一种实用的VXI总线寄存器及接口电路的设计

为实现中断请求和中断仲裁，每个器件的中断仲裁电路应完成的功能为：①产生中断请求；②上传状态/识别码；③屏蔽后级中断应答。本文设计的中断仲裁电路如图3所示。其中TX1～TX3来自中断号选择跳线器，INNER-IRQ为器件内部用户电路中断请求信号，上升沿有效。中断请求过程分如下四步：（1）在系统复位或中断复位（来自控制寄存器）后，IRQOPEN*为“1”使比较电路输出“1”，使中断应答菊花链畅通，且译码电路不工作。（2）当本器件内有中断请求时，使IRQOPEN*为“0”，则译码电路根据中断置位开关的设置输出相应中断请求信号IRQx *。当中断管理器接收中断请求信号后使IACK*有效，并送往中断菊花链驱动器使之输出IACKOUT*有效，同时中断管理器请求DTB总线使用权。（3）当中断管理器获得DTB使用权后，根据接收到的中断请求信号，在地址允许线AS+作用下在地址线上输出相应的A1～A3地址，使比较器输出“0”，从而使IACKOUT*变高，屏蔽后续中断，并清除本器件内部中断请求。（4）中断管理器使数据允许信号DS0*为低，读出器件状态/识别码，响应中断，同时在DS0*的上升沿清除中断请求（使IRQOPEN*为“1”），接通中断应答菊花链，进入中断过程。

3 可编程器件实现和调试

为了克服用中小规模集成电路实现VXI接口电路存在的体积大、可靠性差和可调试性差等不足，可采用可编程器件实现接口电路。本文采用的器件是ALTERA公司的MAX系列，采用的器件可编程软件平台的MAX+plusII。MAX+plus II在编程上提供了多种电路描述形式，主要有图形描述、AHDL描述和VHDL描述等。本文采用图形描述和AHDL描述相结合的描述方法。接口电路的主框架结构和能够用标准元件表述的子模块电路用图形描述方法设计，部分功能子模块用AHDL语言描述。这种设计方式的电路原理结构直观、功能描述简洁。VXI接口电路硬件描述子程序模块由地址修改码器件寻址、端口地址译码、中断请求及控制、寄存器配置四部分组成。

在VXI器件中，寄存器配置步骤是必不可少的，VXI寄存器基器件主要配置寄存器有：识别/逻辑地址寄存器、器件类型寄存、状态/控制寄存器。在接口电路的性质特性明确的前提下，寄存器基器件的配置是确定的，所以直接在可编程器件中实现，且更改也很方便。以下列出的是VXI寄存器基接口电路的主要逻辑表达式（用AHDL语言格式）：

VXIENA=AS#！IACK#！A14#！A15#！AM5#AM4#！AM3#AM1#！AM0；

MYVXIENA=VXIENA#（A6$Q0）#（A7$Q1）#(A8$Q2)#(A9$Q3)#(A10$Q4)#(A11$Q5)#(A12$Q6)#(A13$Q7);

ACKED=(TX1$A1)#(TX2$A2)#(TX3$A3)#IACK#!SYSRST#!IRQPEND#AS#IACKIN;

DTACKNODE=!(DS0DS1#MYVXIENAACKED);

DRACK=DFF(DTAKNODE,SYSCLK,VCC,VCC);

IOENA=MYVXIENA#DS0DS0DS1#!LWORD;

IACKOUT=AS#IACKIN#!ACK;

需要注意的是，在使用中由于部分信号线与VXI背板总线连接时需要采用集电极开路方式接入，如DTACK*、SYSFAIL*、BRx*等，所以应增加一级集电极开路门电路后再与VXI背板总线连接。

接口电路调试有两种方式，一是利用LabWindow/VCI开发工具预先编好一个带操作软面板的调试程序，它包含有各项功能调试控件和相关信息显示窗。在调试电路时只需根据提示在软面板上操作，就可及时得到信息显示。这种调试电路方法方便、直观，但由于调试程序的封装会使得调试细节不透明。另一种形式是在NI公司提供的VXI资源管理器中对端口电路进行操作、调试。这种方法是硬件开发人员主要采用的形式。主要过程为：先打开TM Explore对VXI系统初始化；启动VXI系统初始化；启动VXI InterActive Control面板，在Bus Access中通过修改偏移地址（Offset）、输出值（Value）和观察输入值来对接口电路进行调试。在调试过程中，为便于数据或波形的稳定测试、观察，一般将输出数据的循环次数（count）设成一个较大数。这种调试方式虽然不很直观，但却非常灵活，容易发现硬件电路细节不足。

在VXI接口电路设计方面，只要遵循VXI总线协议，其具体实现方法多种多样。本文从VXI总线协议出发详细阐述了一种VXI寄存器基接口电路的设计方法和工作原理，并介绍了可编程器件实现方法和调试方法。用可编程电路使VXI接口电路模块化、格式化，可缩短VXI总线器件的研制周期、缩小器件体积，提高器件的可靠性。该接口电路已在VXI数字I/O、VXI特征分析仪中使用。随着仪器仪表技术、虚拟仪器技术的 发展，VXI总线作为高性能测试系统仪器的背板总线，将在航空航天、雷达、通讯等领域的测试中占据越来越重要的地位，开发高性能VXI总线器件是目前较热门的研究方向。