基于PXI總線(xiàn)的遙測信號測試平臺的設計

2 PXI總線(xiàn)及接口電路的實(shí)現
PXI是PCI在儀器領(lǐng)域的擴展，它將Compact-PCI規范定義的PCI總線(xiàn)技術(shù)發(fā)展成適用于試驗、測量與數據采集場(chǎng)合的機械、電氣和軟件的規范，從而形成新的儀器體系結構。PXI將PC的高性?xún)r(jià)比優(yōu)勢和PCI總線(xiàn)向儀器領(lǐng)域擴展的需求完美結合起來(lái)，它通過(guò)增加用于多板同步的觸發(fā)總線(xiàn)和參考時(shí)鐘、用于精確定時(shí)的星型觸發(fā)總線(xiàn)以及用于相鄰模塊間高速通信的局部總線(xiàn)來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)的測試要求[1]。
2.1 PXI總線(xiàn)的讀寫(xiě)
在一個(gè)PXI總線(xiàn)的應用系統中，如果某設備取得了總線(xiàn)控制權，就稱(chēng)其為“主設備”；而被主設備選中進(jìn)行通信的設備稱(chēng)為“從設備”或“目標設備”。PXI總線(xiàn)有2種操作模式[2]：
(1)正常模式：地址和數據交替使用AD總線(xiàn)。首先發(fā)送的是地址信號，接著(zhù)就是數據的讀寫(xiě)。正常模式1次傳輸過(guò)程需要2~3個(gè)時(shí)鐘周期(地址周期+寫(xiě)周期；地址周期+讀周期+讀周期)。對1個(gè)32位寬的數據總線(xiàn)，最大寫(xiě)數據傳輸速度只有66 MB/s，而最大的讀數據傳輸速度只有44 MB/s。
(2)突發(fā)模式：在這種模式下，主設備首先發(fā)出1個(gè)起始地址，接著(zhù)是一系列隱含著(zhù)地址(地址順序增量)的數據信號。這樣傳輸的如果是具有連續地址的內存塊，對1個(gè)32位寬的數據總線(xiàn)，數據傳輸速度最高可達到133 MB/s(32位)或是266 MB/s(64位)。
本系統采用的是突發(fā)讀寫(xiě)模式，圖2為32位PXI總線(xiàn)在突發(fā)模式下的時(shí)序圖。

在時(shí)序圖的第1個(gè)時(shí)鐘周期中，主控設備把地址放到AD總線(xiàn)上，把對目標設備的命令放到C/BE#(命令1字節選通)引腳上。C/BE#引腳上的狀態(tài)標識了PXI不同種類(lèi)的命令，PXI總線(xiàn)的操作主要體現在PXI總線(xiàn)命令上?？偩€(xiàn)命令出現在PXI地址期的C/BE[3::0]線(xiàn)上，總線(xiàn)命令的作用是用來(lái)規定主、從設備之間的傳輸類(lèi)型。由圖2可見(jiàn)，第1個(gè)數據傳輸需3個(gè)時(shí)鐘周期，其后每個(gè)時(shí)鐘完成相應的1個(gè)數據傳輸。
2.2 PXI總線(xiàn)接口實(shí)現
接口電路的功能是實(shí)現本地總線(xiàn)信號和PXI(PCI)總線(xiàn)信號之間的轉換，所以接口電路的基本功能是完成讀寫(xiě)操作控制邏輯的轉換。目前PXI總線(xiàn)的接口方案主要有2種：使用可編程邏輯器件和使用專(zhuān)用總線(xiàn)接口器件。
(1)可編程邏輯器件實(shí)現：對于設計者來(lái)說(shuō)，并不需要實(shí)現規范中的所有功能，而采用可編程邏輯器件就可以靈活地選擇自己所需的功能。PXI總線(xiàn)對負載和傳輸數據的時(shí)間要求都比較苛刻，同時(shí)還需要器件內部實(shí)現配置各類(lèi)寄存器，而且要實(shí)現比較復雜的應用，需要開(kāi)發(fā)者對協(xié)議有深刻的了解。因此，用可編程邏輯器件方案難度較大，開(kāi)發(fā)時(shí)間長(cháng)，不適合小批量生產(chǎn)。
(2)專(zhuān)用PCI接口芯片+FPGA實(shí)現：專(zhuān)用PCI接口芯片的缺點(diǎn)是靈活性比較差，但其支持PCI協(xié)議，可以減少開(kāi)發(fā)時(shí)間，提高效率。FPGA用來(lái)實(shí)現PXI總線(xiàn)所要完成的觸發(fā)總線(xiàn)、局部總線(xiàn)等功能。本設計采用的就是接口芯片的方案。
PXI接口電路利用PCI9054芯片構造PCI接口。PCI9054由PCI總線(xiàn)接口邏輯、本地總線(xiàn)接口邏輯、內部邏輯和EEPROM接口邏輯組成。本地接口邏輯由可編程邏輯器件實(shí)現，包括地址/數據信號、I/O讀寫(xiě)信號、存儲器讀寫(xiě)控制信號以及等待周期產(chǎn)生邏輯和總線(xiàn)控制邏輯等[3]。串行EEPROM采用93CS56芯片，在EEPROM中，按順序存儲接口卡最重要的配置信息。將板卡連接到PXI插槽后，在系統上電時(shí)，PCI9054首先檢查到EEPROM，然后按照EEPROM中的值配置其內部寄存器。圖3是PCI9054寄存器的配置信息。

PCI9054有3種工作模式：M、C、J。M模式適用于與Motorola的RISC處理器(MPC850和MPC860)無(wú)縫連接使用，所以在使用其他種類(lèi)的處理器時(shí)，就要使用C或者J模式。在本項目中采用局部數據總線(xiàn)16位、地址數據不復用的方式，所以選擇C工作模式。PCI9054的C模式又支持3種數據直接傳輸方式：直接主模式、直接從模式、DMA方式。因為系統主要利用PXI總線(xiàn)向計算機傳送數據和讀取計算機配置命令，且計算機是PXI總線(xiàn)上的主設備，所以PC19054采用直接從模式的方式。
3 功能電路的設計
3.1 信號源的設計
3.1.1 GNSS信號源的設計
測量綜合控制器測試臺中，GNSS信號源模擬GNSS接收機。信號源的準確性有利于測量綜合控制器性能的測量。測量綜合控制器GNSS模塊在每幀的開(kāi)始利用幀同步脈沖向GNSS接收機發(fā)出取數請求信號，GNSS接收機接到請求后，在8 ms內向遙測設備傳送完1 000 bit(125 B，先傳高位)的測量參數后，遙測設備必須在下一個(gè)取數信號到來(lái)之前將數據傳輸完。其接口電路如圖4所示。