PXI总线论文 篇1
PXI可以利用现成的大量工业标准软件数据的存储及处理的微机系统的开发。
PXI支持两种Eurocard尺寸的模块:3U, 160*100mm;6U, 233.35*160mm。3U可以有J1, J2两个接口连接器, J1包括32位本地总线信号, J2包括64位PCI数据所需信号和用于实现PCI电气特性的信号。
1 PXI总线的发展过程
PXI总线技术的产生和发展可以分为三个主要阶段:
1) PCI局部总线技术
PCI是Peripheral Component Interconnect的英文缩写, 由美国Intel公司首先推出。1991年Intel公司联合世界上多家公司成立了PCISIG, 致力于促进PCI局部总线工业标准的发展。1992年, PCISIG发布了PCI局部总线规范1.0。经过修改后, 1993年发布了PCI总线局部规范2.0, 1995年又发布了修改版2.1, PCI局部总线是微机上的处理器/存储器与外围控制部件、外围附加模块之间的互联结构, 它规定了互联结构的协议、电气机械以及配置空间规范。
2) Compact PCI总线技术
Compact PCI是Compact Peripheral Component Interconnect的缩写, 是PCI总线的电气和软件标准加欧式卡的组装标准。自1993年以来, 由于PCI总线在开放性、高性能、低成本、通用操作系统等方面的优势, 使其得到迅速的普及和发展。这一冲击波大大激发了工业领域和通信市场的制造商及用户开始考虑如何利用PCI的成果和改造PCI总线, 制造出更坚实、模块化、更易用、生命周期更长的嵌入式计算机产品, 满足工业控制通信领域的需要。
1994年, 美国的一些工业计算机制造商建立了PCI工业计算机制造协会, 简称PICSIG。1995年PICSIG出版了Compact PCI规范1.0, 1997年又出版了Compact PCI规范2.0。
Compact PCI迅速利用PCI的优点, 提供了满足工业需求的高性能核心系统。
3) PXI总线技术
PXI总线是1997年美国国家仪器公司 (NI) 发布的一种高性能低价位的开放性, 模块化仪器总线, 是一种专为工业数据采集与仪器仪表测量应用领域而设计的模块化仪器自动测试平台。他能够提供高性能的测量, 而价格不十分昂贵。PXI总线将Compact PCI规范定义的Compact PCI总线技术发展成适合于试验, 测量与数据场合应用的机械, 电气和软件规范, 从而形成了新的虚拟仪器体系结构。PXI这种新型模块化仪器系统是在PXI总线内核技术上增加了成熟的技术规范和要求形成的。
它通过增加用于多板同步的触发总线和参考时钟, 用于进行精确定时的星形触发总线, 以及用于相邻模块间高速通讯的局部总线来满足试验和测量用户的要求。PXI规范在Compact PCI机械规范中增加了测试环境和主动冷却要求以保证多厂商产品的互操作性和系统的易集成性。PXI将Microsoft Windows定义为其标准软件框架, 保证系统的易于集成与使用, 从而进一步降低最终用户的开发费用。
2 PXI总线开发的具体实践
本论文利用北京航天测控技术有限公司生产的基于Windows 8系统的PXI智能平板 (产品代号为AMC58222) 作为开发平台, 对PXI总线进行开发。
本设计主要是把PXI总线通过桥接芯片PCI9052来转化为本地总线以此来实现PXI总线对本地信号的控制。
本地总线的实现是由CPLD完成的。
本论文讨论的是把PXI总线转换为本地总线后通过CPLD来控制板卡上的模拟开关。PXI总线传输数据需要用到驱动程序的开发, 这里用到的开发工具为Win Driver, 该板卡的供电电压为5 V, 通过PXI总线来实现。开发的过程中使用的Win Driver的版本是10.21。该板卡是标准的3U模块, 总线用到了J1接口, 可以提供32位的总线传输位数, 该板卡的实现方案如图1所示。
本文所涉及的电路板的实物图如图2。
在应用PXI总线的过程中我们应用到了50Ω的排阻来实现PXI总线和PCI9052芯片的连接, 其作用是为了增强总线的传输能力。
PCI9052所要实现的是将PXI总线转化为本地总线, 在使用PCI9052信号连接的过程中, 需要注意一些问题, 其中的引脚TEST和LHOLD需要接一个10 k的下拉电阻。CPLD的时钟是由PCI9052提供的, 其频率为32 MHz, 本论文用到的是PCI9052的C模式, 该模式下数据总线和地址总线是分开的, 下面表1是通过模拟开关控制的信号电平。
在开发过程中, 需要对驱动程序进行编写, 本论文采用的是Win Driver, 该软件的特点是支持ISA, EISA, PCI, Plug&Play和DMA。不需要牵扯到很低层的东西即可在短时间里编出驱动程序。使用Win Driver的优点是:开发者并不需要熟悉任何内部操作系统或kernel programming或DDK及任何驱动程式。Win Driver同时允许开发者在自己所熟悉的开发环境下, 利用使用者模式 (User Mode) 如使用MSDEV Visual C/C++, Borland C++Builder, Delphi或者任何Win32编译器。使用Win Driver所开发的驱动程序均可用于Windows 9x, NT/2000, NT Embedded, CE Linuxand Solaris等平台。
该软件可以缩短开发驱动程序的周期, 它本身已经建立了一个关于PCI9052驱动开发的基本框架, 可以在此基础上进行适合自己功能的驱动的开发。
首先要进行软件的安装, 由于PLX9050的库文件和PLX9052完全兼容, 因此, 可以使用plx/9050来对PCI9052芯片进行开发。安装好软件后依次打开软件Win Driver目录下的PXI, 9050 (该文件夹里包含Projects, Win32, X86文件夹各一个, file.txt文件, p9050.inf文件, 和p9050_diag.c文件) , 安装该文件下的p9050.inf文件, 该文件夹里是一个PCI9050芯片的诊断程序, 为总线的调试提供了简单的驱动程序, 我们可以在此基础上对其进行修改, 来满足实际的需要。
打开该文件夹里的p9050_diag.exe, 就可对我们开发的板卡进行测试, 该测试程序包括以下几个功能:
1) 扫描PCI总线
2) 找到和打开一个PLX芯片。
3) 读/写芯片上的存取器和IO口地址
4) 读/写芯片上的配置空间
5) 读/写run-time寄存器
6) 使能/禁止芯片的中断
7) 使能/禁止即插即用和电源管理事件
8) 访问板卡上的串行EEPROM
9) 退出
通过实际的测试后验证发现板卡可以被电脑找到, 并且可以正常读取, 我们在设计时用了四个LED灯来判断是哪个开关在工作。
在设计本地总线的时候要用到CPLD, 通过阅读PCI9052的数据手册, 进行数据传输时需要对CPLD编写状态机来实现数据的转换。该状态转换如图3所示。
3 结论
以下是开发过程中编写的部分CHDL程序:
摘要：论述了PXI总线开发的背景以及PXI总线转化为本地总线的具体开发过程, 包括驱动的开发, 硬件电路的搭建和本地总线的工作流程。
关键词：PXI总线,CPLD,状态机,PCI9052
参考文献
[1]任勇峰, 彭巧君, 刘占峰.基于FPGA的CPCI高速读数接口设计[J].电子器件, 2015 (1) :148-151.
[2]张艳.PXI总线技术综述[J].电子世界, 2013, 24:15-16.
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[4]陈琦.PCI9052芯片在话音处理单元中的应用[J].现代导航, 2015 (1) :58-64.
[5]王亚晓, 李平, 王建华.基于PCI9052的CNC齿轮测量中心CAMAC机箱控制器的研制[J].工具技术, 2010 (4) :87-90.
PXI总线论文 篇2
近年来, 航空技术发展迅猛, 与之配套的通信导航设备也愈发复杂。因此, 通信导航设备的检测工作也越来越复杂、困难。而由于民航产业的特殊性, 其飞行的安全性非常重要, 故对其配套的通信导航设备的稳定性与可靠性要求异常的高, 从而对通信导航设备的检测工作尤为重要。
传统的手工测试效率低, 且由于测试人员的个体差异, 测试效果的准确性并不稳定。显然传统的手工测试工作已无法满足要求。随着计算机技术和电子技术的发展, 以及设备检测工作日益困难, 自动检测技术应运而生。利用自动测试系统对通信导航设备进行测试, 可极大提高检测工作的效率及可靠性。发展并完善通信导航设备的自动测试系统是一项势在必行的工作。
二、自动测试设备构成
自动测试系统分为自动测试设备 (ATE) 、测试程序集 (TPS Test Program Set) 两部分, 如图1所示:
1、自动测试设备 (ATE) :
自动测试设备由IPC (工控机) 、接口总线 (如GPIB、PXI、VXI、RS232等) 、各式测量、激励仪器构成。IPC根据测试程序通过接口总线向各仪器发送命令, 控制仪器完成相应的测量动作, 同时也从这些仪器中读取数据, 并分析处理这些数据, 生成报告。
2、测试程序集 (TPS) :
测试程序集分为三部分, 即测试程序 (TP) 、测试单元适配器 (TUA) 、测试程序集文档。
测试程序是为被测单元开发的一组能由测试设备执行的代码序列, 用来完成对被测单元进行功能及各项指标的测试, 并输出测试结果。
接口适配器称为测试单元适配器, 是自动测试系统的重要组成部分, 主要实现自动测试系统的通用测试接口向被测单元特定接口的转换, 即用与实现计算机与测试仪器、被测单元之间的电气和机械连接。
测试程序集文档。测试程序集文档的作用是提供自动测试设备完成对被测单元自动检测的各类文字信息, 例如测试指南、接口适配器文档、测试程序说明等内容。
三、硬件平台设计
3.1GPIB总线简介
GPIB (General Purpose Interface Bus) 总线是一种并行的与可程控测量仪器件相连接的小型标准接口总线系统。GPIB的硬件规格和软件协议已纳入国际工业标准—IEEE488.1和IEEE488.2[1]。
GPIB器件与控制器的连接方式有三种:线型连接、星形连接以及混合型。
3.2PXI总线简介
PXI (PCI extensions for Instrumentation) 总线是PCI总线的相仪器领域的扩展, 由NI于1997年发布, 是一种开放性、模块化仪器总线规范。
PXI规范包括3个方面:机械性能、电气性能、软件性能[3]。
3.3硬件平台总体结构
自动测试系统的硬件资源通过GPIB、PXI、SCXI与IPC (工控机) 进行通信。
(1) 以GPIB为接口总线的仪器通过GPIB卡与工控机进行通信。 (2) 以PXI作为接口总线的仪器插在PXI机箱中, 在机箱的主板中通过PXI总线与PXI机箱的0槽的控制器相连, PXI机箱的0槽的控制器通过MXI-4与工控机相连, 从而实现通信。 (3) SCXI机箱中的设备在SCXI机箱主板中通过SCXI总线与机箱的控制器通信, SCXI机箱的控制器与工控机通过USB总线通信, 从而实现了通信。
硬件平台的结构图如图2所示:
四、基于自动化测试系统的例程
系统的软件平台的设计所用的开发工具是Lab Windows/CVI 2010。
Lab Windows/CVI是NI推出的一套面向测控领域的软件开发平台, 其功能强大, 可以容易地设计出符合实际要求的仪表操作界面, 并对采集到的实时数据进行各种数学处理和运算。它的集成化开发平台, 交互式编程方法, 丰富的控件和库函数大大增强了C语言的功能, 为熟悉C语言的开发人员建立检测系统, 自动测量环境, 数据采集系统, 过程监控系统等提供了一个理想的软件开发环境[5]。
本例程以ATE中的硬件资源———GNS743A作为被测单元。
GNS743A是导航卫星模拟器, 可产生GLONASS和GPS在L1子带上的卫星射频信号, 用于对GLONASS和GPS接收机进行工程测试。
GLONASS是俄罗斯开发的卫星导航系统, 以前苏联地心坐标系 (PE-90) 作为坐标系, 采用频分多址技术, 卫星靠频率不同来区分, 每组频率的伪随机码相同。其L1自带上的信号频率分别是1602.0000+K*0.5625 MHZ (K=1to 24) 。
本例程的测试内容是GNS743A所合成产生的GLONASS的信号, 如表1所示。
本例程是用HP8596E频谱仪对GNS743A的部分频率进行测试, 并将结果输出至“*.ar”文件。
程序将先对相关硬件初始化, 然后在使GNS743A输出不同频率的信号。HP8596E接收到信号后, 由控制平台对所接受的信号频率与相应的标称值进行比较, 若在容差范围内, 则判断为正确, 否则错误。
输出测试结果
五、结论
本论文根据通信导航设备的实际测试工作需求做了深入分析, 并以此为出发点, 对自动测试系统的硬件及软件设计进行了规划。
硬件平台设计方面:总线选用GPIB、PXI作为系统的主要总线, 辅以SCXI总线。硬件资源主要采用了安捷伦、R&S公司、惠普、艾法斯等公司所生产的测量仪器, 这些测量仪器在工控机的带动下, 可完成对通信导航设备的精确、可靠的测量。
软件平台设计方面:以Lab Windows/CVI作为开发工具, 实行了模块化设计, 是的软件平台的维护、升级变得更加方便。此外, 系统也定义了平台专用的编程指令, 简化了TPS开发人员的编程工作。
成功实现了对GNS743A输出GLONASS不同频率信号的测试。针对不同的通信导航设备, 可设计出相应的接口和测试子程序集, 随着未来测试仪器仪表的不断完善, 应可逐渐达到实现本通信导航设备自动测试系统的设计目标。
摘要：随着航空技术的发展, 通信导航设备的检测工作也越来越复杂。自动测试技术是当今通信导航设备检测、维修技术发展的趋势, 因此通信导航设备的自动检测系统的开发工作尤为重要。GPIB (General Purpose Interface Bus) 即通用接口总线, 以及PX (IPCI extensions for Instrumentation) , 为目前自动测试设备 (ATE) 常用的总线。以LabWindows/CVI2010作为软件开发工具实现了自动测试系统。在该设备软件开发过程中, 为设备中的测量仪器, 编写了配套的驱动程序, 从而为用户屏蔽了复杂的底层硬件细节。
关键词：自动测试系统,通信导航设备,测试程序集,GPIB总线,PXI总线
参考文献
[1]杨乐平, 李海涛, 肖凯.虚拟仪器技术概论[M].北京:电子工业出版社, 2002:7
[2]曹东, 徐向民.基于GPIB总线结构的航空电子设备自动测试系统[J].科学技术与工程, 2010, (32) :7951-7955
[3]PXI Hardware Specification Rev2121September22, 20041http://pxisa1org/specifications
[4]National Instruments Corporation1The measurement and automation catalog 20071National Iustruments Corporation12007
PXI总线论文 篇3
关键词：PXI；恒流源；精度；测试
在航天设备测试中，陀螺和加速度计测试是不可缺少的重要组成部分。随着陀螺与加速度计精度水平的提高，测试过程中对其激励源－恒流源的精度要求越来越高。本文给出了一种基于PXI总线的高精度恒流源设计，并已成功应用于很多航天型号的陀螺和加速度计测试中。
1系统设计
如图1所示，系统通过PXI总线与上位机进行通信，本地总线与PXI总线通过PXI接口电路连接。PXI接口电路将PXI总线指令翻译成本地局部总线传给FPGA，通过FPGA将PXI总线传输给D/A进行转换，D/A转换后的电压经V/I转换为高精度电流输出给用户。
2系统电路设计
2.1PXI接口电路
面向仪器系统的PCI扩展PXI(PCIeXtensionsforInstrumentation)是一种坚固的基于PC的测量和自动化平台。PXI充分利用了当前最普及的台式计算机高速标准接口——PCI，结合了PCI的电气总线特性与CompactPCI的坚固性、模块化及Eurocard机械封装的特性，并增加了专门的同步总线和主要软件特性。这使它成为测量和自动化系统的高性能、低成本运载平台。
目前实现PXI接口电路的方式主要由两种：采用可编程逻辑电路和专用芯片。由于采用可编程逻辑电路实现起来比较占用芯片内部的资源，本板采用专用芯片来实现PXI总线与本地总线之间的转换。
PCI9054是PLX公司生产的PXI总线通用接口芯片，采用先进的PLX数据管道结构技术，符合PXIV2.1和V2.2规范。PCI9054有3种工作模式：M、C和J；本板采用局部總线16位、地址数据不复用、从操作的C模式。
2.2FPGA电路
FPGA内部逻辑实现本地总线的译码、产生D/A时序以及读取板上温度传感器测试的温度值等功能。采用Xilinx公司的XC3S500E，该芯片的等效逻辑门数为50万，同时还具有158个用户I/O、65个差分I/O对、73kB的分布式RAM、360kB的RAM和20个专用乘法器。编程语言选择Verilog。
2.3高速数字隔离
为了避免计算机侧的数字信号对输出电流产生干扰，因此必须加一级数字隔离电路，本板采用SI8440来对两边的数字信号进行隔离。器件利用标准全CMOS技术设计多组芯片级变压器以提供4通道隔离功能，体积小、成本低，并能提供 2500VRMS 的电气隔离能力。
2.4D/A转换
D/A转换采用AD5542芯片，AD5542 是ADI公司的一款单通道、16位、串行输入、电压输出的数模转换器，采用5 V单电源供电。采用多功能三线式接口，并且与SPI、QSPI、MICROWIRE、DSP接口标准兼容。可提供16位性能，无需进行任何调整。DAC输出不经过缓冲，可降低功耗，并减少输出缓冲所造成的失调误差。输出可以设置为单极性或双极性，上电具有复位功能，在单极性下，上电后输出为0，在双极性下，输出为－VREF。本板采用双极性输出。
输出电压与输入的16位码值之间的关系为：VO=-VREF+D/32768×VREF，其中D为输入的十进制16位码值。
D/A转换部分的电路如图2所示。
ADR433为D/A芯片AD5542的提供基准源。
AD5542芯片内部输出没有驱动运放，需要外加运放使输出为双极性电压，本电路选用的是OP97。
2.5V/I转换电路
OP97运放输出量程为±3.3V的电压，需加一级V/I转换电路。本电路所用的V/I转换电路如图3所示。
通过设置固定的5个码值：FFFF，BFFF，8000，4000，0，用安捷伦高精度6位半万用表的Agilent34401，上电后经过8个小时测试，其分辨率和精度均能达到15.7位。
3结束语
基于PXI总线的高精度恒流源设计，可提供分辨率和精度均为15.7位的输出电流，提高了抗干扰能力，适用于要求高精度测量的系统。
参考文献
[1] 常铁原 朱桂峰 胡重九.一种高稳定数控恒流源的设计[J].电测与仪表，2010，3(47)：59-72.
[2] 范新强，姚兴辉.基于单片机控制的高精度直流电流源系统的开[J]．工矿自动化，2006，12(6)：49-50．