FPGA原理和其在石油勘探仪器中应用.pdfVIP

石 油 仪 器 · 80 · PETROLEUMINSTRUMENTS 2010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 ：FPGA；逻辑 电路 ；408UL 中图法分类号：P631．4 3 文献标识码：B 文章编号：1004—9134(2010)04．0080—03 O 引 言 型的FPGA，有 XILINX的XC系列、TI公司的TPC系 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。 概念，内部包括可配置逻辑模块 CLB(Configurable LogicBlock)、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、必威体育官网网址性好、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，研制和开发成 图 1 XilinxSpartan—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Altera 1 FPGA的组成和工作原理l2J