FPGA原理及其在石油勘探仪器中的应用.pdf

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1、石油仪器·80·PETROLEUMINSTRUMENTS2010年08月·计算机与通讯技术·FPGA原理及其在石油勘探仪器中的应用雷小青蒋立冬潘中印(1．贵州大学职业技术学院贵州贵阳)(2．东方地球物理公司西安物探装备分公司陕西西安)摘要：随着可编程逻辑器件的发展，FPGA的应用已经越来越广泛，且用可编程逻辑器件代替传统的普通集成电路已成为一种发展的趋势。可编程逻辑器件FPGA以其高集成度、高速度、开发周期短、稳定性好而受到了人们的青睐，并得到了广泛的应用。文章介绍了FPGA的原理及实现技术，并阐述了其在石油勘探仪器中的具体应用。关键词：F

2、PGA；逻辑电路；408UL中图法分类号：P631．43文献标识码：B文章编号：1004—9134(2010)04．0080—03型的FPGA，有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系O引言列、ALTERA公司的FIEX系列等。但是在众多的产品FPGA(FieldProgrammableGateArray)是在早期的中，XILINX公司的系列产品在结构上最具代表性。可编程逻辑器件PAL、GAL等基础上发展起来。它采XILINX公司的Spa~an—II的内部结构如图1所用了逻辑单元阵列LCA(LogicCellArray)这样一个新示。概

3、念，内部包括可配置逻辑模块CLB(ConfigurableLogicBlock)、输出输入模块IOB(InputOutputBlock)和内部连线(Interconnect)三个部分。与早期的可编程器件相比FPGA具有如下优点：(1)FPGA器件的集成度高、功能强。目前单片FPGA的逻辑门数已经达到数十万门，完全可以满足芯片内集成系统的要求；(2)FPGA器件可靠性高、保密性好、重量轻、体积小、功耗低、速度快；(3)FPGA器件具有可编程性和实现方案容易改动性，使得电路设计周期短，占领市场速度快；(4)FPGA器件所设计的电子系统，研制和开

4、发成图1XilinxSpartan—II芯片内部结构本相对较低。FPGA芯片在出厂前都做过测试，不需Spartan～II主要包括CLBs，I／0块，RAM块和可要设计人员承担风险和费用。编程连线(未表示出)。在Spartan—II中，一个CLB包正因为FPGA具有如此多的优点，使得它在各种括2个Slices，每个Slices包括2个LUT及2个触发器电子设备中使用非常广泛。目前的第五代数字石油勘和相关逻辑。Slices可以看成是SpartanlI实现逻辑的探仪器中也普遍采用这一技术，本文将以法国Sercel最基本结构，如图2所示。CLB(可

5、编程逻辑模块)是公司的408UL地震勘探仪器为例，介绍FPGA的组成实现用户所需逻辑的功能单元，以矩阵形式安排在器结构及技术的应用，分析其工作机理，总结其设计思想件的中心。和实现技巧⋯。Spartan—II是基于查找表(LUT)结构的。采用这种结构的PLD芯片我们也可以称之为FPGA：如Altera1FPGA的组成和工作原理l2J的ACEX，APEX系列，Xilinx的Spaaan，Vi~ex系列等。经过几十年的发展，许多公司都开发出了多种类查找表(Look—Up—Table)简称为LUT，LUT本质上就第一作者简介：雷小青，女，1971年

6、生，实验师，贵州大学职业技术学院毕业，现为贵州大学通信与信息工程在职硕士。邮编：5500032010年第24卷第4期雷小青等：FPGA原理及其在石油勘探仪器中的应用·81·接通道，在编程数据控制下，它为FPGA芯片内的CLB之间、CLB和IOB之间提供连接。FPGA的工作状态完全由编程数据来控制，它存放在FPGA片内的独立静态存储器中。由于停电后，静态存储器中的数据不能保存，因此每次接通电源后必须重新给静态存储器装载编程数据，这些数据通常存放在EPROM中。FPGA加电后，从EPROM中加载程序，在程序的控制下实现一系列预先设定好的逻辑功能

7、。2FPGA在石油勘探仪器中的应用法国Sercel公司生产的408UL24位数字地震仪器以其良好的可靠性和稳定的数据传输等特点而受到关注[。其野外电子设备更是体现了这一特点。这与其图2CLB结构图具体实现技术是紧密联系在一起的。其中FPGA产品是一个RAM。目前FPGA中多使用4输入的LUT，所的使用就极具代表性。在交叉站和电源站中则更是大以每一个LUT可以看成一个有4位地址线的16xl的量使用FPGA器件。FPGA器件的使用不但降低了系RAM。当用户通过原理图或硬件描述语言描述了一个统成本，而且提高了可靠性，降低了功耗，最为重要的逻辑电路

8、以后，PLD／FPGA开发软件会自动计算逻辑是可以通过软件的升级来实现逻辑功能的升级，从而电路的所有可能的结果，并把结果事先写入RAM，这是整个仪器系统的灵活性大为提高，降低了维