CN2775683Y - 地震勘探数据采集记录系统光纤接口板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种地震勘探数据采集记录系统光纤接口板，其特征在于，包括FPGA芯片、CPCI总线接口、CPU小系统、局域PCI总线接口、RAM、以太网接口和至少两个光电转换模块，光电转换模块将光纤上行数据和状态信息送入所述FPGA芯片，该芯片将上行数据转换为道序数据缓存在RAM并经CPCI总线接口输出，且将状态信息经过所述局域PCI总线接口、CPU小系统后从以太网接口输出；所述以太网接口将控制命令经CPU小系统、局域PCI总线接口、FPGA芯片和另一光电转换模块下发到光纤。本实用新型可以完成对光纤传输的前端数据的采集及数据格式转换。

Description

地震勘探数据采集记录系统光纤接口板

技术领域

本实用新型涉及地球物理勘探领域，更具体地，涉及地震勘探数据采集记录系统中的接口板。

背景技术

地震数据采集与记录系统是地震勘探中最关键的设备，地震勘探作业要求不失真的接收记录地震波，地震数据采集与记录系统必须具有大动态范围、低噪音、低漂移、宽频带和压制干扰波等能力。为评价地震资料的质量，仪器要能够实现对记录资料的监视回放功能，以便在野外及时调整工作方法和仪器参数。

我国在海洋油气田勘探中应用的地震数据采集与记录系统全部是从国外进口的设备，如：美国INPUT/OUTPUT公司的MSX系统，法国SERCEL公司的SYNTRAK 960系统等仪器设备，该类仪器都是基于传统的工业计算机VME总线结构，体积较大，技术相对落后，普遍基于电信号的数据传输，采集数据小，传输速度慢。

为了提高对地震数据的采集、处理和记录能力，增大地震数据的采集量，提高系统的可靠性和稳定性，为油田后期精细开发方案以及海洋油藏勘探提供准确数据。需要应用计算机控制领域、电子技术、光纤通信领域的最新成果，通过光纤进行数据传输通信，其传输数据量大，传输速率高，误码率低，容错能力强。这样就需要提供一种光纤数据接口板(FCI板)，完成对光纤传输的前端数据的采集及数据格式转换。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种地震勘探数据采集记录系统光纤接口板，可以完成对光纤传输的前端数据的采集及数据格式转换。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种地震勘探数据采集记录系统光纤接口板，其特征在于，包括现场可编程门阵列芯片、紧凑型外设部件互连总线接口、CPU小系统、局域外设部件互连总线接口、随机存储器、以太网接口和至少两个光电转换模块，其中：

所述光电转换模块将光纤传送来的上行数据和状态信息转换为电信号送入所述现场可编程门阵列芯片，该芯片将所述上行数据转换为道序数据缓存在所述随机存储器并经所述紧凑型外设部件互连总线接口输出，且将所述状态信息经过所述局域外设部件互连总线接口、CPU小系统传送后，从所述以太网接口输出；

所述以太网接口将收到的主控制工作站的控制命令传送到所述CPU小系统，由该CPU小系统驱动将所述控制命令经所述局域外设部件互连总线接口、现场可编程门阵列芯片和另一光电转换模块下发到光纤；

进一步地，上述光纤接口板还可具有以下特点：所述随机存储器是同步动态随机存储器。

进一步地，上述光纤接口板还可具有以下特点：所述对上行数据转换的光电转换模块与所述现场可编程门阵列芯片之间接有一个串并转换模块，所述对下行数据转换的光电转换模块与所述现场可编程门阵列芯片之间接有一个并串转换模块。

进一步地，上述光纤接口板还可具有以下特点：所述现场可编程门阵列芯片包括连接到光电转换器的光纤数据接收单元、光纤状态接收单元、和光纤命令发送单元，以及时序转道序控制单元、随机存储控制器、紧凑型外设部件互连总线接口逻辑单元、局域外设部件互连总线接口逻辑单元，所述时序转道序控制单元与所述光纤数据接收单元、随机存储控制器、紧凑型外设部件互连总线接口逻辑单元和局域外设部件互连总线接口逻辑单元相连接，所述局域外设部件互连总线接口逻辑单元与所述光纤状态接收单元和光纤命令发送单元相连接。

进一步地，上述光纤接口板还可具有以下特点：所述随机存储控制器有两个，每一个控制一个同步动态随机存储器。

进一步地，上述光纤接口板还可具有以下特点：所述现场可编程门阵列芯片还包括一个与所述光纤数据接收单元和局域外设部件互连总线接口逻辑单元连接的抽取逻辑单元。

进一步地，上述光纤接口板还可具有以下特点：所述现场可编程门阵列芯片还包括一个局域I/O接口逻辑单元，该单元将CPU小系统发来的对光纤接口后插板的控制命令经紧凑型外设部件互连总线接口发送到所述后插板。

由上可知，本实用新型可以完成对光纤传输的前端数据的采集及数据格式转换，还可将上行状态信息并通过百兆网口发送给主控工作站，对光纤数据进行抽取后产生实时抽取振子数据发送给主控工作站；并提供接口实现主控工作站对后插板上电源控制、电缆拉力检测、电缆通断状态检测、电源漏电检测模块的控制和通信。

附图说明

图1是本实用新型实施例FCI板的结构图。

具体实施方式

光纤数据接口板(FCI板)是地震采集记录系统中很重要的单元，位于数据采集处理机(DPM)机箱内，完成对前端数据采集及数据格式转换，本实施例中的FCI板是一块标准的6U尺寸的CPCI(Compact PCI，即紧凑型外设部件互连)插板。光纤接口板与拖缆数字包的通信通过光纤来完成，光电转换模块完成系统运行中的光信号与电信号的传输转换。光纤接口板上提供了两块大容量的SDRAM(同步动态随机存储器)用于完成数据的存储和时序转道序，对SDRAM的控制采用FPGA(现场可编程门阵列，一种集成电路芯片)内部的SDRAM控制器来实现。通过CPCI总线接口模块实现将完成时序转道序的地震数据传送到VPD板(可视数据处理板)，并接收后插板的命令控制。

本实施例的FCI板在数据采集处理机中主要完成以下功能：

1)接收从拖缆中数据包头包经光纤传来的数据；

2)通过板上自带的百兆网口接收主控工作站的控制命令和配置参数，并通过光纤转发给头包以控制拖缆中采集板的工作状态；

3)接收头包传来的数字包状态信息并通过百兆网口发送给主控工作站；

4)对光纤数据进行抽取后产生实时抽取振子数据发送给主控工作站；

5)在板上提供的大容量SDRAM中存储光纤数据，在FPGA逻辑控制下完成时序转道序生成道序数据，并将产生的道序数据通过CPCI接口传送给VPD板；

6)通过CPCI的接口与FCI后插板相连，并提供接口实现主控工作站对后插板上电源控制、电缆拉力检测、电缆通断状态检测、电源漏电检测模块的控制和通信；

为了实现上述功能，本实施例的光纤接口板的具体结构如图1所示，主要包括FPGA芯片(现场可编程门阵列)、CPCI总线接口、CPU小系统、局域PCI(局域外设部件互连)总线接口、两块SDRAM、百兆以太网接口、以及光电转换模块和串并转换模块、并串转换模块。

本实施例采用专用的PCI接口芯片完成CPCI总线和板上局域PCI总线和系统的连接。CPU小系统与FPGA之间的命令和配置信息的通信、抽取后数据的传输都通过PCI总线来完成。对于CPCI总线接口，采用PLX公司的PCI 965664位PCI接口芯片，用于实现FPGA与CPCI总线通信的接口芯片。对于局域PCI总线接口，采用AMCC公司的S5933接口芯片，用于实现FPGA与PCI总线通信的接口芯片，该芯片连同百兆以太网接口的控制芯片82559都连接在MPC8240的局域PCI总线上，分别将不同的数据线接入其各自的IDSEL脚，以便在CPU在PCI总线配置周期时检测不同的设备。

FPGA模块是整个光纤接口板设计中的核心模块之一，数据的接收、分析、处理、发送、局域PCI总线和CPCI总线的接口逻辑实现，以及对SRAM的控制等等都是通过FPGA内部的逻辑来完成。其内部包括光纤数据接收单元、光纤状态接收单元、光纤命令发送单元、时序转道序控制单元、两个SDRAM控制器(图中以重叠方式示出)、CPCI总线接口逻辑单元、抽取逻辑单元、局域PCI总线接口逻辑单元，以及局域I/O接口逻辑单元，如图1所示。

从光纤通道上传的上行数据经光电转换模块和串并转换模块后，由FPGA内部的光纤数据接收单元接收，剥离时序数据后传送至抽取逻辑单元和时序转道序控制单元，其中抽取逻辑单元对数据进行抽取，经局域PCI总线接口逻辑单元发送至局域PCI总线接口(采用AMCC S5933芯片)。光纤状态接收单元负责接收状态光纤发送的上行状态信息，经局域PCI总线接口逻辑单元发送至局域PCI总线接口。光纤命令发送单元则在收到局域PCI总线接口经局域PCI总线接口逻辑单元发来的数据后，经并串转换模块和光电转换模块后从光纤发送下行命令。

时序转道序控制单元用于实现道序数据的地址产生，其对两个SDRAM控制器的读写进行乒乓调度，通过乒乓控制可以减少处理死时间。两个SDRAM控制器分别对FPGA外部的两个SDRAM进行读写控制，从而按道序地址将转换后的道序数据缓存到两个SDRAM中。当一批数据传送完毕后，CPCI总线接口逻辑单元按照SDRAM中存储的地址依次读出数据，将24bit数据合并成32bit，发送到CPCI总线接口(采用PLX PCI 9656芯片)，通过该CPCI总线接口将缓存后的道序数据传送给VPD板。CPCI总线接口的接插件提供与CPCI机箱背板的连接，完成数据从光纤接口板到VPD板的传输功能，同时提供一个用户定义总线的接口来完成对光纤接口后插板的控制。

在FPGA中提供3种时钟信号，其频率分别为16MHz，33MHz，66MHz。其中，光纤接口部分(包括数据光纤、命令光纤、状态光纤)采用的时钟频率为16MHz，S5933_interface、CPCI_interface、Pingpang_control、SDRAM1_control、SDRAM2_control等模块的工作时钟频率为33MHz，66MHz时钟作为可能的扩展时钟源。

光纤接口板上提供CPU小系统实现驱动控制，用于控制板上的PCI局域总线，通过百兆以太网与主控工作站通信，主控工作站通过以太网接口进行FPGA的工作模式的配置、对光纤接口后插板的控制并发送下行光纤命令以控制数据采集端的工作。而CPU小系统从局域PCI总线接口单元获得抽取后的光纤通道的数据以及状态信息，经过百兆以太网接口传送至主控工作站，同时还把主控制工作站下发的对光纤接口后插板的控制命令经FPGA内部的局域I/O接口逻辑单元、CPCI总线接口单元发送到光纤接口后插板，将主控制工作站下发的下行光纤命令经FPGA内部的局域PCI总线接口、局域PCI总线接口逻辑单元、并串转换模块和光电转换模块传送到光纤。

本实用新型也可对上述实施例的光纤接口板进行简化，只实现其中的上行数据转换、上行状态信息的传送以及下行命令传送的主要功能，相应地，其它功能相关的部件或单元就可以省略。

Claims (7)

1、一种地震勘探数据采集记录系统光纤接口板，其特征在于，包括现场可编程门阵列芯片、紧凑型外设部件互连总线接口、CPU小系统、局域外设部件互连总线接口、随机存储器、以太网接口和至少两个光电转换模块，其中：

所述光电转换模块将光纤传送来的上行数据和状态信息转换为电信号送入所述现场可编程门阵列芯片，该芯片将所述上行数据转换为道序数据缓存在所述随机存储器并经所述紧凑型外设部件互连总线接口输出，且将所述状态信息经过所述局域外设部件互连总线接口、CPU小系统传送后，从所述以太网接口输出；

所述以太网接口将收到的主控制工作站的控制命令传送到所述CPU小系统，由该CPU小系统驱动将所述控制命令经所述局域外设部件互连总线接口、现场可编程门阵列芯片和另一光电转换模块下发到光纤。

2、如权利要求1所述的光纤接口板，其特征在于，所述随机存储器是同步动态随机存储器。

3、如权利要求1所述的光纤接口板，其特征在于，所述对上行数据转换的光电转换模块与所述现场可编程门阵列芯片之间接有一个串并转换模块，所述对下行数据转换的光电转换模块与所述现场可编程门阵列芯片之间接有一个并串转换模块。

4、如权利要求1所述的光纤接口板，其特征在于，所述现场可编程门阵列芯片包括连接到光电转换器的光纤数据接收单元、光纤状态接收单元、和光纤命令发送单元，以及时序转道序控制单元、随机存储控制器、紧凑型外设部件互连总线接口逻辑单元、局域外设部件互连总线接口逻辑单元，所述时序转道序控制单元与所述光纤数据接收单元、随机存储控制器、紧凑型外设部件互连总线接口逻辑单元和局域外设部件互连总线接口逻辑单元相连接，所述局域外设部件互连总线接口逻辑单元与所述光纤状态接收单元和光纤命令发送单元相连接。

5、如权利要求5所述的光纤接口板，其特征在于，所述随机存储控制器有两个，每一个控制一个同步动态随机存储器。

6、如权利要求5所速的光纤接口板，其特征在于，所述现场可编程门阵列芯片还包括一个与所述光纤数据接收单元和局域外设部件互连总线接口逻辑单元连接的抽取逻辑单元。

7、如权利要求5所述的光纤接口板，其特征在于，所述现场可编程门阵列芯片还包括一个局域I/O接口逻辑单元，该单元将CPU小系统发来的对光纤接口后插板的控制命令经紧凑型外设部件互连总线接口发送到所述后插板。