• Структура современных систем сбора данных (ССД) в
экспериментах физики высоких энергий
• Функциональные и технологические аспекты ССД
• Примеры современных ССД
• Новые разработки ОРЭ:
- CROS3_PWC – система считывания для многопроволочных
пропорциональных камер;
- CROS3_DC – система считывания для дрейфовых камер • Заключение. CROS3 перспективы Май 17, 2005, Семинар ОФВЭ В. Головцов 2 Структура Системы Сбора Данных Триггер Управление/ Триггер Триггер L0, TTC L2 Монитор.
L L Конвейер Накопители (Data Pipe) Детектор Устройства Устройства Устройства Придетекторная Реконструкции Фильтрации Первичной Электроника Событий Событий Обработки (Front End) (Event Builder) (Online Filter Farm) (Track Finder) Сеть ~ ns ~ µs ~ 100 ms ~ ms 107 каналов 105 соб/сек 10 2 Соб/ сек 10 4 соб/сек 500 TБ/сек 100 ГБ/сек 100МБ/сек 10ГБ/сек Специальная Электроника Стандартная Электроника (Custom Design) (Commercial Product)
СИСТЕМЫ СБОРА ДАННЫХ:
- реально «делают» современные эксперименты физики высоких энергий;
- программируются и «обучаются» для отбора и накопления Событий;
- с временем реакции в диапазоне от десятков наносекунд до сотен миллисекунд отбирают правдоподобные данные, «собирают» их в события и накапливают отобранные События на долговременных носителях информации;
Май осуществляютОФВЭ - 17, 2005, Семинар текущую проверку и мониторирование эксперимента В. Головцов Уро 0M вен Hz ь ( – сп TB/ еци али sec 75 K Уро з ир ) Hz вен ова (75 нна ь GB я - вс 5K /sec аппара тро H Уро z ( 5 G е н н ы е ) тур а B /s вен про 100 ь 3 - P ec ) цес
СИСТЕМЫ СБОРА ДАННЫХ
Высокоскоростные Функции (High Speed Functions) Связаны непосредственно с регистрацией, отбором и накоплением данных эксперимента. Ассоциируются с временным разрешением детектора Высокоскоростные Функции. Специальная Электроника Оцифровка аналоговых сигналов детекторов в байтовую структуру данных:
- объём информации минимизируется подавлением каналов с нулевыми данными Отбор кандидатов в события для последующего их анализа:
- с помощью быстрой электроники триггерного отбора;
- с помощью образного программного обеспечения (фильтрация);
- с помощью комбинации обоих Сбор данных для каждой из детекторных систем (субсистем):
- субсобытия упаковываются в соответствующем формате и конвейерным способом отправляются на следующий уровень ССД;
- сбор данных (как правило) производится параллельно и одновременно по всем субсистемам Высокоскоростные Функции. Обработка Данных Реконструкция событий :
- сбор всех субсобытий;
- добавление необходимых структурированных данных для форматирования событий Программный анализ собранных событий:
- применение off-line кодов для on-line анализа событий нескольких рабочих пучковых прогонов (Run) или даже всего эксперимента;
- если этот шаг режектирует существенное количество событий, то он выбирается в качестве on-line фильтрации (уровень 3) Постоянная запись отобранных событий на долговременные носители:
- разделение событий по типу (как правило, по типу триггера) в разные файлы;
- традиционно запись производят на магнитные ленты нескольких типов;
- транслирование данных через сеть в компьютерные центры различных научных центров (GRID).
Функции Управления и Мониторирования ССД Управление экспериментом :
- старт и окончание очередного рабочего пучкового прогона (Start/ Stop Run), - текущая перезагрузка триггеров, встроенных программ, констант электроники и т.д.(Downloading) Пуск полностью выключенной системы (Cold Start) Мониторирование статусных данных - считывание данных, не относящихся непосредственно к событиям (счёт,интенсивность и т.д.), - регистрация и отображение этих данных;
Полный анализ данных для отображения текущего статуса эксперимента - интенсивность триггеров, - статус детекторов (например, карта распределения сработавших каналов, число сработавших каналов, плоскостей и т.д), - отображение событий (обычно на основе внепучковой обработки данных), - интенсиность и стабильность фильтрации событий.
ТЕХНОЛОГИИ ССД
Специальная Электроника (Custom Hardware) :
- интегральные микросхемы;
- электромеханические стандарты;
Технологические аспекты ССД. Интегральные микросхемы Application Specific Circuit (ASIC):
- предусилители- формирователи;
- узлы считывания* Аналоговая Часть 16-канальный Усилитель-формирователь для анодных сигналов Структурированная Архитектура FPGA До 100К Логических Ячеек (8М логических вентилей) До 1108 входов/выходов, до 16 входов синхронизации До 840 Мбит/сек дифференциальная передача данных LVDS Пример Программируемой Логики (FPGA) Control Fast •Режим Записи (Подготовительный Режим): Занесение конфигурации cоединений •Рабочий Режим: Преобразование входного потока данных в выходной в соответвствии с занесённой конфигурацией и под управлением TTC Пример Табличной Логики (Look-up Table) Control Fast DAQ Занесение таблицы во все ячейки (всё поле адресов) памяти Подключение рабочего операнда,чтение табличной функции ПЛИС и Табличная Логика Track Finder-Процессора регистрации трансляции в Электромеханические стандарты NIM – Nuclear Instrumentation Modules ~ 1960 * CAMAC – Computer Automated Measurement and Control ~ 1970 *
[ 
«