專利名稱：交叉站大線接口通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地震 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中交叉站大線接口的通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)外主要使用的地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為法國Sercel公司的408UL地震數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)及美國I/O公司的系統(tǒng)4地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。下面以這兩套系統(tǒng)為例，介紹現(xiàn) 今的地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中交叉站大線接口的通信方法。408UL為商用地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其主處理器使用VxWorks操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù) 的實時處理與控制。在Sercel公司所提供的408UL地震采集系統(tǒng)資料中介紹，系統(tǒng)所有設(shè)備之間的數(shù) 傳線均為兩對絞合線。其中，在兩個交叉站之間的數(shù)傳速率為16.384Mb/s，而在帶有交叉 站、電源站、采集站的大線中數(shù)傳速率為8. 192Mb/s。408UL采用類TCP/IP通訊協(xié)議，并分 為異步通訊方式和同步通訊方式兩種。408UL地震采集系統(tǒng)中，交叉站根據(jù)其工作狀態(tài)的不同分別稱為主交叉站與從交 叉站主交叉站向采集站傳送命令；采集站向從交叉站傳輸數(shù)據(jù)和采集狀態(tài)。大線上采用 的通訊方式為主交叉站采用同步通訊方式加電激活排列，發(fā)出指令并開始采集或測試； 從交叉站采用異步傳輸方式收集采集站的地震數(shù)據(jù)和狀態(tài)，完成濾波、計算測試結(jié)果、壓縮 打包數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)包發(fā)送到主機(jī)。無論是采集數(shù)據(jù)傳輸還是控制命令傳輸，二者的數(shù)傳速 率相同，均為8. 192Mb/s。其交叉站對大線接口的詳細(xì)控制通信技術(shù)保密。408UL系統(tǒng)交叉站的硬件采用專門設(shè)計的芯片，其芯片的數(shù)據(jù)手冊為保密內(nèi)容。美國國I/O公司的系統(tǒng)4儀器也是商用地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，交叉站和采集站之間 采用RS485進(jìn)行通信，數(shù)傳速率為8Mbps，通信協(xié)議為自己定義的專用協(xié)議，屬于技術(shù)保密 內(nèi)容。交叉站是大型地震采集系統(tǒng)中每條大線的管理節(jié)點和數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點，也是大線與 交叉線的交匯節(jié)點。交叉站可以向所連接大線上的下屬站單元發(fā)出控制信息，接收下屬站 點的應(yīng)答和狀態(tài)信息。系統(tǒng)控制復(fù)雜度高，通信頻繁，通信量大。尤其在交叉站利用串口對 大線控制端口的環(huán)節(jié)中，傳輸速率與實時性要求很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計一套交叉站大線接口通信系統(tǒng)，重新設(shè)計VxWorks串口的驅(qū) 動的運行模式，以及處理協(xié)議的專用任務(wù)，以滿足地震儀器大線接口采集數(shù)據(jù)傳輸和控制 命令傳輸?shù)囊?，提高?shù)據(jù)傳輸和命令處理的效率和穩(wěn)定性。交叉站作為大線和交叉線的數(shù)據(jù)交換節(jié)點，具備二級管理功能，管理大線上的所 有站點。每個交叉站通過其兩側(cè)的大線接口串行連接采集站和電源站，每個采集站連接四 個檢波器，從而組成設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，拾取地震信號，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后把數(shù)據(jù)上傳到主機(jī)系統(tǒng) (儀器車內(nèi))進(jìn)行后期處理和存儲。
交叉站大線接口通信系統(tǒng)由兩塊相互連接的交叉站控制板和交叉站接口板組 成；交叉站控制板中嵌入式處理機(jī)的兩個串行通信控制器SCCl和SCC2，經(jīng)過驅(qū)動芯片，連接交叉站接口板連接器，然后分別與交叉站接口板中大線兩側(cè)的兩個RS485收發(fā)器 相連后，SCCl連接大線的高端，SCC2連接大線的低端；過程中此控制流執(zhí)行命令幀格式通 信協(xié)議，由交叉站向大線方向傳送，定義每一個命令的內(nèi)容和編碼，保證整個系統(tǒng)能準(zhǔn)確可 靠的通信；完成后，交叉站接口板中分別連接大線的高端和低端的兩片長距離以太網(wǎng)物理層 芯片實現(xiàn)傳輸速率為40Mbps數(shù)據(jù)的傳送；再通過FPGA器件將其轉(zhuǎn)換成IOOMbps標(biāo)準(zhǔn)MII 接口協(xié)議，與控制板中嵌入式處理機(jī)的FCC2 口相連，實現(xiàn)命令應(yīng)答并接受大線數(shù)據(jù)、整理 數(shù)據(jù)然后上傳；過程中此數(shù)據(jù)流執(zhí)行數(shù)據(jù)幀格式通信協(xié)議，由大線向交叉站方向傳送，保證 數(shù)據(jù)傳輸?shù)男逝c可靠性。交叉站至采集站/電源站的大線控制命令傳輸通信協(xié)議幀格式定義了每一個命 令的內(nèi)容和編碼，采用UART幀，物理傳輸為RS485，提供下行的命令傳輸，控制幀采用類 HDLC包封裝，即采用0x7E+命令幀+0x7E的前后起始定界方式；控制幀最小長度6字節(jié)，小 于6字節(jié)為超短錯誤幀；最大長度受以太網(wǎng)幀長度限制。采集站/電源站至交叉站應(yīng)答及采集數(shù)據(jù)傳輸通信協(xié)議幀格式采用MAC幀，物理 傳輸為LRE。上行數(shù)據(jù)通道的命令采用和數(shù)據(jù)包一致的以太網(wǎng)MAC幀封裝，數(shù)據(jù)幀最小長度 13字節(jié)，小于13字節(jié)為超短錯誤幀；最大長度受以太網(wǎng)幀長度限制。硬件系統(tǒng)同時設(shè)計一些外圍電路，如時鐘、電源等電路，保證整個系統(tǒng)能夠正常工 作。硬件設(shè)計是整個項目的基礎(chǔ)，也是整個系統(tǒng)能夠正常工作最基礎(chǔ)的平臺。在此硬件基礎(chǔ)上，完成了交叉站大線接口控制命令和采集數(shù)據(jù)交互傳輸?shù)囊螅?即命令傳輸與數(shù)據(jù)傳輸分別獨立進(jìn)行，工作時按需要將其傳輸通道進(jìn)行交互。本方案規(guī)定了交叉站與采集站、電源站之間進(jìn)行通信時的通信協(xié)議。協(xié)議的設(shè)計 主要目的是為了使整個系統(tǒng)能準(zhǔn)確可靠的通信。保證系統(tǒng)中各站點發(fā)送命令，接收響應(yīng)，保 證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。本方案首先設(shè)計了大線接口的控制命令傳輸。利用交叉站控制板中嵌入式處理機(jī) 的兩個串行通信控制器(簡稱SCC)，并采用交叉站接口板中的RS485獨立控制線半雙工傳 輸方式。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)采用串口協(xié)議，傳輸速率為500Kbps，命令傳輸為單向，即由交叉站 向大線方向傳送。本方案然后設(shè)計了大線接口的采集數(shù)據(jù)傳輸。通過交叉站接口板中的現(xiàn)場可編程 門陣列(簡稱FPGA)器件對LRE PHY器件輸出的非標(biāo)準(zhǔn)類MII接口信號進(jìn)行信號速率變換 與協(xié)議適配，將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)MII信號，并與控制板中嵌入式處理機(jī)的快速通信控制器(簡 稱FCC)相連，由其負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)發(fā)。數(shù)據(jù)傳輸部分為自定義接口和自定義協(xié)議，傳 輸速率為40Mbps。數(shù)據(jù)傳輸也為單向，即由大線向交叉站方向傳送。由于以上技術(shù)方案的設(shè)定，故交叉站工作時大線接口通信的工作流程如附圖2所 示。交叉站首先上電自檢；無誤后開始交叉站初始化，在此初始化的過程中執(zhí)行SCC和FCC 的驅(qū)動程序，這些驅(qū)動程序是保證整個系統(tǒng)與通信有關(guān)的硬件能夠正常工作的基礎(chǔ)；然后 交叉站對命令解析并下傳給大線，在此過程中執(zhí)行命令幀格式通信協(xié)議，定義每一個命令的內(nèi)容和編碼，保證整個系統(tǒng)能準(zhǔn)確可靠的通信；完成后等待命令應(yīng)答并接受大線數(shù)據(jù)、整 理數(shù)據(jù)然后上傳，在此過程中執(zhí)行數(shù)據(jù)幀格式通信協(xié)議，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)男逝c可靠性。交叉站控制板完成交叉站所有的控制、命令解析和數(shù)據(jù)整理工作，所有與命令和 數(shù)據(jù)傳輸有關(guān)的驅(qū)動程序也主要在這塊板上；交叉站接口板是大線接口通信系統(tǒng)硬件的主 要組成部分，傳輸芯片主要由兩片RS485和AN5802芯片組成，分別對應(yīng)與交叉站大線連接 的采集站和電源站。發(fā)明的效果 管理規(guī)范清晰，端口通訊效率高、穩(wěn)定；特別是其收發(fā)方式更加適合于以事件驅(qū)動 的實時處理模型。滿足地震儀器的通信協(xié)議要求，重新設(shè)計的驅(qū)動程序，提高了通信端口的 通信效率和CPU的工作效率。


圖1為交叉站整體硬件結(jié)構(gòu)圖。圖2為大線接口通信工作時的運行流程圖。圖3為大型地震儀系統(tǒng)拓?fù)浼軜?gòu)示意圖。圖4為具體實施例中交叉站大線接口通信結(jié)構(gòu)連接示意圖。圖5為控制命令幀格式。圖6為采集數(shù)據(jù)幀格式。
具體實施方案本實施例的一種結(jié)構(gòu)連接圖見附圖4，以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步 說明。在本大型地震采集系統(tǒng)中，交叉站中央處理機(jī)選擇FreeScalePowerQUICC II系列 嵌入式通信處理機(jī)家族中的MPC8270處理機(jī)，負(fù)責(zé)測線的二級管理任務(wù)、測線和交叉線間 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和重新排列任務(wù)，可能的數(shù)據(jù)解壓縮任務(wù)以及本地管理任務(wù)。如附圖4所示，本發(fā)明設(shè)計的交叉站大線接口控制命令傳輸和采集數(shù)據(jù)為交互傳 輸?shù)摹９ぷ鲿r，交叉站上電自檢并初始化，執(zhí)行SCCl、SCC2和FCC2的驅(qū)動程序；之后交叉站對命令解析并下傳給大線，利用交叉站控制板中嵌入式MPC8270處理 機(jī)的兩個串行通信控制器=SCCl和SCC2(SCC1用于連接大線的高端，SCC2用于連接大線的 低端)，經(jīng)過驅(qū)動芯片后，連接交叉站接口板連接器，然后分別與交叉站接口板中大線兩側(cè) 的兩個RS485收發(fā)器相連。過程中此控制流執(zhí)行命令幀格式通信協(xié)議，由交叉站向大線方 向傳送，定義每一個命令的內(nèi)容和編碼，保證整個系統(tǒng)能準(zhǔn)確可靠的通信；完成后，利用交叉站接口板中兩片長距離以太網(wǎng)物理層AN5802芯片(二者分別用 于連接大線的高、低端)實現(xiàn)傳輸速率為40Mbps數(shù)據(jù)的傳送，再通過FPGA器件將其轉(zhuǎn)換成 IOOMbps標(biāo)準(zhǔn)MII接口協(xié)議，與MPC8270的FCC2 口相連，實現(xiàn)命令應(yīng)答并接受大線數(shù)據(jù)、整 理數(shù)據(jù)然后上傳。過程中此數(shù)據(jù)流執(zhí)行數(shù)據(jù)幀格式通信協(xié)議，由大線向交叉站方向傳送，保 證數(shù)據(jù)傳輸?shù)男逝c可靠性。其中所述下行(交叉站至采集站/電源站)大線控制命令傳輸通信協(xié)議幀格式 (見附圖5所示)定義了每一個命令的內(nèi)容和編碼，采用UART幀(物理傳輸為RS485)，提供下行的命令傳輸?？刂茙捎妙怘DLC包封裝，即采用0x7E+命令幀+0x7E的前后起始定界方式?？刂茙钚￠L度6字節(jié)，小于6字節(jié)為超短錯誤幀；最大長度受以太網(wǎng)幀長度限制。
其中所述上行(采集站/電源站至交叉站)應(yīng)答及采集數(shù)據(jù)傳輸通信協(xié)議幀格式 (見附圖6所示)采用MAC幀(物理傳輸為LRE)。上行數(shù)據(jù)通道的命令采用和數(shù)據(jù)包一致 的以太網(wǎng)MAC幀封裝。數(shù)據(jù)幀最小長度13字節(jié)，小于13字節(jié)為超短錯誤幀；最大長度受以 太網(wǎng)幀長度限制。
權(quán)利要求
一種交叉站大線接口通信系統(tǒng)，其串行連接交叉站和采集站/電源站，其特正在于交叉站大線接口通信系統(tǒng)由兩塊相互連接的交叉站控制板和交叉站接口板組成；交叉站控制板包括一個嵌入式處理機(jī)，嵌入式處理機(jī)的兩個串行通信控制器SCC1和SCC2，經(jīng)過驅(qū)動芯片，連接交叉站接口板連接器，然后分別與交叉站接口板中大線兩側(cè)的兩個RS485收發(fā)器相連后，SCC1連接大線的高端，SCC2連接大線的低端；過程中此控制流執(zhí)行命令幀格式通信協(xié)議，由交叉站向大線方向傳送，定義每一個命令的內(nèi)容和編碼，保證整個系統(tǒng)能準(zhǔn)確可靠的通信；完成后，交叉站接口板中包括分別連接大線的高端和低端的兩片長距離以太網(wǎng)物理層芯片實現(xiàn)傳輸速率為40Mbps數(shù)據(jù)的傳送；再通過FPGA器件將其轉(zhuǎn)換成100Mbps標(biāo)準(zhǔn)MII接口協(xié)議，與控制板中嵌入式處理機(jī)的FCC2口相連，實現(xiàn)命令應(yīng)答并接受大線數(shù)據(jù)、整理數(shù)據(jù)然后上傳；過程中此數(shù)據(jù)流執(zhí)行數(shù)據(jù)幀格式通信協(xié)議，由大線向交叉站方向傳送，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)男逝c可靠性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交叉站大線接口通信系統(tǒng)，其特正在于交叉站至采集站/電源站的大線控制命令傳輸通信協(xié)議幀格式定義了每一個命令的 內(nèi)容和編碼，采用UART幀，物理傳輸為RS485，提供下行的命令傳輸，控制幀采用類HDLC包 封裝，即采用0x7E+命令幀+0x7E的前后起始定界方式；控制幀最小長度6字節(jié)，小于6字 節(jié)為超短錯誤幀；最大長度受以太網(wǎng)幀長度限制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交叉站大線接口通信系統(tǒng)，其特正在于采集站/電源站至 交叉站應(yīng)答及采集數(shù)據(jù)傳輸通信協(xié)議幀格式采用MAC幀，物理傳輸為LRE，上行數(shù)據(jù)通道的 命令采用和數(shù)據(jù)包一致的以太網(wǎng)MAC幀封裝，數(shù)據(jù)幀最小長度13字節(jié)，小于13字節(jié)為超短 錯誤幀；最大長度受以太網(wǎng)幀長度限制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中交叉站大線接口的通信系統(tǒng)，交叉站控制板包括一個嵌入式處理機(jī)，嵌入式處理機(jī)的兩個串行通信控制器經(jīng)過驅(qū)動芯片，連接交叉站接口板連接器，大線兩側(cè)的RS485收發(fā)器，連接大線的高端和低端；由交叉站向大線方向傳送，定義每一個命令的內(nèi)容和編碼；交叉站接口板中包括連接大線的高端和低端的兩片長距離以太網(wǎng)物理層芯片實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送；通過FPGA將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)MII接口協(xié)議，與控制板中嵌入式處理機(jī)的FCC2口相連，實現(xiàn)命令應(yīng)答并接受大線數(shù)據(jù)、整理數(shù)據(jù)然后上傳；管理規(guī)范清晰，端口通訊效率高、穩(wěn)定；滿足地震儀器的通信協(xié)議要求，重新設(shè)計的驅(qū)動程序，提高了通信端口的通信效率和CPU的工作效率。
文檔編號H04L1/00GK101860410SQ20091008181
公開日2010年10月13日 申請日期2009年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月10日
發(fā)明者劉剛, 卞佳麗, 姜耕, 戴志濤, 易碧金, 李艷軍, 羅蘭兵, 賈艷芳, 饒?zhí)m冰 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司;中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司