes 最大存储器空间 2561x223-0 = 231 Bytes,m,50,Status/Control Register,0416 （读）状态寄存器 0416 （写）控制寄存器,自检通过,准备好,系统故障禁止,A24/A32地址空间的寄存器是否可访问,允许访问A24/A32地址空间的寄存器,器件软复位,“控制寄存器”中相应位的状态,由设计者自行决定,是否通过P2的MODID线选中器件,51,Offset Register,0616 （读/写）偏移寄存器 仅用于A16/A2

40、4 和A16/A32 器件。 定义该器件所需A24或A32地址空间中存储器块的基地址 。 A16/A24 device: Offset_reg15 : 15-m Address23 : 23-m A16/A32 device: Offset_reg15 : 15-m Address31 : 31-m 注意：Offset_reg14-m : 0 没有意义。,52,寄存器基器件 Register-Based Devices,简单快速的背板通信 寄存器基设备一般只是一个从者设备，与这些设备的通信通常是通过其寄存器读/写完成的，也可以利用中断进行通信。 背板接口尺寸小、成本低 直接通过在板寄存器进行通

41、信 - fast 高级用户可直接访问底层硬件 通常仪器制造商需要提供驱动程序,53,Register-Based Communication on the VXIbus Backplane,54,Register-Based Device VXIbus Registers,16 bits,A16 Base,Status/Control,Device Type,ID/Logical Address,Offset,Device Dependent,Configuration Registers (4 words),0 x00,Offset,0 x02,0 x04,0 x08,0 x06,0 x3E

42、,操作寄存器,配置寄存器,55,Simple Register-Based Card: E8462A,Status/Control,Device Type,ID Register,0 x00,Offset,0 x02,0 x04,0 x1E,0 x06,0 x38,Unused,Relay Control Reg 0,Relay Control Reg 1,Relay Control Reg 7,Tree Relay Ctrl Reg 0,Tree Relay Ctrl Reg 1,Analog Bus Relay Ctrl Reg,Timer Configuration Reg,0 x3E,

43、Unused,0 x20,0 x22,0 x2E,0 x36,0 x34,0 x32,0 x30,实例：继电器多路转换器 通过写入特定设备寄存器来实现转换。 寄存器基设备是最简单的VXI总线设备，其成本相对较低。,56,消息基器件 Message-Based Devices,复杂的背板通信方式 消息基器件易于集成到VXI总线系统中； 消息基器件通常拥有本地智能 (P) 采用字串行协议（Word Serial Protocol）实现消息基器件之间的数据通信 编程风格和数据通信与GPIB仪器非常类似,57,Message-Based Communication on the VXIbus Back

44、plane,58,Message-Based Device VXIbus Registers,16 bits,A16 Base,Status/Control,Device Type,ID/Logical Address,Offset,Device Dependent,Configuration Registers (4 words),Optional Shared Memory Registers,A32 High,A24 Low,A24 High,Data Low,Data High,Response/Data Extended,Protocol/Signal,Communication R

45、egisters (4 words),0 x00,Offset,0 x02,0 x04,0 x08,0 x06,0 x0A,0 x0C,0 x0E,0 x10,0 x12,0 x14,0 x16,0 x18,0 x3E,A32 Low,操作寄存器,配置寄存器,59,Protocol/Signal 协议/信号寄存器(p.68),0816 （读）协议寄存器 表明器件支持的协议种类和器件的附加通信能力。,CMDR*=1 只有从者能力 =0 既具有从者能力又具有命令者能力 Signal register*=0 表示器件有一个信号寄存器 Master*=0 表示器件具有VME总线主模块功能 Interr

46、upt=1 表示器件具有中断模块能力 FHS*=0 表示器件的数据寄存器支持“快速挂钩”方式 =1 表示仅支持通常的传输方式 Shared memory* =0 表示器件支持可选的共享存储器协议，并具有A24和/或A32 指针 =1 表示不支持共享存储器协议 Device dependent: 由器件制造商自行定义。,60,协议/信号寄存器(p.68),0816 （写）信号寄存器 用作器件之间传递信息发送者的逻辑地址以及其他一些相关信息。为了进行有效的系统操作，命令者必须能够快速检测和响应任何信号寄存器的写操作。 两种格式： 响应：bit15 = 0，该字段与下面定义的设备响应寄存器的8-14

47、位一致。 事件：bit15 = 1，该字段表明与信号有关的“事件”，例如类似于中断的异步事件。,61,响应寄存器(p.68-69),0A16 （读）响应寄存器 协调器件之间的通信过程（用于通信状态报告和通信挂钩）。,DOR=1 表示器件已准备好，可以将数据输出至它的命令者 DIR=1 表示器件已准备好，可以从它的命令者接收一个数据 Err*=0 表示某一种串行协议发生错误，且尚未报告； =1 表示已通过“读协议错误命令”报告了所有错误 Read ready=1 表示数据寄存器中有数据待读 对数据低寄存器进行读操作将使该位清“0” Write ready=1 表示器件准备好接收数据 对数据低寄存

48、器进行写操作将使该位清“0” FHS active*=0 表示器件的从者器件目前正使用快速挂钩传输数据 当退出快速挂钩传输方式后，该位被置1 Lock*=0 表示命令者封锁了其它本地资源对它的访问,字节传输协议,必备,字传输协议,62,数据寄存器,0A16 （写）数据扩展寄存器（可选） 用于写入输入数据或命令中的最高有效字。 0C16 （读/写）高位数据寄存器（可选） 用于写入数据的次低有效字或从该寄存器读出数据的最高有效字。 0E16 （读/写）低位数据寄存器 用于写入数据的最低有效字或从该寄存器读出数据的最低有效字。,63,消息基器件操作(p.69),VXI总线的标准通信协议规定了消息基器

49、件使用公共资源时的操作方式。 在完成自检且处于“通过”状态后，消息基器件可处于三种子状态：Configure、 Initialize、Normal operation。,BNO_REC ：收到“开始正常操作”命令 BNO_FAIL ：“开始正常操作”失败 BNO_CMPLT：成功执行“开始正常操作”命令 ENO_CMPLT：成功执行“结束正常操作”命令 ANO_CMPLT：成功执行“终止正常操作”命令,64,消息基器件操作(p.70),消息基器件在不同的子状态下（configure / initialize / normal operation），响应不同的命令集，也有一些命令则适用于所有的子

50、状态。 在“配置”子状态下，器件能够响应的命令称为“配置命令”（面向VXI总线管理的命令），包括： 分配管理模块线（Assign handler line） 分配中断模块线（Assign interrupter line） 选中器件（Grant device） 识别命令者（Identify commander） 释放器件（Release device） 读从者区域（Read servant area）,中断管理命令,命令者/从者管理命令,65,消息基器件操作,在“正常操作”子状态下，器件能够响应的命令称为“正常操作命令”，包括： 字节有效（Byte available） 字节请求（Byte r

51、equest） 清除封锁（Clear lock） 设置封锁（Set lock） 读状态字节（Read STB） 触发（Trigger） 用户定义（User defined）,66,消息基器件操作,在“配置”和“正常操作”两个子状态下，器件均可响应的命令成为“状态无关命令”，包括： 终止正常操作（Abort normal operation） 异步方式控制（Asynchronous mode control） 开始正常操作（Begin normal operation） 清除（Clear） 控制事件（Control event） 控制响应（Control response） 结束正常操作（End

52、 normal operation） 读管理模块线（Read handler line） 读中断模块线（Read handlers） ,67,消息基器件操作,所有上述操作命令均是通过字串行协议实现的(p.73)： 配置命令 “配置” 正常操作命令 “正常操作” 状态无关命令 “配置”、 “正常操作”,68,消息基器件操作,终止操作：有四种方法可以终止消息基器件的操作。 硬复位：当收到VXI总线SYSRESET*“硬复位”有效，器件进入硬复位状态。 软复位：当控制寄存器(0416)“复位”位为1时，进入软复位状态。 结束正常操作：一种正常退出方式。由“结束正常操作”命令启动，允许器件在原定方式下

53、继续完成全部操作，直到全部操作结束，且没有时间限制。 终止正常操作：在发送“结束正常操作”命令已经失败后，命令者可以向其从者发送“终止正常操作”命令，使消息基器件尽快终止操作。,69,2.4.4.3 器件通信协议,2.4.4 VXI System architecture,70,通信单元,1）寄存器基从者 寄存器基从者是指寄存器基器件的通信单元。由于寄存器基器件的操作寄存器全部是与模块功能相关的，因此，寄存器基从者不对任何已定义的协议做出响应。 2）消息基从者 消息基从者通常能独立执行复杂的命令，并具备在分层仪器系统中控制其他器件的能力。 3）消息基命令者 消息基命令者是消息基器件对其它设备实

54、施控制的接口。 消息基器件之间使用VXI总线消息基器件的有关协议来通信。,71,消息基器件的数据通信,VXI总线消息基器件之间的通信方式： 基于字串行传输协议，通过访问从者通信寄存器来实现； 基于共享存储器协议，通过共享VXI总线系统的全局存储器（存储器器件）来实现大数据量的交换； 具有主模块能力的（从者）器件可通过对命令者信号寄存器（ 0816 ）的写入操作（命令者必须能迅速检测并响应任何对信号寄存器的写操作），实现命令者和从者之间的响应或事件的传输。 利用VME总线硬件中断，实现命令者和从者之间响应（器件状态或错误信息）或事件（请求命令者提供服务）的传输；,72,消息基器件的数据通信 字串

55、行协议,消息基命令者,消息基从者,Read/Write,73,消息基器件的数据通信 共享存储器协议,消息基命令者,消息基从者,存储器器件,Read/Write,Read/Write,（具有VME主模块能力）,共享存储器协议通过共享全局RAM（存储器器件）实现用少量辅助操作传输大量信息的通信需求，即通过一个器件向存储器写入数据，接着另一个器件又从该存储器读出数据的方式实现器件之间的数据通信。 共享存储器协议是在“字串行协议”基础上建立的高级通信协议，是对字串行传输通信协议的补充。,74,消息基器件的数据通信,消息基命令者,消息基从者,（具有VME主模块能力）,Write,75,1) 字串行协议,

56、最简单、也是消息基器件必须实现的最基本通信方式是字串行协议。 字串行协议是采用读或写从者数据寄存器的方式，将数据字通过一个固定地址以16位串行方式发送或接收的协议。 字串行协议的原型是全双工UART（通用异步接收器/发送器），每个操作都是采用双向数据寄存器和响应寄存器来实现的。数据寄存器的读操作和写操作是完全独立的，因而可以实现数据的全双工传输。,消息基从者,76,1) 字串行协议,整个数据传输过程由消息基命令者控制进行，并由消息基从者响应寄存器中的特定位来协调。 只有从者将响应寄存器中“写准备好”位置1时，命令者才能将数据写入写数据寄存器。当命令者将数据放入写数据寄存器后，“写准备好”位清零

57、，直至此数据被从者接收为止。 只有从者将在响应寄存器中“读准备好”位置1时，命令者才能将有效数据从读数据寄存器中读走。当数据已从读数据寄存器中读走时，“读准备好”位清零，直至从者将另一数据放入读数据寄存器中为止。,响应寄存器0A16,77,1) 字串行协议,字串行传输（16位）：通过对低位数据寄存器的读/写来实现数据传输。是所有消息基器件均具备的、最基本的数据传输协议。 长字串行传输（32位）：与字串行传输相比，长字串行传输具有更高的数据传输性能。通过对低位数据寄存器和高位数据寄存器的读/写来完成数据传输。 扩展长字串行传输（48位）：是数据通道宽度为48位的只写协议。扩展长字串行传输有更高的

58、数据传输效率。数据传输通过写低位数据寄存器、高位数据寄存器以及数据扩展寄存器来实现数据传输。 长字串行传输和扩展长字串行传输是可选择的。这三种传输协议的数据传输可以自由交替使用。,字串行通信有三种形式：,78,2) 快速挂钩传输,字串行协议在数据传输时可采用两种挂钩方式： 普通传输方式：命令者使用从者的响应寄存器中的特定位来同步数据传输（软件挂钩）； 快速挂钩方式：允许命令者不检查从者响应寄存器，而是使用从者VME总线的 DTACK* 和 BERR* 信号线来强制数据传输的同步（硬件挂钩）。 在这种方式下，如果从者在20us内不能完成数据传输（即从者等待操作完成的最长时间为20us），从者将置位BERR*；否则，当置位 DTACK* 时，表示完成正常传输。 提高VXI总线数据吞吐率,79,从者快速挂钩传输,从者器件通过协议寄存器的“FHS*”位表示它支持快速挂钩方式，通过响应寄存器的“FHS有效*”位来表示从者快速挂钩方式的当前状态。 如果一个从者器件具备FHS能力，它可以通过将“FHS有效*”位清0来启动快速挂钩传输，从者也可以在任何时候置“FHS有效*”为1以终止FHS方式。,响应寄存器0 x0A16,协议寄存器0 x0816,80,3) 字节传输协议(p.74-75),字节传输协