-
-
手机阅读
VME总线的工作原理简介
李慎旭 李东方 高原
山东电视台发射台有4个频道的主机是汤姆逊公司生产的全固态电视发射机，除2频道外其他3个频道的主机都配置了计算机控制系统，且这种计算机控制系统是基于VME总线的。VME总线出现于1981年，它是由motorola公司推出的，经过二十几年连续不断的开发，是稀有的进入21世纪仍然大规模应用的工控总线，VME总线如此强大的生命力和广阔的应用前景源自VME总线的许多独具的特点。由于电视发射机属于专用设备，应用规模少，而从国外引进的全固态电视发射机数量更少，因此各种电视技术期刊中对VME总线的介绍更是稀少，本文即是对VME总线的标准及其工作原理的简介，以便给同业人员研究基于VME总线全固态电视发射机的计算机控制系统提供一些帮助。
一、VME总线类属
计算机系统中应用的总线可分为外部总线和内部总线两大类。外部总线如：RS-232-C、RS-485、IEEE-488、USB等总线；而内部总线又可分为系统总线和片级总线，片级总线如：I2C总线、SPI总线、SCI总线等；系统总线如：ISA总线、EISA总线、VESA总线、PCI总线；工业现场总线如：VME，STD、PC-104、compact PCI等。
二、VME总线简介
VME总线，Versamodel Eurocard由Motorola公司1981年推出的第一代32位工业开放标准总线，其主要特点是VME总线的信号线模仿Motorola公司生产的68000系列单片机信号线，由于其应用的广泛性被IEEE收为标准，即IEEE 1014-1987,其标准文件为VMEbus specification Rev C.1。VME总线的插板一般有两种尺寸，一种是3U高度的带一个总线接口J1，高*长为100mm*160mm，另一种是6U高度的带2个总线接口J1、J2，高*长为233mm*160mm。一般每块VME总线的插板上的接口J1、J2都有96针，每一个接口都是3排，按A、B、C排列，每排32针，J1一般用于直接与VME总线相连，J2的中间列用于扩展地址总线或数据总线，另外两列可由用户定义及I/O、磁盘驱动及其他外设等，（注意：我们应用的全固态电视发射机的I/O板和RC/RI板就扩展了J2口的针脚。）因此VME总线已对未来的应用扩展预留了信号针，这也是VME总线将来可以灵活升级的原因。
VME总线信号的定义解释：
* 表示该引脚低电平为有效信号
A01-A31地址线(address line)
AM0-AM5地址修改码（address modifier code），用来指示地址总线宽度。
BG0IN*-BG3IN* 菊花链信号
BG0OUT*-BG3OUT* 同上
BR0*-BR3*总线请求（bus request）
D00-D31数据总线
DS0*-DS1*（data strobe）数据选通引脚，用来指示32位数据总线的高或低字。
AS*（address strobe）有效地址选通引脚。
DTACK*数据总线响应信号，在读时这条信号线表示数据已在总线上，在写时表示已锁存数据。
实际上我们的全固态发射机的计算机控制系统中的地址只应用了10位，而数据则是8位，有大量的信号针脚未用或作它用。
VME总线的框图：
控制器
控制对总线的访问
处理中断
主设备
接管总线
读/写数据到从
从设备
响应主的读/写访问
产生中断
总线请求/许可
读/写
中断
数据总线
地址总线
三、VME总线的特点
1、可选择地址总线和数据总线的宽度（位）
VME总线的地址总线宽度可以是16、24、32位。数据总线的宽度可以是8、16、24、32、64位，这称为动态地址和数据宽度，从而减少了VME总线对CPU类型的依赖程度。每一个地址都伴随着一个地址修改码，这样从设备就可以知道监视哪几条数据线，应用地址修改码让3U和6U模块兼容方式灵活。J1接口提供了对16位数据总线和24位地址总线的所有总线控制信号，应用J2接口可允许插卡用32位地址总线和32位数据总线，在块传送时32位数据总线可扩展到64位，即将部分地址总线和数据总线带宽复用。J2接口的A、C两列针脚可以用户自己定义或不用。
2、强大的总线功能
VME总线的控制器将每个地址空间映射到内存，通常控制器板上的内存放入地址0，而控制器板上的I/O则置于内存高端，中间的地址用来映射VME总线上的地址，每个设备都可作为一个内存地址或一个地址块，地址分配可以是跳线配置或编程决定的。VME总线支持DMA传送；VME总线卡笼可包含达21个插槽，第一个插槽必须是总线控制器；VME总线采用主从结构，VME总线允许有多个主设备和多个从设备，一般总线控制器由主设备兼任；VME总线是基于TTL电平的，异步的（无中心同步时钟信号），数据传送速度可达20MBYTES/s，支持对数据的读、写、修改、块传送等操作，并支持多种速度的外接设备；总线传送错误检测（BERR*）、总线极性保护功能；拥有一个灵活的中断控制方案，7级优先权中断系统；系统诊断能力（SYSFAIL）、物理寻址、热插拔、即插即用、总线锁住、第一槽检测等功能。
3、多子总线结构
VME总线系统包括4类子总线：数据传送总线、仲裁总线、优先权中断总线和应用总线。
（1）仲裁总线：
由于VME总线可以有多个主设备，获得总线的主设备将BUS BUSY LINE（BBSY）拉低来表示总线正被应用，当BBSY不为低时，总线仲裁器将采样总线请求线BRO——BR3，在BR3上的请求有最高优先权，相同优先权的两个请求，由菊花链（daisy-chain）信号BG0IN——BG3IN来判断谁获取总线控制权，BG0IN——BG3IN编码成以离第一槽的远近来决定优先权，BG0OUT——BG3OUT将由第一槽产生的总线许可信号按槽序号增加的方向向后传送。在另一个更高优先权的总线请求到来时，总线仲裁器将产生一个BCLR*（bus clear）信号，正在应用总线的主设备检测到BCLR信号后即得知另一高优先权主设备要求获得总线，应迅速结束工作，释放总线控制权。由于从设备不能获取总线的控制权，所以常将菊花链信号短接以提供菊花链的连续性。
（2）数据传送总线：
读写数据到插卡，D00——D31是实际数据，被访问的地址出现在A00——A31上，地址修改码（AM0——AM5）指出地址总线的宽度、数据周期的种类和主设备识别，地址选通（address strobe）AS用来指示地址有效，主设备用数据选通信号（DS0、DS1）来控制传送，结合长字选择LWORD信号线一起指出接收数据有效及传送字长，写线用来区别是读还是写操作，DTACK（数据传送响应信号）被从设备用来指示传送完成，传送中的错误BERR指示。
（3）优先权中断总线：
通常仅有一个处理器处理中断，监视中断请求线（IRQ1——IRQ7），IRQ7优先权最高，在响应中断时，一个地址周期产生，这个地址指示请求已被响应，中断响应线（IACK）被仲裁器改变以daisy-chain(雏菊链）的方式向下传送，用IACKIN和IACKOUT信号，一个数据周期指出请求设备，并提取请求设备的状态和IV（中断矢量）。
（4）常用总线：
电源+5V、+/-12V，一个可选的后备电池+5VSTDBY，独立的16MHZ系统时钟（SYSCLK）信号、系统失效信号（SYSFAIL）和AC失效（ACFAIL）信号，系统复位（SYSRESET）信号线用来初始化。串行数据线serial data line(SERDAT)信号线及串行时钟（SERCLK）同步信号。
通常一个典型的VME总线的传送周期包括一个仲裁周期（获总线控制）、一个地址周期和数据周期，由VME总线的控制器指挥各种子总线协调完成工作，由于其工作原理与其它微机的时序工作机制相似，在此不再详叙。
4、VME总线的升级概况
VME总线经过二十几年的发展进化，经历了从最初的VME总线到VME64，到现在的VME320……等等。下面以VME64为例说明VME总线的升级概况及特点。
(1) 信号引脚的扩展
VME64向前兼容以前的VME总线版本的模板，一般VME总线的插卡都有J1接口，有J2接口的插卡也只是应用了其B行信号或不用，而J2接口的A、C两行信号可以作为用户定义引脚，这些引脚你可以定义成自己独有的方式或是遵守IEEE或VITA标准支持第三方的插卡，VME64X或VME64（可选版）应用了一个改进的接口，5行针脚，新的160行针增加了Z和D行，增加的针脚主要是电源+3.3V和地（GROUND）和用户定义脚的数量，而A、B、C行信号定义未作改变。
（2）两个改进
在VME64中新增加了两个改进，2eVME和2eSST。2eVME意思是“2个边沿”，通过将数据传送周期的4个边沿降为2个来加倍了传送速度。2eSST意思是“2个边沿源同步传送”，不再等待DTACK信号，即VME握手不存在，2eSST以主设备的数据率传送数据不管从的数据接收能力，DS1作为传送时钟，DTACK作为接收时钟。
（3）带宽复用
通常VME总线标准提供了32位地址和数据总线，在块传送时，仅有一次传送起始地址就传送256字节数据，其他时间地址总线空闲，VME64应用这种空闲的带宽来进行64位块数据的传送，低的32放在原D0-D31上，高的32位放在空闲的地址总线A01-A31上，这就是地址复用。
1楼
0
0
回复
李慎旭 李东方 高原
山东电视台发射台有4个频道的主机是汤姆逊公司生产的全固态电视发射机，除2频道外其他3个频道的主机都配置了计算机控制系统，且这种计算机控制系统是基于VME总线的。VME总线出现于1981年，它是由motorola公司推出的，经过二十几年连续不断的开发，是稀有的进入21世纪仍然大规模应用的工控总线，VME总线如此强大的生命力和广阔的应用前景源自VME总线的许多独具的特点。由于电视发射机属于专用设备，应用规模少，而从国外引进的全固态电视发射机数量更少，因此各种电视技术期刊中对VME总线的介绍更是稀少，本文即是对VME总线的标准及其工作原理的简介，以便给同业人员研究基于VME总线全固态电视发射机的计算机控制系统提供一些帮助。
一、VME总线类属
计算机系统中应用的总线可分为外部总线和内部总线两大类。外部总线如：RS-232-C、RS-485、IEEE-488、USB等总线；而内部总线又可分为系统总线和片级总线，片级总线如：I2C总线、SPI总线、SCI总线等；系统总线如：ISA总线、EISA总线、VESA总线、PCI总线；工业现场总线如：VME，STD、PC-104、compact PCI等。
二、VME总线简介
VME总线，Versamodel Eurocard由Motorola公司1981年推出的第一代32位工业开放标准总线，其主要特点是VME总线的信号线模仿Motorola公司生产的68000系列单片机信号线，由于其应用的广泛性被IEEE收为标准，即IEEE 1014-1987,其标准文件为VMEbus specification Rev C.1。VME总线的插板一般有两种尺寸，一种是3U高度的带一个总线接口J1，高*长为100mm*160mm，另一种是6U高度的带2个总线接口J1、J2，高*长为233mm*160mm。一般每块VME总线的插板上的接口J1、J2都有96针，每一个接口都是3排，按A、B、C排列，每排32针，J1一般用于直接与VME总线相连，J2的中间列用于扩展地址总线或数据总线，另外两列可由用户定义及I/O、磁盘驱动及其他外设等，（注意：我们应用的全固态电视发射机的I/O板和RC/RI板就扩展了J2口的针脚。）因此VME总线已对未来的应用扩展预留了信号针，这也是VME总线将来可以灵活升级的原因。
VME总线信号的定义解释：
* 表示该引脚低电平为有效信号
A01-A31地址线(address line)
AM0-AM5地址修改码（address modifier code），用来指示地址总线宽度。
BG0IN*-BG3IN* 菊花链信号
BG0OUT*-BG3OUT* 同上
BR0*-BR3*总线请求（bus request）
D00-D31数据总线
DS0*-DS1*（data strobe）数据选通引脚，用来指示32位数据总线的高或低字。
AS*（address strobe）有效地址选通引脚。
DTACK*数据总线响应信号，在读时这条信号线表示数据已在总线上，在写时表示已锁存数据。
实际上我们的全固态发射机的计算机控制系统中的地址只应用了10位，而数据则是8位，有大量的信号针脚未用或作它用。
VME总线的框图：
控制器
控制对总线的访问
处理中断
主设备
接管总线
读/写数据到从
从设备
响应主的读/写访问
产生中断
总线请求/许可
读/写
中断
数据总线
地址总线
三、VME总线的特点
1、可选择地址总线和数据总线的宽度（位）
VME总线的地址总线宽度可以是16、24、32位。数据总线的宽度可以是8、16、24、32、64位，这称为动态地址和数据宽度，从而减少了VME总线对CPU类型的依赖程度。每一个地址都伴随着一个地址修改码，这样从设备就可以知道监视哪几条数据线，应用地址修改码让3U和6U模块兼容方式灵活。J1接口提供了对16位数据总线和24位地址总线的所有总线控制信号，应用J2接口可允许插卡用32位地址总线和32位数据总线，在块传送时32位数据总线可扩展到64位，即将部分地址总线和数据总线带宽复用。J2接口的A、C两列针脚可以用户自己定义或不用。
2、强大的总线功能
VME总线的控制器将每个地址空间映射到内存，通常控制器板上的内存放入地址0，而控制器板上的I/O则置于内存高端，中间的地址用来映射VME总线上的地址，每个设备都可作为一个内存地址或一个地址块，地址分配可以是跳线配置或编程决定的。VME总线支持DMA传送；VME总线卡笼可包含达21个插槽，第一个插槽必须是总线控制器；VME总线采用主从结构，VME总线允许有多个主设备和多个从设备，一般总线控制器由主设备兼任；VME总线是基于TTL电平的，异步的（无中心同步时钟信号），数据传送速度可达20MBYTES/s，支持对数据的读、写、修改、块传送等操作，并支持多种速度的外接设备；总线传送错误检测（BERR*）、总线极性保护功能；拥有一个灵活的中断控制方案，7级优先权中断系统；系统诊断能力（SYSFAIL）、物理寻址、热插拔、即插即用、总线锁住、第一槽检测等功能。
3、多子总线结构
VME总线系统包括4类子总线：数据传送总线、仲裁总线、优先权中断总线和应用总线。
（1）仲裁总线：
由于VME总线可以有多个主设备，获得总线的主设备将BUS BUSY LINE（BBSY）拉低来表示总线正被应用，当BBSY不为低时，总线仲裁器将采样总线请求线BRO——BR3，在BR3上的请求有最高优先权，相同优先权的两个请求，由菊花链（daisy-chain）信号BG0IN——BG3IN来判断谁获取总线控制权，BG0IN——BG3IN编码成以离第一槽的远近来决定优先权，BG0OUT——BG3OUT将由第一槽产生的总线许可信号按槽序号增加的方向向后传送。在另一个更高优先权的总线请求到来时，总线仲裁器将产生一个BCLR*（bus clear）信号，正在应用总线的主设备检测到BCLR信号后即得知另一高优先权主设备要求获得总线，应迅速结束工作，释放总线控制权。由于从设备不能获取总线的控制权，所以常将菊花链信号短接以提供菊花链的连续性。
（2）数据传送总线：
读写数据到插卡，D00——D31是实际数据，被访问的地址出现在A00——A31上，地址修改码（AM0——AM5）指出地址总线的宽度、数据周期的种类和主设备识别，地址选通（address strobe）AS用来指示地址有效，主设备用数据选通信号（DS0、DS1）来控制传送，结合长字选择LWORD信号线一起指出接收数据有效及传送字长，写线用来区别是读还是写操作，DTACK（数据传送响应信号）被从设备用来指示传送完成，传送中的错误BERR指示。
（3）优先权中断总线：
通常仅有一个处理器处理中断，监视中断请求线（IRQ1——IRQ7），IRQ7优先权最高，在响应中断时，一个地址周期产生，这个地址指示请求已被响应，中断响应线（IACK）被仲裁器改变以daisy-chain(雏菊链）的方式向下传送，用IACKIN和IACKOUT信号，一个数据周期指出请求设备，并提取请求设备的状态和IV（中断矢量）。
（4）常用总线：
电源+5V、+/-12V，一个可选的后备电池+5VSTDBY，独立的16MHZ系统时钟（SYSCLK）信号、系统失效信号（SYSFAIL）和AC失效（ACFAIL）信号，系统复位（SYSRESET）信号线用来初始化。串行数据线serial data line(SERDAT)信号线及串行时钟（SERCLK）同步信号。
通常一个典型的VME总线的传送周期包括一个仲裁周期（获总线控制）、一个地址周期和数据周期，由VME总线的控制器指挥各种子总线协调完成工作，由于其工作原理与其它微机的时序工作机制相似，在此不再详叙。
4、VME总线的升级概况
VME总线经过二十几年的发展进化，经历了从最初的VME总线到VME64，到现在的VME320……等等。下面以VME64为例说明VME总线的升级概况及特点。
(1) 信号引脚的扩展
VME64向前兼容以前的VME总线版本的模板，一般VME总线的插卡都有J1接口，有J2接口的插卡也只是应用了其B行信号或不用，而J2接口的A、C两行信号可以作为用户定义引脚，这些引脚你可以定义成自己独有的方式或是遵守IEEE或VITA标准支持第三方的插卡，VME64X或VME64（可选版）应用了一个改进的接口，5行针脚，新的160行针增加了Z和D行，增加的针脚主要是电源+3.3V和地（GROUND）和用户定义脚的数量，而A、B、C行信号定义未作改变。
（2）两个改进
在VME64中新增加了两个改进，2eVME和2eSST。2eVME意思是“2个边沿”，通过将数据传送周期的4个边沿降为2个来加倍了传送速度。2eSST意思是“2个边沿源同步传送”，不再等待DTACK信号，即VME握手不存在，2eSST以主设备的数据率传送数据不管从的数据接收能力，DS1作为传送时钟，DTACK作为接收时钟。
（3）带宽复用
通常VME总线标准提供了32位地址和数据总线，在块传送时，仅有一次传送起始地址就传送256字节数据，其他时间地址总线空闲，VME64应用这种空闲的带宽来进行64位块数据的传送，低的32放在原D0-D31上，高的32位放在空闲的地址总线A01-A31上，这就是地址复用。
