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石油仪器

·80·PETROLEUMINSTRUMENTS2010年08月

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·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2潘中印2

(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

0引言

FPGA(FieldProgrammableGateArray)是在早期的可编程逻辑器件PAL、GAL等基础上发展起来。它采用了逻辑单元阵列LCA(LogicCellArray)这样一个新概念，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、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，研制和开发成本相对较低。FPGA芯片在出厂前都做过测试，不需要设计人员承担风险和费用。

正因为FPGA具有如此多的优点，使得它在各种电子设备中使用非常广泛。目前的第五代数字石油勘探仪器中也普遍采用这一技术，本文将以法国Sercel公司的408UL地震勘探仪器为例，介绍FPGA的组成结构及技术的应用，分析其工作机理，总结其设计思想和实现技巧[1]。

1FPGA的组成和工作原理[2

经过几十年的发展，许多公司都开发出了多种类

型的FPGA,有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等。但是在众多的产品中，XILINX公司的系列产品在结构上最具代表性。

XILINX公司的Spartan-Ⅱ的内部结构如图1所示。

06ELOCK

06

ELOCKRAMBLOCKRAM

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DLL

CLBs

CLBs

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CLBs

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图1XilinxSpartan-Ⅱ芯片内部结构

Spartan-Ⅱ主要包括CLBs,I/O块，RAM块和可编程连线(未表示出)。在Spartan-Ⅱ中，一个CLB包括2个Slices,每个Slices包括2个LUT及2个触发器和相关逻辑。Slices可以看成是SpartanII实现逻辑的最基本结构，如图2所示。CLB(可编程逻辑模块)是实现用户所需逻辑的功能单元，以矩阵形式安排在器件的中心。

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的ACEX,APEX系列，Xilinx的Spartan,Virtex系列等。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：550003

2010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·

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(LUT)

进位和控制逻辑

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D触发光器

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