基于VME總線的多DSP采集處理板設計

李敏

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

關鍵詞：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成像的方法。成像測井的井下儀器采樣數據量大，對電纜傳輸和地面系統的采集和處理提出更高要求。本文設計了一種基于VME總線的電纜通訊信號采集和處理板卡，應用于成像測井地面系統。

1 板卡功能概述

目前的成像測井系統，電纜通訊方式采用曼徹斯特編碼，包含一個下發命令通道，3個數據上傳通道。其中一個上傳的通道數據流速率分別是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出原始數據。因此設計了基于高速AD和DSP的信號采集處理板，先對電纜信號進行數字化，然后利用數字濾波和軟件解碼技術，恢復出原始的數據。

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總線的從設備，接收VME系統總線控制器的命令和參數，啟動各個通道的采集，DSP一邊收集采樣數據，一邊做實時信號處理和軟件解碼。

2 硬件系統構成

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，用于產生測試信號，分別通過多路開關接到各個通道ADC輸入。

2.1VME接口

VME的接口采用Altera的EPM7512CPLD實現，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系統控制器就能通過DPRAM與各個通道的DSP進行通訊。

2.2ADSP21060的結構與特點

ADSP21060采用超級哈佛結構，因此也稱SHARC（SuperHarvardArchitectureComputer）DSP。具有32位單精度IEEE浮點處理器內核；運算速度為40MIPS，浮點運算峰值為120MFLOPS；單周期運算指令，可實現零等待的循環和跳轉。

各個通道的DSP通過一個32KX16的雙口RAM（IDT70V27），與VME系統控制器通訊。DSP在VME系統控制器的控制下，進行數據采集。在每次采集前，系統控制器會將采集數據的長度發給DSP，DSP然后啟動ADC，當采樣數據滿足512后，進行一次濾波，然后進行軟件解碼。如果解碼得到的數據小于預設的長度，繼續采集并解碼。

2.3A/D芯片以及CPLD控制電路

信號采集ADC采用ADI的AD9243高速數模轉換器，轉換精度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，信號先經過單位增益的運放緩沖，再經過電平移位，使得輸出信號幅度位于0～5V范圍，保證ADC的采集精度。

3 系統軟件設計

數據采集卡的實時系統控制軟件采用模塊化的設計方法，包括：DSP初始化模塊、采樣控制、DSP數據處理部分以及DSP與VME系統控制器的通信。

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

4 結語

本文介紹了一種基于VME總線的多DSP數據采集系統方案，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，采集后的數據可以進行實時處理與傳輸。經過實際測試驗證，完全能夠滿足成像測井地面系統對數據采集和處理的要求。

參考文獻

[1] 蘇濤.高性能DSP與高速實時信號處理[M].西安：電子科技大學出版社，2002，1.

[2] 吳敏源，金偉正，胡志雄，等.ADSP系列數字信號處理器原理[M].電子工業出版社，2002，4.

[3] ADSP21060UserGuid.AnalogDevicesInc.1995.

[4] 齊賽，張立軍.基于VME總線的水聲陣列信號數據采集系統設計[J].微計算機應用，2007.

[5] 劉書明.TigerSHARCDSP應用系統設計[M].北京：電子工業出版社，2004.