基于VME總線的多DSP采集處理板設(shè)計

李敏

摘要：成像測井是石油勘探的一種重要的方法，采集數(shù)據(jù)量大，實時性要求高，系統(tǒng)復(fù)雜度增大，常規(guī)的單DSP系統(tǒng)很難勝任。設(shè)計了基于VME總線的數(shù)據(jù)采集板卡，采用3片SHARCDSP和ADC完成3個電纜通訊通道的數(shù)據(jù)采集和實時處理，并通過各通道的雙口RAM與VME系統(tǒng)的主控進行數(shù)據(jù)交換，利用CPLD實現(xiàn)ADC的控制，以及與DSP的接口。

關(guān)鍵詞：VME總線 DSP 信號采集 雙口RAM CPLD

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（b）-0070-01

成像測井（imaginglogging）是根據(jù)鉆孔中地球物理場的觀測，對井壁和井周圍物體進行物理參數(shù)成像的方法。成像測井的井下儀器采樣數(shù)據(jù)量大，對電纜傳輸和地面系統(tǒng)的采集和處理提出更高要求。本文設(shè)計了一種基于VME總線的電纜通訊信號采集和處理板卡，應(yīng)用于成像測井地面系統(tǒng)。

1 板卡功能概述

目前的成像測井系統(tǒng)，電纜通訊方式采用曼徹斯特編碼，包含一個下發(fā)命令通道，3個數(shù)據(jù)上傳通道。其中一個上傳的通道數(shù)據(jù)流速率分別是41.66KBPS，其余兩個通道的速率是93.75KBPS。電纜通訊信號經(jīng)過幾千米長的電纜傳輸后，衰減很嚴重，很難利用硬件解碼的方式恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。因此設(shè)計了基于高速AD和DSP的信號采集處理板，先對電纜信號進行數(shù)字化，然后利用數(shù)字濾波和軟件解碼技術(shù)，恢復(fù)出原始的數(shù)據(jù)。

基于VME總線的多DSP信號采集處理板，是一個6U寬度的VME插板，作為VME總線的從設(shè)備，接收VME系統(tǒng)總線控制器的命令和參數(shù)，啟動各個通道的采集，DSP一邊收集采樣數(shù)據(jù)，一邊做實時信號處理和軟件解碼。

2 硬件系統(tǒng)構(gòu)成

基于VME總線的多DSP信號采集板，主要由VME總線接口電路、電源電路、以及3路獨立的信號采集和處理通道組成，如圖1所示。其中每一路通道分別包括一個14位高速ADC、一個CPLD做時序邏輯控制、一個ADSP21060做信號處理、一個雙口RAM負責與VME系統(tǒng)的主控板通訊。為了方便板卡的診斷和測試，在第一通道的DSP外圍擴展一個DAC，用于產(chǎn)生測試信號，分別通過多路開關(guān)接到各個通道ADC輸入。

2.1VME接口

VME的接口采用Altera的EPM7512CPLD實現(xiàn)，完成總線地址的譯碼。VME板卡以A32/D16Slave方式工作，VME總線的基地址設(shè)為0xE0000000。CPLD將3個通道的雙口RAM映射到VME地址空間，這樣VME系統(tǒng)控制器就能通過DPRAM與各個通道的DSP進行通訊。

2.2ADSP21060的結(jié)構(gòu)與特點

ADSP21060采用超級哈佛結(jié)構(gòu)，因此也稱SHARC（SuperHarvardArchitectureComputer）DSP。具有32位單精度IEEE浮點處理器內(nèi)核；運算速度為40MIPS，浮點運算峰值為120MFLOPS；單周期運算指令，可實現(xiàn)零等待的循環(huán)和跳轉(zhuǎn)。

各個通道的DSP通過一個32KX16的雙口RAM（IDT70V27），與VME系統(tǒng)控制器通訊。DSP在VME系統(tǒng)控制器的控制下，進行數(shù)據(jù)采集。在每次采集前，系統(tǒng)控制器會將采集數(shù)據(jù)的長度發(fā)給DSP，DSP然后啟動ADC，當采樣數(shù)據(jù)滿足512后，進行一次濾波，然后進行軟件解碼。如果解碼得到的數(shù)據(jù)小于預(yù)設(shè)的長度，繼續(xù)采集并解碼。

2.3A/D芯片以及CPLD控制電路

信號采集ADC采用ADI的AD9243高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換精度14位，采樣率最高3Msps，輸入范圍0～5V。實際輸入的電纜信號范圍是±1 V，信號先經(jīng)過單位增益的運放緩沖，再經(jīng)過電平移位，使得輸出信號幅度位于0～5V范圍，保證ADC的采集精度。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

數(shù)據(jù)采集卡的實時系統(tǒng)控制軟件采用模塊化的設(shè)計方法，包括：DSP初始化模塊、采樣控制、DSP數(shù)據(jù)處理部分以及DSP與VME系統(tǒng)控制器的通信。

采集卡啟動時，DSP通過BOOTLOADER將存儲在FLASH中的程序代碼轉(zhuǎn)移到RAM中運行，然后等待VME系統(tǒng)控制器的采集命令，由DSP完成對數(shù)據(jù)的采集和處理。處理后的數(shù)據(jù)存放在雙口RAM中，然后DSP用中斷通知VME系統(tǒng)控制器。

4 結(jié)語

本文介紹了一種基于VME總線的多DSP數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方案，在DSP處理器控制下利用高速A/D芯片完成多路信號的并行采集工作，采集后的數(shù)據(jù)可以進行實時處理與傳輸。經(jīng)過實際測試驗證，完全能夠滿足成像測井地面系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和處理的要求。

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