第5章-VXI總線技術(shù)

PAGEPAGE83第5章VXI總線技術(shù)5.1概述VXI總線（VXIbus）是VMEbuseXtensionsforInstrumentation的縮寫，即“VME總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展”的簡稱。VME總線（VersaModuleEurocardBus）是在工業(yè)控制和生產(chǎn)管理中被廣泛應(yīng)用的一種性能優(yōu)良的計(jì)算機(jī)總線標(biāo)準(zhǔn)。制定VXI總線標(biāo)準(zhǔn)的目的是：在VME總線基礎(chǔ)上，充分考慮模塊式儀器在同步、觸發(fā)、電磁兼容和電源等方面的特殊要求，定義一個(gè)對所有廠家開放的、并與當(dāng)前工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)兼容的模塊化儀器標(biāo)準(zhǔn)。VME總線是20世紀(jì)70年代末摩托羅拉公司為其32位的68000微處理器而開發(fā)的總線標(biāo)準(zhǔn)，并于1979年出版了該總線的簡寫本，1981年7月定版為Versabus。但由于Versabus板卡的尺寸太大，因此負(fù)責(zé)總線開發(fā)的工作小組選擇了性能更優(yōu)、已在歐洲使用多年的歐式Eurocard作為其板卡的機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)。1981年10月，摩托羅拉公司與Signetics公司達(dá)成協(xié)議，將Versabus的電氣規(guī)范和Eurocard的機(jī)械結(jié)構(gòu)結(jié)合起來，推出了一種新的計(jì)算機(jī)底板總線，并將這種總線重新命名為VME總線，版本為RevisionA。1982年推出了VMEbus標(biāo)準(zhǔn)的RevisionB版本，1985年4月頒布了RevisionC.1VME總線規(guī)范的修訂版，1986年VMEbus成為IEC標(biāo)準(zhǔn)（IEC821），1987年3月VME總線被IEEE定為IEEE1014-1987標(biāo)準(zhǔn)。由此，VME總線逐漸成為國際上通用的一種工業(yè)微機(jī)總線標(biāo)準(zhǔn)。VME總線是一種開放式的系統(tǒng)總線，具有背板總線通信速率高等特點(diǎn)，因此一些廠商開始嘗試將VME總線用于模塊化儀器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。但是，由于VME總線僅是針對微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及數(shù)字系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，將VME總線用于模擬量的精確測量時(shí)，噪聲過大，不能滿足模塊化儀器同步、觸發(fā)，電磁兼容及電源等方面的一些特殊要求，且其通信編程只能采用低級的寄存器讀/寫方式，難以做到軟件的標(biāo)準(zhǔn)化。為此，許多用戶針對模塊化儀器系統(tǒng)規(guī)范提出了更高的要求。另一方面，GPIB總線是VXI總線之前較為流行的儀表總線，GPIB總線允許使用不同廠商的儀器和計(jì)算機(jī)組建完整的自動測試系統(tǒng)，采用消息形式的數(shù)據(jù)傳遞，用戶不必過多擔(dān)心在兩臺設(shè)備之間數(shù)據(jù)或信息的傳輸問題。但GPIB總線與VME總線相比，其數(shù)據(jù)傳輸速率僅能達(dá)到1MB/s，而且一般很難達(dá)到這一指標(biāo)。因此，在儀器之間需要大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊?，GPIB總線的應(yīng)用受到了限制。由于美國軍方對電子測試設(shè)備小型化及標(biāo)準(zhǔn)化的需求，幾個(gè)主要的測試設(shè)備制造商在制定插件式儀器（IAC）系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，決定獨(dú)立建立一種對測試界都通用的IAC標(biāo)準(zhǔn)，該商業(yè)活動的結(jié)果形成了VXI總線的聯(lián)合體，計(jì)劃在當(dāng)時(shí)性能較完善的VME總線的基礎(chǔ)上，結(jié)合GPIB總線及其他一些國際標(biāo)準(zhǔn)，制定適用于開放式儀器系統(tǒng)的總線標(biāo)準(zhǔn)。1987年7月，VXI總線聯(lián)盟頒布了通用模塊化儀器結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)總線規(guī)范，即VXI總線的技術(shù)規(guī)范的初稿。幾經(jīng)修改，1988年6月公布了VXI總線規(guī)范的修訂版Rev1.2，1989年7月14日，又頒布了VXI總線規(guī)范的修訂版Rev1.3。1992年9月，VXI總線技術(shù)規(guī)范被IEEE批準(zhǔn)為IEEE1155-1992標(biāo)準(zhǔn)。VXI總線儀器以其優(yōu)越的測試速度、可靠性、抗干擾能力和良好的人機(jī)交互性能，成為最好的虛擬儀器開發(fā)平臺。VXI總線自動測試系統(tǒng)已被廣泛用于軍事、航空航天、氣象工業(yè)產(chǎn)品測試等領(lǐng)域。我國對VXI總線技術(shù)的研究起步較晚，但發(fā)展速度較快，在我國科技人員的努力下，已先后研制開發(fā)了VXI總線的主機(jī)箱，VXI總線B尺寸、C尺寸系列模塊及VXI總線嵌入式計(jì)算機(jī)等。VXI總線具有以下特點(diǎn)：（1）測試系統(tǒng)小型化不論是國防、航空航天還是民用生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)y試儀器和測試系統(tǒng)的小型化、便攜性等方面都提出了越來越高的要求。VXI總線采用了模塊化設(shè)計(jì)，對模塊及主機(jī)箱的尺寸都做了嚴(yán)格規(guī)定，模塊與背板總線用指定的連接器連接，組建的測試系統(tǒng)體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，易于攜帶。與傳統(tǒng)的GPIB儀器系統(tǒng)相比，VXI總線測試系統(tǒng)的體積縮小了3/4。（2）高速數(shù)據(jù)傳輸VXI總線是一種32位并行傳輸總線，總線背板的數(shù)據(jù)傳輸速率理論上可以達(dá)到40MB/s，一般不會有數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i。VXI總線具有多級優(yōu)先權(quán)中斷處理功能，使具有不同優(yōu)先級的器件可以高效地利用數(shù)據(jù)總線。（3）為高性能儀器的開發(fā)提供有利支持VXI總線在VME計(jì)算機(jī)總線的基礎(chǔ)上增加了適合儀器應(yīng)用的信號連接線，包括在P2連接器上增加的10MHz時(shí)鐘線、模塊識別線、2條ECL觸發(fā)線、8條TTL觸發(fā)線、12條本地總線、模擬相加總線、5種穩(wěn)壓電源信號線等，在P3連接器上增加的100MHz時(shí)鐘線、同步信號線、星型觸發(fā)線、4條ECL觸發(fā)線、24條本地總線和7種穩(wěn)壓電源線。一個(gè)VXI儀器系統(tǒng)最多可連接256個(gè)器件。這些都為高速度、高精度儀器系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)大的支持。（4）系統(tǒng)組建靈活VXI總線規(guī)范制定了3種尺寸規(guī)格的機(jī)箱（B、C、D），4種尺寸的模塊（A、B、C、D），支持8位、16位、24位和32位數(shù)據(jù)傳輸，使自動測試系統(tǒng)的配置十分靈活。因?yàn)槠淇偩€標(biāo)準(zhǔn)的開放性，目前已有幾百家各類儀器制造廠商加入了VXI總線聯(lián)盟，推出了上萬種基于VXI總線的儀器。同時(shí)，各廠商所生產(chǎn)的VXI總線產(chǎn)品都符合相同的機(jī)械與電氣規(guī)范，不同廠商的同類產(chǎn)品能夠相互替換。（5）高可靠性和可維護(hù)性VXI總線繼承了VME總線板卡的一些優(yōu)越性能，包括機(jī)械特性和電磁兼容特性，而且很多儀器功能已軟化，減少了模塊的按鈕、開關(guān)、顯示等部分，從而使系統(tǒng)的無故障時(shí)間大大提高。例如，VXI總線C尺寸機(jī)箱平均無故障時(shí)間（MTBF）高達(dá)107h，VXI總線模塊的平均無故障時(shí)間達(dá)幾萬小時(shí)到十幾萬小時(shí)。5.2VME總線技術(shù)規(guī)范5.2.1VME總線概述20世紀(jì)80年代中期以來，基于VMEbus背板總線的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)先后得到了世界上300多家廠商的支持，開發(fā)出了大量的VME系統(tǒng)軟件、CPU模塊和I/O模塊，使得VME系統(tǒng)成為開放性最好的高性能計(jì)算機(jī)平臺。在VME體系結(jié)構(gòu)下，應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)者可以靈活配置和集成系統(tǒng)，構(gòu)成滿足各種專門需要的VME實(shí)時(shí)工作站。在國防、科研和工業(yè)領(lǐng)域中，這類系統(tǒng)可廣泛用于過程控制、數(shù)據(jù)采集、圖像處理和實(shí)時(shí)仿真。VMEbus是一種非復(fù)用的32位異步總線。非復(fù)用是指它的地址和數(shù)據(jù)分別有各自的信號線;異步則指它的總線上信號的定時(shí)關(guān)系是由總線延遲和握手信號來確定，而不是靠系統(tǒng)時(shí)鐘來協(xié)調(diào)。如前所說，VMEbus協(xié)議是一個(gè)異步協(xié)議，只要總線信號所表達(dá)的功能被確認(rèn)有效后，信號就立即被激活。這樣，無論是快的還是慢的器件，新的或老的技術(shù)，都可用于VMEbus，總線的速度自動與器件的速度相適配。這是異步總線的最大優(yōu)點(diǎn)。VMEbus是數(shù)據(jù)和地址非復(fù)用的，總線的地址周期和數(shù)據(jù)周期可以重疊，這樣就可以用地址流水線的方式使一個(gè)訪問周期與下一個(gè)訪問周期相重疊，加快處理速度。VMEbus可以傳輸8位、16位和32位數(shù)據(jù)。VMEbus具有數(shù)據(jù)塊傳輸方式，一個(gè)單一的地址周期之后可以跟隨許多數(shù)據(jù)周期，使得數(shù)據(jù)傳輸大為加快，最大塊傳輸為256B。在傳輸單一數(shù)據(jù)時(shí)最大速率為19MB/s，傳輸數(shù)據(jù)塊時(shí)最大速率為30MB/s。在數(shù)據(jù)塊傳輸中，第一個(gè)地址周期之后地址線被閑置，因此可以充分利用這一部分總線帶寬來傳輸64位數(shù)據(jù)塊：低32位數(shù)據(jù)置于D0～D31數(shù)據(jù)線，而高32位數(shù)據(jù)置于A0～A31地址線。換言之，可以改用地址/數(shù)據(jù)線復(fù)用的方式來傳輸64位數(shù)據(jù)。這一方法已被用于64位VME標(biāo)準(zhǔn)(VME64)之中。VMEbus具有7條菊花鏈中斷線，處理機(jī)模塊上的中斷發(fā)生器和中斷處理器功能部件分別用于請求中斷和處理中斷請求。VMEbus有3種尺寸高度的模塊（3U、6U和9U），模塊插槽的間距為0.8英寸。3U模塊只有一個(gè)P1連接器，6U模塊有P1和P2兩個(gè)連接器。每個(gè)連接器有3排引腳，每排有32個(gè)引腳，引腳之間的中心間距為0.1英寸。標(biāo)準(zhǔn)雙高（6U）模塊是VMEbus最基本的和最常用的尺寸，它包括兩個(gè)3列96插針的連接器，在模塊上的插頭連接器為P1和P2，它們在背板上對應(yīng)為插座連接器J1和J2。P1是基本連接器，它是單高和雙高模塊所共有的，包括了16位數(shù)據(jù)線和24位地址線；P2是雙高模塊的擴(kuò)展連接器，它的中間一列用于擴(kuò)展的32位數(shù)據(jù)線和32位地址線，兩邊二列可由用戶定義，通常用于I/O端口。由于接插件的可靠性直接影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性，VMEbus采用高可靠的針式連接器，使得系統(tǒng)的可靠性比采用印制板板邊連接器的系統(tǒng)有極大的提高。使用標(biāo)準(zhǔn)19英寸機(jī)箱的VME系統(tǒng)最多可插21塊VME模塊，但是通常所見的都是20槽機(jī)箱，VMEbus可提供±5V、±12V電源。在總線連接器上共有5個(gè)插腳用于+5V輸入，它們?nèi)渴褂脮r(shí)，具有向一塊電路板提供6A電流的能力。為了使用ECL器件，近年來一些機(jī)構(gòu)還對VMEbus做了非標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)充，在P1和P2連接器之間增添一個(gè)JAUX插座，用以提供－2V電源。VME總線對機(jī)箱之間的通信未做特殊的規(guī)定。多機(jī)箱系統(tǒng)可用兩種方法實(shí)現(xiàn)：一種是采用總線電氣緩沖的方式（以損失部分帶寬為代價(jià)）；另一種是通過其他標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信鏈路來實(shí)現(xiàn)。VME總線沒有涉及系統(tǒng)中電導(dǎo)傳輸和輻射等方面的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，也未對電源功耗極限和機(jī)箱冷卻要求做出規(guī)定，這些問題需要由系統(tǒng)集成者自行解決。但VXI總線主機(jī)箱為系統(tǒng)提供了適合儀器工作要求的共用電源、冷卻和電磁屏蔽環(huán)境條件。雖然VME總線接口在電氣和邏輯方面與68000微處理器結(jié)構(gòu)相似，但VME總線接口的適用范圍更廣，支持包括80386在內(nèi)的許多微處理器。一些簡單的VME總線模板甚至不需任何微處理器。VME總線規(guī)范從早期的IEEE1014-1987發(fā)布以來，不斷擴(kuò)展，這體現(xiàn)在后續(xù)的VME64，VME64x和VME320技術(shù)規(guī)范中。以下簡述幾種VME總線規(guī)范的主要性能。1.IEEE1014-1987IEEE1014-1987是較早的VME總線規(guī)范版本，主要性能如下：（1）主/從結(jié)構(gòu)；（2）異步總線（無同步時(shí)鐘）；（3）可變速率的握手協(xié)議；（4）非復(fù)用總線；（5）16位~32位地址空間；（6）8位~32位數(shù)據(jù)通道；（7）40MB/s的數(shù)據(jù)傳輸速率；（8）多重處理能力；（9）7級中斷能力；（10）支持基于IEEE1101標(biāo)準(zhǔn)的多種機(jī)械部件；（11）一個(gè)背板至多有21個(gè)插槽。VME總線系統(tǒng)的地址總線與數(shù)據(jù)總線寬度是可以動態(tài)配置的，便于系統(tǒng)升級。VME總線采用了主/從結(jié)構(gòu)。主模塊具有訪問總線的能力，負(fù)責(zé)向從模塊傳輸數(shù)據(jù)或由從模塊獲取數(shù)據(jù)。從模塊僅是根據(jù)主模塊的命令而被動地工作。由于一條總線上可以有多個(gè)主模塊，所以VME總線是具備多重處理能力的總線。在一個(gè)主模塊傳輸數(shù)據(jù)之前，應(yīng)首先通過中央仲裁器獲得總線控制權(quán)。仲裁器是系統(tǒng)控制模塊的一部分，決定哪一個(gè)主模塊具有總線控制權(quán)。VME總線是一種異步總線，即不采用同步時(shí)鐘信號來協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的傳輸，而是通過模塊間互鎖的握手信號來控制。每次數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣榷际怯蓞⑴c操作的最慢模塊來決定，其優(yōu)點(diǎn)是可以將工作頻率不同的模塊集成在一個(gè)系統(tǒng)中。異步總線的最高速度由信號通過背板與緩沖器電路的傳輸延遲來確定。VME總線背板長度可達(dá)500mm（19.68英寸），背板信號線上的分布電感與分布電容值較大。因此，系統(tǒng)的總線周期被限制在不能小于100ns。如果采用16位數(shù)據(jù)總線傳輸數(shù)據(jù)，最大可提供40MB/s的總線傳輸速度。2.VME64ANSI/VITA1-1994簡稱VME64，是1995年發(fā)布的第二代VME規(guī)范。該標(biāo)準(zhǔn)增加了許多增強(qiáng)型的功能，如支持更高的傳輸速率、更大的地址空間及便于使用的插卡等。VME64是IEEE1014-1987規(guī)范的一個(gè)機(jī)械與電氣超集，具有以下新特性：（1）為6U板提供64位的數(shù)據(jù)通道；（2）可在6U板上提供64位的地址空間；（3）可在3U板上提供32位的數(shù)據(jù)傳輸通道和40位地址空間；（4）80MB/s的數(shù)據(jù)傳輸速度，是以前的2倍；（5）低噪聲連接器；（6）周期重試能力；（7）總線封鎖周期；（8）一號槽檢測功能；（9）即插即用功能；（10）ROM/CSR配置能力；（11）重新定義了SERCLK（串行時(shí)鐘）和SERDAT（串行數(shù)據(jù)）信號線。VME64與IEEE1014-1987是向后兼容的，按原有規(guī)范設(shè)計(jì)的16位或32位CPU板能夠在VME64系統(tǒng)中使用，從而為系統(tǒng)集成者提供了一條平穩(wěn)過渡的升級路徑。3.VME64總線規(guī)范的擴(kuò)展（VME64x）1997年，VITA標(biāo)準(zhǔn)化組織（VITAStandardsOrganization，VSO）提出了一種擴(kuò)展VME64的新標(biāo)準(zhǔn)：VME64x。該標(biāo)準(zhǔn)是VME64的一個(gè)超集，增加的新功能如下：（1）新型的160引腳的連接器；（2）95針的P0/J0連接器；（3）配備了3.3V的電源引腳；（4）更多的+5V直流電源引腳；（5）物理尋址；（6）160MB/s的數(shù)據(jù)傳輸速度；（7）新增141個(gè)用戶自定義I/O引腳；（8）后插入單元（轉(zhuǎn)接模板）；（9）支持熱插拔；（10）模塊的壓入器/彈出器鎖閉管理；（11）符合電磁兼容設(shè)計(jì)的前面板；（12）靜電防護(hù)特性。VME模塊、VME64模塊均能兼容在VME64x的背板和機(jī)箱中，即舊模塊能被插入到新系統(tǒng)中；反之，VME64x模塊也可在老的背板和機(jī)箱中使用。例如，新的160引腳的連接器能夠被插入到舊的背板上。但也有一些例外，如某個(gè)模塊要求3.3V的直流電源，則無法在老的、無3.3V電源引腳的背板上工作。4.VME320總線規(guī)范1997年，ArizonaDigital公司發(fā)布了一種VME總線系統(tǒng)的修訂版：VME320，該規(guī)范是為高于320MB/s的數(shù)據(jù)傳輸而設(shè)計(jì)的，其峰值帶寬可達(dá)500MB/s，采用了一種新的背板設(shè)計(jì)和總線技術(shù)。為提高VME總線背板的數(shù)據(jù)傳輸速率，VME320背板采用了星形互連的方法，將背板上的所有連線都匯接到背板中央的一個(gè)插槽中，使任何兩個(gè)槽間的信號傳輸只需通過一個(gè)中間槽轉(zhuǎn)接就可到達(dá)目的地。VME320還采用了雙倍源同步傳輸（two-edge，SourceSynchronousdataTransfer，2eSST）總線協(xié)議，來協(xié)調(diào)各模塊間的高速數(shù)據(jù)傳輸。該總線協(xié)議將數(shù)據(jù)傳送改為同步傳輸，利用選通信號的兩個(gè)邊沿來傳送（即DDR），成功地大幅提高了傳輸速度。VXI總線規(guī)范是基于最初的VME總線規(guī)范IEEE1014-1987制定的，因此本書在介紹VME總線特性時(shí)，將著重介紹IEEE1014-1987。5.2.2VME總線的機(jī)械規(guī)范1．VME總線的模塊結(jié)構(gòu)VME總線的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要基于IEC60297標(biāo)準(zhǔn)及IEEE1101.10標(biāo)準(zhǔn)，也被稱為歐洲標(biāo)準(zhǔn)卡結(jié)構(gòu)。IEEE1101是IEEE為微機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所制定的機(jī)械規(guī)范，定義了各種板卡的尺寸（可到12U高×400mm長），還有機(jī)箱和其他的機(jī)架規(guī)格尺寸。VME總線嚴(yán)格地遵循了該標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際上，目前許多流行的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)，如CompactPCI、PXI、VME等，其機(jī)械結(jié)構(gòu)規(guī)范都是由Eurocard衍變而來的。VME總線模塊的板卡尺寸的高度是以“U”為單位，1U=1.75英寸（44.45mm）。長度單位是mm，寬度單位是“T”或HP（即HorizontalPitch），1HP=5.08mm，板卡的寬度一般是一個(gè)槽寬或6T的寬度。主要的板卡尺寸如下：（1）A尺寸板卡：3U×160mm，實(shí)際的3U印制電路板的高度為100mm（2）尺寸板卡：6U×160mm，實(shí)際的6U印制電路板的高度為233.35mm；（3）尺寸板卡：6U×340mm；（4）尺寸板卡：9U×340mm，實(shí)際的9U印制電路板的高度約為36其實(shí)A、B、C以及D尺寸是VXI總線的術(shù)語，VME總線只涉及3U和6U兩種高度的模塊。其中3U模塊稱為單高模塊，6U模塊稱為雙高模塊。單高模塊是尺寸最小的模塊，它的末端用P1/J1連接器連接。單高模塊能適應(yīng)最多16位地址和24位數(shù)據(jù)的傳送，適用于空間有限的使用情況，由于尺寸小，它比雙高模塊有更好的防振性能。圖5.1是單高VME模塊的基本尺寸。圖5.1單高VME模塊的基本尺寸（注：所有尺寸以“mm”為單位；括弧內(nèi)的尺寸單位是英寸。后同。）雙高（6U）模塊則是VME總線最常見、最基本的模塊規(guī)格，允許安裝更多的元器件，它使用與單高3U模塊電氣性能兼容的P1/J1連接器。雙高模塊支持32位地址和32位數(shù)據(jù)的傳送。圖5.2是雙高VME模塊的基本尺寸。圖5.2雙高VME模塊的基本尺寸進(jìn)行信號傳送的輸入/輸出電纜可通過模塊前面板連接，或通過用戶在P2/J2連接器上自定義的輸入/輸出引腳連接。此外，VME64x標(biāo)準(zhǔn)也允許使用背板的后轉(zhuǎn)換模塊，其機(jī)械結(jié)構(gòu)在IEEE1101.11標(biāo)準(zhǔn)中做了定義。一些制造商也提供9U尺寸模塊。但這種尺寸的模塊在VME64規(guī)范中并未被說明和支持。大多數(shù)Eurocard的產(chǎn)品支持在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)安裝多種尺寸的板卡。例如，使用一個(gè)轉(zhuǎn)接卡能將一個(gè)6U卡接駁到一個(gè)9U卡的槽位中。圖5.3是VME機(jī)箱和接插模塊的結(jié)構(gòu)。圖5.3VME機(jī)箱和接插模塊的結(jié)構(gòu)可同時(shí)使用兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的板卡尺寸，這是VME總線最突出的特征之一。如用戶對空間或振動有嚴(yán)格的要求，可以選單高度模塊。而在用戶要求有足夠多的功能和空間的大系統(tǒng)中，6U板卡將是一個(gè)更好的選擇。VME總線標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱的框架尺寸是19英寸（482.6mm）寬。機(jī)箱背板上最多可以有21個(gè)插槽位置。機(jī)箱的最大寬度是由在每個(gè)VME總線模塊上驅(qū)動電流的大小和底板上的時(shí)延的限制所決定的。如果需要更多的插槽，可以采用多機(jī)箱的連接。連接方法有兩種：一是采用VMEbus-to-VMEbus橋接器組合，這種總線至總線的橋接，實(shí)際上是允許在背板上的總線周期擴(kuò)展到另外一個(gè)；二是使用一對映射存儲卡，允許背板上的一個(gè)存儲區(qū)段擴(kuò)展到另外一個(gè)。2．VME總線的背板結(jié)構(gòu)VME總線背板上提供有16位、32位或64位的數(shù)據(jù)總線寬度，最多可以提供21個(gè)插槽位置，相鄰插槽的間距為0.8英寸（20.32mm）。在VME總線中，有如下三種通用類型的背板可選用：（1）標(biāo)準(zhǔn)型，3列連接器背板。（2）VME64x標(biāo)準(zhǔn)型，5列連接器（帶有160引腳加強(qiáng)型連接器）背板。（3）VME320背板。以上3種背板都可采用3U和6U模塊。此外，每種VME總線背板上都有許多可選配置。一些常用的可選件有：（1）有源終端器大多數(shù)VME總線背板提供一種更簡單且價(jià)廉的無源終端網(wǎng)絡(luò)。然而，無源終端網(wǎng)絡(luò)需要消耗背板上的電源功率。對于一塊6U背板來說，典型的電流限制約為1.3A。有源終端器能把背板電流降低至毫安級。而對信號完整性方面的影響，兩種類型的終端匹配網(wǎng)絡(luò)基本沒什么差別。（2）自動鏈背板有自動關(guān)閉中斷請求確認(rèn)和總線授權(quán)菊花鏈功能。這些在背板上的連接器，通常使用機(jī)械觸點(diǎn)進(jìn)行切換，或是采用電氣切斷的方法。（3）背板的輸入/輸出連接器護(hù)罩標(biāo)準(zhǔn)型的3排連接器背板，底背板上的連接器護(hù)罩或指定的連接器硬件不是必需的。如果用戶需要這項(xiàng)功能可向背板制造商提出要求。VME64x背板要求支持由IEEE1101.11規(guī)定的后背板輸入/輸出轉(zhuǎn)換模板。（4）電源連接由于VME總線對背板上的電源連接的方法沒有做出詳細(xì)的規(guī)定，大多數(shù)使用FASTON連接器、螺絲釘接線端或特制的連接器系統(tǒng)。3．VME總線的M模塊早期的微機(jī)板卡是在一塊電路板上實(shí)現(xiàn)所有的功能，后來希望一塊板卡上提供多種功能。在三維空間中，設(shè)計(jì)師們意識到既可以向深度擴(kuò)展，又可以向上擴(kuò)展，所以就出現(xiàn)了M模塊的概念?！癕”是mezzanine的縮寫，指介于一層與二層之間的中間層，或戲院中的包廂。在一個(gè)總線系統(tǒng)中，M模塊是位于兩個(gè)模塊之間的，類似了建筑物中一、二層之間的中間層，M模塊也叫夾層模塊。M模塊安裝在一塊通用母板上。使用M模塊可以在增加功能的同時(shí)不占用更多的槽位。用戶也可以隨意組合調(diào)配M模塊以實(shí)現(xiàn)所需的I/O功能，以節(jié)省開發(fā)經(jīng)費(fèi)，縮短軟件開發(fā)周期及降低軟件成本。M模塊在增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活性的同時(shí)，也帶來了相關(guān)的不兼容性問題，制定M模塊的標(biāo)準(zhǔn)就提到日程上來。目前市場上有幾十種適用于VME總線的M模塊標(biāo)準(zhǔn)，其中CMC/PMC和IP（IndustryPack）總線模塊標(biāo)準(zhǔn)似乎比較成功。由于通用M模塊標(biāo)準(zhǔn)CMC（CommonMezzanineCard）與PCI總線很類似，所以將其命名為CMC/PMC。圖5.4是一種模塊系統(tǒng)中的通用夾層板卡（CMC）部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)。圖5.4通用的夾層卡（CMC）的機(jī)械結(jié)構(gòu)5.2.3VME總線的電氣規(guī)范5.2.3.1VME總線結(jié)構(gòu)圖5.5給出了VME總線組成的示意圖。VME總線的信號線可分為四組：數(shù)據(jù)傳輸總線（DataTransferBus，DTB）、優(yōu)先級中斷總線（PriorityInterruptBus）、DTB仲裁總線（DTBArbitrationBus）、公用總線（UtilityBus）。這些總線都安排在P1連接器（全部）和P2連接器的B列引腳上。表5.1列出了VME總線所采用的功能模塊。各個(gè)功能模塊在表5.2所列的5個(gè)子總線中進(jìn)行相互通信，這些子總線常被結(jié)合起來使用。圖5.5VME總線結(jié)構(gòu)表5.1VME總線所采用的功能模塊功能模塊描述主模塊在數(shù)據(jù)傳輸總線（DTB）上能啟動總線周期從模塊能檢測并且參與DTB周期存儲單元監(jiān)控模塊用于監(jiān)視DTB和短地址、標(biāo)準(zhǔn)地址及擴(kuò)展地址的尋址總線定時(shí)模塊計(jì)算一個(gè)DTB周期的時(shí)間長度。如果一個(gè)周期太長，則產(chǎn)生BERR*信號。可作為一種定時(shí)器的看門狗中斷模塊產(chǎn)生中斷請求中斷管理器響應(yīng)中斷源的請求IACK菊花鏈驅(qū)動器用于驅(qū)動IACK*菊花鏈。通常它是零槽系統(tǒng)控制器模塊的一部分總線請求模塊用于請求DTB的占用權(quán)總線仲裁模塊監(jiān)察和仲裁DTB的使用權(quán)系統(tǒng)時(shí)鐘驅(qū)動器提供一個(gè)穩(wěn)定的16MHz公用時(shí)鐘電源監(jiān)測器產(chǎn)生SYSRESET*和ACFAIL*信號去顯示電源的狀態(tài)信號表5.2VME總線的子總線子總線功能描述數(shù)據(jù)傳輸總線用于傳遞地址和數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)傳輸仲裁總線用于獲得DTB的使用權(quán)優(yōu)先級中斷總線用于傳遞模塊間中斷信號公用總線提供系統(tǒng)的實(shí)用功能，如系統(tǒng)復(fù)位信號和一個(gè)公用時(shí)鐘信號串行總線一個(gè)二線的串行總線表5.3、表5.4分別給出了VME總線P1/J1、P2/J2連接器的引腳定義。表5.3VME總線P1/J1連接器引腳定義引腳號A行信號助記符B行信號助記符C行信號助記符1D00BBSY*D082D01BCLR*D093D02ACFAIL*D104D03BG0IN*D115D04BG0OUT*D126D05BG1IN*D137D06BG1OUT*D148D07BG2IN*D159GNDBG2OUT*GND10SYSCLKBG3IN*SYSFAIL*11GNDBG3OUT*BERR*12DS1*BR0*SYSRESET*13DS0*BR1*LWORD*14WRITE*BR2*AM515GNDBR3*A2316DTACK*AM0A2217GNDAM1A2118AS*AM2A2019GNDAM3A1920ICACK*GNDA1821IACKIN*SERCLK（1）A1722IACKOUT*SERDAT*（1）A1623AM4GNDA1524A07IRQ7*A1425A06IRQ6*A1326A05IRQ5*A1227A04IRQ4*A1128A03IRQ3*A1029A02IRQ2*A0930A01IRQ1*A0831－12V＋5VSTDBY＋12V32＋5V＋5V－5V注：“*”表示該線為低電平有效表5.4VME總線P2/J2連接器引腳定義引腳號A行信號助記符B行信號助記符C行信號助記符1用戶自定義+5V用戶自定義2用戶自定義GND用戶自定義3用戶自定義RSV1用戶自定義4用戶自定義A24用戶自定義5用戶自定義A25用戶自定義6用戶自定義A26用戶自定義7用戶自定義A27用戶自定義8用戶自定義A28用戶自定義9用戶自定義A29用戶自定義10用戶自定義A30用戶自定義11用戶自定義A31用戶自定義12用戶自定義GND用戶自定義13用戶自定義+5V用戶自定義14用戶自定義D16用戶自定義15用戶自定義D17用戶自定義16用戶自定義D18用戶自定義17用戶自定義D19用戶自定義18用戶自定義D20用戶自定義19用戶自定義D21用戶自定義20用戶自定義D22用戶自定義21用戶自定義D23用戶自定義22用戶自定義GND用戶自定義23用戶自定義D24用戶自定義24用戶自定義D25用戶自定義25用戶自定義D26用戶自定義26用戶自定義D27用戶自定義27用戶自定義D28用戶自定義28用戶自定義D29用戶自定義29用戶自定義D30用戶自定義30用戶自定義D31用戶自定義31用戶自定義GND用戶自定義32用戶自定義+5V用戶自定義1.數(shù)據(jù)傳輸總線數(shù)據(jù)傳輸總線主要是用于CPU板上的主模塊與存儲器板和I/O板上的從模塊之間數(shù)據(jù)、地址及有關(guān)的控制信號的傳送，由主模塊啟動傳輸并控制DTB的數(shù)據(jù)傳送周期。另外，DTB也可供中斷源與中斷控制器之間傳遞狀態(tài)/識別信息。數(shù)據(jù)傳輸總線按其功能可分為尋址線、數(shù)據(jù)線和控制線，如表5.5所列。表5.5DTB信號線尋址線數(shù)據(jù)線控制線A01-A31（地址）D00-D31AS*（地址選通）AM0-AM5（地址修改）DS0*DS0*（數(shù)據(jù)選通0）DS1*DS1*（數(shù)據(jù)選通1）BERR*（總線錯(cuò)誤）LWORD*（長字）DTACK*（數(shù)據(jù)傳輸認(rèn)可）WRITE*（讀/寫）注：DS0*和DS1*是兩條雙功能線?！?”有兩種含意，電平作用時(shí)表示低電平有效，邊沿觸發(fā)則表示是下降沿觸發(fā)1）尋址線尋址線包括：（1）地址線A01～A31，其中A01～A23位于P1連接器，A24～A31位于P2連接器；（2）地址修改線AM0*～AM5*，這6條地址修改線安排在P1連接器；（3）數(shù)據(jù)選通線DS0*～DS1*，這2條數(shù)據(jù)選通線安排在P1連接器上；（4）字長線LWORD*，安排在P1連接器上。尋址線全部由主模塊驅(qū)動，對從模塊提供的存儲單元進(jìn)行尋址，尋址空間達(dá)232=4GB。32根數(shù)據(jù)線在一個(gè)DTB周期內(nèi)可以同時(shí)傳送1B～4B的數(shù)據(jù)。為此，尋址線的尋址能力不僅要求尋址空間盡可能大，而且必須能夠在一個(gè)DTB周期內(nèi)同時(shí)尋址1B～4B的存儲單元。所以，VME總線的DTB尋址線不像其他總線那樣由A00～A31來實(shí)現(xiàn)4GB的尋址能力，而是將整個(gè)尋址空間按4B為一組進(jìn)行劃分，每一組稱為一個(gè)4字節(jié)組，由A02～A31進(jìn)行尋址，至于具體訪問4字節(jié)組中的哪幾個(gè)字節(jié)存儲單元，則由A01、DS0*、DS1*及LWORD*4根尋址線的狀態(tài)來決定。在4字節(jié)組中的4個(gè)字節(jié)分別稱為字節(jié)（0）、字節(jié)（1）、字節(jié)（2）和字節(jié)（3），其定義如表5.6所列。表5.64字節(jié)存儲單元名稱以字節(jié)為單位的地址字節(jié)（0）××××××00字節(jié)（1）××××××01字節(jié)（2）××××××10字節(jié)（3）××××××11表5.7給出了用DS0*、DS1*、A01和LWORD*選擇4字節(jié)組中哪幾個(gè)字節(jié)的方法。DS0*、DS1*、A01和LWORD*4根線最多可組成16種組合，除表中給出的幾種情況外，DS0*、DS1*、A01和LWORD*的組合還有6種，但因?yàn)檫M(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，DS0*與DS1*必須至少有一個(gè)為低，所以實(shí)際上只有2種組合沒有在表5.7中列出，這2種組合被視為非法狀態(tài)。例如，某個(gè)主模塊要在一個(gè)數(shù)據(jù)傳送周期內(nèi)讀取地址12345678H起始的兩個(gè)字節(jié)，則其尋址線狀態(tài)應(yīng)為：A31～A02對應(yīng)000100100011010001010110011110（1=高，0=低），DS1*、DS0*、A01和LWORD*分別對應(yīng)低、低、低、高。表5.7用DS0*、DS1*、A01和LWORD*選擇字節(jié)存儲單元字節(jié)存儲單元選擇DS1*DS0*A01LWORD*單字節(jié)訪問字節(jié)（0）低高低高字節(jié)（1）高低低高字節(jié)（2）低高高高字節(jié)（3）高低高高雙字節(jié)訪問字節(jié)（0～1）低低低高字節(jié)（1～2）低低高高字節(jié)（2～3）低低高高三字節(jié)訪問字節(jié)（0～2）低高低低字節(jié)（1～3）高低低低四字節(jié)訪問字節(jié)（0～3）低低低低6條地址修改線AM0～AM5提供了64種地址修改碼，其中50種由用戶定義或保留，其余14種用來通知從模塊如下信息：（1）DTB周期使用的地址是短地址A16（用A01～A15）、標(biāo)準(zhǔn)地址A24（用A01～A23），還是擴(kuò)展地址A32（用A01～A31）；（2）進(jìn)行的是塊傳送、程序傳送，還是數(shù)據(jù)傳送；（3）數(shù)據(jù)傳送是管理式的，還是非特權(quán)式的。2）數(shù)據(jù)線D00～D31，其中D00～D15位于P1連接器，D16～D31位于P2連接器。32根數(shù)據(jù)線在一個(gè)DTB周期內(nèi)可以同時(shí)傳送1個(gè)～4個(gè)字節(jié)，表5.8給出了各數(shù)據(jù)線傳送數(shù)據(jù)字節(jié)的情況。表5.8使用數(shù)據(jù)線訪問存儲單元訪問的字節(jié)存儲單元D24～31D16～D23D08～D15D00～D07字節(jié)（0）字節(jié)（0）字節(jié)（1）字節(jié)（1）字節(jié)（2）字節(jié)（2）字節(jié)（3）字節(jié)（3）字節(jié)（0~1）字節(jié)（0）字節(jié)（1）字節(jié)（1~2）字節(jié)（1）字節(jié)（2）字節(jié)（2~3）字節(jié)（2）字節(jié)（3）字節(jié)（0~2）字節(jié)（0）字節(jié)（1）字節(jié)（2）字節(jié)（1~3）字節(jié)（1）字節(jié)（2）字節(jié)（3）字節(jié)（0~3）字節(jié)（0）字節(jié)（1）字節(jié)（2）字節(jié)（3）例如，在上例中，主模塊要讀取存儲單元地址為12345678H開始的兩個(gè)字節(jié)的內(nèi)容，則應(yīng)該用D08～D15傳送地址12345678H單元的一個(gè)字節(jié)內(nèi)容，用D00～D07傳送12345679H單元的一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容。3）控制線控制線包括：（1）地址選通線AS*，安排在P1連接器上；（2）數(shù)據(jù)選通線DS0*～DS1*與地址線中的數(shù)據(jù)選通線相同，即數(shù)據(jù)選通線在尋址線和控制線中都具有相同的作用；（3）總線錯(cuò)誤線BERR*，安排在P1連接器上；（4）數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)答線DTACK*，安排在P1連接器上；（5）讀/寫信號線WRITE*，安排在P1連接器上。在主/從模塊交換數(shù)據(jù)時(shí)，地址線由主模塊驅(qū)動進(jìn)行尋址，根據(jù)地址線數(shù)目的不同，地址可以是短地址（16位地址，尋址64KB空間）、標(biāo)準(zhǔn)地址（24位地址，尋址16MB空間）和擴(kuò)展地址（32位地址，尋址4GB空間），所用地址線的數(shù)目由地址修改線AM0～AM5規(guī)定。數(shù)據(jù)線D00～D31用來傳輸1B～4B的數(shù)據(jù)。主模塊用數(shù)據(jù)選通線DS0*～DS1*、字長線LWORD*和地址線A01配合指定不同的數(shù)據(jù)傳輸周期類型，例如，單字節(jié)奇地址或偶地址的數(shù)據(jù)傳輸、雙字節(jié)或四字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸、不同字節(jié)數(shù)的數(shù)據(jù)塊傳輸?shù)?。?shù)據(jù)傳輸總線DTB周期是異步進(jìn)行的，主模塊用地址選通信號AS*和數(shù)據(jù)選通信號DS0*～DS1*向從模塊發(fā)出控制，而從模塊用數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)答信號DTACK*來響應(yīng)。當(dāng)主模塊發(fā)生尋址錯(cuò)誤，從模塊驅(qū)動總線錯(cuò)誤信號BERR*提示，若從模塊產(chǎn)生故障使DTB周期超過時(shí)間限制，系統(tǒng)控制板上的定時(shí)模塊也能驅(qū)動BERR*線。讀/寫信號線WRITE*確定數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较颉PU板上還有一個(gè)存儲單元監(jiān)控模塊，它監(jiān)視是否有從屬于它的存儲單元被訪問，這在共享存儲單元的設(shè)計(jì)中特別有用。此外，各板與總線的接口，都是通過背板接口邏輯模塊來實(shí)現(xiàn)的。2.DTB仲裁總線VME總線支持多處理器的分布式微機(jī)系統(tǒng)，即多塊CPU板可同時(shí)存在于一個(gè)VME總線系統(tǒng)中，它們可以共享系統(tǒng)中的硬件和軟件資源。VME總線的仲裁系統(tǒng)可以防止兩個(gè)以上的主模塊同時(shí)使用DTB。當(dāng)有多個(gè)模塊請求使用DTB時(shí)，系統(tǒng)可通過控制板上的仲裁模塊與CPU板上的請求模塊聯(lián)系，并對總線請求做出安排，以避免兩個(gè)模塊同時(shí)使用數(shù)據(jù)傳輸總線，造成數(shù)據(jù)傳輸?shù)腻e(cuò)誤。DTB仲裁總線均安排在P1連接器上，主要包括下列信號線：（1）總線請求：BR0*-BR3*；（2）總線應(yīng)答輸入：BG0IN*～BG3IN*；（3）總線應(yīng)答輸出：BG0OUT*～BG3OUT*；（4）總線忙：BBSY*；（5）總線清除：BCLR*。在VME總線仲裁系統(tǒng)中共有0～3種優(yōu)先級，第3級優(yōu)先權(quán)最高，第0級最低，也就是說DTB仲裁總線中總線請求、總線應(yīng)答輸入和總線應(yīng)答輸出線各有4條。每個(gè)請求模塊只驅(qū)動一條請求線，并接受同一級別的總線允許鏈路仲裁，即BRX*、BGXIN*及BGXOUT*中X取值相同時(shí)才能構(gòu)成一級仲裁鏈路。至于仲裁驅(qū)動模塊對4條仲裁鏈路的處理，則可采用3種不同方式：（1）優(yōu)先仲裁，即把DTB控制權(quán)先給優(yōu)先級最高的鏈路（X=3），再給較低鏈路；（2）循環(huán)仲裁，即循環(huán)驅(qū)動4條鏈路；（3）單級仲裁，即只驅(qū)動X=3鏈路而不使用其它鏈路。在同一鏈路中靠近1號槽的模塊又比槽號更高的模塊有更高的優(yōu)先級。仲裁通過總線應(yīng)答輸入和總線應(yīng)答輸出信號構(gòu)成的菊花鏈進(jìn)行。槽號較低的BGXOUT*線直接與槽號比它大1的BGXIN*相連，如圖5.6所示。只有本模塊正進(jìn)行總線請求（BRX*低），并接收到的總線應(yīng)答輸入信號BGXIN*也為低時(shí)，模塊才獲得總線使用權(quán)。1號槽2號槽3號槽4號槽1號槽2號槽3號槽4號槽仲裁模塊BGXIN*☉☉B(tài)GXOUT*BGXIN*〇〇BGXOUT*BGXIN*〇〇BGXOUT*BGXIN*〇〇BGXOUT*圖5.6總線仲裁的菊花鏈總線請求及其仲裁過程是：請求使用DTB的模塊在發(fā)出總線請求的同時(shí)令其總線應(yīng)答輸出為高，使優(yōu)先級低于它的模塊不得使用DTB線。同時(shí)，它監(jiān)視總線應(yīng)答輸入線，一旦為低就表示總線請求得到允許，這時(shí)它驅(qū)動總線忙信號BBSY*表示總線已被占用。當(dāng)它使用完DTB線就釋放BBSY*線（令其為高電平），并使本模塊的總線應(yīng)答輸出線變?yōu)榈碗娖?，取消對?yōu)先級低于它的模塊總線使用權(quán)的封鎖。若有優(yōu)先級更高的模塊產(chǎn)生總線請求，仲裁模塊可用總線清除信號BCLR*來中斷現(xiàn)行DTB周期，當(dāng)前使用DTB的模塊也釋放該線。仲裁鏈中每個(gè)模塊的總線應(yīng)答輸出信號與總線請求及總線應(yīng)答輸入信號有如下邏輯關(guān)系：式中均采用正邏輯，即低電平為邏輯0、高電平為邏輯1。由上式可見，當(dāng)有總線請求時(shí)（這時(shí)為1）總線應(yīng)答輸出總為“1”（高電平）；當(dāng)無總線請求時(shí)總線應(yīng)答輸出與總線應(yīng)答輸入電平相同。圖5.7是總線仲裁舉例，例中處于2號槽和4號槽的模塊都有總線請求，從而可確定各模塊中BGXIN*和BGXOUT*的電平，可見2號槽中的模塊總線請求已被允許，而4號槽中的請求未獲允許。同時(shí)還可看出，對于未插入板的空槽應(yīng)在該槽的BGXIN*和BGXOUT*之間連一短路線。、、1號槽2號槽3號槽4號槽1號槽2號槽3號槽4號槽仲裁模塊低高高高無總線請求總線請求無總線請求總線請求BG1IN*☉☉B(tài)G1OUT*BG2IN*〇〇BG2OUT*BG3IN*〇〇BG3OUT*BG4IN*〇〇BG4OUT*3.優(yōu)先中斷總線優(yōu)先中斷總線是供VME總線系統(tǒng)中的中斷源和中斷處理器之間進(jìn)行中斷請求和中斷認(rèn)可操作之用。各微處理器之間經(jīng)過DTB、DTB仲裁和優(yōu)先中斷總線建立起通信路徑。VME總線系統(tǒng)最多可以有7級中斷，優(yōu)先中斷總線包括：（1）中斷請求線IRQ1*～I(xiàn)RQ7*；（2）中斷應(yīng)答線IACK*；（3）中斷應(yīng)答輸入線IACKIN*；（4）中斷應(yīng)答輸出線IACKOUT*。以上4種優(yōu)先中斷總線均安排在P1引腳上。VME總線系統(tǒng)中各中斷源負(fù)責(zé)在必要時(shí)發(fā)出中斷請求信號IRQ1*～I(xiàn)RQ7*，CPU板上的中斷處理器在監(jiān)視到中斷請求后驅(qū)動中斷應(yīng)答信號，它與系統(tǒng)控制板中的IACK菊花鏈驅(qū)動模塊配合，組成中斷鏈路。在單CPU系統(tǒng)中，一個(gè)中斷處理器監(jiān)視IRQ1～I(xiàn)RQ7共7條中斷請求線，在多CPU系統(tǒng)中則只監(jiān)視分配給它的中斷請求線。不論哪種情況，中斷應(yīng)答鏈路都由1號槽中的IACK菊花鏈驅(qū)動模塊驅(qū)動，如圖5.8所示。IACK菊花IACK菊花鏈驅(qū)動系統(tǒng)控制板中斷處理器CPU板中斷器中斷器IACK*背板IACKOUT*IACKOUT*IACKOUT*IACKOUT*IACKIN*IACKIN*IACKIN*IACKIN*圖5.8中斷應(yīng)答鏈路圖5.8中，CPU板上的中斷處理器在接收到它所監(jiān)視的IRQ*線上出現(xiàn)中斷請求信號后，先通過自己的總線請求模塊申請DTB使用權(quán)，以便發(fā)出中斷請求的模塊利用數(shù)據(jù)傳輸總線向它報(bào)告狀態(tài)/識別消息（STATUS/ID）。經(jīng)過總線請求仲裁過程，若取得總線使用權(quán)，則啟動中斷響應(yīng)周期。首先中斷處理器驅(qū)動IACK*線為低電平，該信號通過背板上的總線傳至系統(tǒng)控制板上的IACK菊花鏈驅(qū)動模塊，使后者的IACKOUT*線變?yōu)榈碗娖?，并?qū)動中斷應(yīng)答鏈路。與此同時(shí)，中斷處理器還驅(qū)動地址線A01～A03，經(jīng)譯碼指出是響應(yīng)IRQ1*～I(xiàn)RQ7*中第幾條線的中斷請求，其中IRQ7*具有最高的優(yōu)先級。中斷源需要3個(gè)條件才可認(rèn)為自己的中斷請求被響應(yīng)，即本模塊輸入的IACKIN*為低電平；自己使用的中斷請求信號IRQN*為低電平（N為1～7）；A01～A03經(jīng)譯碼得到的號數(shù)N與自己使用的中斷請求IRQN*線中的號數(shù)N一致。在滿足最后一個(gè)條件的情況下，每個(gè)中斷源的中斷應(yīng)答輸出信號與其中斷應(yīng)答輸入及中斷請求信號間有如下邏輯關(guān)系：其表達(dá)形式及實(shí)際意義都與總線請求仲裁鏈類似。當(dāng)中斷請求被響應(yīng)時(shí)，中斷源就在數(shù)據(jù)傳輸線上發(fā)1個(gè)～4個(gè)字節(jié)的狀態(tài)/識別消息（STATUS/ID），相應(yīng)的中斷處理器根據(jù)接收到的這個(gè)消息，去執(zhí)行一定的中斷服務(wù)程序。4.公用總線公用總線為系統(tǒng)提供時(shí)鐘、系統(tǒng)初始化及故障監(jiān)測等功能。公用總線包括如下信號線：（1）系統(tǒng)時(shí)鐘線SYSCLK；（2）序列時(shí)鐘線SERCLK；（3）序列數(shù)據(jù)線SERDAT*；（4）交流故障線ACFAIL*；（5）系統(tǒng)復(fù)位線SYSRESET*；（6）系統(tǒng)故障線SYSFAIL*。以上6種公用總線均安排在P1連接器上。SYSCLK由系統(tǒng)時(shí)鐘發(fā)生器驅(qū)動，為系統(tǒng)提供一個(gè)占空比為50%的16MHz時(shí)鐘信號，作為系統(tǒng)操作的時(shí)間基準(zhǔn)。SERCLK和SERDAT*用于一種擴(kuò)展的VME總線。ACFAIL*反映交流電源是否出現(xiàn)故障，SYSRESET*反映系統(tǒng)是否處于復(fù)位狀態(tài)，二者均由電源監(jiān)視器監(jiān)視和控制，當(dāng)系統(tǒng)電源出現(xiàn)故障時(shí)，電源監(jiān)視器驅(qū)動ACFAIL*向系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號；當(dāng)操作人員按下復(fù)位按鈕時(shí)，電源監(jiān)視器驅(qū)動SYSRESET*為低，使整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入初始狀態(tài)。系統(tǒng)復(fù)位后，總線上所有模塊都進(jìn)行自檢，自檢結(jié)果通過SYSFAIL*線傳送給系統(tǒng)控制板。所以系統(tǒng)中任何模塊都可能產(chǎn)生系統(tǒng)故障信號。除上述4種總線外，還有電源線、地線GND和保留線（RESERVED）安排在P2連接器B列的第3個(gè)引腳。保留線不得隨意使用，以便將來擴(kuò)展和增強(qiáng)系統(tǒng)功能。以上是VME總線的構(gòu)成情況，也是VXI總線系統(tǒng)的重要內(nèi)容之一，是進(jìn)一步掌握VXI總線系統(tǒng)的基礎(chǔ)。5.2.3.2VME總線周期總線周期用在子總線中，標(biāo)準(zhǔn)的VME總線周期實(shí)際上是一個(gè)讀寫周期，且能在每個(gè)傳輸期間傳送8位、16位、24位或32位數(shù)據(jù)。也有其他的專用的總線周期，或允許更快操作的功能，如表5.9所列。表5.9VME總線周期操作總線周期描述數(shù)據(jù)總線傳送周期讀/寫周期基本的數(shù)據(jù)傳送周期，每個(gè)總線周期僅傳送一次數(shù)據(jù)讀－更改－寫周期用于傳送多重處理系統(tǒng)中的背板信號信息，是一個(gè)不可分割的總線周期塊傳送周期在一個(gè)地址周期后可一次傳送多達(dá)256B的數(shù)據(jù)塊多塊傳送周期類似于塊傳送周期，利用32位數(shù)據(jù)線和32位數(shù)據(jù)線同時(shí)進(jìn)行64位數(shù)據(jù)傳送，為VME64新增的總線周期類型只傳地址周期僅傳送單一地址的一種周期。包括ADO和ADOH周期數(shù)據(jù)傳送仲裁總線周期仲裁周期獲得總線的控制權(quán)優(yōu)先中斷總線周期IACK*周期可將中斷信號通過總線背板傳遞過去VME總線允許在一個(gè)應(yīng)用中使用不同的地址和數(shù)據(jù)寬度組合，但應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用要求選擇更適合的地址/數(shù)據(jù)寬度組合。例如，A16/D8組合是為單一的輸入/輸出板卡而設(shè)置的，而A32/D32和A32/D64組合則是為高效率的SBC模塊而設(shè)置。以前的A24通常是在舊型的6U模塊上才被使用，現(xiàn)已被A32所替代。若給VME64和VME64X總線周期增加功能，則需要新增附加的總線周期，因而VME總線使用了一種“地址修正碼”作為每個(gè)總線周期的標(biāo)簽。當(dāng)新的周期被開發(fā)時(shí)，新地址修正代碼將對這個(gè)新周期做標(biāo)注，從而在模塊之間確保兼容性，這也便于新總線周期的規(guī)劃。VME總線支持全對等的多處理器系統(tǒng)。它使用一個(gè)靈活的總線仲裁程序，允許每個(gè)系統(tǒng)中可有21個(gè)主控模塊。在總線底板位于第一個(gè)槽中的總線仲裁模塊（它也是VME總線系統(tǒng)控制器的一部分）使用的仲裁優(yōu)先，用循環(huán)和排隊(duì)算法來決定哪個(gè)主控模塊可以先使用總線。5.2.4VME總線控制器VME總線是一種共享的資源，需要有一種仲裁機(jī)制來實(shí)現(xiàn)總線仲裁和總線授權(quán)。仲裁機(jī)制是由系統(tǒng)控制器提供的，通常系統(tǒng)控制器位于1槽。1槽模塊既包括系統(tǒng)控制器功能又包括主模塊和從模塊功能。系統(tǒng)控制通常完成以下功能：（1）DTB總線仲裁在系統(tǒng)初始化時(shí)，系統(tǒng)控制器要對系統(tǒng)采用的仲裁方式做出選擇（優(yōu)先仲裁、循環(huán)仲裁或單級仲裁），在系統(tǒng)運(yùn)行的全過程中仲裁方式是保持不變的。VME總線規(guī)范也允許系統(tǒng)控制器采用下列的仲裁方式：①對第3級總線請求采用優(yōu)先仲裁，對第2級、第1級、第0級總線請求采用循環(huán)仲裁；②對第3級和第2級總線請求采用優(yōu)先仲裁，對第1級和第0級總線請求采用循環(huán)仲裁。（2）SYSCLK和IACK菊花鏈驅(qū)動提供16MHz系統(tǒng)時(shí)鐘（SYSCLK）和中斷應(yīng)答（IACK）菊花鏈的驅(qū)動。16MHz系統(tǒng)時(shí)鐘是一種公用資源，但由于VME總線是一種異步總線，系統(tǒng)時(shí)鐘與其他信號之間沒有必然的聯(lián)系，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者可以將該時(shí)鐘用于需要時(shí)鐘源的地方。IACK菊花鏈驅(qū)動器是一個(gè)簡單的電路，用于保證中斷應(yīng)答周期中，IACK與IACKIN/OUT信號之間保持正確的時(shí)序。5.3VXI總線系統(tǒng)的機(jī)械規(guī)范與電氣規(guī)范5.3.1VXI總線的機(jī)械規(guī)范VXI總線機(jī)械規(guī)范的目的是確保VXI總線模塊、背板、主機(jī)箱以及一些相關(guān)附件在物理尺寸上的兼容性。VXI總線系統(tǒng)一般由一個(gè)裝配機(jī)箱、一塊帶有可插槽位的底板（或模塊機(jī)架）以及VXI總線模塊組成。VXI總線以IEEE1014-1987VME總線規(guī)范版本作為一個(gè)基礎(chǔ)架構(gòu)。VME總線的板卡尺寸主要有兩種：長度皆為160mm，高度有兩種，一種為3U板卡，印制電路板的高度為100mm，另一種為6U板卡，高度為233.35mm。這兩種尺寸的板卡在VXI總線中被分別冠以A和B代號。VME總線模塊插槽的間距為20.32mm，3U板卡只有一個(gè)P1連接器。6U板卡有P1和P2兩個(gè)連接器。每個(gè)連接器有3排插針，每排有32個(gè)引腳。P2連接器的中間一排用做將系統(tǒng)的地址和數(shù)據(jù)擴(kuò)充到32位如圖5.9所示，VXI采用了完整的32位VME總線架構(gòu)，但增加了兩種尺寸的板卡和一個(gè)P3連接器。VXI總線的P1連接器以及P2連接器中間一列的引腳定義和VME總線標(biāo)準(zhǔn)一致，P2連接器的外面兩列增加了一些測控中所需要的附加的總線信號引腳，P3作為第三個(gè)VXI連接器，主要滿足高性能儀器的需要，用來在底板上的插件模塊之間傳送信號。100mm100mm×160mmP1233.35mm×160mmP1P2233.35mm×340mmP1P2365.75mm×340mmP1P2P3P1引腳定義與VME總線規(guī)范相同P2中間一排與VME總線相同，外邊兩排引腳重新做了定義，主要有10MHz時(shí)鐘信號、TTL&ECL觸發(fā)線、12條本地總線、模擬相加總線、模塊識別線、電源信號等P3滿足高性能儀器的需要，主要有100MHz時(shí)鐘信號、用于模塊間準(zhǔn)確定時(shí)的星形觸發(fā)線、ECL觸發(fā)線、24條本地總線、電源信號等VXIVMEDCBA圖5.9VXI模塊上的連接器功能定義前面提到VME總線主機(jī)箱最多可容納21個(gè)模塊，由于需要安裝一個(gè)19英寸（482.6mm）的支架，實(shí)際上最多只能容納20個(gè)模塊。VME總線對底板與底板間的通信無特別規(guī)定，對電磁兼用性（EMC）也無要求。VME總線不限制功耗，也不對底板做出規(guī)定。而VXI總線根據(jù)現(xiàn)代測試儀器的應(yīng)用需要，在同步、觸發(fā)、電磁兼容、電源及冷卻等方面擴(kuò)展了系統(tǒng)功能，并在VXI規(guī)范中做了相應(yīng)規(guī)定。1.VXI總線模塊VXI的目標(biāo)有兩個(gè)：一是提高儀器的性價(jià)比，二是使標(biāo)準(zhǔn)獲得盡可能廣泛地應(yīng)用。為了兼容原有的VME總線，將VME總線的A尺寸和B尺寸模塊同樣納入到VXI總線標(biāo)準(zhǔn)中。VXI的一個(gè)主要目的是使儀器標(biāo)準(zhǔn)化和通用化?？紤]到大多數(shù)高性能儀器實(shí)際上使用的板卡尺寸都比較大，為此，VXI引入兩種新的模塊尺寸：VXIC尺寸，它長為340mm（13.4英寸），高度233.35mm（9.2英寸）；VXID尺寸，長為340mm（13.4英寸），高為365.76mm（14.4英寸）。C尺寸模塊可以采用與B尺寸模塊相同的連接器，但P2上的引腳重新進(jìn)行了定義。D尺寸板卡增加了P3附加連接器。P3用來提供一些高性能儀器所需要的許多附加信號圖5.10VXI總線的模塊尺寸及連接器底板上模塊之間的空間距離（即板卡的厚度）增加到1.2英寸（30.48mm），以安裝稍大的模擬元件，并能增加模塊之間的隔離。板卡可以是一塊印制電路板（PCB），也可以是一個(gè)包含幾塊PCB插件的底板裝置。如果一個(gè)儀器插件要求超過1.2英寸，可以在VXI的機(jī)架上采用多槽口（即1.2英寸的整數(shù)倍）。VXI總線模塊的制造商制定了一系列的規(guī)范，它們包括：前面板、模塊屏蔽、模塊的機(jī)械閉鎖、冷卻要求（即最大允許溫升時(shí)的最小空氣流）、最大功率要求，以及所有模塊必須滿足嚴(yán)格的EMC（電磁兼容性）輻射和敏感度標(biāo)準(zhǔn)。所有VXI總線儀器模塊都必須有一塊前面板，即使主機(jī)箱內(nèi)個(gè)別槽位沒有插入模塊，也要在相應(yīng)前面板的位置插入一個(gè)填充面板，以滿足安全、冷卻和電磁兼容（EMC）的要求。所有VXI模塊的對外引出線都必須經(jīng)過前面板引出，因此前面板的接口主要用來與被測信號的連接及模塊間的信號連接，例如，信號源的輸出線、測試儀的輸入線等。在前面板上通常還安裝著用于本地總線的機(jī)械閉鎖鍵、拉手，必要時(shí)還可裝配模塊的壓力/引出裝置，如圖5.11所示。圖5.11VXI單槽C尺寸模塊的結(jié)構(gòu)為了提高VXI總線儀器模塊的性能，C尺寸和D尺寸儀器模塊都裝有屏蔽板，模塊的屏蔽允許接電路地或主機(jī)箱地，與機(jī)箱屏蔽相互配合，以提高抗電磁干擾的能力。2.VXI總線主機(jī)箱一個(gè)VXI系統(tǒng)最多可包括256個(gè)器件，其中包含一個(gè)或多個(gè)VXI總線子系統(tǒng)。一個(gè)VXI機(jī)箱（或VXI總線子系統(tǒng)）由插在機(jī)箱中的零槽控制器控制，用作定時(shí)和設(shè)備管理。它最多能攜帶12個(gè)儀器模塊，加上零槽控制器總共13個(gè)模塊可在一個(gè)19英寸的機(jī)箱中連接和運(yùn)行。一個(gè)VXI子系統(tǒng)雖然最多只能包含13個(gè)模塊，卻沒有含有多少模塊的下限，舉例來說，一個(gè)系統(tǒng)可以僅有零槽控制器和兩三個(gè)模塊。有幾種不同尺寸的機(jī)箱來適應(yīng)不同模塊尺寸的需要（如有C尺寸機(jī)箱適應(yīng)C模塊）。雖然P1連接器是僅適用于VXI總線工作用的連接器，然而如果必要的話，也可以選用最大尺寸的機(jī)箱并由小于機(jī)箱的擴(kuò)展插件板去轉(zhuǎn)接各類尺寸的模塊，例如，對于最大的D型機(jī)箱來說，它既能容納A尺寸模塊、B尺寸模塊和C尺寸模塊，又能容納D尺寸模塊。VXI總線規(guī)范對VXI主機(jī)箱的冷卻、電源及EMC誤差都做了明確的規(guī)定。為滿足諸模塊的總功耗以及冷卻的要求，需對機(jī)箱和模塊的選擇反復(fù)研究。為了減少各廠商生產(chǎn)的主機(jī)箱之間電特性的差異，VXI總線規(guī)范對底板的機(jī)械設(shè)計(jì)提出了一些建議，如多層問題、布局問題，層與層之間的空間問題以及連接器的轉(zhuǎn)換問題等，規(guī)范中都做了說明。C尺寸VXI主機(jī)箱結(jié)構(gòu)如圖5.12所示。圖5.12C尺寸VXI主機(jī)箱結(jié)構(gòu)5.3.2VXI總線連接器1．VXI總線子系統(tǒng)的P1連接器VXI總線共有四種不同尺寸的模塊，只有P1連接器能適用于任一種尺寸的模塊在VXI總線中工作。VXI總線P1連接器的引腳定義（零槽～12槽）與VME總線規(guī)范相同，如表5.2所列，對于數(shù)據(jù)傳輸總線DTB的使用，VXI總線有以下規(guī)定和建議：（1）建議不要使用VME總線規(guī)范中作為“用戶自定義”的地址修改線；（2）從模塊必須在數(shù)據(jù)選通脈沖變低電平后的20μs內(nèi)使DTACK*或BERR*變低電平；（3）從模塊必須在數(shù)據(jù)選通脈沖變高電平后的5μs內(nèi)釋放DTACK*和BERR*；（4）總線定時(shí)器應(yīng)是BTO（≥100），BTO的單位是μs；（5）所有模塊均可使用或跳過“總線應(yīng)答”及“中斷應(yīng)答”菊花鏈信號線；（6）所有VXI總線主機(jī)箱都必須提供一個(gè)VME總線電源監(jiān)控模塊。2．VXI總線子系統(tǒng)的P2連接器在VXI總線子系統(tǒng)中，P2連接器中間一排引腳的定義與VME總線規(guī)范相同，但靠外面的兩排引腳做了重新定義，以便為面向儀器應(yīng)用的模塊提供更多的系統(tǒng)資源。同時(shí)，由于零槽模塊承擔(dān)著為系統(tǒng)提供諸如模塊識別線等公用資源的功能，其引腳定義與其他槽的P2連接器有所不同，如表5.11及表5.12所列。與VME總線系統(tǒng)相比，VXI總線子系統(tǒng)的P2連接器增加了以下引腳：（1）－5.2V、－2V、±24V和附加的+5V電源；（2）10MHz差分時(shí)鐘線CLK10+與CLK10－；（3）模塊識別線MODID；（4）8條并行TTL觸發(fā)線TTLTRG0～TTLTRG7；（5）2條并行ECL觸發(fā)線ECLTRG0～ECLTRG1；（6）12條由生產(chǎn)廠家定義的，連接到相鄰模塊的本地總線LBUS；（7）帶有50Ω匹配負(fù)載的模擬相加總線SUMBUS。表5.11VXI總線P2連接器引腳定義（零槽）引腳號A行信號助記符B行信號助記符C行信號助記符1ECLTRG0+5VCLK10+2-2VGNDCLK10-3ECLTRG1RSV1GND4GNDA24－5.2V5MODID12A25LBUSC006MODID11A26LBUSC017-5.2VA27GND8MODID10A28LBUSC029MODID09A29LBUSC0310GNDA30GND11MODID08A31LBUSC0412MODID07GNDLBUSC0513－5.2V+5V－2V14MODID06D16LBUSC0615MODID05D17LBUSC0716GNDD18GND17MODID04D19LBUSC0818MODID03D20LBUSC0919－5.2VD21－5.2V20MODID02D22LBUSC1021MODID01D23LBUSC1122GNDGNDGND23TTLTRG0*D24TTLTRG1*24TTLTRG2*D25TTLTRG3*25+5VD26GND26TTLTRG4*D27TTLTRG5*27TTLTRG6*D28TTLTRG7*28GNDD29GND29RSV2D30RSV330MODID00D31GND31GNDGND+24V32SUMBUS－5V－24V表5.12VXI總線P2連接器引腳定義（1槽～12槽）引腳號A行信號助記符B行信號助記符C行信號助記符1ECLTRG0+5VCLK10+2－2VGNDCLK10-3ECLTRG1RSV1GND4GNDA24－5.2V5LBUSA00A25LBUSC006LBUSA01A26LBUSC017－5.2VA27GND8LBUSA02A28LBUSC029LBUSA03A29LBUSC0310GNDA30GND11LBUSA04A31LBUSC0412LBUSA05GNDLBUSC0513－5.2V+5V－2V14LBUSA06D16LBUSC0615LBUSA07D17LBUSC0716GNDD18GND17LBUSA08D19LBUSC0818LBUSA09D20LBUSC0919－5.2VD21－5.2V20LBUSA10D22LBUSC1021LBUSA11D23LBUSC1122GNDGNDGND23TTLTRG0*D24TTLTRG1*24TTLTRG2*D25TTLTRG3*25+5VD26GND26TTLTRG4*D27TTLTRG5*27TTLTRG6*D28TTLTRG7*28GNDD29GND29RSV2D30RSV330MODID00D31GND31GNDGND+24V32SUMBUS+5V－24V3．VXI總線子系統(tǒng)P3連接器為滿足高性能儀器的需要，VXI總線在D尺寸模塊上增加了P3連接器。與P2連接器相似，零槽在P3連接器為系統(tǒng)提供資源方面也起著獨(dú)特的作用，如高速時(shí)鐘和觸發(fā)，見表5.13和5.14所列。VXI總線P3連接器增加了以下信號線：（1）+5V、－5.2V、－2V、±24V和±12V附加電源線；（2）與P2連接器10MHz時(shí)鐘同步的100MHz差分時(shí)鐘信號線；（3）1條用于100MHz時(shí)鐘沿選擇的同步信號線；（4）4條附加的ECL觸發(fā)線；（5）24條附加的本地總線；（6）用于模塊間準(zhǔn)確定時(shí)的星形觸發(fā)線；（7）4條保留線。表5.13VXI總線P3連接器引腳定義（零槽）引腳號A行信號助記符B行信號助記符C行信號助記符1ECLTRG2+24V+12V2GND－24V－12V3ECLTRG3GNDRSV44－2VRSV5+5V5ECLTRG4－5.2VRSV66GNDRSV7GND7ECLTRG5+5V－5.2V8－2VGNDGND9STARY12++5VSTARX01+10START12－STARY01－STARX01－11STARX12+STARX12－STARY01+12STARY11+GNDSTARX02+13STARY11－STARY02－STARX02－14STARX11+STARX11－STARY02+15STARY10++5VSTARX03+16STARY10－STARY03－STARX03－17STARX10+STARX10－STARY03+18STARY09+－2VSTARX04+19STARY09－STARY04－STARX04－20STARX09+STARX09－STARY04+21STARY08+GNDSTARX05+22STARY08－STARY05－STARX05－23STARX08+STARX08－STARY05+24STARY07++5VSTARX06+25STARY07－STARY06－STARX06－26STARX07+STARX07－STARY06+27GNDGNDGND28STARX+－5.2VSTARY+29STARX－GNDSTARY－30GND－5.2V－5.2V31CLK100+－12VSYNC100+32CLK100－GNDSYNC100－表5.14VXI總線P3連接器引腳定義（1槽～12槽）引腳號A行信號助記符B行信號助記符C行信號助記符1ECLTRG2+24V+12V2GND－24V－12V3ECLTRG3GNDRSV44－2VRSV5+5V5ECLTRG4－5.2VRSV66GNDRSV7GND7ECLTRG5+5V－5.2V8－2VGNDGND9LBUSA12+5VLBUSC1210LBUSA13LBUSC15LBUSC1311LBUSA14LBUSA15LBUSC1412LBUSA16GNDLBUSC1613LBUSA17LBUSC19LBUSC1714LBUSA18LBUSA19LBUSC1815LBUSA20+5VLBUSC2016LBUSA21LBUSC23LBUSC2117LBUSA22LBUSA23LBUSC2218LBUSA24－2VLBUSC2419LBUSA25LBUSC27LBUSC2520LBUSA26LBUSA27LBUSC2621LBUSA28GNDLBUSC2822LBUSA29LBUSC31LBUSC2923LBUSA30LBUSA31LBUSC3024LBUSA32+5VLBUSC3225LBUSA33LBUSC35LBUSC3326LBUSA34LBUSA35LBUSC3427GNDGNDGND28STARX+－5.2VSTARY+29STARX－GNDSTARY－30GND－5.2V－5.2V31CLK100+－12VSYNC100+32CLK100－GNDSYNC100－5.3.3VXI總線的電氣規(guī)范VXI總線共有A、B、C、D4種尺寸的模塊，只有P1連接器是這4種尺寸的模塊都必須配備的。前面已經(jīng)提到，VME總線將P2連接器中靠外面的兩排空留著，在VXI總線中這些引腳全部重新做了定義，并且對P3連接器的引腳也全部做了分配。這樣，P2和P3連接器通過VXI總線結(jié)構(gòu)中7個(gè)子總線的作用，能提供附加的電源、新的電源電壓、自動配置能力、模塊與模塊間的直接通信以及系統(tǒng)的同步，以擴(kuò)大VXI總線的功能。從邏輯功能上，VXI總線分為8個(gè)功能組，以及其他幾個(gè)備用的引腳。這8組子總線的類型見表5.15。表5.15VXI的8組子總線總線類型總線類型VME計(jì)算機(jī)總線全局型時(shí)鐘及同步總線單一型觸發(fā)總線全局型星形總線單一型模擬相加總線全局型模塊識別總線單一型電源線全局型本地總線專用型以上這幾組子總線都在背板上，每一組子總線都為VXI系統(tǒng)儀器增加了新功能。不同的總線類型在自動測試系統(tǒng)的作用不同。全局型總線是為所有模塊共用的，并且總是連通的。單一型總線在零槽模塊和其他插槽之間進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)連接。專用型總線則連接相鄰的模塊。1.VXI時(shí)鐘總線時(shí)鐘總線主要提供兩個(gè)時(shí)鐘信號（一個(gè)是位于P2連接器上的10MHz時(shí)鐘（CLK10）信號，另一個(gè)是位于P3連接器上的100MHz的時(shí)鐘（CLK100）信號）和位于P3連接器上的時(shí)鐘同步信號（SYN100）。這三個(gè)信號都由零槽模塊發(fā)出，并在背板上為各槽提供單獨(dú)的ECL差分驅(qū)動信號，如圖5.13所示。它能使模塊內(nèi)部有很好的隔離度。P3連接器上的100MHz時(shí)鐘信號和時(shí)鐘同步信號，保證模塊之間有十分準(zhǔn)確的時(shí)間配合，以實(shí)現(xiàn)多模塊的同時(shí)觸發(fā)。12號槽模塊12號槽模塊2號槽模塊1號槽模塊具有VXI總線時(shí)鐘的零槽模塊VXI總線背板圖5.13VXI時(shí)鐘信號2.VXI星形總線VXI星形總線僅存在于P3連接器上，它由STARX和STARY兩條線構(gòu)成，用來提供模塊間的異步通信，STAR線將每一模塊所在槽和零槽之間直接相連。零槽可以看作是具有12個(gè)腳的一個(gè)星形結(jié)構(gòu)的中心，每一模塊具有等長距離連接在終端。STAR線采用差分電路的雙向ECL驅(qū)動器，因而在12個(gè)槽模塊的P3上有STARX+，STARX－，STARY+和STARY－星形線引腳。所以，為了從零槽P3上引出與它們直接相連的端子，則需要48個(gè)星形線引腳，如圖5.14所示。1212號槽模塊2號槽模塊1號槽模塊零槽模塊在每個(gè)VXI總線模塊槽中帶有獨(dú)立的星形X線和星形Y線VXI總線背板圖5.14VXI星形總線對星形總線的兩條線做如下規(guī)定：任意兩個(gè)星形連接的信號間允許的最大時(shí)間偏差為2ns，在零槽和一個(gè)模塊之間允許的最大延遲為5ns。這就使總線在高速的模塊內(nèi)部觸發(fā)以及通信方面做得更精確完美。星形線特別適用于對定時(shí)關(guān)系要求嚴(yán)格的應(yīng)用場合。3.VXI觸發(fā)總線VXI觸發(fā)總線由8條TTL觸發(fā)線（TTLTRG*）和6條ECL觸發(fā)線（ECLTRG）構(gòu)成。8條TTL觸發(fā)線和2條ECL觸發(fā)線在P2連接器上，其余4條附加的ECL觸發(fā)線則在P3連接器上。VXI觸發(fā)線通常用于模塊內(nèi)部的通信，包括零槽模塊在內(nèi)的任何模塊都可驅(qū)動觸發(fā)線或從觸發(fā)線上接收信號。觸發(fā)總線可用作模塊間的觸發(fā)、掛鉤、時(shí)鐘或邏輯狀態(tài)的傳送，如圖5.15所示。12槽模塊12槽模塊2槽模塊1槽模塊零槽模塊VXI總線背板圖5.15VXI觸發(fā)總線4.VXI本地總線本地總線位于P2連接器上，它是一條專用的相鄰模塊間的通信總線，如圖5.16所示。除零槽模塊只連接1槽模塊的左側(cè)以及12槽模塊只有左側(cè)相連之外，其余所有的模塊都是把一側(cè)連到相鄰模塊的左側(cè)，而另一側(cè)連到另一個(gè)相鄰模塊的右側(cè)，如圖5.17所示。因此，大多數(shù)模塊都有兩條分開的本地總線。標(biāo)準(zhǔn)的插槽有72條本地總線，每一側(cè)各有36條，其中12條線在P2連接器上，24條線在P3連接器上。本地總線上的信號幅度可從－42V到+42V，最大電流為500mA。信號的幅度又可分為5級，如表5.16所列。表5.16本地總線的信號賦值信號級別負(fù)電壓極限/V正電壓極限/V1TTL－0.5+5.52ECL－5.460.03低幅度模擬信號－5.5+5.54中幅度模擬信號－16.0+16.05高幅度模擬信號－42.0+42.0使用本地總線可減少模塊間在前面板或內(nèi)部使用排線或跨接線的需要，使兩個(gè)或多個(gè)模塊之間可進(jìn)行通信而不占用全局總線。圖5.16為一個(gè)使用本地總線在各儀器模塊進(jìn)行通信的例子。其中，6槽中的A/D模塊在本地總線中發(fā)送數(shù)據(jù)到7槽DSP模塊；7槽的DSP模塊在本地總線中接收了數(shù)據(jù)并作數(shù)據(jù)處理后，再傳送給8槽存儲模塊作數(shù)據(jù)保存；然后，在本地總線中傳送給9槽的顯示模塊，完成一個(gè)波形顯示。9槽顯示模塊9槽顯示模塊8槽存儲模塊7槽DSP模塊6槽A/D模塊VXI總線背板圖5.16VXI底板上的本地總線本地總線又為不同的模塊提供不同的通信方式，如圖5.17所示，可以支持TTL、ECL、模擬低、模擬中、模擬高等5種電平信號通信。在P2上12線在P2上12線左側(cè)本地總線在P3上24線在P2上12線右側(cè)本地總線在P3上24線N－1模塊N+1模塊N模塊圖5.17模塊上的本地總線5.模擬相加總線模擬相加總線用來疊加多個(gè)模塊輸出的模擬電流，即對模擬信號求和，以產(chǎn)生復(fù)雜的波形。這組子總線是貫穿VXI總線系統(tǒng)背板的一條模擬相加信號線。相加總線必須在背板兩端通過50的電阻接至信號地。任何模塊都可以用模擬電流源驅(qū)動器來驅(qū)動此線，也可以用高輸入阻抗的接收器來接收該信號。它能將來自三個(gè)獨(dú)立的波形發(fā)生器的輸出信號進(jìn)行相加，得到一個(gè)復(fù)合的合成信號，用來作為另一模塊的激勵(lì)源。相加總線被安置于P2連接器上，如圖5.18所示。圖5.18VXI模擬相加總線圖5.18VXI模擬相加總線12槽用于波形顯示的儀器模塊帶有模擬相加總線為終端的VXI總線背板9槽任意波形發(fā)生器模塊5槽任意波形發(fā)生器模塊3槽任意波形發(fā)生器模塊6.VXI模塊識別總線模塊識別總線用于檢測VXI主機(jī)箱上的某個(gè)槽位上是否插有模塊，或者識別一個(gè)特定器件的槽位號。MODID線由零槽模塊分別連接到每一個(gè)插槽，即1槽至12槽，如圖5.19所示。圖5.19VXI模塊識別總線通過MODID線時(shí)，零槽模塊可測出在某一個(gè)槽上是否有模塊，即使該模塊沒有工作甚至損壞也一樣可以測出。只要模塊中的MODID線與地之間有連接存在，即使該模塊的電源有問題，也可被零槽模塊所識別。用MODID總線可識別某一插槽上是什么模塊。零槽模塊先向該插槽發(fā)出MODID信號，然后通過模塊的自動識別寄存器的MODID位識別出它是什么模塊。MODID總線的功能加上指示燈，能快速確定某一模塊（包括不在工作的模塊）的位置。指示燈可安裝在相應(yīng)于各槽的位置上，或位于模塊上，用以指示某一特定的MODID線在工作。MODID也為VXI總線系統(tǒng)提供了不用開關(guān)的自動配置方法。在一個(gè)VXI總線系統(tǒng)中，只要有零槽模塊，就能把MODID當(dāng)成一種插槽尋址的工具。7.電源線電源線使一個(gè)有P1、P2和P3連接器的模塊的功耗達(dá)268W。電源向背板上的總線提供7種穩(wěn)定的電壓，以滿足大多數(shù)儀器的需要。圖5.20中列出了由P1到P3的電源分布。+5V，+12V和－12V是VME總線中已有的3組電源。VME總線上還提供一組+5V電池用作后備。VXI總線在P2增加了+24V和－24V電源供模擬電路用，－5.2V和－2V供高速ECL電路用。P3上增加了電源線，但沒有增加新的電壓品種。VXI總線插座上所有的電源插針都是相同的。電壓引腳號功率電壓引腳號功率P1P1P1GND 8+5V 315W+12V 112W-12V 112W電壓引腳號功率功率P2P2P2P1&P2GND 18+5V420W3