数据获取系统

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1、北京正负电子对撞机重大改造工程初步设计4.12数据获取系统4.12.1BESIII数据量估计BEPCII的设计亮度为，预期在J/ψ能区通过一级触发判选后的事例率高达4000Hz。BEPCII亮度两个数量级的提高和BESIII探测器的升级需要采用流水线的电子学系统，因此BESIII数据获取系统（DAQ）的设计目标是完成高事例率（不超过4000Hz）下的数据读出和处理。DAQ系统的性能需求是由触发率和事例大小决定的，也就是说，可以通过对探测器数据量的估计来决定DAQ系统的设计方案。下面根据探测器的指标对数据量进行初步的估计，BESIII总电子学信道数将超过3万路，其中ADC和TDC类型的有

2、2万多路。如果MDC时间信号通道按平均15%“着火”率计算，EMC按平均17%“着火”率计算，MUC按平均1%“着火”率计算，剩下的按平均10%“着火”率计算，可以得到表4.12-1数据量估算参数。表4.12-1BESIII探测器数据量估计探测器子系统信道数VME机箱读出数据量(Mbyte/s)机群处理数据量(MByte/s)记带数据量(Mbyte/s)MDC（T+Q）1360046.62821EMC627224.81713TOF+CCT8962.31.61.2MUC90882.41.61.2触发4006.46.44.8小计3025682.554.641.2因此，BESIII数据获取系

3、统需要完成超过每秒80Mbytes的数据读出任务，经PowerPC和读出PC机对事例进行初步组装，去除冗余的字头、字尾和出错等信息后，在线计算机机群需要处理的数据量超过每秒50Mbytes，最后通过软件触发判选的记带数据量超过每秒40MBytes。由此可见，分级事例组装技术不仅可以逐级减少数据量，而且可以有效地利用网络资源。与国外目前运行的同类系统相比，不论在规模还是在性能方面，BESIII数据获取系统的设计指标都是相当高的，实现的技术难度比较大，研制周期长。因此，在系统设计策略方面必须采用成熟的和先进的技术，特别需要注重总线技术、网络技术和计算机技术的未来发展。4.12.2系统的主要

4、任务-9-北京正负电子对撞机重大改造工程初步设计BESIII数据获取系统的主要任务是获取通过一级触发判选后的前端电子学事例数据，经过两级计算机预处理和高速网络传输，将分布在各电子学（VME）读出机箱中的事例数据段迅速地汇集到在线计算机系统上进行事例包装和过滤，整理成为完整的有效事例，最终将标记的事例数据通过网络传送到计算中心记录到永久介质上。为了从前端电子学系统中快速读出数据并使系统死时间尽可能地小，BESIII数据获取系统设计将大量采用多级数据缓冲技术、并行处理技术、VME总线高速读出技术以及网络传输技术。多级数据缓冲可以有效地减小由于高能物理实验事例产生的随机性而引起的死时间，基于

5、网络交换机的并行数据传送可以提高数据流量和完成事例的并行处理。为此，BESIII数据获取系统必须实现下列任务：（1）实现读出机箱中VME设备（ADC和TDC插件）的高速数据采集，最充分地利用VME总线的带宽资源，采用CBLT（ChainedBlockTransfer）DMA传输技术将前端电子学插件中的数据段读出并汇集成事例段；（2）设计并实现数据获取系统对前端电子学读出系统、触发系统、事例数据流控制系统、在线系统、运行控制及监测系统的接口；（3）提供并实现保证数据正确读出/传输所需的硬件和软件所有协议；（4）实现上位机系统，完成全系统运行控制、信息监测和状态调整功能。提供完善的系统运行

6、“报错”功能，包括：无效或错误的操作、缓冲区溢出、各种故障等；（5）实现在线基本软件系统，包含事例组装、事例过滤和在线分析等重要数据处理软件以及直方图和单事例显示等功能；（6）完成大容量、高速度的数据转储任务，最终将事例数据送到计算中心记录到永久介质上；（7）提供系统在线刻度、电子学读出系统校准和网络环境监测等辅助支持系统；（8）根据BESIII的数据贮存需求和其它数据监测需求，设计并实现在线数据库管理系统，并与离线分析数据库管理系统连接，实现数据自动更新。4.12.1系统构成BESIII数据获取系统是基于前端电子学和触发/判选的硬件系统，由读出系统、在线系统和校准系统及其它辅助/服务

7、系统组成。在系统构造方面，BESIII数据获取系统必须成为高可靠性、高稳定性、易升级、易扩充的系统。系统设备配置和软件开发工具着眼于未来技术发展趋势，尽可能采用市场上性能/价格比最好的商业化产品。-9-北京正负电子对撞机重大改造工程初步设计BESIII数据获取系统大规模运用先进的计算机和网络技术，采用多级并行处理方案。最低一级为基于VME总线系统的读出机箱，由前端电子学读出插件（TDC和ADC等）和一个作为控制器使用的处理机组成。每个VME读出