數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)

1、北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)重大改造工程初步設(shè)計(jì)14.12數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)4.12.1BESIII數(shù)據(jù)量估計(jì)數(shù)據(jù)量估計(jì)BEPCII的設(shè)計(jì)亮度為，預(yù)期在Jψ能區(qū)通過(guò)一級(jí)觸發(fā)判選1233seccm10??后的事例率高達(dá)4000Hz。BEPCII亮度兩個(gè)數(shù)量級(jí)的提高和BESIII探測(cè)器的升級(jí)需要采用流水線的電子學(xué)系統(tǒng)，因此BESIII數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)（DAQ）的設(shè)計(jì)目標(biāo)是完成高事例率（不超過(guò)4000Hz）下的數(shù)據(jù)讀出和處理。DAQ系統(tǒng)的性能需求是由

2、觸發(fā)率和事例大小決定的，也就是說(shuō)，可以通過(guò)對(duì)探測(cè)器數(shù)據(jù)量的估計(jì)來(lái)決定DAQ系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。下面根據(jù)探測(cè)器的指標(biāo)對(duì)數(shù)據(jù)量進(jìn)行初步的估計(jì)，BESIII總電子學(xué)信道數(shù)將超過(guò)3萬(wàn)路，其中ADC和TDC類型的有2萬(wàn)多路。如果MDC時(shí)間信號(hào)通道按平均15%“著火”率計(jì)算，EMC按平均17%“著火”率計(jì)算，MUC按平均1%“著火”率計(jì)算，剩下的按平均10%“著火”率計(jì)算，可以得到表4.121數(shù)據(jù)量估算參數(shù)。表4.121BESIII探測(cè)器數(shù)據(jù)量估計(jì)因此

3、，BESIII數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)需要完成超過(guò)每秒80Mbytes的數(shù)據(jù)讀出任務(wù)，經(jīng)PowerPC和讀出PC機(jī)對(duì)事例進(jìn)行初步組裝，去除冗余的字頭、字尾和出錯(cuò)等信息后，在線計(jì)算機(jī)機(jī)群需要處理的數(shù)據(jù)量超過(guò)每秒50Mbytes，最后通過(guò)軟件觸發(fā)判選的記帶數(shù)據(jù)量超過(guò)每秒40MBytes。由此可見(jiàn)，分級(jí)事例組裝技術(shù)不僅可以逐級(jí)減少數(shù)據(jù)量，而且可以有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源。與國(guó)外目前運(yùn)行的同類系統(tǒng)相比，不論在規(guī)模還是在性能方面，BESIII數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)

4、都是相當(dāng)高的，實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難度比較大，研制周期長(zhǎng)。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略方面必須采用成熟的和先進(jìn)的技術(shù)，特別需要注重總線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展。4.12.2系統(tǒng)的主要任務(wù)系統(tǒng)的主要任務(wù)BESIII數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)的主要任務(wù)是獲取通過(guò)一級(jí)觸發(fā)判選后的前端電子學(xué)事例數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)兩級(jí)計(jì)算機(jī)預(yù)處理和高速網(wǎng)絡(luò)傳輸，將分布在各電子學(xué)（VME）讀出機(jī)箱中的事例數(shù)據(jù)段迅速地匯集到在線計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上進(jìn)行事例包裝和過(guò)濾，整理成為完整的有效事例，最終將標(biāo)記

5、的事例數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到探測(cè)器子系統(tǒng)信道數(shù)VME機(jī)箱讀出數(shù)據(jù)量(Mbytes)機(jī)群處理數(shù)據(jù)量(MBytes)記帶數(shù)據(jù)量(Mbytes)MDC（TQ）1360046.62821EMC627224.81713TOFCCT8962.31.61.2MUC90882.41.61.2觸發(fā)4006.46.44.8小計(jì)3025682.554.641.2北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)重大改造工程初步設(shè)計(jì)3VME處理機(jī)擬采用MVME2431單板計(jì)算機(jī)，用以完成數(shù)據(jù)的采

6、集、處理、監(jiān)視和傳輸。若干個(gè)讀出機(jī)箱通過(guò)Ether網(wǎng)絡(luò)的100MSwitch連接到讀出計(jì)算機(jī)，組成一個(gè)讀出分支。所有讀出分支通過(guò)1G以上Switch連接到在線計(jì)算機(jī)群，形成數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流主干通路。來(lái)自各讀出分支的子事例數(shù)據(jù)包通過(guò)在線計(jì)算機(jī)群匯總成完整事例，并進(jìn)行標(biāo)記、處理和監(jiān)測(cè)，直到安全記錄到永久介質(zhì)上（參見(jiàn)圖4.121）。BESIII數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)提供其它控制與測(cè)試功能的支持。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要明確定義并實(shí)現(xiàn)BESIII數(shù)據(jù)獲

7、取系統(tǒng)與前端電子學(xué)系統(tǒng)和觸發(fā)系統(tǒng)的接口及驅(qū)動(dòng)方式。從設(shè)計(jì)階段開(kāi)始就要充分考慮如何實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)和分系統(tǒng)的控制、校準(zhǔn)和測(cè)試功能。此外，還要提供對(duì)磁鐵電源、電子學(xué)電源、高壓系統(tǒng)、加速器參數(shù)的記錄、系統(tǒng)初始化、程序參量的下載、運(yùn)行命令的送達(dá)與執(zhí)行等一系列系統(tǒng)服務(wù)功能。圖4.121BESIII數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)示意圖BESIII數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)的軟件是一個(gè)龐大的軟件工程，必須考慮軟件的質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)化方面的技術(shù)實(shí)施。要依賴于強(qiáng)有力的軟件工程管理辦法和配置軟件工