專利名稱：地震勘探數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)光纖接口板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及地球物理勘探領(lǐng)域，更具體地，涉及地震勘探數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)中的接口板。
背景技術(shù)：
地震數(shù)據(jù)采集與記錄系統(tǒng)是地震勘探中最關(guān)鍵的設(shè)備，地震勘探作業(yè)要求不失真的接收記錄地震波，地震數(shù)據(jù)采集與記錄系統(tǒng)必須具有大動態(tài)范圍、低噪音、低漂移、寬頻帶和壓制干擾波等能力。為評價(jià)地震資料的質(zhì)量，儀器要能夠?qū)崿F(xiàn)對記錄資料的監(jiān)視回放功能，以便在野外及時調(diào)整工作方法和儀器參數(shù)。
我國在海洋油氣田勘探中應(yīng)用的地震數(shù)據(jù)采集與記錄系統(tǒng)全部是從國外進(jìn)口的設(shè)備，如美國INPUT/OUTPUT公司的MSX系統(tǒng)，法國SERCEL公司的SYNTRAK 960系統(tǒng)等儀器設(shè)備，該類儀器都是基于傳統(tǒng)的工業(yè)計(jì)算機(jī)VME總線結(jié)構(gòu)，體積較大，技術(shù)相對落后，普遍基于電信號的數(shù)據(jù)傳輸，采集數(shù)據(jù)小，傳輸速度慢。
為了提高對地震數(shù)據(jù)的采集、處理和記錄能力，增大地震數(shù)據(jù)的采集量，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，為油田后期精細(xì)開發(fā)方案以及海洋油藏勘探提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。需要應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域、電子技術(shù)、光纖通信領(lǐng)域的最新成果，通過光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸通信，其傳輸數(shù)據(jù)量大，傳輸速率高，誤碼率低，容錯能力強(qiáng)。這樣就需要提供一種光纖數(shù)據(jù)接口板(FCI板)，完成對光纖傳輸?shù)那岸藬?shù)據(jù)的采集及數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種地震勘探數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)光纖接口板，可以完成對光纖傳輸?shù)那岸藬?shù)據(jù)的采集及數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。
為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種地震勘探數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)光纖接口板，其特征在于，包括現(xiàn)場可編程門陣列芯片、緊湊型外設(shè)部件互連總線接口、CPU小系統(tǒng)、局域外設(shè)部件互連總線接口、隨機(jī)存儲器、以太網(wǎng)接口和至少兩個光電轉(zhuǎn)換模塊，其中所述光電轉(zhuǎn)換模塊將光纖傳送來的上行數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換為電信號送入所述現(xiàn)場可編程門陣列芯片，該芯片將所述上行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為道序數(shù)據(jù)緩存在所述隨機(jī)存儲器并經(jīng)所述緊湊型外設(shè)部件互連總線接口輸出，且將所述狀態(tài)信息經(jīng)過所述局域外設(shè)部件互連總線接口、CPU小系統(tǒng)傳送后，從所述以太網(wǎng)接口輸出；所述以太網(wǎng)接口將收到的主控制工作站的控制命令傳送到所述CPU小系統(tǒng)，由該CPU小系統(tǒng)驅(qū)動將所述控制命令經(jīng)所述局域外設(shè)部件互連總線接口、現(xiàn)場可編程門陣列芯片和另一光電轉(zhuǎn)換模塊下發(fā)到光纖；進(jìn)一步地，上述光纖接口板還可具有以下特點(diǎn)所述隨機(jī)存儲器是同步動態(tài)隨機(jī)存儲器。
進(jìn)一步地，上述光纖接口板還可具有以下特點(diǎn)所述對上行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換模塊與所述現(xiàn)場可編程門陣列芯片之間接有一個串并轉(zhuǎn)換模塊，所述對下行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換模塊與所述現(xiàn)場可編程門陣列芯片之間接有一個并串轉(zhuǎn)換模塊。
進(jìn)一步地，上述光纖接口板還可具有以下特點(diǎn)所述現(xiàn)場可編程門陣列芯片包括連接到光電轉(zhuǎn)換器的光纖數(shù)據(jù)接收單元、光纖狀態(tài)接收單元、和光纖命令發(fā)送單元，以及時序轉(zhuǎn)道序控制單元、隨機(jī)存儲控制器、緊湊型外設(shè)部件互連總線接口邏輯單元、局域外設(shè)部件互連總線接口邏輯單元，所述時序轉(zhuǎn)道序控制單元與所述光纖數(shù)據(jù)接收單元、隨機(jī)存儲控制器、緊湊型外設(shè)部件互連總線接口邏輯單元和局域外設(shè)部件互連總線接口邏輯單元相連接，所述局域外設(shè)部件互連總線接口邏輯單元與所述光纖狀態(tài)接收單元和光纖命令發(fā)送單元相連接。
進(jìn)一步地，上述光纖接口板還可具有以下特點(diǎn)所述隨機(jī)存儲控制器有兩個，每一個控制一個同步動態(tài)隨機(jī)存儲器。
進(jìn)一步地，上述光纖接口板還可具有以下特點(diǎn)所述現(xiàn)場可編程門陣列芯片還包括一個與所述光纖數(shù)據(jù)接收單元和局域外設(shè)部件互連總線接口邏輯單元連接的抽取邏輯單元。
進(jìn)一步地，上述光纖接口板還可具有以下特點(diǎn)所述現(xiàn)場可編程門陣列芯片還包括一個局域I/O接口邏輯單元，該單元將CPU小系統(tǒng)發(fā)來的對光纖接口后插板的控制命令經(jīng)緊湊型外設(shè)部件互連總線接口發(fā)送到所述后插板。
由上可知，本實(shí)用新型可以完成對光纖傳輸?shù)那岸藬?shù)據(jù)的采集及數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，還可將上行狀態(tài)信息并通過百兆網(wǎng)口發(fā)送給主控工作站，對光纖數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取后產(chǎn)生實(shí)時抽取振子數(shù)據(jù)發(fā)送給主控工作站；并提供接口實(shí)現(xiàn)主控工作站對后插板上電源控制、電纜拉力檢測、電纜通斷狀態(tài)檢測、電源漏電檢測模塊的控制和通信。


圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例FCI板的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
光纖數(shù)據(jù)接口板(FCI板)是地震采集記錄系統(tǒng)中很重要的單元，位于數(shù)據(jù)采集處理機(jī)(DPM)機(jī)箱內(nèi)，完成對前端數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，本實(shí)施例中的FCI板是一塊標(biāo)準(zhǔn)的6U尺寸的CPCI(Compact PCI，即緊湊型外設(shè)部件互連)插板。光纖接口板與拖纜數(shù)字包的通信通過光纖來完成，光電轉(zhuǎn)換模塊完成系統(tǒng)運(yùn)行中的光信號與電信號的傳輸轉(zhuǎn)換。光纖接口板上提供了兩塊大容量的SDRAM(同步動態(tài)隨機(jī)存儲器)用于完成數(shù)據(jù)的存儲和時序轉(zhuǎn)道序，對SDRAM的控制采用FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列，一種集成電路芯片)內(nèi)部的SDRAM控制器來實(shí)現(xiàn)。通過CPCI總線接口模塊實(shí)現(xiàn)將完成時序轉(zhuǎn)道序的地震數(shù)據(jù)傳送到VPD板(可視數(shù)據(jù)處理板)，并接收后插板的命令控制。
本實(shí)施例的FCI板在數(shù)據(jù)采集處理機(jī)中主要完成以下功能1)接收從拖纜中數(shù)據(jù)包頭包經(jīng)光纖傳來的數(shù)據(jù)；2)通過板上自帶的百兆網(wǎng)口接收主控工作站的控制命令和配置參數(shù)，并通過光纖轉(zhuǎn)發(fā)給頭包以控制拖纜中采集板的工作狀態(tài)；3)接收頭包傳來的數(shù)字包狀態(tài)信息并通過百兆網(wǎng)口發(fā)送給主控工作站；4)對光纖數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取后產(chǎn)生實(shí)時抽取振子數(shù)據(jù)發(fā)送給主控工作站；5)在板上提供的大容量SDRAM中存儲光纖數(shù)據(jù)，在FPGA邏輯控制下完成時序轉(zhuǎn)道序生成道序數(shù)據(jù)，并將產(chǎn)生的道序數(shù)據(jù)通過CPCI接口傳送給VPD板；6)通過CPCI的接口與FCI后插板相連，并提供接口實(shí)現(xiàn)主控工作站對后插板上電源控制、電纜拉力檢測、電纜通斷狀態(tài)檢測、電源漏電檢測模塊的控制和通信；為了實(shí)現(xiàn)上述功能，本實(shí)施例的光纖接口板的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括FPGA芯片(現(xiàn)場可編程門陣列)、CPCI總線接口、CPU小系統(tǒng)、局域PCI(局域外設(shè)部件互連)總線接口、兩塊SDRAM、百兆以太網(wǎng)接口、以及光電轉(zhuǎn)換模塊和串并轉(zhuǎn)換模塊、并串轉(zhuǎn)換模塊。
本實(shí)施例采用專用的PCI接口芯片完成CPCI總線和板上局域PCI總線和系統(tǒng)的連接。CPU小系統(tǒng)與FPGA之間的命令和配置信息的通信、抽取后數(shù)據(jù)的傳輸都通過PCI總線來完成。對于CPCI總線接口，采用PLX公司的PCI 965664位PCI接口芯片，用于實(shí)現(xiàn)FPGA與CPCI總線通信的接口芯片。對于局域PCI總線接口，采用AMCC公司的S5933接口芯片，用于實(shí)現(xiàn)FPGA與PCI總線通信的接口芯片，該芯片連同百兆以太網(wǎng)接口的控制芯片82559都連接在MPC8240的局域PCI總線上，分別將不同的數(shù)據(jù)線接入其各自的IDSEL腳，以便在CPU在PCI總線配置周期時檢測不同的設(shè)備。
FPGA模塊是整個光纖接口板設(shè)計(jì)中的核心模塊之一，數(shù)據(jù)的接收、分析、處理、發(fā)送、局域PCI總線和CPCI總線的接口邏輯實(shí)現(xiàn)，以及對SRAM的控制等等都是通過FPGA內(nèi)部的邏輯來完成。其內(nèi)部包括光纖數(shù)據(jù)接收單元、光纖狀態(tài)接收單元、光纖命令發(fā)送單元、時序轉(zhuǎn)道序控制單元、兩個SDRAM控制器(圖中以重疊方式示出)、CPCI總線接口邏輯單元、抽取邏輯單元、局域PCI總線接口邏輯單元，以及局域I/O接口邏輯單元，如圖1所示。
從光纖通道上傳的上行數(shù)據(jù)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換模塊和串并轉(zhuǎn)換模塊后，由FPGA內(nèi)部的光纖數(shù)據(jù)接收單元接收，剝離時序數(shù)據(jù)后傳送至抽取邏輯單元和時序轉(zhuǎn)道序控制單元，其中抽取邏輯單元對數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取，經(jīng)局域PCI總線接口邏輯單元發(fā)送至局域PCI總線接口(采用AMCC S5933芯片)。光纖狀態(tài)接收單元負(fù)責(zé)接收狀態(tài)光纖發(fā)送的上行狀態(tài)信息，經(jīng)局域PCI總線接口邏輯單元發(fā)送至局域PCI總線接口。光纖命令發(fā)送單元則在收到局域PCI總線接口經(jīng)局域PCI總線接口邏輯單元發(fā)來的數(shù)據(jù)后，經(jīng)并串轉(zhuǎn)換模塊和光電轉(zhuǎn)換模塊后從光纖發(fā)送下行命令。
時序轉(zhuǎn)道序控制單元用于實(shí)現(xiàn)道序數(shù)據(jù)的地址產(chǎn)生，其對兩個SDRAM控制器的讀寫進(jìn)行乒乓調(diào)度，通過乒乓控制可以減少處理死時間。兩個SDRAM控制器分別對FPGA外部的兩個SDRAM進(jìn)行讀寫控制，從而按道序地址將轉(zhuǎn)換后的道序數(shù)據(jù)緩存到兩個SDRAM中。當(dāng)一批數(shù)據(jù)傳送完畢后，CPCI總線接口邏輯單元按照SDRAM中存儲的地址依次讀出數(shù)據(jù)，將24bit數(shù)據(jù)合并成32bit，發(fā)送到CPCI總線接口(采用PLX PCI 9656芯片)，通過該CPCI總線接口將緩存后的道序數(shù)據(jù)傳送給VPD板。CPCI總線接口的接插件提供與CPCI機(jī)箱背板的連接，完成數(shù)據(jù)從光纖接口板到VPD板的傳輸功能，同時提供一個用戶定義總線的接口來完成對光纖接口后插板的控制。
在FPGA中提供3種時鐘信號，其頻率分別為16MHz，33MHz，66MHz。其中，光纖接口部分(包括數(shù)據(jù)光纖、命令光纖、狀態(tài)光纖)采用的時鐘頻率為16MHz，S5933_interface、CPCI_interface、Pingpang_control、SDRAM1_control、SDRAM2_control等模塊的工作時鐘頻率為33MHz，66MHz時鐘作為可能的擴(kuò)展時鐘源。
光纖接口板上提供CPU小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動控制，用于控制板上的PCI局域總線，通過百兆以太網(wǎng)與主控工作站通信，主控工作站通過以太網(wǎng)接口進(jìn)行FPGA的工作模式的配置、對光纖接口后插板的控制并發(fā)送下行光纖命令以控制數(shù)據(jù)采集端的工作。而CPU小系統(tǒng)從局域PCI總線接口單元獲得抽取后的光纖通道的數(shù)據(jù)以及狀態(tài)信息，經(jīng)過百兆以太網(wǎng)接口傳送至主控工作站，同時還把主控制工作站下發(fā)的對光纖接口后插板的控制命令經(jīng)FPGA內(nèi)部的局域I/O接口邏輯單元、CPCI總線接口單元發(fā)送到光纖接口后插板，將主控制工作站下發(fā)的下行光纖命令經(jīng)FPGA內(nèi)部的局域PCI總線接口、局域PCI總線接口邏輯單元、并串轉(zhuǎn)換模塊和光電轉(zhuǎn)換模塊傳送到光纖。
本實(shí)用新型也可對上述實(shí)施例的光纖接口板進(jìn)行簡化，只實(shí)現(xiàn)其中的上行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、上行狀態(tài)信息的傳送以及下行命令傳送的主要功能，相應(yīng)地，其它功能相關(guān)的部件或單元就可以省略。
權(quán)利要求1.一種地震勘探數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)光纖接口板，其特征在于，包括現(xiàn)場可編程門陣列芯片、緊湊型外設(shè)部件互連總線接口、CPU小系統(tǒng)、局域外設(shè)部件互連總線接口、隨機(jī)存儲器、以太網(wǎng)接口和至少兩個光電轉(zhuǎn)換模塊，其中所述光電轉(zhuǎn)換模塊將光纖傳送來的上行數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換為電信號送入所述現(xiàn)場可編程門陣列芯片，該芯片將所述上行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為道序數(shù)據(jù)緩存在所述隨機(jī)存儲器并經(jīng)所述緊湊型外設(shè)部件互連總線接口輸出，且將所述狀態(tài)信息經(jīng)過所述局域外設(shè)部件互連總線接口、CPU小系統(tǒng)傳送后，從所述以太網(wǎng)接口輸出；所述以太網(wǎng)接口將收到的主控制工作站的控制命令傳送到所述CPU小系統(tǒng)，由該CPU小系統(tǒng)驅(qū)動將所述控制命令經(jīng)所述局域外設(shè)部件互連總線接口、現(xiàn)場可編程門陣列芯片和另一光電轉(zhuǎn)換模塊下發(fā)到光纖。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖接口板，其特征在于，所述隨機(jī)存儲器是同步動態(tài)隨機(jī)存儲器。
3.如權(quán)利要求1所述的光纖接口板，其特征在于，所述對上行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換模塊與所述現(xiàn)場可編程門陣列芯片之間接有一個串并轉(zhuǎn)換模塊，所述對下行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換模塊與所述現(xiàn)場可編程門陣列芯片之間接有一個并串轉(zhuǎn)換模塊。
4.如權(quán)利要求1所述的光纖接口板，其特征在于，所述現(xiàn)場可編程門陣列芯片包括連接到光電轉(zhuǎn)換器的光纖數(shù)據(jù)接收單元、光纖狀態(tài)接收單元、和光纖命令發(fā)送單元，以及時序轉(zhuǎn)道序控制單元、隨機(jī)存儲控制器、緊湊型外設(shè)部件互連總線接口邏輯單元、局域外設(shè)部件互連總線接口邏輯單元，所述時序轉(zhuǎn)道序控制單元與所述光纖數(shù)據(jù)接收單元、隨機(jī)存儲控制器、緊湊型外設(shè)部件互連總線接口邏輯單元和局域外設(shè)部件互連總線接口邏輯單元相連接，所述局域外設(shè)部件互連總線接口邏輯單元與所述光纖狀態(tài)接收單元和光纖命令發(fā)送單元相連接。
5.如權(quán)利要求5所述的光纖接口板，其特征在于，所述隨機(jī)存儲控制器有兩個，每一個控制一個同步動態(tài)隨機(jī)存儲器。
6.如權(quán)利要求5所速的光纖接口板，其特征在于，所述現(xiàn)場可編程門陣列芯片還包括一個與所述光纖數(shù)據(jù)接收單元和局域外設(shè)部件互連總線接口邏輯單元連接的抽取邏輯單元。
7.如權(quán)利要求5所述的光纖接口板，其特征在于，所述現(xiàn)場可編程門陣列芯片還包括一個局域I/O接口邏輯單元，該單元將CPU小系統(tǒng)發(fā)來的對光纖接口后插板的控制命令經(jīng)緊湊型外設(shè)部件互連總線接口發(fā)送到所述后插板。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種地震勘探數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)光纖接口板，其特征在于，包括FPGA芯片、CPCI總線接口、CPU小系統(tǒng)、局域PCI總線接口、RAM、以太網(wǎng)接口和至少兩個光電轉(zhuǎn)換模塊，光電轉(zhuǎn)換模塊將光纖上行數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息送入所述FPGA芯片，該芯片將上行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為道序數(shù)據(jù)緩存在RAM并經(jīng)CPCI總線接口輸出，且將狀態(tài)信息經(jīng)過所述局域PCI總線接口、CPU小系統(tǒng)后從以太網(wǎng)接口輸出；所述以太網(wǎng)接口將控制命令經(jīng)CPU小系統(tǒng)、局域PCI總線接口、FPGA芯片和另一光電轉(zhuǎn)換模塊下發(fā)到光纖。本實(shí)用新型可以完成對光纖傳輸?shù)那岸藬?shù)據(jù)的采集及數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。
文檔編號G08C23/00GK2775683SQ20052000887
公開日2006年4月26日 申請日期2005年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月21日
發(fā)明者朱耀強(qiáng), 宋克柱, 楊俊峰 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油田服務(wù)股份有限公司, 中海石油研究中心, 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)