桂林电子科技大学自动测试总线.docx
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桂林电子科技大学自动测试总线
自动测试总线课件
目录
自动测试总线课件1
绪论2
1、第一代自动测试系统(专用型):
2
2、第二代自动测试系统(台式仪器积木型)2
代表性标准有:
2
第二代自动测试系统优点:
3
第二代自动测试系统缺点:
3
3、第三代自动测试系统(模块化仪器集成型):
3
虚拟仪器3
虚拟仪器的特点(和传统仪器相比):
3
4、自动测试系统发展方向3
第二章VXI总线规范4
资源管理器和0槽服务的区别:
4
资源管理器的作用4
0槽服务作用:
4
2.3VXIbus的构成和功能4
DTB请求与仲裁过程:
4
双重中断优先权判决方案:
4
MODID模块识别线5
MODID线的用途5
一个采用A16/A24寻址方式的消息基器件,逻辑地址为8,要求的附加存储空间为2M,计算5
中断请求模块的三个任务:
5
中断处理模块的任务:
6
第三章VXI总线接口电路及模块设计6
VXI接口电路简图6
消息基器件地址译码电路框图6
中断请求过程7
例子—不带智能芯片的寄存器基器件接口电路(继电器开关模块)7
(1)G*中为何没有AM2?
7
(2)G*中为何没有A05-A01?
7
(3)为何没有用到A00呢?
7
第四章VXI总线即插即用规范7
VXIbus硬件规范和字串行协议7
VPP规范是对VXI总线标准的补充和发展7
VPP系统的特点:
7
仪器驱动器的概念8
VPP仪器驱动程序的特点8
虚拟仪器可分为三种类型:
8
面板定义:
8
VISA定义8
VISA的作用8
第五章自动测试系统软件设9
LabVIEW的特点和功能:
9
IVI规范9
IVI与VPP的关系:
9
Vpp规定了哪些内容9
IVI驱动程序如何实现互换性9
IVI是如何消除冗余的9
第6章自动测试系统集成10
集成VXI总线自动测试系统的步骤:
10
例子—组建VXI总线自动测试系统,测试滤波器幅频特性10
第七章IEEE488.1标准接口系统11
三线挂钩11
并行查询11
串行查询11
串行查询和并行查询比较11
串行查询序列11
并行查询过程12
IEEE488.1标准的消息按内容分为哪两类?
分别由谁发出?
如何区分?
各包含什么内容?
12
IEEE488.2标准的目的:
12
SCPI要解决什么问题12
SCPI的目标12
纵向兼容性12
横向兼容性12
功能相容性12
绪论
1、第一代自动测试系统(专用型):
•第一代自动测试系统采用计算机或其它逻辑、定时电路进行控制,它没有解决系统内各设备间的连接接口标准化问题,为了使系统中各个仪器和控制器之间进行信息交换,必须研制专用接口电路。
当系统比较复杂,需要程控的器件较多时,不但研制的工作量大,费用高,而且系统的适应性很差。
它是针对具体测试任务而设计的,不能用于不同功能的其它测试任务。
•优点:
在测试性能,设备功能等方面都比以前的仪器有较大改善;
•缺点:
尚未解决系统内各设备间链接用的接口标准化问题,只能使用专用接口;
•举例:
数据采集系统、自动分析系统等
2、第二代自动测试系统(台式仪器积木型)
为解决第一代自动测试系统中存在的必须使用专用接口的缺点,研制和发展了具有标准接总线系统的第二代自动测试系统。
代表性标准有:
(1)CAMAC标准接口系统:
•1969年欧洲电子学标准化委员会正式发表,我国在20世纪80年代开始采用该标准。
(2)IEEE488标准接口系统:
1972年由美国HP公司提出,并被IEEE(美国电气及电子工程师协会)、IEC(国际电工委员会)等所接受。
GPIB:
凡是按照IEEE488标准设计制造出来的可程控电子测量设备,不论出自何厂,均可用此标准总线连接起来,在控制器的作用下,构成一个自动测试系统。
IEEE488成为程控仪器的通用接口总线,即GPIB。
第二代自动测试系统优点:
•测试过程高度自动化
•较大提高了测试速度和精度
•通过多次测量和统计平均方法消除系统噪声的影响
•自动修正系统误差
•通过数据处理可直接获得所需的测试结果
•可进行系统诊断
•可有多种输出方式
•便于改变、增删测试内容,能改建、拆散和重建系统
第二代自动测试系统缺点:
•当测试系统中仪器较多时,体积大,不便移动;各仪器有各自独立电源供电,有自己的显示、面板等,资源浪费,防震和抗干扰能力差。
3、第三代自动测试系统(模块化仪器集成型):
为了克服第二代自动测试系统的缺点,1982年出现了一种新型的微机化插件式仪器,它需要与个人计算机配合才能工作(它只是一个测试电路,没有电源、显示、面板等),称为个人仪器或PC仪器。
虚拟仪器
虚拟仪器系统:
早期的自动测试系统大都是为某测试目的而专门设计制造的专用系统。
今后的自动测试系统将是以计算机为核心的更高层次、更高水平的虚拟仪器系统。
虚拟仪器:
是计算机与仪器仪表相结合的产物,它利用计算机的强大功能,结合相应的硬件,大大突破了传统仪器仪表在数据传送、处理、显示和存储等方面的限制,使用户可以方便的对其维护、扩展和升级。
用户可以通过编制软件来定义它的功能。
软件就是仪器:
利用软件将计算机硬件资源与仪器硬件资源有机的融合为一体,从而把计算机强大的处理功能和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起,大大缩小了仪器硬件的成本和体积。
•虚拟仪器技术的优势:
在于用户可自定义自己的专用仪器系统,且功能灵活,应用面极为广泛。
虚拟仪器的特点(和传统仪器相比):
软件是虚拟仪器的核心:
软件就是仪器;
性价比高:
可同时对多个参数进行实时高效的测量,可大大降低环境干扰和系统误差的影响,开发周期短,节约硬件成本;
具有良好的人机界面:
测试结果是通过软件在计算机屏幕
上显示的,因而用户可根据自己的需要,通过软件来定义软面板形式;
具有与其它设备互联的能力:
如和VXI总线或现场总线等的接口能力,还可以将虚拟仪器接入网络。
混合总线的测试系统:
就是在一个系统中集成多个自动化测试平台的不同部件,包括PXI,PCI,GPIB,VXI,USB,LAN和LXI等不同的总线。
现在的产品变的越来越复杂,对混合信号测试的要求也就越来越高,这样就需要利用不同总线测试平台的优势,搭建一个混合的测试系统来满足测试的需求。
4、自动测试系统发展方向
•使用混合的系统,工程师们可以很容易的在现有的系统上进行升级或是添加新的部件,而无需重新设计整个系统。
同时,这样的混合系统对软件的架构提出了更高的要求,希望无论是在驱动服务层还是在应用软件层都能对不同的总线平台进行无缝的支持,也就是说,一个统一的软件架构将成为整个混合测试系统的核心。
第二章VXI总线规范
选择接口依据三个关键因素:
数据传输速度、控制器与VXI总线子系统的距离、能否对多个VXI总线子系统控制(可互连的主机箱个数)。
资源管理器和0槽服务的区别:
它们往往做在同一模块,插入机箱0号槽中,但它们的任务有所区别。
0槽器件具有0槽功能,也具有非0槽功能,当使用非0槽功能时,可插在机箱的非0号槽中,当使用0槽功能时,则插在机箱的0号槽中。
而资源管理器模块必须插在0号槽中,故当资源管理器和0槽服务做在同一模块中时,只能插入0号槽,且逻辑地址为0。
资源管理器的作用:
主要任务是配置管理系统。
资源管理器是一个命令者器件,逻辑地址为0,其它器件的逻辑地址不能设为0。
•在系统上电时,完成系统配置功能:
器件识别、系统的自检管理、配置系统地址图、
进行命令者/从者分层、分配中断请求线、启动正常操作。
•除上电、复位等情况的资源管理外,在系统运行期间,也要提供服务,称为运行期资
源管理;另外还提供GPIB-VXIbus翻译器、人机交互等功能。
0槽服务作用:
VXIbus主机箱有13个插槽,面对插入方向从左至右其编号为0~12。
0号槽与其它槽有所不同,0槽器件主要用来给其所在的子系统中的1~12号槽提供公共系统资源,其中包括:
(A)通过P2连接器提供系统时钟CLK10和模块识别信号MODID,是0槽必须提供的资源。
(B)通过P3连接器提供系统时钟CLK100、同步信号SYNC100及星形线STARX和STARY。
2.3VXIbus的构成和功能
DTB仲裁机制:
(1)0-3四种固定优先级,第3级优先权最高,第0级最低。
仲裁菊花链共有4条,只有BRX*、BGXIN*及BGXOUT*中X(取值0-3)取值相同时才能构成一级仲裁链路。
一条链路对应一个固定优先级
DTB请求与仲裁过程:
•请求使用DTB的模块在发出总线请求的同时令其总线允许输出为高,使优先级低于它的模块不得使用DTB线。
•同时它监视总线允许输入线,一旦为低就表示总线请求得到允许,这时它驱动总线忙信号
BBSY*表示总线已被占用当它使用完DTB线就释放BBSY*线(令其为高电平)并使本模块的总线允许输出线变为低电平,取消对优先级低于它的模块总线使用权的封锁。
•若有优先级更高的模块产生总线请求,仲裁模块可用总线清除信号BCLR*来中断现行DTB周期,当前使用DTB的模块也释放该线。
优先中断总线的菊花链只有一条:
由中断管理模块的IACK*和菊花链驱动模块、中断管理模块和各个中断请求模块上的IACKIN*和IACKOUT*构成。
(DTB仲裁总线有4条菊花链)
双重中断优先权判决方案:
•
(1)基于IRQ1*~IRQ7*的固定中断优先权排队。
其中IRQ7*优先权最高,IRQ1*优先权
最低,这是由中断处理模块的中断排队逻辑判定的。
(2)基于菊花链IACKIN*/IACKOUT*的优先权判定。
靠近0号槽的模块的优先级高。
获得DTB使用权的中断处理模块转入中断响应阶段,驱动IACK线为低电平,则0号槽IACK菊花链驱动模块驱动其IACKOUT为低电平激励菊花链路,具备中断响应条件的中断模块将其IACKOUT置为高电平,以防止后续中断模块产生中断响应。
各个模块虽然处于同一中断菊花链中,但使用不同的中断请求线IRQN*,只要自己使用的IRQN*有效,则自己的IACKOUT*即为1,对后面的模块屏蔽,但若不是自己的IRQN*,即使自己的IACKIN*=0,也要把该优先权继续向后传递下去,IACKOUT*=0,所以只有
同一级别的中断请求(使用同一条中断请求线IRQN*),靠近0槽模块的优先级才高,而究竟响应哪条IRQN*的请求,则由中断管理模块判定,它驱动地址线A01-A03,经译码得出IRQN*中的N。
MODID模块识别线:
用于检测模块的存在并指出实际的物理槽位。
MODID1~MODID12,这12根线自0号槽分别送至1号槽至12号槽,若槽中有模块,则分别通过825Ω的下拉电阻到地,则该槽的MODID线为0,否则,说明槽中没有模块。
如图2.15(P33)
•0号槽还有它自己的MODID线(MODID00)。
系统自动配置时必须用到MODID线。
MODID线的用途:
1、检测各插槽中模块是否存在,即使被检测的模块已有故障
2、识别一个特定器件的物理位置(插槽号)
3、用灯或其它方法指出模块的实际物理位置
一个采用A16/A32的器件需要附加1M字节的操作寄存器存储空间计算,根据器件型号寄存器部分给出的公式,由256×223-m=1M(220),可得m=11,在配置系统地址图时,资源管理器给偏移寄存器的4~15位填上适当的数值,即基地址的高12位,并把它们作为A32地址线A31~A20的值,由于220为1M,A19~A0从全0到全1刚好为1M的存储空间。
一个采用A16/A24寻址方式的消息基器件,逻辑地址为8,要求的附加存储空间为2M,计算。
完成填空:
•识别寄存器:
D15~D14=(10),D13~D12=(00)
•逻辑地址寄存器:
XXXXXXXX00001000
•寄存器基地址:
11,00001000,000000
•器件型号寄存器:
D15~D12=(0010)(即m)m的计算公式:
M=256^a*2^(23-m)
•偏移寄存器:
D15~D13将被资源管理器动态分配某数值,对应A24地址线的(A23~A21),作为附加地址空间的基地址,A20~A0从全0到全1,恰为2M地址空间。
VXI系统中参加通信的单元有以下三类
1)寄存器基从者:
2)消息基从者;3)消息基命令者
最简单的通信是使用数据寄存器和响应寄存器,以字串行方式传送数据,这种方式定义为“字串行”协议。
•所有消息基器件都执行这种协议。
它是为消息基器件定义的最基本的通信方式,在硬件和软件的实现上都很简单,而且还能为完成系统任务提供所需要的通讯能力。
字串行协议:
串行地从一个固定地址向另一个固定地址传送数据的通讯协议。
如读写从者的数据寄存器。
•字串行数据传输过程:
数据传送过程由响应寄存器中的状态位来协调。
状态位表明写数据寄存器是否为空,以及读数据寄存器是否为满。
只有当响应寄存器中“写准备好”位置1时,数据才能被写入到写数据寄存器中。
当数据已放在写数据寄存器中时,“写准备好”位清0,直至此数据被从者接收。
而只有当响应寄存器中“读准备好”位置1时,有效数据才能从读数据寄存器中读出。
当数据已从读数据寄存器中读出时,“读准备好”位清0,直至从者将另一个数据放入读数据寄存器中。
字串行通讯三种形式:
•字串行通信(16位)
•长字串行通信(32位)
•扩展长字串行通信(48位)
2.5VXI总线器件的操作
中断请求模块的三个任务:
•
(1)当器件需要中断时,驱动IRQn*为低电平,向监视IRQn*线的中断处理模块请求中断;
•
(2)当它的中断被处理模块响应时,将状态/识别字节送上D00-D07,传给处理模块;
•(3)处理菊花链线信号IACKIN*/IACKOUT*,当它的请求被响应时,它把IACKIN*低电平转换到高电平送上IACKOUT*,以阻止后续中断模块响应中断;否则,它传送IACKIN*到IACKOUT*上。
•中断由中断请求模块提出,而由此引发的中断响应和服务处理过程的控制是中断处理模块执行。
中断处理模块的任务:
•
(1)安排它管辖范围内IRQ线上出现的各中断请求的优先级。
•
(2)申请DTB控制权,并在获准使用DTB时进入中断响应周期。
•(3)它能使用DTB从已响应的请求模块读取状态/识别字节。
•(4)根据收到的状态/识别字节的信息,转入相应的中断服务程序。
中断响应的优先权安排
•在VXI系统中,采用双重中断优先权判决方案。
•
(1)基于IRQ1-IRQ7的固定中断优先权排队。
其中IRQ7具有最高优先级。
•这由处理模块的中断排队逻辑判定。
判定后中断处理模块在A01-A03地址上输出3位中断响应识别码,以指定被响应的IRQn线。
•
(2)基于菊花链线IACKIN*/IACKOUT*的固定优先权判定。
第三章VXI总线接口电路及模块设计
VXI接口电路简图
消息基器件地址译码电路框图
中断请求过程
1.某模块在申请中断时,其CPU驱动IRQ线,使相应的IRQn*为低。
•2.VXI总线中断管理器响应IRQn*后,驱动A03~A01为n,然后驱动IACK*为低,经中断菊花链驱动IACKIN*为低。
3.待IACKIN*传至申请中断的模块时,模块对认可的请求级别进行判断,即A03~A01经译码(使用74LS138)后,通过数字比较器(可使用74LS688)与预先设置好的中断请求级别(拨码开关)进行比较,如与中断请求级别不一致,则驱动IACKOUT*为低,驱动菊花链路,将信号送入菊花链中的下一模块。
如一致,则IACKOUT*输出为高,停止中断认可菊花链路的传递。
4.中断请求被响应后,该模块的CPU通过数据线发送中断向量,并释放中断请求IRQn*,控制DTACK*进行应答。
5.VXI总线中断管理器收到中断向量后,转入相应的中断服务程序进行处理,中断过
程完成。
例子—不带智能芯片的寄存器基器件接口电路(继电器开关模块)
第一级译码表达式:
(G*低有效)
•G*=A15’+A14’+
•(A13⊕Q7)+(A12⊕Q6)+‥‥‥+(A06⊕Q0)
•+(IACK*)’+(LWORD*)’+
•AM5’+AM4+AM3’+AM1+AM0’
(1)G*中为何没有AM2?
•由于该模块的地址修改码既可以为29H(101001),又可以为2DH(101101)即和AM2对应的位取0和取1均满足要求,故G*表达式中省略了AM2。
地址修改码功能如下表所示。
(2)G*中为何没有A05-A01?
•因为G*表达式是第一级译码,目的是选择访问那个模块,而A05-A01是第二级译码,目的是选择模块中的寄存器(64个寄存器中的1个),故G*表达式中没有A05-A01。
第二级译码由A05~A01、DS0*、DS1*、WRITE*来完成。
决定访问在第一级译码中被选中的模块的64个寄存器中的哪一个。
(3)为何没有用到A00呢?
•因为VXIbus中没有A00这条地址线,VXIbus中对数据的访问方式最低是D16,即一次访问一个字,不需要精确到字节,所以不需要A00。
但实际上在VXIbus中是可以访问
字节的,它是由DS0*、DS1*、LWORD*和A01来决定的。
第四章VXI总线即插即用规范
VXIbus硬件规范和字串行协议保证了不同厂家VXI总线仪器模块级的互换性。
•为了实现VXIbus系统级的互换性,1993年NI、Tek、Racal等著名仪器公司成立了VXI
plug&play联盟并制定了VXIplug&play规范,简称VPP规范。
VPP规范是对VXI总线标准的补充和发展,主要解决了VXI总线系统的软件级标准问题。
•制定了标准的系统软件结构框架,对操作系统、编程语言、I/O程序库、仪器驱动程序和高级应用软件工具作了原则性规定,从而真正实现了VXI总线系统的开放性、兼容性、互换性。
•提供给用户进行系统维护、再开发的能力,缩短了VXI系统集成时间,降低了成本。
最大的受益者是用户而不是生产厂家。
VPP系统的特点:
•1、系统性
•更注重于整个结构化、模块化的虚拟仪器系统设计,而不仅是VXI仪器硬件模块与软件模块的设计。
•2、开放性
对仪器生产厂家和用户开放,不仅是设计指导规范,也是应用指导规范。
•3、兼容性
仪器类型可以是VXI、PXI、GPIB、RS232,不需要将以前的测试系统完全抛弃,可与已有部分相兼容,保证已有的投资。
•4、统一性
VPP系统的核心是提供了统一的I/0接口软件(VISA)规范。
为不同的软件在同一平台提供了基础。
在VISA基础上编写的仪器驱动程序、软面板也成为统一格式的标准模块。
仪器驱动器的概念:
仪器驱动器是一套可被用户调用的子程序,利用它就不必了解每个仪器的编程协议和具体的编程步骤,只需调用相应的一些函数就可以完成对仪器各种功能的操作,并且对仪器驱动程序的结构、功能及接口开发等作了详细规定(VPP3)。
VPP仪器驱动程序的特点
1、仪器驱动程序由仪器供应厂家提供
•仪器驱动程序是一个完整的软件模块,由仪器模块供应厂家提供模块的同时提供给用户。
2、所有仪器驱动程序既提供可调用函数,又提供程序源代码
•用户通过阅读与理解仪器驱动程序源代码,根据自己的需要来修改与优化驱动程序。
仪器供应厂家不完全限定仪器功能,仪器具有扩展性与修正性,可以方便的将仪器集成到系统
中去,也可以方便的实现虚拟仪器系统的优化。
3、仪器驱动程序结构的模块化与层次化
仪器驱动程序并不是I/O级的底层操作,而是较抽象的仪器测试与控制。
所有仪器程序的设计都遵循外部接口模型与内部设计模型的双重结构
4、仪器驱动程序的一致性
仪器驱动程序的设计与实现机制都是统一的。
用户在理解了一个仪器驱动器后,可以利用仪器驱动器程序的一致性,方便而有效的理解另一个仪器驱动程序。
5、仪器驱动程序的兼容性与开放性
•VPP规范对于仪器驱动程序的要求,不仅适用于VXI仪器,也同样适用于GPIB仪器,串行接口仪器的驱动程序的开发。
同样,VPP规范也不仅适用于消息基器件驱动程序的开发,也适用于寄存器基器件驱动程序的开发。
•在虚拟仪器系统中,所有类型的虚拟仪器具有同样结构与形式的仪器驱动程序,从而大大提高仪器系统的集成与调试过程,非常有利于虚拟仪器系统的维护与发展。
虚拟仪器可分为三种类型:
测量仪器、源仪器、开关仪器,分别完成测量任务、源激励任务、开关选通任务。
面板定义:
•VPP软面板是一个特殊的测试应用程序,它为仪器模块提供一个替代前面板的控制接口。
该控制接口不是在仪器前面板上,而是在计算机显示器上
VISA定义:
VirtualInstrumentationSoftwareArchitecture,即虚拟仪器软件结构,是VPP系统联盟
制定的I/O接口软件标准及其相关规范的总称。
•VISA为虚拟仪器提供了标准化的I/O接口软件规范。
•虚拟仪器软件结构中的标准I/O接口软件称为VISA库。
VISA的作用
•1、为整个工业界提供统一的软件基础
•所有的驱动程序都在VISA库基础上开发,不同厂家软件可在同一平台运行。
•2、对驱动程序、应用程序不必考虑接口类型
•相同的函数可以为VXI、GPIB、PXI仪器编写软件。
3、仅规定为用户提供的标准函数,不对具体实现作任何说明
•VISA与硬件密切相关,厂家根据自己的硬件设计相应的VISA库。
•4、用于编写符合VPP规范的仪器驱动程序,完成计算机与仪器之间的命令和数据传输,实现对仪器的
控制。
•5、VISA库作为低层I/O接口软件,运行于计算机系统中。
第五章自动测试系统软件设
LabVIEW的特点和功能:
•
(1)使用“所见即所得”的可视化技术建立人机界面;
•
(2)使用图标表示功能模块,连线表示数据传递,用数据流程图语言编写程序;
•(3)提供调试功能;
•(4)支持多种系统平台,提供大量函数库。
IVI规范
IVI(InterchangeableVirtualInstrument,可互换虚拟仪器)驱动程序是NI公司提出的一种新类型的
仪器驱动程序,它使得测试工程师可以对不同厂家、不同型号的同一类仪器(如Agilent、Tektronix公
司的示波器)编写相同的程序代码,即测试系统硬件组成发生变化时,测试程序代码可以重用。
•IVI是建立在VPP基础之上,比VPP更高一个层次。
IVI与VPP的关系:
•VPP规范通过VISA解决了仪器驱动程序与硬件接口的无关性,比如VXI测试设备由GPIB零槽更换为1394零槽,只需要重新安装新零槽的驱动程序,而不必改变仪器驱动程序的代码。
那如果换了不同公司的消息基器件,仪器驱动程序需要更改吗?
?
?
我也不知道。
•IVI要解决测试应用软件和仪器驱动程序的无关性,比如VXI测试设备中的多用表模块由HP1411A更换为Racal4152A,只需要改变计算机上的一些设置,而不必改变测试应用程序的代码。
Vpp规定了哪些内容
仪器驱动程序结构模型
VPP规定了仪器驱动程序结构模型
规定了一小部分函数
大部分函数没有规定
vpp没有解决仪器驱动程序标准化问题
IVI9大类仪器:
•IVI基金会制订的仪器驱动程序规范将仪器分成基本功能和扩展功能两部分,并将所有的仪器进行分类。
更换同类仪
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