GPIB控制器軟件的IP核設(shè)計

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與通信技術(shù)的高速發(fā)展，測試儀器和測試技術(shù)發(fā)生了革命性變化，“網(wǎng)絡(luò)就是儀器”確切地概括了測試儀器間的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展趨勢。組建網(wǎng)絡(luò)化測試系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)資源共享，而且組建系統(tǒng)方便，還可提高測試系統(tǒng)的復(fù)雜度，拓寬其應(yīng)用范圍。筆者采用CPLD 芯片實現(xiàn)GPIB 控制器的IP 核設(shè)計完成芯片NAT 9914 的產(chǎn)權(quán)自主化，從而大大降低了開發(fā)成本。

1 GPIB 控制器方案設(shè)計

通用接口總線( General Purpose Interface Bus，GPIB) 使自動化測試儀器的互聯(lián)有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，極大地推動了自動測試技術(shù)的發(fā)展。GPIB 總線具有并行總線傳送速度快、有效數(shù)據(jù)速率高、驅(qū)動能力強、通信距離可達(dá)20m、抗干擾能力良好及通用性特點，總線上最多可掛接15 臺設(shè)備并且傳輸速度可以達(dá)到8Mbit /s，因此有良好的應(yīng)用前景[1]，其自動測試系統(tǒng)組建如圖1 所示。

圖1 GPIB 控制器組建的自動測試系統(tǒng)框圖

GPIB 控制器IP 核設(shè)計采用模塊化思想，主要模塊包括狀態(tài)機模塊、數(shù)據(jù)通路模塊和譯碼電路模塊。對狀態(tài)機模塊的設(shè)計包括8 個小模塊( 如源方掛鉤及受方掛鉤等) ，采用VHDL 語言對各個小模塊進(jìn)行編程實現(xiàn)，最后調(diào)用各子模塊并用原理圖的方式進(jìn)行狀態(tài)機頂層模塊設(shè)計，并在Synplify 以及QuartusⅡ平臺進(jìn)行分析和仿真。對數(shù)據(jù)通路的設(shè)計也采用同樣的方式，先對各個子模塊進(jìn)行設(shè)計，然后進(jìn)行整體設(shè)計。最后調(diào)用狀態(tài)機頂層模塊、數(shù)據(jù)通路頂層模塊及多線消息譯碼電路模塊等進(jìn)行GPIB 控制器IP 核的頂層設(shè)計。完成整個IPCore設(shè)計后，通過JTAG 下載方式將Core 下載到選定的DE2 專用開發(fā)套件CPLD 芯片進(jìn)行通信設(shè)置驗證，成功后再搭建硬件，從而得到實體化GPIB 控制器。

2 GPIB 控制器IP 核設(shè)計的實現(xiàn)

2. 1 接口控制電路的工作原理

GPIB 總線是一種24 芯的并行無源總線，由8根地線和16 根信號線組成。16 根信號線為8 根數(shù)據(jù)線( DIO1 ～ DIO8) 、3 根握手線( DAV、NRFD、NDAC) 和5 根管理線( ATN、REN、IFC、EOI、SRQ) 。數(shù)據(jù)傳輸采用位并行、字節(jié)串行的雙向異步傳輸方式。需要注意的是: GPIB 采用的是負(fù)邏輯，即低電平( 不大于0. 8V) 為邏輯1，高電平( 不小于2. 0V)為邏輯0[2]。

GPIB 總線的基本原理是將控者作為服務(wù)器，利用編程并通過GPIB 總線實現(xiàn)對各個儀器的控制，同時各個儀器也通過操作GPIB 控制芯片來實現(xiàn)與服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸，其輸出到GPIB 母線上的信號符合IEEE488 標(biāo)準(zhǔn)，從而達(dá)到自動控制和測試的目的。

2. 2 模塊設(shè)計

GPIB 控制器的設(shè)計主要包括3 個模塊: 接口功能模塊、多線消息譯碼器和數(shù)據(jù)通路模塊。

2. 2. 1 與GPIB 母線通信的接口功能模塊在GPIB 系統(tǒng)中，把器件與GPIB 總線的一種交互作用定義成一種接口功能，實質(zhì)上是一組邏輯功能，實現(xiàn)IEEE488 通信協(xié)議。該功能模塊是本設(shè)計的重點，在接口功能子集的選擇上也有一定的要求，主要實現(xiàn)各子接口功能，即: 源方掛鉤SH、講者T、聽者L、服務(wù)請求SRQ 及遠(yuǎn)控本控RL 等。各接口模塊功能采用同步MOORE 狀態(tài)機( 只與當(dāng)前信號有關(guān)，與輸入信號無關(guān)) 實現(xiàn)。在各子接口模塊功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行頂層狀態(tài)機設(shè)計，即:調(diào)用各子模塊，用原理圖方式對其進(jìn)行互聯(lián)式設(shè)計，并用VHDL 語言完成對狀態(tài)機的描述，實現(xiàn)的邏輯功能如圖2 所示。其中，輸入信號有: GPIB 母線信號( ATN、DAV、IFC、REN、NDAC、NRFD、EOI、SRQ) ，多線消息( MTA、MLA、OTA、LLO、GTL、GET、DCL、SDC、UNL、SPD、SPE) ，輔助寄存器產(chǎn)生的內(nèi)部消息及本地消息( swrst、lon、rsv、ton) 等。這些輸入的信號均通過譯碼電路產(chǎn)生，輸出信號對接口功能的狀態(tài)進(jìn)行控制。

圖2 與GPIB 母線通信功能邏輯

下面以源方掛鉤SH 為例說明其邏輯的實現(xiàn)，邏輯圖如圖3 所示。

圖3 SH 功能實現(xiàn)的邏輯電路