楊 勣

摘要 時間域電磁方法是目前先進的近地探測的方法之一,已廣泛的應用于礦藏勘探、航空和海洋及近地礦井等勘探領域。對比目前國內外同類儀器的探測性能,國內基于時間域的電磁系統(tǒng)主要存在電磁兼容性差、通信技術相對落后(速度慢)、功率小、運行穩(wěn)定性及可靠性較差等問題。本文選取了用于該系統(tǒng)的USB數據傳輸技術的應用為研究重點,從USB技術的傳輸結構出發(fā)設計了一種應用于時間域電磁法系統(tǒng)中的高速USB通訊體系。通過仿真實驗分析證明該體系基本滿足了系統(tǒng)高速數據傳輸的需要。

關鍵詞 時間域電磁法;上位機通訊;USB技術;傳輸結構

中圖分類號 TH763 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708(2009)07-0080-02

0 引言

近年來,基于時間域電磁法技術在國內外迅速發(fā)展,可以解決的地質問題范圍不斷擴大,目前幾乎涉足了地球物理勘探的各個領域,包括空中和海洋甚至是淺層地表的礦井滲水等領域,并且取得了顯著的效果,已經成為不可缺少的地球物理勘探方法之一[1],但高速通訊技術一直都是該技術發(fā)展過程中的一個瓶頸問題。USB技術作為當前計算機外設的普遍采用的接口方式,其具有高速、即插即用、熱插拔、擴展方便等獨特的優(yōu)越性且具有較高的傳輸速度(USB 協(xié)議1.1支持的最高傳輸速度為12Mbps,而USB協(xié)議2.0支持的最高傳輸速度更是高達480Mbps),支持即插即用和熱插拔功能,USB設備的連接電纜最長可達5m,且可通過USB集線器進行層式星形拓撲連接,因此,其非常適合作為主機和其他外設之間的通信接口。

這些問題的出現(xiàn)為高速USB技術的應用提供了廣泛的空間。本文采用了TMS320LF2407A 作為系統(tǒng)的驅動DSP,其片內外設的串行通信接口SCI模塊是一個標準的通用異步接收/發(fā)送(UART)可編程串行通信接口。SCI支持CPU與其他使用標準不歸零格式(NRZ)的異步外設之間的數字通信。整個接口電路簡單、可靠性高。驅動DSP的數據通訊用USB技術實現(xiàn),并通過對USB系統(tǒng)的設計實現(xiàn)基于時間域電磁法探測系統(tǒng)的高速通訊,從最后的實驗結果看,我們的設計是成功而有效的。

1 USB傳輸技術的系統(tǒng)結構

USB技術是目前工業(yè)領域廣泛采用的通訊技術手段之一[3]。USB(Universal Serial Bus,通用串行總線)是由Intel、Microsoft、IBM及NEC等公司共同制定的微機總線接口規(guī)范,該技術的設計規(guī)范中將USB分為5個部分:控制器、控制器驅動程序、USB芯片驅動程序、USB設備以及針對不同USB設備的客戶驅動程序?？刂破?Host Controller)主要負責執(zhí)行由控制器驅動程序發(fā)出的命令。控制器驅動程序(Host Controller Driver)在控制器與USB設備之間建立通信信道。USB芯片驅動程序(USB Driver)提供對USB的支持。USB設備(USB Device)包括與PC相連的USB外圍設備,分為兩類,一類設備本身可再接其它USB外圍設備,另一類設備本身不可再連接其它外圍設備,前者稱為集線器(Hub),后者稱為設備(Function)?；蛘哒f,集線器帶有連接其它外圍設備的USB端口,而設備則是連接在計算機上用來完成特定功能并符合USB規(guī)范的設備單元。

2 基于時間域電磁法系統(tǒng)的USB傳輸技術設計

在我們設計的電磁法發(fā)射系統(tǒng)中采用了Philips 公司的PDIUSBD12,它符合USB1.1規(guī)范;采用28腳SO或TSSOP封裝;可以在3.3±0.3V 或3.6~5.5V 兩種電壓下工作;低功耗、符合USB電源管理的要求;內部集成SIE、320bytes的FIFO緩存、收發(fā)器;以及電壓調整電路和終結電阻器;提供2Mbyte/s速率的并行接口;具有全自治本地DMA功能;芯片提供的多重中斷模式有利于批量和等時數據傳輸模式;芯片提供了雙倍的輸入輸出緩沖,在批量模式達到1Mbytes/s 數據傳輸率,同步模式也可達到1Mbits/s 數據傳輸率;此外它還集成了許多特性,包括Soft ConnetTM、GoodLinkTM、可編程時鐘輸出、低頻晶振(內帶 PLL 倍頻電路)和終止寄存器集合。所有這些特性為系統(tǒng)節(jié)約了成本,同時使USB 功能在外設上的應用變的容易。

我們將編寫完的程序固化到FLASHROM中,固件設計的目標就是使D12在USB上達到最大的傳輸速率。D12的固件要設計成完全的中斷驅動。當DSP在前臺執(zhí)行數據處理任務時,USB的傳輸可在后臺進行,這就確保了最佳的傳輸速率和采集站的流水線工作模式。后臺ISR(中斷服務程序)和前臺主程序循環(huán)之間的數據交換通過事件標志和數據緩沖區(qū)來實現(xiàn)。對于D12的批量輸出端點可使用循環(huán)的數據緩沖區(qū)。

3 仿真與實驗結果分析

利用模擬實驗驗證我們設計的應用于時間域電磁法探測系統(tǒng)的高速USB傳輸系統(tǒng)的的性能。我們采用了基于計算機模擬和實際數據流速實驗的手段對本設計進行了驗證。在驗證過程中對USB傳輸系統(tǒng)的傳輸速率、最大傳輸距離、誤碼率、穩(wěn)定性以及野外復雜條件下的魯棒性進行了測試。

從仿真實驗的結果看,本文所采用的面向時間域電磁法探測系統(tǒng)的高速USB傳輸技術在應用上是成功的。從測試結果分析,USB技術的控制、中斷及批量模式下的傳輸均能達到USB2.0的官方平均傳輸速率,在抗干擾方面也表現(xiàn)比較優(yōu)異,但其在同步模式下則表現(xiàn)得不是很穩(wěn)定。由于該系統(tǒng)主要用于野外作業(yè),所以在以后的研究中要重點研究該技術在這個方面的問題。

4 結論

作為一種先進的地球物理探測方法,時間域電磁方法是目前采用的先進的近地探測的方法,并且該方法已廣泛的應用于礦藏勘探、航空和海洋等領域。對比目前國內外同類儀器的發(fā)展現(xiàn)狀,國內基于時間域的電磁系統(tǒng)主要存在電磁兼容性差、通信技術相對落后、功率小、運行穩(wěn)定性及可靠性較差等問題。面對這個背景本文針對面向時間域電磁法探測系統(tǒng)的高速USB傳輸技術進行了研究,通過硬件設計對應用于該系統(tǒng)的USB進行了傳輸技術設計。通過對設計的仿真與實驗得到了該設計的有效性結論,但在某些方面如USB同步模式下的數據傳輸的穩(wěn)定性還有待改進。

參考文獻

[1]李貅.瞬變電磁測深的理論與應用[M].西安:陜西科學技術出版社,2002.

[2]王忠.基于雙AD與DSP技術的瞬變電磁法接收機的研制[D].長春:吉林大學碩士學位論文,2003.

[3]周立功.PDIUSBD12USB固件編程與驅動開發(fā)[M].北京航空航天大學出版社,2002,11.

[4]周國華.基于DSP的瞬變電磁探測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].長春:吉林大學碩士學位論文,2003.

[5]于景邨.礦井瞬變電磁法理論與應用技術研究[D].北京:中國礦業(yè)大學博士學位論文,1999.

中國科協(xié)論壇聚焦干細胞研究

“我國研究干細胞的動物模型,不能僅停留在小鼠等小動物上,如果能舉全國之力試驗大動物,如豬、猴子等,那我們就快成功了?！痹诓痪们芭e行的第二次中國科協(xié)論壇上,同濟大學校長、中國科學院院士裴剛在談到中國干細胞研究的機遇與挑戰(zhàn)時,著重強調了大動物試驗平臺的意義。

從1999年12月干細胞研究被評為世界十大科學研究之首至今,干細胞研究已走過了10年。裴剛說:“過去,干細胞研究一直比較熱門,有各種原因。其一,干細胞是科學的最前沿,因為一個細胞變成很多細胞,變成個體,是怎么變的,人類永遠是好奇的。其二,細胞分化以后能不能再回來?其三,如果這兩種可能存在的話,有什么用?人類各種疾病是不是可以用這種方法來治療?因此干細胞研究有非常深遠的社會意義、政治意義和科學意義?！?/p>

在談到干細胞發(fā)展戰(zhàn)略時,裴剛強調了人才和機制的重要性,希望有創(chuàng)新的研究體制和長期穩(wěn)定的支持,“開放性的招聘,長期穩(wěn)定的擇優(yōu)支持,國有評估,開放流動”。

在由裴剛擔任首席科學家的第二次中國科協(xié)論壇上,會聚了南開大學校長、中國科學院院士饒子和,中國科學院動物研究所所長、中國科學院院士孟安明等20多位知名學者。論壇議題為干細胞研究領域的最新進展、重大成果和發(fā)展態(tài)勢分析,我國干細胞與再生醫(yī)學領域未來的發(fā)展戰(zhàn)略和相關建議等。

為發(fā)揮中國科協(xié)所屬學會在推動自主創(chuàng)新中的作用,根據中國科協(xié)領導關于舉辦高端學術論壇的指示精神,從2009年起設立中國科協(xié)論壇。論壇瞄準科學發(fā)展前沿,圍繞建設創(chuàng)新型國家的戰(zhàn)略目標,面向國家重大戰(zhàn)略需求,緊密跟蹤高技術發(fā)展趨勢,就引領未來科技發(fā)展的關鍵科學問題、制約經濟社會發(fā)展的瓶頸技術問題、重大工程技術中的核心科學問題,組織學術交流。

“中國科協(xié)論壇強調主題前沿性、人員高端性和規(guī)模小型性,注重主題新穎,形式靈活,探討深入?！敝袊茀f(xié)學會學術部部長沈愛民在第二次中國科協(xié)論壇上表示,希望專家學者在已經有了一些研究成果的同時,在這個論壇上,通過深入的研討,真正產生一些觀點。中國科協(xié)希望通過設立中國科協(xié)論壇的方式,提升學術交流層次,推動學科交叉和融合,營造和諧學術環(huán)境,提高學術交流的質量和成效,促進自主創(chuàng)新和高層次人才成長,打造新的學術交流品牌,優(yōu)化學術交流格局。