基于DSP和FPGA的油田測井系統總線通信接口設計

0 引言

隨著測井技術的發展，井下儀器的組合功能越來越強，處理的數據也隨之倍增，要求片下儀器和地面系統之間具有實時雙向通信功能，因此井下儀器與地面系統之間需要一個良好的接日電路以協調2部分的工作。

本文采用DSP+FPGA的方案，由FPGA實現編鋸碼和數據的存儲，DSP完成數據處理和總線協議轉換。兩者結合將1553B總線運用于現代油田測井系統中可以更好地發揮其高可靠性、穩定性并能夠和CAN總線形成互補，能夠最大限度地提高系統的數據處理和通訊能力。和傳統設計方法相比胲方法數字化程度高，速度和實時性更高。

1 測井系統中通信接口功能及組成

本沒計完成油田測井系統中井下儀器與地面系統之間的通訊。需要設計一個完整的信號實時雙向通訊系統，把井下儀器采集的全部地層信息傳輸到地面，地面系統給井下儀器供電，記錄、解碼并處理井下儀器傳輸到地面的信號以及控制井下儀器的各種狀態。通訊接口通過1553B總線和地面系統通信，通過CAN總線和井下工控機通信。所以，通訊接口是整個測井系統中的關鍵部件，主要完成總線的信息綜合，資源共享，任務協調和密錯重構。

遙訊接訂框由1553B調制解凋電路、FPGA模塊電路、DSP模塊電路和CAN總線控制模塊組成，執行總線通訊協議，正確接收總線上的曼徹斯特碼數據，按照規定的格式發送曼徹斯特II型碼，實現1553B總線和終端的連接通道的通訊接u功能。

1.1 調制解調模塊

1553B總線信號進入接口板后，通過耦合變壓器實現電氣隔離助止故障的傳播；通過隔離電阻，主電纜可以短路，從而實現r失效隔離；與直接耦合相比，增加了總線抽頭的阻抗，防止了由于反射而引起雙絞線E信號畸變。然后經過收發器將雙電平曼徹斯特碼轉化為單電平曼徹斯特碼進入FPGA。發送過程與之相反。本設計采用的總線收發器，內部具有兩路收發電路分別和耦合變壓器相連，實現雙冗余結構。HOLT公司的HI一1570PSI收發器和PM—DB2725EX耦合變壓器共同組成總線通訊接【J的調制解調部分。

1.2 FPGA模塊

FPGA模塊完成1553B總線上數據的發送和接收、曼徹斯特碼的調制與解調、串并和并串轉換、同步頭的產生與檢測、狀態字的自動響應以及錯誤檢測等功能。

時鐘模塊：將輸入的時鐘分頻為編碼時鐘、解碼時鐘、寫FIFO的讀時鐘和讀FIFO的寫時鐘。接收數據流程：曼徹斯特II型碼經過調制鰓調電路，變為TrI。電平數字信號進入FPGA，在FPGA中經解碼模塊解碼成包含16位數據、一位區分狀態字／命令字的數據位和一位奇偶校驗位的18位數據，存入18位的讀FIFO中，經18變16位轉換模塊變成18位數據分兩次送給DSP．沒置三位寄存器XA，當XA為000時把16位數據送給輸出Q；當XA為001時把18位數據中的后兩位送給輸出Q。

發送數據流程根據XA_0的狀態將兩次接收到的DSP分別發送來的16位數據轉換成包含命令類型、奇偶位和16位數據的18位數據存入18位的寫FIFO模塊，并設援空、滿標志位，供編碼控制模塊調用。編碼控制模塊根據編碼模塊的狀態和寫FIFO中有無待編數據，即tx_busy非忙，empty非空時，從WFIFO中讀取待編數據送給編碼器，并設置命令狀態字和數據字端口。編碼模塊根據命令狀態字和數據字端口狀態，編寫命令字、狀態字和數據字，在編碼控制模塊控制下由編碼控制器生成單電平曼徹斯特碼，經調髓餌調電路送至1553B總線。編碼過程中跫位tx_busy，編碼完成后復位。

1.3 DSP接口模塊

本部分足通訊接口系統的核心部分，DSP模塊通過多通道高速緩沖串口Mcbsp+j FPGA相連，在一個既定的協議下能夠實現CAN總線系統與1553B總線系統的信息交瓦，同時滿足兩總線系統對實時性的要求。DSP和FPGA的連接如圖1所示。

DSP提供讀使能信號RE、寫使能信號WR、地址信號A。?A3．DSP和FPGA之問的輔助控制信號還有：讀、寫FIFO空滿標志信號RFULL10?1】和WFULI．[0?1】，高電平有效；接收曼碼合理信號DVAL，低電平有效；讀數據順序信號XA[o?2]根據其狀態分兩次把FPGA解碼的18位數據讀入；寫數據順序信號xA_o【o?2】，DSP寫數據時根據發送的不同數據設置不同的狀態供FPGA接收。