基于DSP和FPGA的油田測(cè)井系統(tǒng)總線通信接口設(shè)計(jì)

圖1 DSP和FPGA連接示意圖

DSP模塊主要完成兩個(gè)功能：把1553B總線來(lái)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CAN總線的幀結(jié)構(gòu)，或者相反；把1553B總線來(lái)的命令解析，轉(zhuǎn)換成CAN總線系統(tǒng)的命令并組成CAN的幀結(jié)構(gòu)發(fā)送。具體過(guò)程：DSP根據(jù)XA的狀態(tài)分兩次將經(jīng)過(guò)18變16位轉(zhuǎn)換模塊變成的18位數(shù)據(jù)讀入，經(jīng)DSP總線協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊按照井下儀器通訊協(xié)議處理后的數(shù)據(jù)，通過(guò)DSP內(nèi)嵌的CAN總線控制模塊中的CAN7r)(，CANRX接口送給工控機(jī)對(duì)井下儀器進(jìn)行控制。同時(shí)DSP根據(jù)接收到的命令。讀取井下儀器通過(guò)CAN總線模塊傳輸來(lái)的采集信息并按照總線通訊協(xié)議處理為16位數(shù)據(jù)送給FPGA．這種通過(guò)DSP與FPGA共同實(shí)現(xiàn)總線協(xié)議的方法，呵以在接收完1553B總線數(shù)據(jù)后直接觸發(fā)總線轉(zhuǎn)換程序，從而減少單獨(dú)采用1553B協(xié)議芯片時(shí)對(duì)DSP的數(shù)據(jù)中斷請(qǐng)求時(shí)間，更好地滿足了控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。

1.4 CAN總線模塊

CAN總線模塊由DSP內(nèi)嵌的總線控制模塊、收發(fā)器SN65HVD231Q和高速光耦HCPL5601組成。TM$320F2812巾內(nèi)嵌的CAN總線控制模塊手要由CAN協(xié)議內(nèi)核和消息控制器構(gòu)成。CAN協(xié)議內(nèi)核主要完成把從n)GA讀入的總線消息解碼并向接收緩沖發(fā)送解碼后的消息，同時(shí)根據(jù)CAN總線協(xié)議向CAN總線上發(fā)送消息；消息控制器決定接收到消息的取舍，如果描述符通過(guò)驗(yàn)收濾波器。CAN控制器將CAN總線上的描述場(chǎng)和數(shù)據(jù)場(chǎng)順序存人奪的緩存器中，并向DSP發(fā)送中斷請(qǐng)求，DSP響應(yīng)中斷，把CAN緩存器中的數(shù)據(jù)取出。

2 軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

由于1553B和CAN總線不但幀結(jié)構(gòu)不同。命令體系不一樣。而凡不問(wèn)的1553B與CAN總線之問(wèn)的轉(zhuǎn)換方法也是不一樣的．因此1553B與CAN總線之間的轉(zhuǎn)換不僅僅是幀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，還涉及到兩個(gè)系統(tǒng)之間命令的解析，所以需要采用更加靈活的軟件方式來(lái)實(shí)現(xiàn)這兩種總線的轉(zhuǎn)換。在整個(gè)通訊接口系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中面臨的最大問(wèn)題就是通訊的實(shí)時(shí)性和緩沖數(shù)據(jù)管理，軟件設(shè)計(jì)中采用中斷源優(yōu)先級(jí)控制機(jī)制，不同的中斷源設(shè)置不同的中斷等級(jí)，以滿足系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。接口電路的軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言進(jìn)行編程，采用模塊化結(jié)構(gòu)和子程序嵌套方式。便于程序的編制、修改、擴(kuò)充以及連調(diào)等。FPGA采用Verilog HDI．語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)編解碼和1553B總線協(xié)議處理。其主程序流程圖見(jiàn)圖2。

圖2 主程序流程圖

本設(shè)計(jì)在TI的TM$320F2812和actel公司生產(chǎn)的PmASIC3系列芯片(A3P125)&進(jìn)行r實(shí)現(xiàn)。該編解碼器及協(xié)議控制器共I與用FPGA256個(gè)邏輯單元，占總邏輯資源的6．8％，這有利于今后對(duì)其進(jìn)行完善和功能的添加。其輸入時(shí)鐘為48MHz，數(shù)據(jù)速率為1MHz。

3 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)利用FPGA高鏹度，結(jié)構(gòu)靈活，設(shè)汁時(shí)間短和可編程的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)1553B信廿的獨(dú)證處理，再加卜TI公司2000系列DSP豐富的YO接口和較普通單片機(jī)更快的處理速度．實(shí)現(xiàn)，對(duì)F．PGA的控制管理，完成了1553B總線與Can總線的通信，滿足了測(cè)井儀器的數(shù)據(jù)通訊要求．系統(tǒng)的集成度提高，擴(kuò)展能力增強(qiáng)，順利通過(guò)了某油田測(cè)井系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試并對(duì)其它數(shù)據(jù)通信總線互聯(lián)提供了先進(jìn)的方法，具有相當(dāng)普遍的實(shí)用意義。