基于PXI總線的遙測(cè)信號(hào)測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)

2 PXI總線及接口電路的實(shí)現(xiàn)
PXI是PCI在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，它將Compact-PCI規(guī)范定義的PCI總線技術(shù)發(fā)展成適用于試驗(yàn)、測(cè)量與數(shù)據(jù)采集場(chǎng)合的機(jī)械、電氣和軟件的規(guī)范，從而形成新的儀器體系結(jié)構(gòu)。PXI將PC的高性價(jià)比優(yōu)勢(shì)和PCI總線向儀器領(lǐng)域擴(kuò)展的需求完美結(jié)合起來(lái)，它通過(guò)增加用于多板同步的觸發(fā)總線和參考時(shí)鐘、用于精確定時(shí)的星型觸發(fā)總線以及用于相鄰模塊間高速通信的局部總線來(lái)滿足用戶的測(cè)試要求[1]。
2.1 PXI總線的讀寫(xiě)
在一個(gè)PXI總線的應(yīng)用系統(tǒng)中，如果某設(shè)備取得了總線控制權(quán)，就稱其為“主設(shè)備”；而被主設(shè)備選中進(jìn)行通信的設(shè)備稱為“從設(shè)備”或“目標(biāo)設(shè)備”。PXI總線有2種操作模式[2]：
(1)正常模式：地址和數(shù)據(jù)交替使用AD總線。首先發(fā)送的是地址信號(hào)，接著就是數(shù)據(jù)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(duì)1個(gè)32位寬的數(shù)據(jù)總線，最大寫(xiě)數(shù)據(jù)傳輸速度只有66 MB/s，而最大的讀數(shù)據(jù)傳輸速度只有44 MB/s。
(2)突發(fā)模式：在這種模式下，主設(shè)備首先發(fā)出1個(gè)起始地址，接著是一系列隱含著地址(地址順序增量)的數(shù)據(jù)信號(hào)。這樣傳輸?shù)娜绻蔷哂羞B續(xù)地址的內(nèi)存塊，對(duì)1個(gè)32位寬的數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)傳輸速度最高可達(dá)到133 MB/s(32位)或是266 MB/s(64位)。
本系統(tǒng)采用的是突發(fā)讀寫(xiě)模式，圖2為32位PXI總線在突發(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(shè)備把地址放到AD總線上，把對(duì)目標(biāo)設(shè)備的命令放到C/BE#(命令1字節(jié)選通)引腳上。C/BE#引腳上的狀態(tài)標(biāo)識(shí)了PXI不同種類的命令，PXI總線的操作主要體現(xiàn)在PXI總線命令上?？偩€命令出現(xiàn)在PXI地址期的C/BE[3::0]線上，總線命令的作用是用來(lái)規(guī)定主、從設(shè)備之間的傳輸類型。由圖2可見(jiàn)，第1個(gè)數(shù)據(jù)傳輸需3個(gè)時(shí)鐘周期，其后每個(gè)時(shí)鐘完成相應(yīng)的1個(gè)數(shù)據(jù)傳輸。
2.2 PXI總線接口實(shí)現(xiàn)
接口電路的功能是實(shí)現(xiàn)本地總線信號(hào)和PXI(PCI)總線信號(hào)之間的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換。目前PXI總線的接口方案主要有2種：使用可編程邏輯器件和使用專用總線接口器件。
(1)可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)：對(duì)于設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，并不需要實(shí)現(xiàn)規(guī)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總線對(duì)負(fù)載和傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間要求都比較苛刻，同時(shí)還需要器件內(nèi)部實(shí)現(xiàn)配置各類寄存器，而且要實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的應(yīng)用，需要開(kāi)發(fā)者對(duì)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(zhǎng)，不適合小批量生產(chǎn)。
(2)專用PCI接口芯片+FPGA實(shí)現(xiàn)：專用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(xiàn)PXI總線所要完成的觸發(fā)總線、局部總線等功能。本設(shè)計(jì)采用的就是接口芯片的方案。
PXI接口電路利用PCI9054芯片構(gòu)造PCI接口。PCI9054由PCI總線接口邏輯、本地總線接口邏輯、內(nèi)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(xiàn)，包括地址/數(shù)據(jù)信號(hào)、I/O讀寫(xiě)信號(hào)、存儲(chǔ)器讀寫(xiě)控制信號(hào)以及等待周期產(chǎn)生邏輯和總線控制邏輯等[3]。串行EEPROM采用93CS56芯片，在EEPROM中，按順序存儲(chǔ)接口卡最重要的配置信息。將板卡連接到PXI插槽后，在系統(tǒng)上電時(shí)，PCI9054首先檢查到EEPROM，然后按照EEPROM中的值配置其內(nèi)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的處理器時(shí)，就要使用C或者J模式。在本項(xiàng)目中采用局部數(shù)據(jù)總線16位、地址數(shù)據(jù)不復(fù)用的方式，所以選擇C工作模式。PCI9054的C模式又支持3種數(shù)據(jù)直接傳輸方式：直接主模式、直接從模式、DMA方式。因?yàn)橄到y(tǒng)主要利用PXI總線向計(jì)算機(jī)傳送數(shù)據(jù)和讀取計(jì)算機(jī)配置命令，且計(jì)算機(jī)是PXI總線上的主設(shè)備，所以PC19054采用直接從模式的方式。
3 功能電路的設(shè)計(jì)
3.1 信號(hào)源的設(shè)計(jì)
3.1.1 GNSS信號(hào)源的設(shè)計(jì)
測(cè)量綜合控制器測(cè)試臺(tái)中，GNSS信號(hào)源模擬GNSS接收機(jī)。信號(hào)源的準(zhǔn)確性有利于測(cè)量綜合控制器性能的測(cè)量。測(cè)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(jī)發(fā)出取數(shù)請(qǐng)求信號(hào)，GNSS接收機(jī)接到請(qǐng)求后，在8 ms內(nèi)向遙測(cè)設(shè)備傳送完1 000 bit(125 B，先傳高位)的測(cè)量參數(shù)后，遙測(cè)設(shè)備必須在下一個(gè)取數(shù)信號(hào)到來(lái)之前將數(shù)據(jù)傳輸完。其接口電路如圖4所示。