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基于VME总线的多DSP采集处理板设计

发布时间:2022-03-23 09:19:55 | 浏览次数:

摘要:成像测井是石油勘探的一种重要的方法,采集数据量大,实时性要求高,系统复杂度增大,常规的单DSP系统很难胜任。设计了基于VME总线的数据采集板卡,采用3片SHARC DSP和ADC完成3个电缆通讯通道的数据采集和实时处理,并通过各通道的双口RAM与VME系统的主控进行数据交换,利用CPLD实现ADC的控制,以及与DSP的接口。

关键词:VME总线 DSP 信号采集 双口RAM CPLD

中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)10(b)-0070-01

成像测井(imaging logging)是根据钻孔中地球物理场的观测,对井壁和井周围物体进行物理参数成像的方法。成像测井的井下仪器采样数据量大,对电缆传输和地面系统的采集和处理提出更高要求。本文设计了一种基于VME总线的电缆通讯信号采集和处理板卡,应用于成像测井地面系统。

1 板卡功能概述

目前的成像测井系统,电缆通讯方式采用曼彻斯特编码,包含一个下发命令通道,3个数据上传通道。其中一个上传的通道数据流速率分别是41.66 KBPS,其余两个通道的速率是93.75 KBPS。电缆通讯信号经过几千米长的电缆传输后,衰减很严重,很难利用硬件解码的方式恢复出原始数据。因此设计了基于高速AD和DSP的信号采集处理板,先对电缆信号进行数字化,然后利用数字滤波和软件解码技术,恢复出原始的数据。

基于VME总线的多DSP信号采集处理板,是一个6U宽度的VME插板,作为VME总线的从设备,接收VME系统总线控制器的命令和参数,启动各个通道的采集,DSP一边收集采样数据,一边做实时信号处理和软件解码。

2 硬件系统构成

基于VME总线的多DSP信号采集板,主要由VME总线接口电路、电源电路、以及3路独立的信号采集和处理通道组成,如图1所示。其中每一路通道分别包括一个14位高速ADC、一个CPLD做时序逻辑控制、一个ADSP21060做信号处理、一个双口RAM负责与VME系统的主控板通讯。为了方便板卡的诊断和测试,在第一通道的DSP外围扩展一个DAC,用于产生测试信号,分别通过多路开关接到各个通道ADC输入。

2.1 VME接口

VME的接口采用Altera的EPM7512 CPLD实现,完成总线地址的译码。VME板卡以A32/D16 Slave方式工作,VME总线的基地址设为0xE0000000。CPLD将3个通道的双口RAM映射到VME地址空间,这样VME系统控制器就能通过DPRAM与各个通道的DSP进行通讯。

2.2 ADSP21060的结构与特点

ADSP21060采用超级哈佛结构,因此也称SHARC(SuperHarvard Architecture Computer)DSP。具有32位单精度IEEE浮点处理器内核;运算速度为40 MIPS,浮点运算峰值为120 MFLOPS;单周期运算指令,可实现零等待的循环和跳转。

各个通道的DSP通过一个32K X 16 的双口RAM(IDT70V27),与VME系统控制器通讯。DSP在VME系统控制器的控制下,进行数据采集。在每次采集前,系统控制器会将采集数据的长度发给DSP,DSP然后启动ADC,当采样数据满足512后,进行一次滤波,然后进行软件解码。如果解码得到的数据小于预设的长度,继续采集并解码。

2.3 A/D芯片以及CPLD控制电路

信号采集ADC采用ADI的AD9243高速数模转换器,转换精度14位,采样率最高3 Msps,输入范围0~5 V。实际输入的电缆信号范围是±1 V,信号先经过单位增益的运放缓冲,再经过电平移位,使得输出信号幅度位于0~5 V范围,保证ADC的采集精度。

3 系统软件设计

数据采集卡的实时系统控制软件采用模块化的设计方法,包括:DSP初始化模块、采样控制、DSP数据处理部分以及DSP与VME系统控制器的通信。

采集卡启动时,DSP通过BOOTLOAD ER将存储在FLASH中的程序代码转移到RAM中运行,然后等待VME系统控制器的采集命令,由DSP完成对数据的采集和处理。处理后的数据存放在双口RAM中,然后DSP用中断通知VME系统控制器。

4 结语

本文介绍了一种基于VME总线的多DSP数据采集系统方案,在DSP处理器控制下利用高速A/D芯片完成多路信号的并行采集工作,采集后的数据可以进行实时处理与传输。经过实际测试验证,完全能够满足成像测井地面系统对数据采集和处理的要求。

参考文献

[1] 苏涛.高性能DSP与高速实时信号处理[M].西安:电子科技大学出版社,2002,1.

[2] 吴敏源,金伟正,胡志雄,等.ADSP系列数字信号处理器原理[M].电子工业出版社,2002,4.

[3] ADSP21060 User Guid.Analog Devices Inc.1995.

[4]齐赛,张立军.基于VME总线的水声阵列信号数据采集系统设计[J].微计算机应用,2007.

[5]刘书明.TigerSHARC DSP应用系统设计[M].北京:电子工业出版社,2004.

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本文标题:基于VME总线的多DSP采集处理板设计
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