PXI總線是PCI總線的一種擴展總線,；PXI總線是設(shè)計用戶測試系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)選擇，可以靈活地組建自動測試系統(tǒng)。PXI總線具有標(biāo)準(zhǔn)、開放,、結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強,、模塊可重復(fù)使用,、眾多儀器廠家支持等優(yōu)點，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛,。
　　基于PXI總線的數(shù)字輸入/輸出模塊用來接收和發(fā)送來自被測器件的圖形數(shù)據(jù),，通過與預(yù)期的正確結(jié)果進行比較，完成被測電路的功能測試,。用它組建的測試系統(tǒng),，具有測試速率快、可靠性高和診斷精度高等特點,，能夠滿足不同電子產(chǎn)品測試的要求,，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總線測試平臺,，具有四通道32路,，每個通道存儲深度為64K，可獨立編程為輸入或輸出通道,，時鐘頻率最高可達20MHz,，存儲的圖形數(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±5ns,，輸出電平脈沖寬度可編程調(diào)節(jié)，其范圍為6.25ns×4～409.6μs×1024,，測試圖形的裝載速率,，可以達到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)據(jù)的輸入/輸出,。
　　數(shù)字輸入/輸出模塊用于數(shù)字測試的基本方法是：從輸入端施加若干測試激勵,，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)進行比較,。如果兩者不一致,，則可能有故障存在。同時對有故障的電路板進行進一步的診斷,，找出故障發(fā)生的原因,，進行維修，這就是通常所說的功能測試,。對于一個具有n個輸入/輸出端口的電路板來說,，完全測試需2ⁿ條測試激勵，如果n較小,，可以用2ⁿ條測試激勵進行完全測試,；但當(dāng)n較大時，則需要有多路的測試激勵同時進行工作,，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,，整個電路的實現(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接口芯片來實現(xiàn)接口功能；功能電路部分含有四個通道,，每個通道都可以指定為輸出激勵模式或記錄響應(yīng)模式,。輸出激勵模式的作用是：在主控計算機上生成激勵圖形數(shù)據(jù)，根據(jù)圖形的寬度,、長度,、輸出方式確定所需端口個數(shù)；對所用端口生成相應(yīng)控制信息,，通過PXI控制器將圖形數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)傳給圖形I/O" title="I/O">I/O模塊,，并存入各個端口的圖形存儲器中；設(shè)置起始地址,，選擇激勵時鐘,，設(shè)置圖形存儲器的工作方式" title="工作方式">工作方式為輸出方式；最后由上位機發(fā)送“運行”命令，圖形I/O輸出激勵圖形數(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,、長度確定所需端口個數(shù)，對所用端口生成相應(yīng)控制信息,，通過PXI控制器將控制數(shù)據(jù)傳給圖形I/O模塊,，并存入各個端口的圖形存儲器中；設(shè)置起始地址,，選擇響應(yīng)時鐘,，設(shè)置圖形存儲器的工作方式為記錄方式；最后由上位機發(fā)送“運行”命令,，使圖形I/O接收來自DUT端口的響應(yīng)圖形數(shù)據(jù)并存儲在圖形存儲器內(nèi),。記錄結(jié)束后上位機從模塊讀取響應(yīng)圖形數(shù)據(jù)，以供分析研究使用,。
　　存儲器通過PXI總線從上位機下載激勵圖形數(shù)據(jù),，單次或循環(huán)輸出激勵圖形數(shù)據(jù)，接收來自DUT端口的響應(yīng)圖形數(shù)據(jù)并保存到圖形存儲器中,。地址發(fā)生器為PXI總線讀寫圖形存儲器時提供地址,，在輸出或記錄時實現(xiàn)圖形I/O從任意地址進行任意長度的單次或循環(huán)輸出數(shù)據(jù)。激勵圖形數(shù)據(jù)從圖形存儲器輸出后經(jīng)觸發(fā)器進行同步直接輸出,。所有的控制切換都由控制邏輯完成,，這些邏輯在FPGA上實現(xiàn)。
　　每個端口的控制寄存器包括圖形存儲器地址,、轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址,、端口數(shù)據(jù)總線、配置和狀態(tài)/時鐘源等寄存器,。圖形存儲器地址寄存器用于設(shè)置圖形存儲器的當(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總線和圖形存儲器的通訊,，用于激勵圖形數(shù)據(jù)加載" title="加載">加載,、校驗和響應(yīng)圖形數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)儲；配置寄存器用于圖形存儲器的工作方式設(shè)定,；狀態(tài)/時鐘源寄存器控制圖形發(fā)生器的起停,，選擇圖形發(fā)生器的時鐘。
2 PXI總線接口電路
　　PXI總線接口電路是采用PCI9030接口芯片來實現(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實現(xiàn)部分PCI接口邏輯電路及功能電路，采用PCI9030實現(xiàn)PCI總線的接口邏輯電路。PCI9030 具有最靈活的局域總線,，允許各種存儲和I/O 設(shè)備選擇多種接口,。PCI9030以PLX在Compact PCI上的經(jīng)驗為基礎(chǔ)，是首個支持Compact PCI熱交換的目標(biāo)設(shè)備,。它符合PCI V2.2規(guī)范的32位33MHz 目標(biāo)接口芯片,，使PCI 突發(fā)傳輸速度高達132兆字節(jié)/秒；具有高達60MHz的局域總線操作,，使突發(fā)傳輸速度高達240兆字節(jié)/秒的特點,；可編程局域總線操作，支持非多路復(fù)用和多路復(fù)用32 位地址/數(shù)據(jù)協(xié)議,，并支持動態(tài)局域總線寬度控制,，以通過從屬訪問方式訪問8位、16位或 32位設(shè)備,；其9個可編程的通用I/O,，可用于對功能電路進行控制。PXI總線接口電路原理圖如圖2所示,。為了減小單板上的PCI總線的信號線分支對總線的影響,，必須對總線信號進行串聯(lián)電阻匹配。PCB的布線特征阻抗應(yīng)設(shè)計為65Ω±10%,，匹配電阻阻值為10Ω,。這里僅用到J1連接器，需要加串聯(lián)匹配電阻的信號為：AD0～AD31,、C/BE0#～C/BE3#,、PAR、FRAME#,、IRDY#,、TRDY3、STOP#,、LOCK#,、IDSEL、DEVSEL#,、PERR#,、SERR#、RST#,、INTA#,、INTB#、INTC#,、INTD#,。PXI總線的信號線長度,，必須符合Compact PCI規(guī)范的要求，串聯(lián)電阻的Stub(短線)長度應(yīng)進行限制,，Stub長度越短,，Compact PCI對總線的沖擊越小。PXI總線的信號線長度限制如圖3所示,。在單板上,，對預(yù)充電的信號，從接插件J1(或J2)插針到PCI9030接口器件引腳,，總的信號線長度應(yīng)小于38.1mm,，其中，從接插件插針到串聯(lián)電阻的PCB連線長度應(yīng)小于15.2mm,，預(yù)充電電阻的Stub長度最好是零,，最長不能超過2.5mm。

　　PXI總線及FPGA控制電路具有如下功能：①內(nèi)部集成了功能電路所需的各種寄存器,，分別為狀態(tài)/控制寄存器,、校準(zhǔn)ROM寄存器、序列地址寄存器,、跳轉(zhuǎn)地址寄存器,、功能配置寄存器、輸入輸出控制寄存器,、狀態(tài)/時鐘源寄存器,、時鐘校準(zhǔn)寄存器。②利用PXI總線提供的星形觸發(fā)總線及局部總線,，完成時鐘信號" title="時鐘信號">時鐘信號的傳遞,，減少了時鐘信號到達各個模塊的傳輸延遲" title="傳輸延遲">傳輸延遲，傳輸?shù)臅r鐘信號電平為ECL/TTL電平,；③具有16位數(shù)據(jù)線的傳送能力,，通過對某一地址的讀、寫操作,，完成圖形文件數(shù)據(jù)的加載,、記錄存儲器存儲的響應(yīng)圖形數(shù)據(jù)；④監(jiān)視功能電路的中斷請求,，可通過軟件設(shè)置和外部跳線來設(shè)置中斷級別,，向PXI總線發(fā)中斷請求信號，完成中斷菊花鏈的傳遞,，并將邏輯地址放到數(shù)據(jù)線上,；⑤根據(jù)各個通道對應(yīng)寄存器的配置，譯碼實現(xiàn)各個通道的控制信號,，并確定其工作方式,。
3 功能電路的實現(xiàn)
　　數(shù)字輸入/輸出模塊的功能電路的組成框圖如圖4所示,，它能實現(xiàn)如下六種工作狀態(tài)：①圖形文件的加載。通過對數(shù)據(jù)總線寄存器的寫操作,，在16位地址發(fā)生器的作用下,，將8位的圖形數(shù)據(jù)和4位的控制數(shù)據(jù)裝進容量為64K×4的三片靜態(tài)存儲器中,。②圖形文件的讀取,。在對響應(yīng)圖形數(shù)據(jù)記錄完成后，通過對數(shù)據(jù)總線寄存器的讀操作,，可以獲取某一地址段或全部地址的圖形數(shù)據(jù),，讀入到指定的文件中，并與預(yù)期正確的圖形文件相比較,，判斷被測單元的性能狀態(tài),。③圖形數(shù)據(jù)的激勵。圖形文件加載完成后,，在激勵時鐘的作用下,，同步16位地址發(fā)生器和輸出觸發(fā)器，輸出某一地址段或全部地址的圖形數(shù)據(jù),，或跳轉(zhuǎn)到某一指定地址的數(shù)據(jù),，在輸出端口輸出高電平、低電平或高阻狀態(tài),。④圖形數(shù)據(jù)的響應(yīng),。當(dāng)激勵時鐘加在輸出端時，精確計算圖形數(shù)據(jù)經(jīng)往返的通道和被測單元所產(chǎn)生的延遲T,，使激勵時鐘延遲相同的時間T,，形成響應(yīng)時鐘，加到數(shù)據(jù)輸入端,，同步記錄激勵所產(chǎn)生的響應(yīng)數(shù)據(jù),，在16位地址發(fā)生器的作用下，存儲在64K×4的靜態(tài)存儲器中,，完成圖形數(shù)據(jù)的記錄,。⑤PXI總線數(shù)據(jù)直接輸出。PXI總線數(shù)據(jù)通過軟件的寫操作直接加到輸出觸發(fā)器,，而不經(jīng)過靜態(tài)存儲器存儲,。⑥PXI總線數(shù)據(jù)直接輸入。PXI總線數(shù)據(jù)通過軟件的讀操作,。直接訪問輸入觸發(fā)器,，而不是讀取靜態(tài)存儲器存儲的響應(yīng)數(shù)據(jù)。