基于VME总线的多DSP采集处理板设计

李敏

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SHARCDSP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（imaginglogging）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41.66KBPS，其余两个通道的速率是93.75KBPS。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。

2.1VME接口

VME的接口采用Altera的EPM7512CPLD实现，完成总线地址的译码。VME板卡以A32/D16Slave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。

2.2ADSP21060的结构与特点

ADSP21060采用超级哈佛结构，因此也称SHARC（SuperHarvardArchitectureComputer）DSP。具有32位单精度IEEE浮点处理器内核；运算速度为40MIPS，浮点运算峰值为120MFLOPS；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32KX16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。

2.3A/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3Msps，输入范围0～5V。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0～5V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BOOTLOADER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] ADSP21060UserGuid.AnalogDevicesInc.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.TigerSHARCDSP应用系统设计[M].北京：电子工业出版社，2004.