CN106527976A - 一种基于sata接口的海洋物探数据存储处理系统 - Google Patents

一种基于sata接口的海洋物探数据存储处理系统 Download PDF

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Abstract

一种基于SATA接口的海洋物探数据存储处理系统，包括SATA控制模块、数据核心处理模块、命令解析模块、高速缓存；命令解析模块解析配置命令、配置参数，高速缓存存储地震采集数据、拖缆状态数据，数据核心处理模块接收解析地震采集数据、拖缆状态数据后送至SATA控制模块，SATA控制模块对解析后的地震采集数据、拖缆状态数据进行编码处理后送至外部。

Description

一种基于SATA接口的海洋物探数据存储处理系统
技术领域
本发明涉及一种海洋物探数据存储处理技术，特别是一种基于SATA接口的海洋物探数据存储处理系统。
背景技术
随着海洋勘探开发的精细化，地震勘探方法向着多维、多分量、超多道等方向发展，使得海洋地震勘探所需处理的地震采集数据量成倍的增长，对海洋物探数据的采集处理能力提出了巨大的挑战，并且这种地震数据量的增长，对数据的实时处理、传输等技术提出了很高的要求。
现有海洋物探数据采集、存储、处理系统一般是基于传统的工业计算机VME总线结构。一方面，该结构体积大、结构复杂，制约了物探系统多条拖缆扩展能力；另一方面，该结构数据交换存在瓶颈，数据传输与处理能力弱，传输速度比较慢，仅适用于传统大道间距的拖缆物探系统，不能很好地满足当前高分辨率拖缆物探系统海量地震勘探数据处理的要求，需要研发一种结构简洁、传输数据量大、传输速率高、具备对高分辨率拖缆物探系统的海量数据进行实时处理能力的海洋物探数据存储处理模块。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于SATA接口的海洋物探数据存储处理系统。
本发明的技术解决方案是：一种基于SATA接口的海洋物探数据存储处理系统，包括SATA控制模块、数据核心处理模块、命令解析模块、高速缓存，其中
SATA控制模块，通过SATA接口接收外部发送的配置命令后送至命令解析模块、外部发送的配置参数后送至数据核心处理模块；对地震采集数据、拖缆状态数据进行编码、串行化、CRC计算后通过SATA接口发送至外部；所述的配置命令包括海洋物探水下拖缆的采集参数、工作模式、自检信息；所述的配置参数包括抽取率；
命令解析模块，接收配置命令、配置参数后进行解析，将解析后的配置命令、配置参数送至外部，将解析得到的配置参数中的抽取率送至数据核心处理模块；
数据核心处理模块，接收配置参数后将配置参数送至命令解析模块、配置参数中的抽取率送至外部进行地震采集数据、拖缆状态数据抽取；接收水下拖缆发送的地震采集数据、拖缆状态数据存储于高速缓存，从高速缓存读取地震采集数据、拖缆状态数据进行解析，并送至SATA控制模块；所述的拖缆状态数据包括海洋物探水下拖缆使用时长、工作电压监测值；
高速缓存，接收并存储地震采集数据、拖缆状态数据。
所述的SATA控制模块包括SATA接口、时钟和数据恢复单元、并行化单元、SATA主控制单元、串行化单元，其中
SATA接口，接收外部发送的配置命令、配置参数后组成SATA串行数据送至时钟和数据恢复单元；将串行化后的地震采集数据、拖缆状态数据送至外部；
时钟和数据恢复单元，接收到SATA串行数据后进行接收时钟和数据恢复，分离得到接收时钟、配置命令、配置参数，将接收时钟送至并行化单元、SATA主控制单元，将配置命令、配置参数送至并行化单元；
并行化单元，将接收时钟作为同步时钟驱动，对接收到配置命令、配置参数进行并行化处理后，将并行化的配置命令送至命令解析模块，将并行化的配置参数送至数据核心处理模块；
SATA主控制单元，将接收时钟作为同步时钟驱动；接收数据核心处理模块发送的地震采集数据、拖缆状态数据，进行编码、CRC计算后送至串行化单元；
串行化单元，对地震采集数据、拖缆状态数据进行串行化处理，并送至SATA接口单元。
所述的数据核心处理模块包括核心处理单元、数据地址缓冲单元、第一数据缓冲单元、高速缓存乒乓控制单元、第一高速缓存读写控制单元、第二高速缓存读写控制单元，第一高速缓存读写控制单元、第二高速缓存读写控制单元结构功能完全相同，其中
核心处理单元，接收配置参数后将配置参数送至命令解析模块，接收配置参数中的抽取率并送至外部进行地震采集数据、拖缆状态数据抽取；接收水下拖缆发送的地震采集数据、拖缆状态数据后送至数据地址缓冲单元；
数据地址缓冲单元，接收地震采集数据、拖缆状态数据并存储；
第一数据缓冲单元，将解析后的地震采集数据、拖缆状态数据送至SATA控制模块；
高速缓存乒乓控制单元，采用乒乓缓冲机制控制第一高速缓存读写控制单元、第二高速缓存读写控制单元依次读取数据地址缓冲单元中的地震采集数据、拖缆状态数据；采用乒乓缓冲机制控制第一高速缓存读写控制单元、第二高速缓存读写控制单元依次读取高速缓存模块存储的地震采集数据、拖缆状态数据；接收地震采集数据、拖缆状态数据后进行解析并送至第一数据缓冲单元；
第一高速缓存读写控制单元，读取数据地址缓冲单元中的地震采集数据、拖缆状态数据并送至高速缓存模块存储；读取高速缓存模块的地震采集数据、拖缆状态数据并送至高速缓存乒乓控制单元；
第二高速缓存读写控制单元，读取数据地址缓冲单元中的地震采集数据、拖缆状态数据并送至高速缓存模块存储；读取高速缓存模块的地震采集数据、拖缆状态数据并送至高速缓存乒乓控制单元。
所述的命令解析模块包括命令解析单元、数字包命令寄存器，其中
命令解析单元，接收配置命令、配置参数后进行解析，将解析后的配置命令、配置参数送至数字包命令寄存器，将解析得到的配置参数中的抽取率送至数据核心处理模块；
数字包命令寄存器，将解析后的配置命令、配置参数送至外部。
所述的时钟和数据恢复单元对接收到SATA串行数据进行接收时钟和数据恢复之前需要进行10b/8b转换。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明通过采用SATA接口的高速数据传输速度，解决了以前地震数据采集与记录系统数据传输慢的问题，具有数据高速传输的特点，而且SATA接口简洁，便于拖缆物探系统多条拖缆扩展应用；
(2)本发明通过高速缓存乒乓控制单元，解决了高分辨率拖缆物探系统上传数据量大、难以及时处理的问题，具有海量数据实时处理能力。
附图说明
图1为本发明原理结构示意图；
图2为本发明中SATA控制模块原理结构示意图；
图3为本发明中振子数据抽取模块原理结构示意图；
图4为本发明中数据核心处理模块原理结构示意图；
图5为本发明中命令解析模块原理结构示意图；
图6为本发明中命令发送模块原理结构示意图；
图7为本发明中数据接收模块原理结构示意图；
图8为本发明中高速缓存模块原理结构示意图。
具体实施方式
本发明针对现有技术的不足，提出一种基于SATA接口的海洋物探拖缆数据控制器，通过SATA接口实现海洋物探拖缆数据控制器与记录工作站之间的高速数据交互，简化了控制器接口，与现有技术相比，本发明基于SATA接口的控制器更容易实现多缆作业时的数据控制，同时SATA接口传输速度可以高达6Gbit/s，完全可以满足勘探接收、实时处理拖缆高密度地震数据，下面结合附图对本发明控制器进行详细说明。
如图1所示为本发明海洋物探拖缆数据控制器原理结构示意图，包括SATA控制模块1、振子数据抽取模块2、数据核心处理模块3、命令解析模块4、命令发送模块5、数据接收模块6、高速缓存模块7。
SATA控制模块1，用于控制SATA接口，通过SATA接口接收外部发送的配置命令并发送给命令解析模块4、外部发送的配置参数并送至数据核心处理模块3，将数据核心处理模块3发送的水下采集的数据进行编码、串行化、CRC计算等一系列操作后通过SATA接口发送至外部，配置命令包括水下拖缆的采集参数、工作模式、自检信息，配置参数包括前放增益衰减幅度、采集记录长度、滤波器阶数、水下拖缆长度、抽取率等。
命令解析模块4，接收配置命令、配置参数，按照查表法对配置命令、配置参数后进行解析，将解析后的配置命令、配置参数发送给命令发送模块5。同时将振子数据抽取率的配置参数(即解析得到的配置参数中的抽取率)发送给数据核心处理模块3。
命令发送模块5，用于向水下拖缆发送配置命令，将接收到的配置命令、配置参数按照海洋物探拖缆数据格式进行编码、串行化后发送至水下拖缆。
数据接收模块6，用于接收水下拖缆发送回的地震采集数据和拖缆状态数据(拖缆状态数据包括拖缆使用时长、工作电压监测值等)，数据接收模块6将接收到的数据进行解串、解码后发送给数据核心处理模块3。
数据核心处理模块3，接收配置参数后将配置参数送至命令解析模块4，将配置参数中的抽取率送至振子数据抽取模块2；对接收到的地震采集数据和拖缆状态数据进行如下几方面的处理：(1)对地震采集数据、拖缆状态数据交替存储于两个高速缓存7中(乒乓缓存)；(2)从高速缓存7中读取地震采集数据后进行解析和分离，比如去帧头、解密等处理，获取其中的拖缆状态数据和地震采集数据，发送给SATA控制模块1。
在数据核心处理模块3处理地震采集数据的同时，振子数据抽取模块2，按照配置要求(抽取率)对地震采集数据、拖缆状态数据进行抽取，将抽取到的地震数据、拖缆状态数据通过百兆以太网口发送至外部控制控制终端站，用于地震数据的显示。
如图2所示为本发明控制器中SATA控制模块1的原理结构示意图，SATA控制模块1包括SATA接口11、时钟和数据恢复单元12、并行化单元13、SATA主控制单元14、串行化单元15。
SATA接口11用于接收和发送数据的标准物理连接口，接收外部配置命令、配置参数后送至时钟和数据恢复单元12，将串行化单元15发送的串行化后的地震采集数据、拖缆状态数据送至外部；时钟和数据恢复单元12，在接收到SATA串行数据(即配置命令、配置参数)后，对SATA串行数据做10b/8b转换，进行时钟和数据恢复，分离出接收时钟(即接收SATA串行数据的时钟)和数据(即配置命令、配置参数)，将分离出的接收时钟信号送至并行化单元13、SATA主控制单元14，对数据解码、解扰、校验等操作得到恢复的配置命令和配置参数，然后发送给并行化单元13；并行化单元13(图2中该单元名称不对)，接收恢复得到的接收时钟作为同步时钟驱动，将接收到的恢复的配置命令和配置参数并行化，然后输出并行化的配置命令至命令解析模块4，并行化的配置参数至数据核心处理模块3；SATA主控制单元14，负责对整个SATA接口的数据收发进行控制，将接收时钟作为同步时钟驱动，接收数据核心处理模块3发送的地震采集数据、拖缆状态数据，进行编码、CRC计算后后送至串行化单元15；串行化单元15，对地震采集数据、拖缆状态数据进行串行化处理，并送至SATA接口单元11。
如图3所示为本发明控制器中振子数据抽取模块2的原理结构示意图，包括数据抽取单元21、网络数据交换单元22；数据抽取单元21根据前期配置按数据帧数的间隔抽取原则(例如“隔5帧数据抽取1帧”)，从地震数据、拖缆状态数据中进行数据抽取，并将抽取好的数据进行打包，将打包好的数据发送给网络数据交换单元22；网络数据交换单元22提供了一个百兆以太网接口，通过这个以太网接口将抽取的数据送至外部控制控制终端站，用于地震数据的显示。
如图4所示为本发明控制器中数据核心处理模块3结构示意图，数据核心处理模块3是整个拖缆数据控制器的核心控制部分，几乎所有的模块工作都要需要它来协调，包括核心处理单元31、数据地址缓冲单元32、数据缓冲单元33、高速缓存乒乓控制单元34、第一高速缓存读写控制单元35、第二高速缓存读写控制单元36。首先数据核心处理模块3的核心处理单元31接收配置参数后将配置参数送至命令解析模块4，接收配置参数中的抽取率并送至振子数据抽取模块2，接收地震采集数据、拖缆状态数据后送至数据地址缓冲单元32，数据地址缓冲单元32，接收地震采集数据、拖缆状态数据并存储，等待高速缓存乒乓控制单元34的读取，高速缓存乒乓读写控制单元34通过第一高速缓存读写控制单元35、第二高速缓存读写控制单元36根据乒乓操作依次读取数据地址缓冲单元32中的地震采集数据、拖缆状态数据，第一高速缓存读写控制单元35、第二高速缓存读写控制单元36依次读取数据地址缓冲单元32中的地震采集数据、拖缆状态数据后送至高速缓存模块7存储，然后高速缓存乒乓控制单元34采用乒乓缓冲机制控制第一高速缓存读写控制单元35、第二高速缓存读写控制单元36依次读取高速缓存模块7存储的地震采集数据、拖缆状态数据，第一高速缓存读写控制单元35、第二高速缓存读写控制单元36依次读取高速缓存模块7的地震采集数据、拖缆状态数据后送至高速缓存乒乓控制单元34，高速缓存乒乓控制单元34转发至第一数据缓冲单元33，第一数据缓冲单元33将解析后的地震采集数据、拖缆状态数据送至SATA控制模块1。本发明控制器中高速缓存乒乓控制单元34对两个高速缓存模块7的读写进行乒乓控制，这样做可以提高读写数据的效率，另外，第一高速缓存读写控制单元35和第二高速缓存读写控制单元36是两个结构功能完全相同的模块，对应两个高速缓存芯片，对高速缓存芯片进行读写操作。
如图5所示为本发明控制器中命令解析模块4的组成示意图，包括命令解析单元41、第一数字包命令寄存器42，命令解析单元41负责解析SATA控制模块1接收到的配置命令，命令解析单元41接收配置命令、配置参数后进行解析，在配置命令、配置参数解析后，将要发送给水下拖缆的命令(解析后的配置命令、配置参数)放入数字包命令寄存器42中暂存，等待命令发送模块5的取用或者将解析后的配置命令、配置参数送至命令发送模块5，同时将振子数据抽取率的配置信息(即解析得到的配置参数中的抽取率)发送给数据核心处理模块3。
如图6所示为本发明控制器中命令发送模块5的组成示意图，包括8b/10b编码单元51、CLC001驱动单元52，模块5为命令发送模块，模块中8b/10b编码单元51接收命令解析模块4发送的配置命令、配置参数后将配置命令、配置参数按照海洋物探拖缆数据格式进行编码，然后通过CLC001驱动单元51将配置命令、配置参数进行串行化后发送给水下拖缆。
如图7所示为本发明控制器中数据接收模块6的原理结构示意图，包括CLC012驱动单元61、10b/8b解码单元62、数据缓冲单元63。水下拖缆数据上传前首先要将并行数据和时钟经过8b/10b编码，然后通过串行器转化为串行数据流，最后经过预加重后发送出去，因此拖缆数据控制器接收到水下数据后，先进入数据接收模块6中的CLC012驱动模块61对数据和时钟进行解串，将串行的数据流转化为并行的数据，并分离出时钟，然后10b/8b解码单元62对数据进行解码，最后将解码后的数据暂存到数据缓冲63中，数据缓冲63将解码后的地震采集数据、拖缆状态数据送至数据核心处理模块3。
如图8所示为本发明控制器中高速缓存模块7的原理结构示意图，高速缓存模块7是由两片相同的高速缓存芯片组成，分别是第一高速缓存芯片71、第二高速缓存芯片72，两个芯片通过数据核心处理模块3的控制，用乒乓读写的方式进行数据的读写，加快了数据的操作速度。满足数据实时上传的需求，另外本发明控制器使用两个SATA接口，分别用来控制数据的接收和命令的发送，使其成为一个全双工的接口。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种基于SATA接口的海洋物探数据存储处理系统，其特征在于包括SATA控制模块(1)、数据核心处理模块(3)、命令解析模块(4)、高速缓存(7)，其中
SATA控制模块(1)，通过SATA接口接收外部发送的配置命令后送至命令解析模块(4)、外部发送的配置参数后送至数据核心处理模块(3)；对地震采集数据、拖缆状态数据进行编码、串行化、CRC计算后通过SATA接口发送至外部；所述的配置命令包括海洋物探水下拖缆的采集参数、工作模式、自检信息；所述的配置参数包括抽取率；
命令解析模块(4)，接收配置命令、配置参数后进行解析，将解析后的配置命令、配置参数送至外部，将解析得到的配置参数中的抽取率送至数据核心处理模块(3)；
数据核心处理模块(3)，接收配置参数后将配置参数送至命令解析模块(4)、配置参数中的抽取率送至外部进行地震采集数据、拖缆状态数据抽取；接收水下拖缆发送的地震采集数据、拖缆状态数据存储于高速缓存(7)，从高速缓存(7)读取地震采集数据、拖缆状态数据进行解析，并送至SATA控制模块(1)；所述的拖缆状态数据包括海洋物探水下拖缆使用时长、工作电压监测值；
高速缓存(7)，接收并存储地震采集数据、拖缆状态数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于SATA接口的海洋物探数据存储处理系统，其特征在于：所述的SATA控制模块(1)包括SATA接口(11)、时钟和数据恢复单元(12)、并行化单元(13)、SATA主控制单元(14)、串行化单元(15)，其中
SATA接口(11)，接收外部发送的配置命令、配置参数后组成SATA串行数据送至时钟和数据恢复单元(12)；将串行化后的地震采集数据、拖缆状态数据送至外部；
时钟和数据恢复单元(12)，接收到SATA串行数据后进行接收时钟和数据恢复，分离得到接收时钟、配置命令、配置参数，将接收时钟送至并行化单元(13)、SATA主控制单元(14)，将配置命令、配置参数送至并行化单元(13)；
并行化单元(13)，将接收时钟作为同步时钟驱动，对接收到配置命令、配置参数进行并行化处理后，将并行化的配置命令送至命令解析模块(4)，将并行化的配置参数送至数据核心处理模块(3)；
SATA主控制单元(14)，将接收时钟作为同步时钟驱动；接收数据核心处理模块3发送的地震采集数据、拖缆状态数据，进行编码、CRC计算后送至串行化单元(15)；
串行化单元(15)，对地震采集数据、拖缆状态数据进行串行化处理，并送至SATA接口单元(11)。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于SATA接口的海洋物探数据存储处理系统，其特征在于：所述的数据核心处理模块(3)包括核心处理单元(31)、数据地址缓冲单元(32)、第一数据缓冲单元(33)、高速缓存乒乓控制单元(34)、第一高速缓存读写控制单元(35)、第二高速缓存读写控制单元(36)，第一高速缓存读写控制单元(35)、第二高速缓存读写控制单元(36)结构功能完全相同，其中
核心处理单元(31)，接收配置参数后将配置参数送至命令解析模块(4)，接收配置参数中的抽取率并送至外部进行地震采集数据、拖缆状态数据抽取；接收水下拖缆发送的地震采集数据、拖缆状态数据后送至数据地址缓冲单元(32)；
数据地址缓冲单元(32)，接收地震采集数据、拖缆状态数据并存储；
第一数据缓冲单元(33)，将解析后的地震采集数据、拖缆状态数据送至SATA控制模块(1)；
高速缓存乒乓控制单元(34)，采用乒乓缓冲机制控制第一高速缓存读写控制单元(35)、第二高速缓存读写控制单元(36)依次读取数据地址缓冲单元(32)中的地震采集数据、拖缆状态数据；采用乒乓缓冲机制控制第一高速缓存读写控制单元(35)、第二高速缓存读写控制单元(36)依次读取高速缓存模块(7)存储的地震采集数据、拖缆状态数据；接收地震采集数据、拖缆状态数据后进行解析并送至第一数据缓冲单元(33)；
第一高速缓存读写控制单元(35)，读取数据地址缓冲单元(32)中的地震采集数据、拖缆状态数据并送至高速缓存模块(7)存储；读取高速缓存模块(7)的地震采集数据、拖缆状态数据并送至高速缓存乒乓控制单元(34)；
第二高速缓存读写控制单元(36)，读取数据地址缓冲单元(32)中的地震采集数据、拖缆状态数据并送至高速缓存模块(7)存储；读取高速缓存模块(7)的地震采集数据、拖缆状态数据并送至高速缓存乒乓控制单元(34)。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于SATA接口的海洋物探数据存储处理系统，其特征在于：所述的命令解析模块(4)包括命令解析单元(41)、数字包命令寄存器(42)，其中
命令解析单元(41)，接收配置命令、配置参数后进行解析，将解析后的配置命令、配置参数送至数字包命令寄存器(42)，将解析得到的配置参数中的抽取率送至数据核心处理模块(3)；
数字包命令寄存器(42)，将解析后的配置命令、配置参数送至外部。
5.根据权利要求2所述的一种基于SATA接口的海洋物探数据存储处理系统，其特征在于：所述的时钟和数据恢复单元(12)对接收到SATA串行数据进行接收时钟和数据恢复之前需要进行10b/8b转换。
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