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VXI总线的接口芯片及其应用

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　　摘要: 介绍VXI总线接口芯片" title="接口芯片">接口芯片 IT9010的主要特点、工作方式和基本应用。IT9010是一种很实用的接口器件，在基于虚拟仪器技术的测控系统中得到了广泛应用。

　　关键词: VXI总线接口芯片IT9010 虚拟仪器

　　随着虚拟仪器技术的发展，基于VXI总线的自动测试系统得到了飞速的发展。基于VXI总线的测试平台是公认的21世纪仪器总线系统和自动测试系统的优秀平台。VXI总线模块仪器的优点是易于集成为不同用途的自动测试系统，具有优良的交互操作性，而且数据传输速率高、可靠性高、功耗低。现在，VXI总线仪器和系统已为世人普遍接受，并成为仪器系统发展的主流。但VXI总线规范比较复杂，硬件模块与其接口也较繁琐，而且需要较多寄存器对总线模块实现操作控制。本文介绍一种性能优良的VXI总线接口芯片，即Interface Technology公司的VXI总线接口芯片IT9010，使用这种芯片与VXI总线接口较为简单方便。

1 IT9010的主要特点

　　IT9010是专用VXI总线接口芯片，具有如下特点:①内部集成了VXI总线所需的寄存器，它们分别是配置寄存器" title="配置寄存器">配置寄存器、STATUS/ID寄存器、仪器类型寄存器、偏移寄存器、STATUS/CON寄存器、ID寄存器，因此IT9010也被称为寄存器基的接口芯片;②具有VXI总线地址译码功能;③可对VXI总线和本地总线(LocalBUS)进行仲裁;④具有译码所有31位VXI总线地址(A1~A31)的能力，因此用户既可以用于24位地址(A24)设备的接口，也可以用于32位地址(A32)设备的接口;另外，IT9010还可通过外部拨码开关设置ID寄存器和仪器类型寄存器;通过微处理器对IT9010进行编程等。这些结构使其与VXI总线接口较为简单方便，即使用最少的外围电路并且在PCB板上占据最小的空间。

2 IT9010的内部结构和工作原理

2.1 IT9010的管脚

　　IT9010属于240脚的PQFP封装，其管脚和内部结构如图1所示。

　　IT9010主要由寄存器和控制逻辑所组成，管脚信号分为三大类，即VXI总线信号、本地总线信号和控制信号" title="控制信号">控制信号。

　　VXI总线的主要信号有:

　　VA(31：1)——VXI总线地址，IT9010在VAS信号的下降沿锁存" title="锁存">锁存 VA(31：1);

　　AM(5：0)——地址修改线;

　　VAS——VXI总线地址有效;

　　VWRITE——VXI总线写;

　　VDS0，1——VXI总线数据有效;

　　IACK——中断应答信号;

　　IACKIN——中断应答输入线;

　　IACKOUT——中断应答输出线;

　　IRQ(7：1)——中断请求线，需要加外部驱动器(例如74F760);

　　VDTACK——VXI数据传送" title="数据传送">数据传送允许，需加驱动器(74F38);

　　VD(15：0)——VXI数据总线;

　　SFAIL——系统错误，需加驱动器(74F38)，必须和SFINH信号经过与非门接VXI总线的系统故障线SYSFAIL;

　　VDDIR——VXI总线数据传送方向，为高电平时，VXI总线读数据，为低电平时VXI总线写数据，一般连到双向缓冲器74F245的数据传送方向控制端DIR，如图2所示;

　　VDBEN——数据传送使能，VXI总线读数据或写数据时，VDBEN信号都有效;

　　LA(7：0)——逻辑地址;

　　MODID——模块识别线，它可以通过特有的物理位置或插槽来识别逻辑器件;

　　本地总线信号有:

　　LD(15：0)——本地数据总线，用于访问IT9010的内部寄存器;

　　LDTACK——本地数据传送允许;

　　LRW——本地读写信号;

　　LCS——本地芯片选择，在微处理器对IT9010进行初始化时驱动该信号有效;

　　LAD(6：1)——本地地址线，用于选择IT9010的内部寄存器;

　　INTL(3：1)——中断选择线，选择VXI总线的IRQx;

　　FORCINT——中断申请，当此信号有效时，就通过由INTL(3：1)所选择的中断请求线IRQx向主机发中断，由外部事件触发或由微处理器触发;

　　对外部仪器的控制信号有:

　　VXI/LC——为1时示表明VXI总线控制IT9010，为0时表示本地总线控制IT9010;

　　REGRD——对外部仪器(存储器)读;

　　REGWR——对外部仪器(存储器)写;

　　UASEL——高位地址选择，当访问的外部仪器地址是16位或32位时，此信号有效;

　　IT9010初始化控制信号有:

　　AUTOCFG——自动配置信号;

　　IDISEL——对IT9010的ID寄存器设置时有效;

　　DTISEL——对IT9010的仪器类型寄存器设置时有效。

2.2 IT9010的工作原理

　　首先初始化其配置寄存器，IDISEL和DTISEL控制信号分别用于设置ID寄存器和仪器类型寄存器，IDISEL和DTISEL可由IT9010自己提供(如图2所示)，也可由外部微处理器提供。在IDISEL和DTISEL的上升沿锁存本地总线LD(15：0)上的数据，然后设置逻辑地址。逻辑地址的设置有两种方法，即静态设置和动态设置。静态设置，仪器的逻辑地址通过手动设置，地址固定，不能被编程，逻辑设置由芯片上LA[7：0]实现，当LA[7：0]是除FFH以外的其它值时，其对应的值即为本地模块的逻辑地址，可用DIP开关来实现静态设置;当LA[7：0]为高即FFH时，IT9010处于动态设置，可通过外部微处理器编程来设置，在模块识别线MODID有效时，就将本地总线LD(15：0)上的数据锁存到逻辑地址寄存器中。

　　AM[5：0]是地址修改线，用于区分A16、A24和A32地址空间，VXI的配置寄存器都位于A16的地址空间内，当需要附加外部寄存器时，就需用地址修改线。IT9010为访问外部寄存器(或存储器)提供了接口信号，UASEL是高位地址选择信号，REGRD和REGWR是对外寄存器的读写控制信号，并用VXI/LCL来表明当前是哪个总线(VXI总线或本地总线)在控制IT9010。

　　中断的产生可以通过本地总线写STATUS/ID寄存器来实现，也可以通过FORCINT脚的下降沿实现。中断请求的选择通过INTL(3：1)实现，INTL(3：1)由手动设置，用DIP开关实现。由INTL(3：1)选择中断申请线的代码如表1所示。

　　IT9010可以控制16位和32位的数据传送。IT9010只有16位的数据总线，如果要以32位的格式访问寄存器(或存储器)，高16位数据就会丢失。为了完成32位数据传送，必须使用数据缓冲器。通常使用高速双向缓冲器74F245，74F245可直接连到VXI数据总线上。控制信号VDDIR用于控制数据流动方向，其中低16位D(15：0)的使能由VDBEN控制，高16位D(31：16)的使能由D32BEN来控制。另外，VXI总线的输入信号线LWORD有效时，表明是32位数据传送，这时VDBEN和D32BEN都有效。参看图3。

3 IT9010的典型应用

3.1 最小寄存器基接口

　　图2是IT9010的最小寄存器基应用系统，采用16位地址和16位数据形式，并且没有附加寄存器(存储器)。高速缓冲器74F244用于对IT9010的寄存器进行设置，其中IDISEL信号用于对ID寄存器进行设置;DTISEL用于对仪器类型寄存器进行设置。ID寄存器和仪器类型寄存器的赋值都由DIP开关来设置，DTISEL和IDISEL信号用于控制74LS244的导通和关闭。LA[7：0]用于设置逻辑地址，逻辑地址用于区别不同的仪器设备，图中使用DIP开关来设置，这是静态设置方式。

3.2 24位/32位(A24/A32)存储器接口

　　图3是IT9010与存储器相接的例子，即VXI总线通过接口芯片IT9010对存储器进行读写。存储器采用四片32K×8位的存储器，因此数据位是32位，地址是15位。图中用了4片高速双向缓冲器74F245，用于32位数据的传输控制。存储器的地址线直接接到VXI总线的地址线上，注意VXI总线的地址线是从A1开始的31位，VXI总线的这种A[31：1]的地址，是为了灵活地访问存储器空间。根据VDS0和VDS1的值，VXI总线可访问奇数地址、偶数地址和连续地址。VDDIR接74F245的DIR端，用于控制数据传输的方向。VDBEN使能低16位数据，D32BEN使能高16位数据。REGRD和REGWR分别接存储器的读写端OE和WE。高位地址选择UASEL接存储器的片选信号CE。INTL[3：1]用于选择中断申请线，中断申请线需经过驱动器(74F760)才能触发VXI背板的中断。其余管脚的连接同图2的最小寄存器基接口方法。

3.3 IT9010与微处理器的连接

　　IT9010还可与微处理器接口。微处理器的地址线接到IT9010的本地地址总线上(LAD(6：1))，并且经过译码后接IT9010的片选CS。微处理器的数据线接IT9010的本地数据线(LD(15：0))。这样，微处理器就可以访问IT9010的内部寄存器。REGRD和REGWR分别接到微处理器的/RD和/WR信号线上，需注意的是，微处理器的一个I/O引脚应当接到IT9010的FORCINT引脚上，使其具有向VXI总线发中断的能力，因为对于VXI总线来说，微处理器是从设备，当它需要向主机传送数据时，要申请占用VXI总线，在主机允许后微处理器才能占用总线进行数据的传输。另外，用微处理器与IT9010接口，可以实现逻辑地址的动态设置，并且可由微处理器对ID寄存器和仪器类型寄存器进行设置。

4 VXI总线时序

　　VXI总线通过IT9010对存储器或IT9010的寄存器进行读写的时序简单，读时序图如图4所示，写时序图如图5所示。图中VDTACK信号是由VXI总线发出的数据传送允许信号，VDSx是选择读取方式，VDDIR用于控制74F245的数据流动方向，VDBEN是数据传输使能位，VXI/LCL表示当前是哪个总线控制IT9010，DDSEL是仪器设备选择，UASEL是高位地址选择。