本文關(guān)鍵詞：MTEM勘探系統(tǒng)中主機(jī)接口的設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 多通道瞬變電磁法 主機(jī) 可靠數(shù)據(jù)傳輸 千兆以太網(wǎng) FPGA 硬件應(yīng)答 硬件排序 分布式管理

【摘要】：瞬變電磁法是一種重要的地球物理勘探方法。相比傳統(tǒng)瞬變電磁法,多通道瞬變電磁法利用編碼發(fā)射、多道觀測(cè)和類(lèi)地震數(shù)據(jù)處理等技術(shù),大幅度提升了探測(cè)精度和探測(cè)深度,是電磁法領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。 在多通道瞬變電磁法勘探系統(tǒng)中,主機(jī)是數(shù)據(jù)處理中心,也是系統(tǒng)管理中心。多道觀測(cè)使得多通道海量采集數(shù)據(jù)需要回傳給主機(jī),主機(jī)需要在保證數(shù)據(jù)可靠性的基礎(chǔ)上具有高數(shù)據(jù)率。另外,主機(jī)需要對(duì)海量采集數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理以方便類(lèi)地震數(shù)據(jù)處理,比如時(shí)序到道序的轉(zhuǎn)換。同時(shí),主機(jī)還需要對(duì)多個(gè)采樣通道進(jìn)行高效的管理。傳統(tǒng)主機(jī)通常利用網(wǎng)卡配合RUDP/TCP等可靠傳輸協(xié)議實(shí)現(xiàn),其中協(xié)議棧需要對(duì)每個(gè)報(bào)文進(jìn)行處理,數(shù)據(jù)率受報(bào)文長(zhǎng)度和CPU性能制約。另外,傳統(tǒng)主機(jī)一般利用軟件實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的排序,大量的數(shù)據(jù)解析和數(shù)據(jù)拷貝使得排序效率較低。同時(shí),傳統(tǒng)主機(jī)與多個(gè)采樣通道使用星型連接,一對(duì)多的管理模式降低了系統(tǒng)管理效率。 本文利用FPGA在數(shù)據(jù)處理速度上的優(yōu)勢(shì),設(shè)計(jì)了主機(jī)上層應(yīng)用程序與多通道MTEM勘探系統(tǒng)的接口,稱(chēng)為主機(jī)接口。主機(jī)接口分為主機(jī)接口卡和與其配合驅(qū)動(dòng)和管理軟件兩個(gè)部分。在主機(jī)接口卡的設(shè)計(jì)中,主機(jī)接口卡基于千兆以太網(wǎng)物理層數(shù)據(jù)傳輸技術(shù),利用FPGA實(shí)現(xiàn)了地球物理勘探專(zhuān)用的可靠傳輸協(xié)議,省去了協(xié)議棧的數(shù)據(jù)處理,減少了內(nèi)存拷貝的次數(shù)。另外,主機(jī)接口卡在FPGA中配合DDR存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)了采集數(shù)據(jù)時(shí)序道序轉(zhuǎn)換的功能,減少了軟件的工作量,提高了排序效率。在驅(qū)動(dòng)和管理軟件的設(shè)計(jì)中,管理軟件基于分布式管理思想,利用以太網(wǎng)物理地址尋址技術(shù),實(shí)現(xiàn)了適合地球物理勘探系統(tǒng)的系統(tǒng)管理API,減輕了上層應(yīng)用程序的管理壓力,提高了管理效率。 測(cè)試表明,利用該主機(jī)接口實(shí)現(xiàn)的新型主機(jī)在任何報(bào)文長(zhǎng)度下都擁有99.9%的以太網(wǎng)帶寬利用率,同時(shí)CPU占用率為25%左右。而傳統(tǒng)主機(jī)在短報(bào)文(256bytes)傳輸時(shí),以太網(wǎng)帶寬利用率低于55%,但CPU占用率卻達(dá)到50%以上。
【關(guān)鍵詞】：多通道瞬變電磁法 主機(jī) 可靠數(shù)據(jù)傳輸 千兆以太網(wǎng) FPGA 硬件應(yīng)答 硬件排序 分布式管理
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TH763.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-16
• 第一章 緒論16-22
• 1.1 引言16
• 1.2 瞬變電磁法16-17
• 1.3 多通道擴(kuò)展17-18
• 1.4 國(guó)內(nèi)外發(fā)展18-19
• 1.5 本文主要研究?jī)?nèi)容19
• 1.6 論文結(jié)構(gòu)19-22
• 第二章 主機(jī)接口設(shè)計(jì)背景22-34
• 2.1 MTEM勘探系統(tǒng)拓?fù)?/span>22
• 2.2 MTEM勘探技術(shù)指標(biāo)22-24
• 2.2.1 單道數(shù)據(jù)率22-23
• 2.2.2 單站單道與單站多道23-24
• 2.2.3 最大采樣道數(shù)24
• 2.3 主機(jī)接口與MTEM數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)24-26
• 2.3.1 MTEM數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)24-25
• 2.3.2 主機(jī)接口結(jié)構(gòu)25-26
• 2.4 主機(jī)接口的需求與選擇26-34
• 2.4.1 數(shù)據(jù)率需求26-28
• 2.4.2 可靠性需求28-29
• 2.4.3 數(shù)據(jù)排序需求29-31
• 2.4.4 系統(tǒng)管理需求31-34
• 第三章 主機(jī)接口卡設(shè)計(jì)34-54
• 3.1 功能結(jié)構(gòu)34-35
• 3.2 FPGA邏輯設(shè)計(jì)35-48
• 3.2.1 模塊化設(shè)計(jì)與FIFO35
• 3.2.2 幀格式35-36
• 3.2.3 以太網(wǎng)路由模塊36-37
• 3.2.4 硬件確認(rèn)模塊37-40
• 3.2.5 DDR讀寫(xiě)模塊40-42
• 3.2.6 硬件排序模塊42-44
• 3.2.7 PCI-e DMA控制模塊44-48
• 3.3 MCU軟件設(shè)計(jì)48-54
• 3.3.1 系統(tǒng)配置48-49
• 3.3.2 系統(tǒng)升級(jí)49-54
• 第四章 驅(qū)動(dòng)和管理軟件設(shè)計(jì)54-64
• 4.1 驅(qū)動(dòng)54-56
• 4.1.1 設(shè)備初始化54-55
• 4.1.2 讀寫(xiě)實(shí)現(xiàn)55-56
• 4.2 管理軟件56-64
• 4.2.1 多線程設(shè)計(jì)與隊(duì)列57
• 4.2.2 庫(kù)結(jié)構(gòu)57-58
• 4.2.3 系統(tǒng)管理58-64
• 第五章 測(cè)試與對(duì)比64-72
• 5.1 測(cè)試方法64-68
• 5.1.1 新型主機(jī)測(cè)試方法64-65
• 5.1.2 基于RUDP的傳統(tǒng)主機(jī)測(cè)試方法65-67
• 5.1.3 基于TCP的傳統(tǒng)主機(jī)測(cè)試方法67-68
• 5.2 測(cè)試結(jié)果68-69
• 5.3 分析與對(duì)比69-72
• 5.3.1 有效數(shù)據(jù)率69
• 5.3.2 帶寬利用率69
• 5.3.3 CPU占用率69-72
• 第六章 總結(jié)與展望72-74
• 6.1 主要研究工作和創(chuàng)新性結(jié)果72-73
• 6.2 存在的問(wèn)題和有待進(jìn)一步研究的內(nèi)容73-74
• 參考文獻(xiàn)74-76
• 附錄A 主機(jī)接口卡實(shí)物圖76-78
• 附錄B MTEM數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原型照片78-80
• 致謝80-82
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果82

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 王琳,商周,王學(xué)偉;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用[J];電測(cè)與儀表;2004年08期

2 薛國(guó)強(qiáng);李貅;底青云;;瞬變電磁法理論與應(yīng)用研究進(jìn)展[J];地球物理學(xué)進(jìn)展;2007年04期

3 周平;施俊法;;瞬變電磁法(TEM)新進(jìn)展及其在尋找深部隱伏礦中的應(yīng)用[J];地質(zhì)與勘探;2007年06期

4 龍世渚，，曹漢房;自動(dòng)選擇重發(fā)方案的改進(jìn)[J];華中理工大學(xué)學(xué)報(bào);1994年11期

5 張琳琳;張涌;;PCI-E設(shè)備模塊設(shè)計(jì)及其WDF驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2012年01期

6 張文葉,劉杰,劉新煥;一種提高TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳輸速率的方法[J];計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì);2005年05期

7 李秋成;;國(guó)外電纜遙測(cè)地震系統(tǒng)發(fā)展中的問(wèn)題和趨勢(shì)[J];石油儀器;1991年02期

8 戴蕭嫣;王立恒;李圣昆;張時(shí)華;;基于LVDS的長(zhǎng)線傳輸模塊設(shè)計(jì)[J];通信技術(shù);2009年11期

9 方桂娟;數(shù)據(jù)通信中的重發(fā)差錯(cuò)控制系統(tǒng)[J];三明大學(xué)學(xué)報(bào)(綜合版);1998年S1期

10 馮培忠,曲選輝,吳小飛;關(guān)于我國(guó)礦產(chǎn)資源利用現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展的戰(zhàn)略思考[J];中國(guó)礦業(yè);2004年06期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 馬毅超;大規(guī)模陸上地震儀器中高速可靠數(shù)據(jù)傳輸方法的研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

2 張杰;一種高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法的研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

本文編號(hào)：703651