关于ＶＸＩ总线模块设计的思考

[摘要]VXI总线测试系统是在八十年代后期产生并兴起的测试总线系统，广泛应用于航天、航空、军事、汽车工业等领域中。在VXI总线C尺寸多通道同步数采模块的设计方法和虚拟仪器构建方面做了一些分析。

[关键词]VXI 虚拟仪器 设计

中图分类号：TB2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)0620025－01

VXI总线测试系统是在八十年代后期产生并兴起的测试总线系统，意为VME总线对仪器的扩展。它集VME计算机总线高速、实时、便携之优点，针对测量仪器的特征和要求，对VME总线作相应的扩展，从而使得测量仪器乃至整个测试系统的性能和速度得到大幅度的提高。因此自诞生以来，VXI技术得到迅速发展，广泛应用于航天、航空、军事、汽车工业等领域中。

一、系统结构

XVI多用途插板式硬件平台结构是一种创新的通用VXI模块结构，该平台广泛地支持从高端到低端的各种VXI仪器模块。

（一）主板结构

把VXI模块设计成VVP总线标准，在物理上包括两个部分：一个主板和最多4个贴板。主板含有VXI－VVP接口控制器、主板微处理器、前面板I／O装置、电源供给、管理电路和一些通用的功能电路。它为4个贴板提供了4个插槽。每个贴板模块都被设计成只有一种特殊的功能。接口控制器采用Actel公司的54sx系列的FP－GA，A54SX16。使用verilog HDL语言设计，用来处理所有的VME和VXI协议，包含高性能的VXI／VME到VVP的本地总线接口桥。54sx系列器件具有320M的内部翻转特性，集成了1542个宏单元，约16，000门设计规模，性能优越。可编程器件综合了分离器件与大规模集成芯片的优点，具有用户可编程特性，极大缩短了设计周期，减少了设计费用，降低了设计风险。而且器件包含大量的门电路，具有高的速度，使设计的电子产品小型化、集成化以及实现高可靠性。采用“透明存储器空间映射访问技术”，支持通过VISA直接访问本地所有空间。在32位VME总线上传输速率高达36Mbytes／s；VVP本地总线支持高达320Mbytes／s的传输速率,并支持同步、异步和用户自定义的操作模式。主板微处理器采用AD公司的SHARC系列DSP，该系列DSP具有强大的浮点运算能力,在指令执行、跳转／调用、FFT蝶形运算等方面有很大提高。通过VVP本地总线能无缝连接到AD公司的SHARC系列DSP，直接支持6个一簇的SHARCDSP，最多能支持到29个SHARCDSP。VISA函数能以零等待的方式访问VVP内部SHARCDSP空间，而且DSP能借助VISA通过Internet导入程序并启动。通过VXI的本地总线，利用SHARCDSP的通讯链路口可以实现跨模块之间的数据通讯。

（二）贴板结构

贴板是实现特定任务的功能块。本模块中的每块贴板的设计功能是将2×16路的模拟输入在同一时刻采样，并按顺序转换为数字量传送给主板或直接通过VXI总线传送到零槽和上位机。模拟输入首先进入信号调理电路。信号调理电路是原始数据的采集通道，也是各种外界干扰及各种内部干扰汇入的主要通道。因此处理好信号调理电路的抗干扰问题至关重要，直接影响到整体测量结果的精确度及测试模块的整体指标。所以在本设计方案中综合考虑了各种抗噪声、抗干扰技术。并努力做到温度特性平均，分压准确,尽量减少系统的温漂。在分压网络的输出端放置有一跳线来选择分压网络的输出是直接接入AD的输入还是经过抗混叠滤波后再输入AD，抗混叠滤波选用NS的MF6，6阶巴特沃斯滤波器，利用片内的运放可搭建8阶滤波。截止频率20k。信号经过信号调理电路后，由同步信号发生器控制进行模数转换。为了正确反映信号通道的相位关系，同步信号必须精确，我们利用可编程计数器来实现。贴板与贴板之间的同步信号由插槽之间的接口电路传递。主板可以使用核心态读取或DMA两种方式经过VVP总线获取贴板上的数据，DSP或者VXI的0槽可以直接经过地址译码进行读写操作，读得贴板采样得到的数据、状态字，写入命令字；也可以采用DMA方式读取采样得到的数据，以节省占用DSP的时间。贴板支持现场标定，EEPROM用来存贮标定数据。贴板上的数字逻辑部分完全由可编程器件CPLD来实现。各功能块包括同步信号发生器、数据缓冲、地址译码、DMA控制器和EEPROM等都集成在CPLD中。CPLD具有设计简单灵活、功能强大、电路性能好、现场可编程、多次擦除等优点。CPLD中的代码使用verilog XL编写。程序采用自顶向下的设计方法，分成几个模块。每个模块都与整个系统的数据线和地址线相连，经地址译码后，由同步读写控制器控制读写。使用CPLD大大提高了贴板设计的集成度和可靠性。

（三）DSP程序设计

现代的工业测试仪器不应该只是简单地进行模数转换，获取温、压、流等最基础的工业参量，还应该具有信号处理、分析的能力，提取信号的各种属性以满足组建实时控制系统的需要。由于使用了强大的浮点运算DSP，Sharc2106x做1024点FFT的速度为0．533ms。我们在程序中实现了诸如数字滤波、快速傅立叶变换等各种信号处理算法，并可按照需要进行调用。但是如果把这些算法程序全部放入DSP中运行，仅仅依靠DSP内部的4Mbit的RAM是不够的，按照常规需要外扩SRAM。另外我们还需要一块较大的EEPROM来存储程序。对于有些不需要这些算法或只需要一小部分算法的应用场合，这显然是浪费的。而对于有些可能还需要再增加信号处理的运算量的场合，则可能受SRAM或EEPROM容量的限制。为了解决这一矛盾，可以采用主机载入程序技术省去EEPROM，在开机后，用计算机来下载程序到DSP。仿照计算机的虚拟内存技术，将每个信号处理程序都做成单独的模块，在需要的时候由DSP向上位机提出模块申请，由上位机加载和卸载系统模块，省去了SRAM。从而节省了成本，提高了模块的灵活性。

二、虚拟仪器

一台传统的独立仪器，往往具有一个操作前面板，用户可通过操作面板上的旋钮、开关、按键等来控制仪器，或可以通过面板上的显示屏幕作为图形化输出。所有仪器的功能，均需要通过仪器面板的操作来实现，这个操作面板是人与机器的交互面板，是传统意义上的人机交互界面。虚拟仪器软面板是一个仪器级的测试应用程序，它为虚拟仪器模块提供一个替代前面板的控制接口。该控制接口不是在仪器前面板上，而是在计算机显示器上，利用软面板可用交互方法控制虚拟仪器模块。本模块与零槽、机箱以及上位机可以独立组成一个虚拟仪器。我们使用VISA函数库构建驱动程序。软面板采用图形用户接口（GUI）技术显示等效的旋钮、按键及控制器。用户通过鼠标或计算机键盘操作这些控制器。图形显示具有同传统的前面板方式相似的测量结果和仪器状态，从而让用户以熟悉的方法控制仪器。

三、结束语

在工业现场中，有很多工业应用是需要考虑测量信号的同步性的。如在柴油机的测试系统中，同时测量几个点的三维运动状态，并由此画出轴的振动曲线是柴油机测试的一个很重要的项目，也是长期没有很好解决的项目。因此，本设计的应用前景是非常看好的。

参考文献：

[1]陈光禹．VXI总线测试平台技术[M].电子科技大学出版社，1996．

[2]VXI bus system specification REVISION：1．4，VXIbus Consortium［M］.1992．

[3]苏涛、吴顺君、廖晓群，高性能数字信号处理器与高速实时信号处理[M].西安电子科技大学出版社，1999．

推荐访问： 总线 模块 思考 设计 VXI