besⅲ数据获取系统前端读出系统的设计与实现

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1、中国科学技术大学博士学位论文BESⅢ数据获取系统前端读出系统的设计与实现姓名：陶宁申请学位级别：博士专业：物理电子学指导教师：金革;赵京伟20050401BEsIII数据扶取系统前端读出系统的设计1j实现摘要北京正负电子对撞机重人政造J。程(B￡PcIJ但Eslll)是国家重A科学J碑J受H，其建设目标是对北京止负电子对撞机和北京谱仪进行重大改造，建设周期为5年左右，预期2007年秋建成，投入上I二式远行。升级后的BEPcll将亮度提高2个数蛀级，为t一紫物理实验岍究提供高统计鼙的数据：BEs川将

2、人幅度提高其分辨率以减少系统误差，与BEPcll的高事例率相匹配，实现精度测鼙．同时更新读山电子学系统、触发系统利数据获取系统。机箱级读出系统(Rocs)是北京谱仪(BESlJJ)数据获墩系统昀重要绢成部分。机箱级读出系统是前端电_f学和在线数据获取的数据通道．属丁数据获取系统的前端部分．其主要任务是实现前端机箱级VMEbus设备的高速数据读出，按照规定的数据格式进行数据拆包重新组装并做机箱级预处理，通过高速以太两将处理后的数据发送猁在线数据读出系统(ROs)，同时实现与在线运行控制系统的接口。按

3、照BESIJl数据获取系统平均事例率达到4KHz，通过一级触发判选后的数据率将超过80MByIe幽ec的设计目标，机箱级读出系统将是一个分布式的严格的强实时嵌入式系统，其事侧数据快速可靠的读出将直接影响所读取事例数据的数据质量，决定整个系统的设计日标是否能够实现。本论文研究I‘作是分析和设计机箱级读出系统，包括系统建模、构架及相关技术所作的开拓性研究，为以后系统研制和最终实现提供相关的决策建议和技术储备。论文提出了基丁．有限状态机模块化l殴计以及框架设计的实时系统设计方法，确定了机箱级读出系统的体

4、系结构，定义了和其它箨系统的交互接口，对机箱级读出系统各层次的主要软件模块(构件)进行了分析设计以及部分实现，并在设计过程中对各模块的功能及性能不断进行反复的测试验证，充分利埘了现有的计算机技术羊¨网络技术，为今后的一作进行了技术探索和积累，为最终在这些童句什的基础上章句选出一个完整的满足性能需求的系统打卜．了一个坚实的基础。论文简要介绍了现代高能物理实验的概况以及数据获取系统的特点，对BEPc¨平¨BEslll全谣升级改造的物理背景包括前端电子学以及数据获取系统的更新改造进行了综述。根据对比国外

5、探测器的数据获取系统的发展现状，对BEsllI数据获取系统的设计目标以及实现方案作了分析，对机箱级读出系统研究中使用到的关键技术进行了其体描述。针对机箱级读出系统进彳了了物理模耻的研究，完成了系统需求分析，对丁+这样一个要求强实时性、高可靠性、高稳定性以及可扩展性的数据读出系统，提出了基丁I有限状态机模块化设计以及框架设计的实时系统设计方法，按照』程f拇进度，在电子学硕f，f原理设计初步完成的情况卜，构建了前端电子学插作仿真系统、机箱级读出单处理器及多处理器的躁犁系统，寰现了单元测试及模块集成测试

6、，并且对测试结果作出分析。在不同层次的设计阶段对有限状态机的部分状态模块进行了初步实现，在慢什插什初步具备的条{，

7、：卜^，实现了与前端I乜子学乖

8、在线软件系统的初步联讽。奉论文的主要创新之处包括：1．BEPclI，BEsⅢ升级改造l程属丁。人科学I：样项目，针对BEsi

9、I升级厉的高币例率和人数据苗，为，提高数据读出和并行处理能力，BESⅢ数据获敬系统人规模延川了先进的计算机和网络技术，采心了基丁IvME总线标准的具有良垒『扩展性的分布式结构、在每一级做升行处理和缓冲存储的方案，并且在国内首狄使

10、I}}{了符合vMEbus总线标准的链式块传输方法(cBL卜～Chained8fockTrans佗r)实现前端数据读出。2．在国内高能物理数据获取机箱级读出系统中首次使州了实时操作系统vxwork5，提供了快速的优先绒中断响鹰丰¨进群调度、良好的进榉问通信手段以及便丁访问外部J／o资源，加7摘蛩快了机箱级读出软竹的开发速度。3，在国内高能物理数据获取机箱级读出系统中首次提出了基丁有限状态机模块化设计以及框架殴计的实时系统设计方法，并且按照先进的软件【：程的理念结合嵌入式实时软{，

11、=的开发流群对系

12、统进行分析和设计。通过建立电子学插件仿真系统，按ji}f实时系统的测试方法和手段完成r机箱级读出系统的全部分析l：作：性能、功能、设备(定删)*I作。4．侄国内高能物理数据荻取枫箱级馥出系统中首次提出了具有可扩展性的多处理器实观方案．井进行了初步实现，解决了多处理器之间通信等关键技术。BEsllI数据歌敏系统前端读i

13、I系统的I监计’J实现ABSTRACTT11eupgradep画ectoftheBe对ingElectronPositroncojliderknownasBEPcll