VME總線原理及應用

VME（VersaModule Eurocard）總線是一種通用的計算機總線，結合了Motorola公司Versa總線的電氣標準和在歐洲建立的Eurocard標準的機械形狀因子，是一種開放式架構。它定義了一個在緊密耦合（closely coupled）硬件構架中可進行互連數據處理、數據存儲和連接外圍控制器件的系統。經過多年的改造升級，VME系統已經發展的非常完善，圍繞其開發的產品遍及了工業控制、軍用系統、航空航天、交通運輸和醫療等領域。

VME的特點

VME的數據傳輸機制是異步的，有多個總線周期，地址寬度是16、24、32、40或64位，數據線路的寬度是8、16、24、32、64位，系統可以動態的選擇它們。它的數據傳輸方式為異步方式，因此只受制于信號交換協議，而不依賴于系統時鐘；其數據傳輸速率為0～500Mb/s；此外，還有Unaligned Data傳輸能力，誤差糾正能力和自我診斷能力，用戶可以定義I/O端口；其配有21個插卡插槽和多個背板，在軍事應用中可以使用傳導冷卻模塊。

VME結構

因為是兩種標準的結合，那么VME系統也可以被看作是兩個部分。一個部分是它的機械構架，此部分決定著VMEbus 系統背板、前置面板和嵌入板的尺寸大小；而令一部分則是功能構架，它定義了系統的運轉流程。

1 、VME的機械結構

VME機械構架中的主要部分為背板，是一個印刷電路板。它的大小有三種型號：3U（160mm ×100mm）、6U（160mm × 233mm）和9U（367 mm× 400mm）。根據VME64x標準，VME系統中有三種連接器，它們分別是P0/J0、P1/J1和 P2/J2，“P”和“J”分別代表了PLUG和JACK連接器。P1/J1和P2/J2連接器有96個管腳，排列成三排，每排32管腳；P0/J0連接器則有95個管腳。3U型背板只具有P1/J1或P2/J2連接器，而6U型背板則同時具有J1和J2連接器。

2 、VME的功能結構

如圖1所示，VME的功能構架可以說是由信號線，背板接口邏輯和功能模塊所組成的。背板接口邏輯

的性能是由背板上的一些特性所左右的，比如信號線阻抗、傳播時間、終端數值等等。它和信號線是系統各部分之間的紐帶。功能模塊則是執行具體任務的電路集合。其中，主要的模塊叫做主設備（master），其決定著數據傳輸的順序；根據主設備數據傳輸情況而動作的模塊叫做從設備（slave），負責監控數據傳輸目標地址的模塊被稱為定位監控設備。此外，還有發出中斷請求和處理中斷請求的模塊，判定和處理其他模塊請求的仲裁模塊。當然，還少不了發出時鐘信號的模塊和監控系統電源工作情況的模塊。

圖1 VME功能架構

這些模塊雖然各有分工，但是要想集體配合，還需要總線的支持。VME系統的總線分為四大類：數據傳輸總線、數據傳輸仲裁總線、優先中斷總線和通用總線。

數據傳輸總線是一個高速異步平行數據傳輸總線，能傳輸數據和地址信號。主設備、從設備、中斷模塊和中斷處理模塊通過其進行兩兩交換數據。另外兩個模塊，總線時鐘（bus timer）和JACK 菊花鏈驅動器也通過數據傳輸總線參與數據處理工作。

數據傳輸仲裁總線是為確保在特定的時間內只有一個模塊占用數據傳輸總線而設定的。工作在其上的請求模塊和仲裁模塊將負載協調各模塊發出的指令。仲裁模塊處于背板的第一個插槽內，決定哪個主設備將優先使用總線資源。具體的判定方法包括了優先權算法、round-robin算法和其他排序算法。優先權中斷總線是處理各模塊中斷請求的總線。各種中斷請求在VME中被分成了7個等級，根據等級的高低，它們依次對信號線進行中斷工作。

最后一個總線是通用總線。所謂通用總線就是負責系統的一些基本工作，包括對時鐘的控制、初始化、錯誤檢測等任務的總線。它由兩條時鐘線、一個系統復位線、一個系統失效線、一個AC失效線和一個串行數據線構成。

各模塊是以平行結構分布的，所有的數據和指令通過系統底層的4類總線進行傳輸，信號的模式是TTL電平信號。

VME總線家族

● VME64

隨著周邊技術的發展，VME系統的升級在所難免。于是在1995年，VME總線的新一代架構VME64脫穎而出。相對于傳統的VME系統，VME64加大了傳輸帶寬，拓展了地址空間和方便了板卡插拔。它將6U板的數據線寬和地址范圍擴展到了64位，給3U板提供了32位和40位地址模塊，傳輸帶寬達到了80Mb/s，增加了總線鎖定周期，增加了第一插槽探測功能，加入了對熱插拔的支持。

● VME64 extension

VME64擴展集是1997通過的新標準，它又被稱為VME64x。它增加了一個160管腳連接器系列（按5行排列），還在P1/J1和P2/J2之間加入了一個P0/J0 連接器，另外新增設了一個3.3V電源管腳。該系統新增的兩個邊緣總線循環則把數據速率提高到160 Mb/s。此外，還增加了EMC前置面板和ESD功能。

● VME320

VME320最大的改進可能是采用了星型互連的方法來達到數據傳輸加速的目的。它采用了一種叫做2eSST的協議，這是一種信源同步傳輸協議，可將理論數據速率提高到320 Mb/s。不過VME320并沒有得到廣泛的支持。

其他從VME中派生出來的協議還很多，在這里就不一一介紹了。

VME的發展趨勢

VME技術目前的優勢在于多年的技術積累，其完備的規范和得力的技術支持能滿足大部分客戶的具體要求。此外，它的模塊性也是一個非常大的優勢，因為對于很多的嵌入式系統來說，加入額外的I/O是常有的事，而VME能很好的滿足這一特點。VME提供了21個擴充插槽，而且新加入的模塊并不影響系統的整體性能。

不過，VME畢竟是誕生于25年前的技術，很多用戶就對VME在帶寬方面的進展不太滿意。因為在這個海量數據的時代，帶寬是一個壓倒性的指標。不過，廠商們并未對VME喪失信心，他們在想盡一切辦法來延長VME的壽命。SBS公司推出的VXS標準和VITA（VME國際貿易協會）開發的VPX標準就是一種新的嘗試。VXS為引用交換結構創造了條件，而VPX則將開關結構信號速率提升到了6.25Gb/s。與此同時，許多VME總線背板開始使用PMC（PCI Mezzanine Card）插槽，以便能直接使用PCI板卡。制造商們還吸取了PCI板卡的構造因素，來讓VME板卡跟上行業的步伐。

VME的成就是眾所公認的，但要想在未來的10年重新煥發活力，制造商們還要繼續的努力。對于這種非常有彈性的技術，悄然的衰落可能不會是多數人所愿意看到的。

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