作者：谢志刚 陈自力 李 猛 薛向荣

　　摘要：描述了基于PXI总线的数字输入/输出模块的特点和原理，以及用PCI9030接口芯片和FPGA器件实现的PXI总线接口电路，提出了数字输入/输出电路及高精度延时补偿电路的实现方法。实践证明系统原理和硬件设计是成功的。

   关键词：PXI总线 数字输入/输出 PCI9030 FPGA器件

　　PXI总线是PCI总线的一种扩展总线；PXI总线是设计用户测试系统的标准选择，可以灵活地级建自动测试系统。PXI总线具有标准、开放、结构紧凑、数据吞吐能力强、模块可重复使用、众多仪器厂家支持等特点，其应用领域越来越广泛。

　　基于PCI总线的数字输入/输出模块用来接收和发送来自被测器件的图形数据，通过与预期的正确结果进行比较，完成被测电路的功能测试。用它组建的测试系统，具有测试速率快、可靠性高和诊断精度高等特点，能够满足不同电子产品测试的要求，可广泛应用于数字系统的在线故障诊断、总线仿真、微处理器仿真以及电子装备故障诊断等。
　　
　　1 数字输入/输出模块的工作原理

　　数字输入/输出模块采用PXI总线测试平台，具有四通道32路，每个通道存储深度为64K，可独立编程为输入或输出通信，时钟频率最高可达20MHz，存储的图形数据支持单次、循环和跳转三种输出方式，输出电平兼容COMS/TTL电平，输出摆率不超过±5ns，输出电平脉冲宽度可编程调试，其范围为6.25ns×4～409.6μs×1024，测试图形的装载速率，可以达到10Mbyte/s，能够在很短的几秒钟内完成图形数据的装载及数字的输入/输出。

　　数字输入/输出模块用于数字测试的基本方法是：从输入端施加若干测试激励，记录并观察其相应的输出响应，并与预期的正确数据进行比较。如果两者不一致，则可能有故障存在。同时对有故障的电路板进行进一步的诊断，找出故障发生的原因，进行维修，这就是通常所说的功能测试。对于一个具有n个输入/输出端口的电路板来说，完全测试需2n条测试激励，如果n较小，可以用2n条测试激励进行完全测试；但当n较大时，则需要有多路的测试激励同时进行工作，这就需要数字输入/输出模块能够提供尽可能多的输出通道，满足故障测试的要求。

　　数字输入/输出模块的工作原理如图1所示，整个电路的实现由PXI总线接口电路和功能电路两部分组成，PXI总线接口电路采用可编程器件及PCI9030接口芯片来实现接口功能；功能电路部分含有四个通道，每个通道都可以指定为输出激励模式或记录响应模式。输出激励模式的作用是：在主控计算机上生成激励图形数据，根据图形的宽度、长度、输出方式确定所需端口个数；对所用端口生成相应控制信息，通过PXI控制器将图形数据和控制数据传给图形I/O模块，并存入各个端口的图形存储器中；设置起始地址，选择激励时钟，设置图形存储的工作方式为输出主要；最后由上位机发送“运行”命令，图形I/O输出激励图形数据到DUT端口。记录响应模式的作用是：根据所要记录的响应图形的宽度、长度确定所需端口个数，对所用端口生成相应控制信息，通过PXI控制器将控制数据传给图形I/O模块，并存入各个端口的图形存储器中；设置起始地址，选择响应时钟，设置图形存储器的工作方式为记录方式；最后由上位机发送“运行”命令，使图形I/O接收来自DUT端口的响应图形数据并存储在图形存储器内。记录结束后上位机从模块读取响应图形数据，以供分析研究使用。　

　　存储器通过PXI总线从上位机下载激励图形数据，单次或循环输出激励图形数据，接收来自DUT端口的响应图形数据并保存到图形存储器中。地址发生器为PXI总线读写图形存储器时提供地址，在输出或记录时实现图形I/O从任意地址进行任意长度的单次或循环输出数据。激励图形数据从图形存储器输出后经触发器进行同步直接输出。所有的控制切换都由控制逻辑完成，这些逻辑在FPGA上实现。

　　每个端口的控制寄存器包括图形存储器地址、转移目标地址、端口数据总线、配置和状态/时钟源等寄存器。图形存储器地址寄存器用于设置图形存储器的当前地址；转移目标地址寄存器用于循环执行；端口数据总线寄存器负责PXI总线和图形存储器的通讯，用于激励图形数据加载、校验和响应图形数据的转储；配置寄存器用于图形存储器的工作方式设定：状态/时钟源寄存器控制图形发生器的起停，选择图形发生器的时钟。

　　2 PXI总线接口电路

　　PXI总线接口电路是采用PXI9030接口芯片来实现的，PXI总线接口电路主要由热交换控制电路、PCI9030接口控制电路、FPGA控制电路和数字输入/输出功能电路等组成。采用Altera公司的FLEX系列的EPF10K50VRC240-4 FPGA实现部分PCI接口逻辑电路及功能电路，采用PCI9030实现PCI总线的接口逻辑电路。PCI9030具有最灵活的局域总线，允许各种存储和I/O设备选择多种接口。PCI9030以PLX在Compact PCI上的经验为基础，是首个支持Compact PCI热交换的目标设备