邱永成，謝榮清

(中海油田服務(wù)股份有限公司 物探事業(yè)部，天津 300450)

基于MPC8270的處理器板卡設(shè)計(jì)

邱永成，謝榮清

(中海油田服務(wù)股份有限公司 物探事業(yè)部，天津 300450)

隨著海洋地震勘探發(fā)展，為了實(shí)現(xiàn)海洋地震勘探采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和處理，設(shè)計(jì)了一種基于MPC8270的地震數(shù)據(jù)采集處理板卡；根據(jù)海洋地震數(shù)據(jù)采集處理的實(shí)時(shí)性和大數(shù)據(jù)量要求以及MPC8270處理器的特性，設(shè)計(jì)了基于MPC8270和FPGA的CPCI總線通信結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)地震數(shù)據(jù)的高速實(shí)時(shí)傳輸；詳細(xì)介紹了MPC8270的關(guān)鍵外圍電路、FPGA及CPCI總線電路的硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法，并在實(shí)際應(yīng)用中給出了板卡嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks配置的實(shí)現(xiàn)方式；板卡以MPC8270作為核心處理器，以FPGA為控制核心電路，以VxWorks為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)地震數(shù)據(jù)的高速處理和CPCI總線實(shí)時(shí)傳輸功能；經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部測(cè)試及海上實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，結(jié)果表明地震數(shù)據(jù)采集處理板卡能夠?qū)崿F(xiàn)地震數(shù)據(jù)的高速處理和實(shí)時(shí)傳輸，并且板卡性能穩(wěn)定可靠；板卡的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)通用，對(duì)數(shù)據(jù)處理、總線控制和信息交換等領(lǐng)域相關(guān)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)具有一定的參考價(jià)值。

MPC8270；CPCI總線；FPGA

0 引言

MPC8270是Freescale公司的一款多功能通信處理器，集成了PowerPC內(nèi)核和通信處理模塊內(nèi)核[1]，有較高的集成度和較低的功耗，能夠簡(jiǎn)化電路板的設(shè)計(jì)，加快處理器板卡的開(kāi)發(fā)調(diào)試，并且價(jià)格相對(duì)較低。這種低成本多用途的集成處理器的應(yīng)用場(chǎng)合是使用PCI 接口的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、電訊和其它嵌入式應(yīng)用等方面。PCI總線以其獨(dú)立于處理器的獨(dú)特設(shè)計(jì)和高性能、開(kāi)放性等優(yōu)勢(shì)，已在PowerPC微處理器中廣泛使用，通過(guò)PCI總線可以很方便地實(shí)現(xiàn)CPU與外圍高速設(shè)備的互聯(lián)[2]，特別是與FPGA的互聯(lián)，通過(guò)寄存器直接讀取或者DMA等方式，能夠?qū)崿F(xiàn)大容量數(shù)據(jù)的高速處理和快速實(shí)時(shí)傳輸。

目前海上地震勘探隨著油氣勘探程度的提高,勘探目標(biāo)日益復(fù)雜,勘探難度也就越來(lái)越大,常規(guī)的勘探往往難以解決出現(xiàn)的復(fù)雜地質(zhì)問(wèn)題[3]，因此海上油氣勘探逐漸向進(jìn)一步提高時(shí)間和空間分辨率的方向發(fā)展，這就造成單檢、小道距、多道采集成為地震勘探采集的發(fā)展趨勢(shì)；而隨著地震采集道數(shù)和采集頻率的提高，地震數(shù)據(jù)量將大大增加，單纜單炮數(shù)據(jù)甚至可超過(guò)1 Gbit，并且根據(jù)地震數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)特性，這就需要先進(jìn)、可靠的采集方式進(jìn)行大數(shù)據(jù)量地震數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和傳輸。因此本文設(shè)計(jì)了一種以MPC8270處理器為CPU的PCI板卡，對(duì)MPC8270的關(guān)鍵外圍電路、FPGA及CPCI總線電路的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，主要的目的就是實(shí)現(xiàn)地震數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和處理。

1 板卡總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)地震數(shù)據(jù)的采集傳輸特性要求，板卡需要實(shí)現(xiàn)大容量地震數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理和傳輸，并且兼顧系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)難度和成本因素，因此板卡以MPC8270處理器為核心處理器，采用FPGA對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行高速處理；MPC8270與FPGA之間通過(guò)CPCI總線進(jìn)行通信，可以實(shí)現(xiàn)寄存器直接讀取、DMA等多種傳輸方式，可以對(duì)大容量的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行高速傳輸。另外根據(jù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求，處理器要求支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks，而MPC8270正好滿足要求。因此地震數(shù)據(jù)處理板卡結(jié)構(gòu)以MPC8270、FPGA和PCI硬件為基礎(chǔ)，圖1為板卡的總體結(jié)構(gòu)框圖。

圖1 板卡總體結(jié)構(gòu)框圖

如圖1所示，整個(gè)處理器系統(tǒng)主要包括FPGA、PCI硬件電路、MPC8270處理器及周邊電路。處理器周邊電路主要包含以太網(wǎng)口、UART串口、I2C總線接口、JTAG接口、60X總線接口、PCI總線接口、電源轉(zhuǎn)換電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等等，其相關(guān)電路功能如下所示。

MPC8270處理器：完成高同步性的命令實(shí)時(shí)處理以及地震數(shù)據(jù)的高速傳輸和網(wǎng)絡(luò)發(fā)送；

兩個(gè)100 M以太網(wǎng)接口：一個(gè)用來(lái)完成地震數(shù)據(jù)的上傳；一個(gè)用來(lái)完成控制命令的下傳；

一個(gè)UART串口：實(shí)現(xiàn)板卡調(diào)試及相關(guān)信息的輸出；

一個(gè)I2C總線接口，用來(lái)連接E2PROM。保存配置信息；

一個(gè)JTAG接口，用來(lái)調(diào)試；

60X總線外掛2 M字節(jié)的BootROM、16 M字節(jié)的Flash和128 M字節(jié)的SDRAM；用來(lái)完成BootROM保存、應(yīng)用程序存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及轉(zhuǎn)發(fā)功能；

提供一個(gè)PCI接口：用來(lái)從FPGA獲取地震數(shù)據(jù)，并通過(guò)以太網(wǎng)接口發(fā)送給上位機(jī)；

電源轉(zhuǎn)換電路，用來(lái)給板上不同器件及功能單元供電；

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 MPC8270及周邊電路

2.1.1 MPC8270上電配置

處理器的主要功能就是執(zhí)行相關(guān)指令，進(jìn)行邏輯運(yùn)算，數(shù)據(jù)運(yùn)算處理等。MPC8270包含32bit Local Bus和64位60X Bus的雙地址總線，總線時(shí)鐘最大支持100 MHz，支持主從模式的32 bit33/66 MHz的PCI總線，MPC8270上電后可以通過(guò)以下一些管腿進(jìn)行配置實(shí)現(xiàn)板卡的相關(guān)功能：

1)PCI_MODE：PCI橋的使能，在此接低，可以使MPC8270工作在PCI模式下。

2)PCI_CFG[0-3]：PCI橋的一些模式配置。

PCI_CFG0：定義PCI橋?yàn)橹骰驈哪Ｊ剑诖私拥停筂PC8270橋?yàn)橹髂Ｊ剑?/p>

PCI_CFG1：片內(nèi)仲裁使能，在此接低，允許片內(nèi)仲裁器；

PCI_CFG2：DLL使能，在此接高，使能DLL；

PCI_CFG3：預(yù)留，接高；

3)PCI_MODCK：在PCI模式下，定義額外的時(shí)鐘電路工作模式，在此接高，使PCI能工作在33 MHz模式下，接低則實(shí)現(xiàn)66 MHz工作模式。

4)MODCK[1-3]：與MODCK_H一起定義時(shí)鐘方式，在此接為“100”。

5)PCI_MODCK_H[4-7]：在PCI模式下，代替硬件配置字中的MODCK_H，在此接為“1010”，與MODCK[1-3]一起定義CPU時(shí)鐘模式為100 M總線時(shí)鐘/200 M CPM時(shí)鐘/400 M核時(shí)鐘。

6)RSTCONF：硬件配置字選擇，在本板使用跳線進(jìn)行選擇，當(dāng)不插跳線時(shí)為正常工作狀態(tài)，即MPC8270從FLASH中加載硬件配置字，當(dāng)插上跳線時(shí)MPC8270上電后不從FLASH中加載硬件配置字。

2.1.2 CPU片選及中斷分配

MPC8270的存儲(chǔ)空間控制器共有12個(gè)可設(shè)地址空間，每個(gè)空間有一個(gè)單獨(dú)的片選信號(hào)輸出，本板的使用情況如表1。

表1 片選信號(hào)分配表

MPC8270可支持24個(gè)外部中斷源：16個(gè)PORT C引腳和8個(gè)IRQ引腳，本板的使用情況見(jiàn)表2。

表2 中斷分配表

2.1.3 LOCAL BUS總線驅(qū)動(dòng)及SDRAM實(shí)現(xiàn)

由于LOCAL BUS總線上帶有多個(gè)存儲(chǔ)外設(shè)，因此需要進(jìn)行總線驅(qū)動(dòng)以提高系統(tǒng)的可靠性。選擇2片SN74LCX16245MTDX來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)線驅(qū)動(dòng)，2片SN74LCX16373MEAX來(lái)實(shí)現(xiàn)地址線驅(qū)動(dòng)。

MPC8270通過(guò)60X總線外掛SDRAM芯片實(shí)現(xiàn)內(nèi)存單元。SDRAM的總線頻率為100 MHz，SDRAM的總線寬度為64-bit。

在本設(shè)計(jì)中，我們選擇MICRON公司的MT48LC16M-16A2TG-75IT，每片為32 MB空間，在此使用4片來(lái)實(shí)現(xiàn)128 MB的內(nèi)存空間，SDRAM連接到MPC8270的60X總線上。

2.1.4 Bootrom和flash實(shí)現(xiàn)

根據(jù)應(yīng)用程序大小的相關(guān)估算，板上系統(tǒng)提供2 M字節(jié)的16 bit位寬的BootROM和16 M字節(jié)的16 bit位寬的FLASH。分別用來(lái)保存BootROM代碼和VxWorks操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序代碼及相關(guān)配置信息。

本板的BootROM選擇AMD公司的AM29LV160DB，2 MB，16位寬。FLASH使用SPANSION公司的S29GL128M10TAIR2來(lái)實(shí)現(xiàn)，16 MB的存儲(chǔ)空間，16位數(shù)據(jù)寬度，作為VxWorks的存儲(chǔ)空間及其它存儲(chǔ)空間。

2.1.5 以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)

板卡通過(guò)使用MPC8270片上集成的兩個(gè)快速通信控制器(FCC)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)需求的兩個(gè)以太網(wǎng)接口。一個(gè)用來(lái)上傳地震數(shù)據(jù)，一個(gè)用來(lái)下傳送控制命令。其中PHY芯片使用LXT972ALE，線路變壓器使用H1102，連接器使用RJ-45。

MPC8270內(nèi)部有I2C控制器，對(duì)外有標(biāo)準(zhǔn)I2C總線接口，本板采用同為I2C接口的E2PROM AT24C16A，可直接連接MPC8270的I2C接口。

AT24C16A不使用設(shè)備地址，在總線讀寫(xiě)中出現(xiàn)在低3位設(shè)備地址時(shí)序的3個(gè)比特是頁(yè)地址，該3比特與隨后的8比特地址構(gòu)成11位的存儲(chǔ)地址，可完全尋址AT24C16A的2K字節(jié)存儲(chǔ)空間。

2.1.6 UART及復(fù)位邏輯實(shí)現(xiàn)

MPC8270內(nèi)部帶有兩個(gè)SMC，本系統(tǒng)使用其中一個(gè)SMC1進(jìn)行UART調(diào)試接口的連接。外圍采用SP3220EEA實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，對(duì)外提供DB9/F接口座。

根據(jù)MPC8270上電復(fù)位時(shí)序要求，采用兩片ADM811T來(lái)實(shí)現(xiàn)其復(fù)位邏輯。外設(shè)復(fù)位邏輯使用SN74LVC125ADR。原理見(jiàn)圖2。

圖2 復(fù)位邏輯原理圖

如圖2所示，復(fù)位信號(hào)共分兩級(jí)，第一級(jí)復(fù)位連接FLASH等其它外設(shè)，第二級(jí)復(fù)位連接MPC8270，使MPC8270退出復(fù)位狀態(tài)時(shí)FALSH已經(jīng)準(zhǔn)備好，以保證MPC8270的讀寫(xiě)時(shí)序正確。

2.1.7 電源及時(shí)鐘電路

本板共需要使用6種電源：5 V、3.3 V、1.5 V、1.8 V、1.2 V、0.9 V分別給板卡上不同器件和功能單元完成供電。5 V和3.3 V電源通過(guò)CPCI接口的J1、J2連接器從機(jī)箱背板獲取電源，其他電源通過(guò)二次電源轉(zhuǎn)換獲得工作所需要的電流。其中FPGA使用3.3 V、1.8 V、1.2 V，無(wú)上電順序要求；MPC8270使用3.3 V、1.5 V，推薦1.5 V先上電，但在本設(shè)計(jì)中3.3 V由背板獲得，1.5 V由本板生成，無(wú)法滿足要求，因此對(duì)MPC8270外圍電路進(jìn)行一些必要保護(hù)，包括如下。

上電時(shí)使FLASH處于復(fù)位，避免對(duì)FLASH的誤操作；

SDRAM的CKE接上電復(fù)位，避免SDRAM進(jìn)入錯(cuò)誤狀態(tài)板上1.2 V、1.8 V、1.5 V、0.9 V需要使用二次電源進(jìn)行變換得到，1.5 V需要的電流低，選用一個(gè)3 A的LDO即可，本板使用LINEAR公司的輸出可調(diào)的LDO T1764EQ；1.8 V電源是給FPGA的接口使用，需要的電流較大，在此使用LINEAR公司step down controller LT1778EGN；1.2 V電源是FPGA的核心電壓，考慮到FPGA對(duì)該電源功率的需求與FPGA的邏輯設(shè)計(jì)有很大關(guān)系，在此也使用LT1778EGN來(lái)實(shí)現(xiàn)較大功率的輸出，可滿足將來(lái)FPGA邏輯設(shè)計(jì)進(jìn)一步復(fù)雜時(shí)所需的更大功耗。0.9 V是專(zhuān)門(mén)用于總線終端匹配使用的電源，采用1片PTH05060YAH為本板產(chǎn)生所需的Vtt，該器件可提供10 A的電流驅(qū)動(dòng)能力。

本設(shè)計(jì)中MPC8270的PCI總線工作在主模式下，MPC8270的時(shí)鐘都由60X總線輸入的時(shí)鐘產(chǎn)生，60X 時(shí)鐘在MPC8270芯片內(nèi)部經(jīng)鎖相環(huán)倍頻后送核、CPM使用，再經(jīng)過(guò)分頻后供PCI接口使用。60X總線時(shí)鐘由外部100 MHz晶振產(chǎn)生，100 MHz晶振產(chǎn)生時(shí)鐘后通過(guò)CY2309芯片進(jìn)行扇出給MPC8270和FPGA使用。

2.2 FPGA

FPGA主要完成地震數(shù)據(jù)的臨時(shí)存儲(chǔ)及高速數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和處理功能，根據(jù)大容量，可靠性高的要求，我們選擇Altera公司的Stratix II EP2S60F1020C5作為板上數(shù)據(jù)處理核心。通過(guò)此FPGA連接接口單元接收地震數(shù)據(jù)，并通過(guò)高速PCI接口和局部總線接口實(shí)現(xiàn)與MPC8270之間的數(shù)據(jù)高速傳輸。

Stratix II可以使用5種方法進(jìn)行配置：FPP-快速被動(dòng)并行、AS-主動(dòng)串行、PS-被動(dòng)串行、PPA-被動(dòng)異步并行、JTAG方式。

在本板使用AS模式，好處是只需要外加一片串行E2PROM，外圍電路和控制方法都簡(jiǎn)單，而且串行E2PROM的內(nèi)容可在線編程，上電后，Stratix II會(huì)自動(dòng)進(jìn)行邏輯加載。串行E2PROM選用ALTERA的EPCS16SI16N，該芯片容量為16 Mbit，可存儲(chǔ)EP2S60的壓縮文件。

FPGA與MPC8270 LOCAL之間使用32位寬總線，信號(hào)具體定義如表3。

表3 FPGA與MPC8270之間的信號(hào)

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，將MPC8270 LOCAL的接口分散接入FPGA的bank1、bank2、bank5、bank6，以利于FPGA的PCB出線。

2.3 CPCI總線接口

本設(shè)計(jì)使用PLX公司的PCI9054以實(shí)現(xiàn)MPC8270通過(guò)PCI總線訪問(wèn)FPGA的功能。PCI9054是目前應(yīng)用廣泛，性價(jià)比較為突出的PCI接口芯片之一，這里選擇它作為8270的PCI端與FPGA局部總線的連接，實(shí)現(xiàn)靈活的數(shù)據(jù)傳輸方式。PCI9054的接口最高為32位，33 MHz，支持PCI雙地址周期，地址空間高達(dá)4 GB；提供了兩個(gè)獨(dú)立的可編程DMA控制器，每個(gè)通道均支持塊和Scatter/Gather的DM方式，DMA通道0支持請(qǐng)求DMA方式；PCI和Local Bus數(shù)據(jù)傳送速率高達(dá)132 MB/S；本地總線速率高達(dá)50 MHz；支持復(fù)用/非復(fù)用的32 bit地址/數(shù)據(jù)；

PCI9054有三組對(duì)外接口：PCI總線、LOCAL總線、E2PROM接口。PCI9054的配置可以自動(dòng)加載E2PROM也可以通過(guò)LOCAL總線進(jìn)行配置，上電后PCI9054自動(dòng)讀取E2PROM接口，若沒(méi)有E2PROM或讀到E2PROM為空，則PCI9054使用默認(rèn)配置值，隨后可通過(guò)LOCAL總線進(jìn)行配置。本板使用一片NM93CS56L來(lái)存儲(chǔ)配置信息。

PCI9054的LOCAL總線可以工作在3種模式下：M模式、C模式、J模式，其中M模式主要應(yīng)用于MPC850/860；J模式的地址線與數(shù)據(jù)線是復(fù)用的，完全由PCI總線來(lái)控制；C模式的地址線和數(shù)據(jù)線分開(kāi)使用，適合應(yīng)用于有本地端主設(shè)備的情形[4]。在本板的設(shè)計(jì)中使用了J模式，通過(guò)設(shè)置PCI9054的MODE0(156引腳)和MODE1(157引腳)的值來(lái)實(shí)現(xiàn)其工作模式的配置，將PCI9054的156腳接高電平157腳接地后，使其工作于J模式完成與FPGA之間的信號(hào)連接。PCI9054的PCI接口工作在從模式，其時(shí)鐘由MPC8270提供一個(gè)33 M時(shí)鐘；PCI9054的LOCAL接口時(shí)鐘由FPGA提供，F(xiàn)PGA將外部輸入的100 M時(shí)鐘分頻為50 M后送給PCI9054。

3 VxWorks配置

由于要處理實(shí)時(shí)信息，保證命令和地震數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求，板卡使用實(shí)時(shí)性好的VxWorks 操作系統(tǒng)[5]，VxWorks是美國(guó)風(fēng)河公司開(kāi)發(fā)的一套高可靠性、可裁剪的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、通信、航天航空等領(lǐng)域中。VxWorks操作系統(tǒng)在啟動(dòng)后會(huì)自動(dòng)的對(duì)PCI總線進(jìn)行掃描，根據(jù)PCI設(shè)備在總線上的位置自動(dòng)給設(shè)備分配總線號(hào)、設(shè)備號(hào)、功能號(hào)以及地址空間的分配。例如：利用PCI9054的VendorID和DeviceID來(lái)確定該設(shè)備在總線上的位置及VxWorks操作系統(tǒng)對(duì)該設(shè)備內(nèi)存空間和I/O空間的分配。

pciFindDevice(vendorid, deviceid, unit, &pcibus, &pciDevice, &pciFunc) 其中，VendorID和DeviceID通過(guò)硬件手冊(cè)可以獲取，通過(guò)這個(gè)函數(shù)就可以知道該P(yáng)CI設(shè)備在PCI總線上的位置，假設(shè)為：busNo 0x0, DeviceNo 0x19, FunNo 0x0, 利用這幾個(gè)參數(shù)在target shell下輸入：

-> pciHeaderShow 0, 0x19, 0

就會(huì)顯示出VxWorks操作系統(tǒng)對(duì)該P(yáng)CI設(shè)備的空間分配和一些配置信息。

另外一種方法是：在系統(tǒng)啟動(dòng)后，不運(yùn)行任何程序，直接在target shell下輸入命令：

-> pciDeviceShow i (i = 0, 1, 2,… 其中i 表示PCI總線)

通過(guò)這個(gè)命令同樣也可以獲得PCI9054的總線號(hào)、設(shè)備號(hào)、功能號(hào)，然后同樣用pciHeaderShow命令來(lái)獲取bar0、bar2的配置信息。(注：系統(tǒng)中只用到這兩個(gè)bar空間)

在Shell下通過(guò)命令pciHeaderShow 0x0,0x19,0x0可獲得某塊FCI板的配置空間信息。假設(shè)為：

Bar0: 0xb0000000

Bar2: 0xb0100000

因?yàn)?，在?duì)PCI9054的操作中要對(duì)Bar0和Bar2空間的寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)操作，所以要把這兩個(gè)地址空間在VxWorks操作系統(tǒng)中的地址空間里預(yù)先分配出來(lái)。這樣，才可以對(duì)這兩個(gè)空間內(nèi)的寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)操作。具體的添加方法是：

打開(kāi)BSP目錄中sysLib.c文件，在PHYS_MEM_DESC sysPhysMemDesc [] ={…}的最后面添加:

{ /* Bar0 空間 */

(void *) 0xb0000000,

(void *) 0xb0000000,

0x00010000,

VM_STATE_MASK_FOR_ALL,

VM_STATE_FOR_PCI

},

{ /* Bar2 空間 */

(void *) 0xb0100000,

(void *) 0xb0100000,

0x01000000,

VM_STATE_MASK_FOR_ALL,

VM_STATE_FOR_MEM_APPLICATION

},

添加上述內(nèi)容后重新編譯bootrom和VxWorks操作系統(tǒng)，啟動(dòng)后在shell下輸入命令

-> d 0xb0000000

顯示Bar0空間的地址的內(nèi)容，如果正常顯示，則表明添加正確，否則，表示錯(cuò)誤。

4 海上試驗(yàn)應(yīng)用

本文所設(shè)計(jì)的基于MPC8270的處理器板卡應(yīng)用于地震采集儀器中，在經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部測(cè)試和調(diào)試等過(guò)程后，在物探船上進(jìn)行了多次實(shí)際的海上試驗(yàn)和地震勘探采集作業(yè)。其中2014年在渤海海域進(jìn)行了三維采集作業(yè)，圖3為作業(yè)過(guò)程中上位機(jī)記錄顯示的拖纜地震數(shù)據(jù)陣子圖。

圖3 地震勘探采集作業(yè)陣子數(shù)據(jù)圖

作業(yè)采樣率1 ms，陣子抽取率8幀/秒，作業(yè)過(guò)程中最長(zhǎng)測(cè)線連續(xù)工作大于500炮，總作業(yè)炮數(shù)大于10 000炮，上位機(jī)接收到的地震數(shù)據(jù)未出現(xiàn)錯(cuò)誤，這充分驗(yàn)證和證明了本設(shè)計(jì)的處理器板卡的穩(wěn)定性和可靠性。

5 結(jié)論

本文用MPC8270和FPGA實(shí)現(xiàn)了地震數(shù)據(jù)的高速傳輸和處理，設(shè)計(jì)了一種基于MPC8270的處理器板卡，詳細(xì)介紹了MPC8270及外圍電路、FPGA以及CPCI接口的電路設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方案，并給出了嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks配置的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)方式。該處理器板卡采用了通用的CPCI總線接口，利用PCI9054的對(duì)PCI總線的管理，能方便實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中其它擴(kuò)展板卡的控制、管理及信息交換；另外整個(gè)電路設(shè)計(jì)方案還可以方便的移植到其它相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中去，因此對(duì)數(shù)據(jù)處理、總線控制和信息交換等領(lǐng)域相關(guān)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)具有一定的參考價(jià)值。

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Design of Processor Board Based on MPC8270

Qiu Yongcheng, Xie Rongqing

(Geophysical Department，China Oilfield Services Limited，Tianjin 300450，China)

With the development of marine seismic exploration, in order to realize the real-time data transmission and processing of marine seismic exploration, a seismic data acquisition board based on MPC8270 is designed; according to the requirements of real-time and large amount of data for marine seismic data acquisition, and the characteristics of MPC8270, the design of CPCI bus communication structure based on FPGA and MPC8270 that can achieve high-speed and real-time transmission of seismic data. Introduces the hardware design and realization method of the key peripheral circuit of MPC8270、 FPGA and CPCI bus circuit, and the configurations of embedded operating system VxWorks are given. The board with MPC8270 as the core processor, using FPGA as the control core circuit, real-time operating system based on VxWorks and CPCI bus, realize high speed processing and real-time transmission of seismic data；after several laboratory internal testing and field application，results show that the seismic data acquisition board can realize high speed processing and real-time transmission of seismic data, and the board performance is stable and reliable; The design of the board is simple, the structure is general, it has a certain reference value to the development of the related system of the data processing, the bus control and the information exchange and so on.

MPC8270；CPCI bus；FPGA

2017-01-12；

2017-02-21。

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)(2012AA09A211)。

邱永成(1980-)，男，天津?yàn)I海新區(qū)人，碩士研究生，電子工程師，主要從事地震勘探裝備的研究。

謝榮清(1979-)，男，天津?yàn)I海新區(qū)人，碩士研究生，系統(tǒng)工程師，主要從事地震勘探裝備的研究。

1671-4598(2017)05-0232-04

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.05.064

TP368.1

A