作者：謝志剛 陳自力 李 猛 薛向榮

　　摘要：描述了基于PXI總線的數(shù)字輸入/輸出模塊的特點(diǎn)和原理，以及用PCI9030接口芯片和FPGA器件實(shí)現(xiàn)的PXI總線接口電路，提出了數(shù)字輸入/輸出電路及高精度延時(shí)補(bǔ)償電路的實(shí)現(xiàn)方法。實(shí)踐證明系統(tǒng)原理和硬件設(shè)計(jì)是成功的。

   關(guān)鍵詞：PXI總線 數(shù)字輸入/輸出 PCI9030 FPGA器件

　　PXI總線是PCI總線的一種擴(kuò)展總線；PXI總線是設(shè)計(jì)用戶測(cè)試系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)選擇，可以靈活地級(jí)建自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。PXI總線具有標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)放、結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)、模塊可重復(fù)使用、眾多儀器廠家支持等特點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛。

　　基于PCI總線的數(shù)字輸入/輸出模塊用來(lái)接收和發(fā)送來(lái)自被測(cè)器件的圖形數(shù)據(jù)，通過(guò)與預(yù)期的正確結(jié)果進(jìn)行比較，完成被測(cè)電路的功能測(cè)試。用它組建的測(cè)試系統(tǒng)，具有測(cè)試速率快、可靠性高和診斷精度高等特點(diǎn)，能夠滿足不同電子產(chǎn)品測(cè)試的要求，可廣泛應(yīng)用于數(shù)字系統(tǒng)的在線故障診斷、總線仿真、微處理器仿真以及電子裝備故障診斷等。
　　
　　1 數(shù)字輸入/輸出模塊的工作原理

　　數(shù)字輸入/輸出模塊采用PXI總線測(cè)試平臺(tái)，具有四通道32路，每個(gè)通道存儲(chǔ)深度為64K，可獨(dú)立編程為輸入或輸出通信，時(shí)鐘頻率最高可達(dá)20MHz，存儲(chǔ)的圖形數(shù)據(jù)支持單次、循環(huán)和跳轉(zhuǎn)三種輸出方式，輸出電平兼容COMS/TTL電平，輸出擺率不超過(guò)±5ns，輸出電平脈沖寬度可編程調(diào)試，其范圍為6.25ns×4～409.6μs×1024，測(cè)試圖形的裝載速率，可以達(dá)到10Mbyte/s，能夠在很短的幾秒鐘內(nèi)完成圖形數(shù)據(jù)的裝載及數(shù)字的輸入/輸出。

　　數(shù)字輸入/輸出模塊用于數(shù)字測(cè)試的基本方法是：從輸入端施加若干測(cè)試激勵(lì)，記錄并觀察其相應(yīng)的輸出響應(yīng)，并與預(yù)期的正確數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。如果兩者不一致，則可能有故障存在。同時(shí)對(duì)有故障的電路板進(jìn)行進(jìn)一步的診斷，找出故障發(fā)生的原因，進(jìn)行維修，這就是通常所說(shuō)的功能測(cè)試。對(duì)于一個(gè)具有n個(gè)輸入/輸出端口的電路板來(lái)說(shuō)，完全測(cè)試需2n條測(cè)試激勵(lì)，如果n較小，可以用2n條測(cè)試激勵(lì)進(jìn)行完全測(cè)試；但當(dāng)n較大時(shí)，則需要有多路的測(cè)試激勵(lì)同時(shí)進(jìn)行工作，這就需要數(shù)字輸入/輸出模塊能夠提供盡可能多的輸出通道，滿足故障測(cè)試的要求。

　　數(shù)字輸入/輸出模塊的工作原理如圖1所示，整個(gè)電路的實(shí)現(xiàn)由PXI總線接口電路和功能電路兩部分組成，PXI總線接口電路采用可編程器件及PCI9030接口芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)接口功能；功能電路部分含有四個(gè)通道，每個(gè)通道都可以指定為輸出激勵(lì)模式或記錄響應(yīng)模式。輸出激勵(lì)模式的作用是：在主控計(jì)算機(jī)上生成激勵(lì)圖形數(shù)據(jù)，根據(jù)圖形的寬度、長(zhǎng)度、輸出方式確定所需端口個(gè)數(shù)；對(duì)所用端口生成相應(yīng)控制信息，通過(guò)PXI控制器將圖形數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)傳給圖形I/O模塊，并存入各個(gè)端口的圖形存儲(chǔ)器中；設(shè)置起始地址，選擇激勵(lì)時(shí)鐘，設(shè)置圖形存儲(chǔ)的工作方式為輸出主要；最后由上位機(jī)發(fā)送“運(yùn)行”命令，圖形I/O輸出激勵(lì)圖形數(shù)據(jù)到DUT端口。記錄響應(yīng)模式的作用是：根據(jù)所要記錄的響應(yīng)圖形的寬度、長(zhǎng)度確定所需端口個(gè)數(shù)，對(duì)所用端口生成相應(yīng)控制信息，通過(guò)PXI控制器將控制數(shù)據(jù)傳給圖形I/O模塊，并存入各個(gè)端口的圖形存儲(chǔ)器中；設(shè)置起始地址，選擇響應(yīng)時(shí)鐘，設(shè)置圖形存儲(chǔ)器的工作方式為記錄方式；最后由上位機(jī)發(fā)送“運(yùn)行”命令，使圖形I/O接收來(lái)自DUT端口的響應(yīng)圖形數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在圖形存儲(chǔ)器內(nèi)。記錄結(jié)束后上位機(jī)從模塊讀取響應(yīng)圖形數(shù)據(jù)，以供分析研究使用�！�

　　存儲(chǔ)器通過(guò)PXI總線從上位機(jī)下載激勵(lì)圖形數(shù)據(jù)，單次或循環(huán)輸出激勵(lì)圖形數(shù)據(jù)，接收來(lái)自DUT端口的響應(yīng)圖形數(shù)據(jù)并保存到圖形存儲(chǔ)器中。地址發(fā)生器為PXI總線讀寫(xiě)圖形存儲(chǔ)器時(shí)提供地址，在輸出或記錄時(shí)實(shí)現(xiàn)圖形I/O從任意地址進(jìn)行任意長(zhǎng)度的單次或循環(huán)輸出數(shù)據(jù)。激勵(lì)圖形數(shù)據(jù)從圖形存儲(chǔ)器輸出后經(jīng)觸發(fā)器進(jìn)行同步直接輸出。所有的控制切換都由控制邏輯完成，這些邏輯在FPGA上實(shí)現(xiàn)。

　　每個(gè)端口的控制寄存器包括圖形存儲(chǔ)器地址、轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址、端口數(shù)據(jù)總線、配置和狀態(tài)/時(shí)鐘源等寄存器。圖形存儲(chǔ)器地址寄存器用于設(shè)置圖形存儲(chǔ)器的當(dāng)前地址；轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址寄存器用于循環(huán)執(zhí)行；端口數(shù)據(jù)總線寄存器負(fù)責(zé)PXI總線和圖形存儲(chǔ)器的通訊，用于激勵(lì)圖形數(shù)據(jù)加載、校驗(yàn)和響應(yīng)圖形數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)儲(chǔ)；配置寄存器用于圖形存儲(chǔ)器的工作方式設(shè)定：狀態(tài)/時(shí)鐘源寄存器控制圖形發(fā)生器的起停，選擇圖形發(fā)生器的時(shí)鐘。

　　2 PXI總線接口電路

　　PXI總線接口電路是采用PXI9030接口芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)的，PXI總線接口電路主要由熱交換控制電路、PCI9030接口控制電路、FPGA控制電路和數(shù)字輸入/輸出功能電路等組成。采用Altera公司的FLEX系列的EPF10K50VRC240-4 FPGA實(shí)現(xiàn)部分PCI接口邏輯電路及功能電路，采用PCI9030實(shí)現(xiàn)PCI總線的接口邏輯電路。PCI9030具有最靈活的局域總線，允許各種存儲(chǔ)和I/O設(shè)備選擇多種接口。PCI9030以PLX在Compact PCI上的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，是首個(gè)支持Compact PCI熱交換的目標(biāo)設(shè)備