一种基于Nios软核的井下调制解调器及方法技术

一种基于Nios软核的井下调制解调器及方法。属于石油测井领域电缆数据传输系统技术领域。使用一片功耗低的Altera的Cyclone III FPGA芯片，利用Nios Ⅱ软核技术在其中构造多个处理器，完成调制解调功能；数据采集嵌入式Nios Ⅱ处理器，它主要是通过FPGA中相关接口电路控制采集井下仪器CAN总线数据，并完成其它辅助采集功能；命令接收嵌入式Nios Ⅱ处理器通过命令接收辅助电路接收地面下发命令，并和相关处理逻辑一起解调出地面命令，用于井下仪器的控制；数据发送嵌入式Nios Ⅱ处理器将井下采集来的各种数据组织打包，并和相关处理逻辑一起进行相关调制，然后通过发送辅助电路发送出去。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Nios软核的井下调制解调器及方法
本专利技术涉及一种基于Nios软核的井下调制解调器及方法。属于石油测井领域电缆数据传输系统

技术介绍
石油测井领域井下调制解调器主要完成将井下数据调制后发送到地面；同时接收地面命令，解调后发送给井下仪器。目前国内的测井遥传系统中所用的井下调制解调器都是使用各种数据处理CPU芯片与FPGA芯片共同完成调制解调功能，造成电路设计复杂，电路板尺寸较大。而石油测井井下仪器因井下空间的限制，要求电路板尺寸要小，集成度要高。尤其是高温高压小直径仪器，对电路板的集成度和尺寸要求更加苛刻。同时因为电路安装在保温瓶内，所以要求瓶内功耗要低。为了解决这一问题，必须提高系统集成度，应用先进的NiosⅡ软核嵌入式处理器技术可以实现井下调制解调器的高集成化，而且功耗更低，可靠性更好，成本更为降低。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足,本专利技术提供一种基于Nios软核的井下调制解调器及方法。本专利技术解决的技术问题是石油测井数据传输的井下调制解调器集成化程度不高，功耗过大，电路尺寸较大。本专利技术解决上述问题采用的技术方案是利用一种先进的嵌入式软核技术，具体的说是基于NiosⅡ软核在一片FPGA芯片中构造多个处理器和相应接口和逻辑电路实现井下数据传输调制解调的功能。本专利技术的技术方案如下：一种基于Nios软核的井下调制解调方法，含有以下步骤，使用一片功耗低的Altera的CycloneIIIFPGA芯片，利用NiosⅡ软核技术在其中构造多个处理器，完成调制解调功能；在该器件中嵌入3个NiosII处理器；一是数据采集嵌入式NiosⅡ处理器，它主要是通过FPGA中相关接口电路控制采集井下仪器CAN总线数据，并完成其它辅助采集功能，一个伽玛脉冲计数器、一个缆头电压采集器；二是命令接收嵌入式NiosⅡ处理器，它通过命令接收辅助电路接收地面下发命令，并和相关处理逻辑一起解调出地面命令，用于井下仪器的控制；三是数据发送嵌入式NiosⅡ处理器，它将井下采集来的各种数据组织打包，并和相关处理逻辑一起进行相关调制，然后通过发送辅助电路发送出去。一种基于Nios软核的井下调制解调器，利用NiosⅡ软核技术在一片FPGA中构造多个处理器，配合相关接口电路和逻辑完成复杂的调制解调功能；包括一个FPGA芯片；FPGA芯片中主要包括：数据采集嵌入式NiosII处理器、命令接收嵌入式NiosII处理器、数据发送嵌入式NiosII处理器、数据采集接口电路与逻辑、命令接收处理电路与逻辑和数据发送处理电路与逻辑；其中命令接收嵌入式NiosII处理器和命令接收处理电路与逻辑，构成调制解调器的下发命令接收模块；数据发送嵌入式NiosII处理器和数据发送处理电路与逻辑，构成调制解调器的上传数据发送模块；数据采集嵌入式NiosII处理器通过数据采集接口电路与逻辑14采集井下仪器的数据和参数，加以组织整理后，送到数据发送嵌入式NiosII处理器；采集的数据主要包括CAN总线数据、伽玛脉冲信号和缆头电压信号等；同时它还接收命令接收嵌入式NiosII处理器送来的地面命令，对井下仪器进行相应控制；下发命令接收模块负责从电缆上接收地面下发的测井命令；它包括命令接收嵌入式NiosII处理器和命令接收处理电路与逻辑两部分；地面通过电缆下发的数据流在这两部分中进行星座映射、译码变换等工作后解调出测井命令，然后送到数据采集嵌入式NiosII处理器处理；上传数据发送模块负责发送井下仪器采集的测井数据；它包括数据发送嵌入式NiosII处理器和命令接收处理电路与逻辑两部分；数据发送嵌入式NiosII处理器数据采集嵌入式NiosII处理器获取井下采集的测井数据，然后与数据发送处理电路与逻辑一起，对这些数据进行组帧、编码和调制等工作后发送出去。本专利技术使用一片功耗低的Altera的CycloneIIIFPGA芯片，利用NiosⅡ软核技术在其中构造多个处理器，完成调制解调功能。设计中在该器件中嵌入3个NiosII处理器。一是数据采集嵌入式NiosⅡ处理器，它主要是通过FPGA中相关接口电路控制采集井下仪器CAN总线数据，并完成其它辅助采集功能，一个伽玛脉冲计数器、一个缆头电压采集器。二是命令接收嵌入式NiosⅡ处理器，它通过命令接收辅助电路接收地面下发命令，并和相关处理逻辑一起解调出地面命令，用于井下仪器的控制。三是数据发送嵌入式NiosⅡ处理器，它将井下采集来的各种数据组织打包，并和相关处理逻辑一起进行相关调制，然后通过发送辅助电路发送出去。附图说明当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本专利技术以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定，如图其中：图1基于NiosⅡ软核的井下调制解调器结构框图。图2下发命令接收模块结构框图。图3上传数据发送模块结构框图。下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。具体实施方式显然，本领域技术人员基于本专利技术的宗旨所做的许多修改和变化属于本专利技术的保护范围。实施例1：如图1所示，数据采集接口电路与逻辑器14连接数据采集嵌入式NiosII处理器11，数据采集嵌入式NiosII处理器11连接命令接收嵌入式NiosII处理器12和数据发送嵌入式NiosII处理器13，命令接收嵌入式NiosII处理器12连接命令接收电路与逻辑15，命令接收嵌入式NiosII处理器12连接数据发送嵌入式NiosII处理器13，数据发送嵌入式NiosII处理器13连接数据发送电路与逻辑16。基于NiosⅡ软核的井下调制解调器是石油测井领域井下数据传输系统的一部分。其主要特点是利用NiosⅡ软核技术在一片FPGA中构造多个处理器，配合相关接口电路和逻辑完成复杂的调制解调功能。本专利技术包括一个FPGA芯片1。FPGA芯片1中主要包括：一是数据采集嵌入式NiosII处理器11；二是命令接收嵌入式NiosII处理器12；三是数据发送嵌入式NiosII处理器13。另外在FPGA1中还有其他三个硬件模块，分别是：数据采集接口电路与逻辑14，命令接收电路与逻辑15，数据发送电路与逻辑16。其中命令接收嵌入式NiosII处理器12和命令接收电路与逻辑15，构成调制解调器的下发命令接收模块。数据发送嵌入式NiosII处理器13和数据发送电路与逻辑16，构成调制解调器的上传数据发送模块。数据采集嵌入式NiosII处理器11通过数据采集接口电路与逻辑14采集井下仪器的数据和参数，加以组织整理后，送到数据发送嵌入式NiosII处理器13。采集的数据主要包括CAN总线数据、伽玛脉冲信号和缆头电压信号等。同时它还接收命令接收嵌入式NiosII处理器12送来的地面命令，对井下仪器进行相应控制。下发命令接收模块负责从电缆上接收地面下发的测井命令。它包括命令接收嵌入式NiosII处理器12和命令接收电路与逻辑15两部分。地面通过电缆下发的数据流在这两部分中进行星座映射、译码变换等工作后解调出测井命令，然后送到数据采集嵌入式NiosII处理器11处理。下发命令接收模块的具体构成见图2。上传数据发送模块负责发送井下仪器采集的测井数据。它包括数据发送本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Nios软核的井下调制解调方法，其特征在于含有以下步骤，使用一片功耗低的Altera的Cyclone III FPGA芯片，利用Nios Ⅱ软核技术在其中构造多个处理器，完成调制解调功能；在该器件中嵌入3个Nios II处理器；一是数据采集嵌入式Nios Ⅱ处理器，它主要是通过FPGA中相关接口电路控制采集井下仪器CAN总线数据，并完成其它辅助采集功能，一个伽玛脉冲计数器、一个缆头电压采集器；二是命令接收嵌入式Nios Ⅱ处理器，它通过命令接收辅助电路接收地面下发命令，并和相关处理逻辑一起解调出地面命令，用于井下仪器的控制；三是数据发送嵌入式Nios Ⅱ处理器，它将井下采集来的各种数据组织打包，并和相关处理逻辑一起进行相关调制，然后通过发送辅助电路发送出去。

【技术特征摘要】
1.一种基于Nios软核的井下调制解调方法，其特征在于含有以下步骤，使用一片功耗低的Altera的CycloneIIIFPGA芯片，利用NiosⅡ软核技术在其中构造多个处理器，完成调制解调功能；在该芯片中嵌入3个NiosII处理器；一是数据采集嵌入式NiosⅡ处理器，它是通过FPGA中数据采集接口电路与逻辑控制采集井下仪器CAN总线数据，并完成其它辅助采集功能，一个伽玛脉冲计数器、一个缆头电压采集器；二是命令接收嵌入式NiosⅡ处理器，它通过命令接收处理电路与逻辑接收地面下发命令，然后一起解调出地面命令，用于井下仪器的控制；三是数据发送嵌入式NiosⅡ处理器，它将井下采集来的各种数据组织打包，并和数据发送处理电路与逻辑一起进行相关调制，然后发送出去；数据采集嵌入式NiosII处理器通过数据采集接口电路与逻辑采集井下仪器的数据和参数，加以组织整理后，送到数据发送嵌入式NiosII处理器；采集的数据包括CAN总线数据、伽玛脉冲信号和缆头电压信号；同时它还接收命令接收嵌入式NiosII处理器送来的地面命令，对井下仪器进行相应控制；下发命令接收模块负责从电缆上接收地面下发的测井命令；其中命令接收嵌入式NiosII处理器和命令接收处理电路与逻辑，构成调制解调器的下发命令接收模块；地面通过电缆下发的数据流在该模块中进行星座映射、译码变换工作后解调出测井命令，然后送到数据采集嵌入式NiosII处理器处理；上传数据发送模块负责发送...

【专利技术属性】
技术研发人员：王炜，杨晶，程刚，刘付火，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油集团测井有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11