• Стандарт VXI
• Техника
• Программы
• Применение
• Библиотека

Характеристики VXIbus

В середине 80-х годов XX века назрела необходимость разработки нового стандарта для измерительных инструментов. Существовавший General Purpose Interface Bus (GPIB) не был ориентирован ни на портативные тестовые станции, ни на удовлетворение рыночного спроса на более скоростные и экономически эффективные диагностические решения. В 1987 году консорциум компаний, занимавшихся тестовым и измерительным оборудованием, представил миру VXIbus - стандарт новой измерительной архитектуры.

VXIbus (VMEbus eXtensions for Instrumentation) был разработан для удовлетворения потребности в компактных решениях и для обеспечения стандартной модульной открытой архитектуры для интеграции в существующие традиционные измерительные системы на основе GPIB и для самостоятельных приложений. Он был разработан для того, чтобы стать стандартом новой открытой архитектуры, позволяющей модульным инструментам разных производителей одинаково работать в одном крейте.
Вместо разработки абсолютно нового стандарта, VXIbus Консорциум решил развить уже существующий стандарт, хорошо принимаемый на рынке сбора данных и высокоскоростных вычислительных устройств VMEbus.

Архитектура VMEbus, известна своей прекрасной объединительной платой, высокими скоростями передачи данных (40 Мбайт/сек) которые наряду с необходимыми протоколами связи, делали ее идеальной для построения измерительных систем с высокой пропускной способностью. VXIbus объединила простоту использования интеллектуальных GPIB инструментов (например, программирование на ASCII уровне) в своих устройствах "на основе сообщений" и преимущества высокой пропускной способности VME устройств, которые управляются и обмениваются данными непосредственно в двоичном коде (устройства на основе регистров). Хотя VME и является прекрасной компьютерной основой, однако она не подходит для измерительных задач без дальнейшей стандартизации.

VXIbus Консорциум расширил стандарт VMEbus дальнейшим определением параметров с тем, чтобы дать пользователям возможность с легкостью конфигурировать рабочую систему. Некоторые из расширений, добавленных к VMEbus:
- Большие типоразмеры плат для более производительных инструментов и для возможности экранирования.
- Определены все сигналы объединительной платы, что позволило избежать проблем с определением сигналов пользователями на VMEbus.
- Для облегчения интеграции систем добавлены спецификации на охлаждение, питание и Электромагнитное излучение.
- Для облегчения интеграции с существующими системами определены коммуникационные протоколы.
- Добавлены напряжения для высокопроизводительных интструментов.

Система или подсистема на основе VXIbus состоит из VXI-крейта, VXI-приборов, VXI модуля слота-0, VXI менеджера ресурсов и хост-контроллера. Модуль слота-0 заботится об управлении объединительной платы и включает такие ресурсы, как синхронизация и наблюдение за перемещением данных через объединительную плату. Устанавливаемый в 0 слот модуль должен помимо функций обычного модуля выполнять еще и описанные аппаратные функции. Менеджер ресурсов конфигурирует модули для работы при включении или сбросе системы, позволяя пользователям разрабатывать программное обеспечение систем с известной начальной позиции. С момента вхождения системы в режим нормального функционирования Менеджер ресурсов перестает участвовать в ее работе. Крейт VXIbus служит для установки в него VXIbus инструментов и осуществляет запитывание и охлаждение этих инструментов и объединительной платы. VXIbus не разрабатывался, как замена какого-либо существующего стандарта, а создавался, как дополнительное средство для применения в тестовых системах и системах сбора информации. Для этого были определены несколько способов взаимосвязи с VXI, что позволило интегрировать решения на базе VXIbus с решениями на основе VMEbus, GPIB или использовать в качестве самостоятельных портативных систем.

Типовые размеры крейтов и модулей

Спецификация VXIbus определяет 4 типоразмера модулей. Два меньших размера (А и В) являются стандартными размерами VMEbus и во всех смыслах представляют собой настоящие VME модули. Два больших типоразмера (С и D) предназначены для высокопроизводительных устройств. Увеличенное полезное пространство в модулях C и D размера позволяет полностью экранировать наиболее чувствительные части схемы для высокоточных измерений.

На сегодняшний день размер С приобрел наибольшую популярность поскольку позволяет создавать системы меньшего, чем D, размера и при этом дает возможность использовать преимущества VXI (модули A и B размеров являются VMEbus приборами). Единственное существующее на сегодняшний день применение модулей размера D это использование в крупных тестовых системах инструментов или пользовательских схем, разработанных в формате D исходя из внутренних соображений. Решения В размера также существуют, но представляют собой преимущественно VME или малопроизводительные инструменты и не используют возможностей VXI стандарта. 90% всех представленых на VXI рынке приборов - это приборы С размера.

Типоразмер	Размер карты	Расстояние между картами
A size	10х16 см. (3.9х6.3 дюйма)	2 см. (1.2 дюйма)
B size	23.3х16 см. (9.2х6.3 дюйма)	3 см. (1.2 дюйма)
C size	23.3х34 см. (9.2х13.4 дюйма)	3 см. (1.2 дюйма)
D size	36.7х34 см. (14.4х13х4 дюйма)	3 см. (1.2 дюйма)

Контактные разъемы и локальная шина

Наряду с аналоговой суммирующей шиной и линиями локальной шины для непосредственной взаимосвязи модуль-модуль к к существующим сигналам VMEbus были добавлены дополнительные напряжения питания, необходимые для запитывания аналоговых и ECL схем и измерительных шин и синхронизации и переключения измерений.

В VXI определены три 96-контактных DIN разъема P1, P2, and P3.
Разъем P1, единственный основной разъем в VME или VXIbus, содержит шину передачи данных (до 24 бит адреса и 16 бит данных), шину прерываний и некоторые линии питания.
Опциональный разъем P2, имеющийся на платах всех размеров кроме А, расширяет шину передачи данных до ее полных 32 бит. Также на нем добавлено четыре дополнительных питающих напряжения, локальная шина, шина идентификации модуля (позволяет определять номер слота, в котором установлен модуль), и аналоговую суммирующую линию (токовая суммирующая линия, проходящая вдоль всей объединительной платы). Также на этом разъеме имеются TTL и ECL триггерные шины (проходящие через объединительную плату с четырьмя определенными протоколами переключения) и 10 МГц дифференциальный ECL синхросигнал (буферизирован для каждого слота).
Опциональный разъем Р3, имеющийся только на платах размера D, расширяет ресурсы разъема 2 для специализированных приложений. Он обеспечивает 24 дополнительных линии локальной шины, дополнительные триггерные ECL линии, и 100 МГц синхро- и триггерные линии типа "звезда" для точной синхронизации. Применяется редко.

Локальная шина дополняет измерительные системы на основе VXIbus значительными возможностями. Это очень гибкая последовательная шинная структура. Каждый слот VXIbus крейта содержит ряд очень коротких, 50-Омных линий передачи, проходящих между соседними слотами с обеих сторон. Локальная шина содержит по 12 линий в каждом направлении в коннекторе Р2 и 24 дополнительных линии в коннекторе Р3. Эта шина обеспечивает непосредственную связь между собой соседних модулей.

Электромагнитное излучение

В стандарте VXI строго определены уровни изучаемой и проводимой электромагнитной энергии для случаев генерации и поглощения. Важность этой части спецификации VXIbus трудно переоценить. Предельные уровни электромагнитного излучения дают гарантию того, что на работу модуля, содержащего высокочувствительные схемы, не будет влиять работа соседних модулей.

Питание и охлаждение

В типовой IEEE-488 или VMEbus системе системный интегратор должен приложить особые усилия для обеспечения необходимого охлаждения при выполнении системой определенных задач. При этом должны учитываться выделение тепла каждым модулем, воздушный поток и местоположение в стойке. Также необходимо учитывать охлаждающие возможности самой стойки.

Обеспечение необходимого охлаждения в VXIbus системах выглядит значительно проще. Спецификация на VXI крейт любого производителя содержит диаграмму охлаждения для варианта наихудшего расположения модулей в крейте. Она выражена в единицах давления на модуль к поступаемому потоку. Каждый производитель также должен указать воздушный поток и давление, необходимые для нормального функционирования (нормальным считается повышение температуры на 10°C). Затем пользователь проставляет точку указанного в спецификации модуля необходимого соотношения потока и давления на диаграмме охлаждения крейта и, если точка оказывается в пределах соответствующих границ, то модуль гарантированно совместим с данным крейтом.

Наличие спецификации питания, это еще один фактор, облегчающий жизнь системным интеграторам. Для каждого крейта жестко определена предоставляемая мощность питания. Для каждого питающего уровня определены пиковый постоянный ток и полный размах пульсаций тока. При выборе модулей, значения питающих напряжений и потребляемые токи сравниваются с возможностями крейта. Динамические характеристики тока дают уверенность в том, что выбранные модули не увеличат пульсирующую помеху до недопустимого для работы модулей уровня.

Коммуникационные возможности

Коммуникационные возможности являются еще одним предметом стандартизации VXI. Стандарт VXI определяет несколько типов устройств и протоколов, а так же правила квотирования, однако, оставляя при этом структуру открытой для управления VXIbus крейтами и устройствами. VXIbus система или подсистема может управляться как встроенным, так и внешним компьютером, который, в свою очередь, может быть платформо-независимым, т.е. Windows, DOS, UNIX. При использовании внешнего компьютера интерфейс с VXI крейтом так же может быть гибким, например GPIB/VXI, MXI/VXI, RS-232/VXI, Ethernet/VXI. Любой используемый подход имеет свои преимущества и недостатки в зависимости от общих системных требований. В каждом VXI крейте должен быть установлен модуль слота-0. Исходя из имеющихся решений, функции слота-0 обычно интегрированы с интерфейсом во внешний или встроенный контроллер.

Для каждого VXIbus устройства существует уникальный логический адрес (ULA) (нумеруется от 0 до 255) и до 256 устройств на систему. Обычно вольтметр, комутатор или генератор сигналов - это одно устройство. Однако, важно понимать, что ULAs или VXIbus инструменты никак не связаны с конкретными слотами крейта. Спецификация VXIbus допускает расположение нескольких устройств в одном слоте для большей портативности и интеграции, или одного инструмента на несколько слотов для насыщенных. Как показано на рис. 3, VXI модули должны иметь регистры, расположенные по определенным адресам. Верхние 16kБ от 64кБ адресного пространства A16 зарезервированы для VXIbus устройств.

Конфигурационное пространство VXI

· Верхние 16 кБ пространства А16 зарезервированы под конфигурацию VXI
· 64К на устройство
· 8-разрядный логический адрес задает базовый адрес для каждого устройства
· 256 устройств на VXI систему 3F

Устройство-зависимые регистры	3F 20
Зарезервированы спецификацией VXI	1E 1C 1A 18 16 14	Зарезервирован Зарезервирован Зарезервирован Зарезервирован Зарезервирован Зарезервирован
Коммуникационные регистры Необходимы для VXI устройств на базе сообщений	12 10 0E 0C 0A 08	А32 указатель А24 указатель Данные высокий Данные низкий Отклик/Расшир. данные Протокол/Сигнал
Конфигурационные регистры Необходимы для всех VXI устройств	06 04 02 00	Смещение Статус/Управление Тип устройства ID регистр

Устройства на базе регистров

VXI устройство на базе регистров, это простейшее устройство, чаще всего используемое в качестве основы для простых модулей. Связь с устройствами на базе регистров осуществляется исключительно путем записи-чтения регистров. Конфигурация управляется назначенными VXIbus конфигурационными элементами, но программируется через модулезависимые регистры.

Устройства на базе сообщений

Устройства на базе сообщений как правило являются наиболее интеллектуальными устройствами VXI системы. Высокопроизводительные модули обычно являются именно устройствами на базе сообщений. Кроме основных конфигурационных регистров, поддерживаемых устройствами на базе регистров, устройства на базе сообщений обладают общими коммуникационными элементами и поддерживают Word Serial Protocol для обеспечения связи на ASCII уровне с другими устройствами на базе сообщений. Это облегчает поддержку различных производителей теряя при этом в скорости из-за необходимости интерпретировать ASCII-сообщения. Обычно устройства на базе сообщений используют процессор и более дороги, нежели устройства на базе регистров. Поскольку Word Serial Protocol разрешает передачу всего одного байта за транзакцию, который затем еще должен быть интерпретирован встроенным микропроцессором, то устройства на базе сообщений обычно ограничены скоростями на уровне IEEE-488. Однако, наличие опционального доступа через регистры позволяет преодолеть это ограничение, оставляя при этом возможность простой конфигурации устройства через Word serial protocol.

По материалам vxibus.ru