BESⅢ数据获取系统前端读出系统的设计与实现

摘要

北京正负电子对撞机重大改造工程是国家重大科学工程项目，其机箱级读出系统(ROCS)是北京谱仪(BESⅢ)数据获取系统的重要组成部分。本文对机箱级读出系统，包括系统建模、构架及相关技术进行了开拓性研究。文章简要的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BEPCⅡ和BESⅢ全面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。根据对比国外探测器的数据获取系统的发展现状，对BESⅢ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具体描述。针对机箱级读出系统进行了物理模型的研究，完成了系统需求分析，对于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，提出了基于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。

目录

摘要

第一章引言

1.1绪论

1.2现代高能物理实验中数据获取系统的特点和基本结构

1.2.1前端电子学系统

1.2.2触发判选系统

1.2.3在线数据获取主系统

1.3北京正负电子对撞机的升级改造

1.4北京谱仪

1.5北京谱仪的升级改造

1.5.1 BESⅢ的整体设计

1.5.2 BESⅢ前端电子学

1.5.3 BESⅢ数据获取系统的设计目标

参考文献

第二章BESⅢ数据获取系统

2.1 BESⅢ数据获取系统的性能指标

2.2 BESⅢ数据获取系统主要任务

2.3国外探测器数据获取系统发展动态

2.3.1 LHCb的数据获取系统分析

2.3.2 ATLAS的数据获取系统分析

2.4 BESⅢ数据获取系统的实现方案

2.4.1 BESⅢ数据获取系统的基本结构

2.4.2BESⅢ数据获取系统的软件结构

参考文献

第三章BESⅢ数据获取机箱级读出系统

3.1机箱级读出系统的意义和重要性

3.2机箱级读出软件系统

3.2.1强实时性

3.2.2高可靠性和稳定性

3.2.3测试复杂性

3.2.4可视性和可控制性

3.2.5开发环境

3.2.6可扩展性

3.3机箱级读出软件系统的设计目标

参考文献

第四章BESⅢ数据获取机箱级读出系统的关键技术

4.1 VME总线技术

4.2嵌入式实时系统(Embedded Real-Time System)的概念

4.2.1 VME处理器

4.2.2实时操作系统

4.3多级缓冲区技术

4.4 TCP/IP网络编程技术

参考文献

第五章机箱级读出系统的设计和实现

5.1 ROCS的框架设计

5.1.1ROCS与其它各系统的接口定义

5.1.2 ROCS用例分析

5.1.3 ROCS模型动态行为建模

5.2ROCS软件功能实现

5.2.1低级驱动及函数库

5.2.2高级任务以及各功能模块

5.3ROCS原型模型的建立

5.3.1前端电子学插件仿真系统

5.3.2单处理机读出系统模型

5.3.3多处理机读出系统模型

参考文献

第六章测试结果与分析

6.1机箱级读出系统能力的测试

6.1.1功能测试

6.1.2组合功能测试(中断+DMA+数据组装+网络传输)

6.1.3多处理机系统综合功能测试结果及分析

6.2系统联合测试

6.2.1机箱级读出系统与前端电子学联调

6.2.2机箱级读出系统与在线软件联调

参考文献

第七章总结与展望

7.1总结

7.2机箱级读出系统的完善

7.2.1网络传输功能的改进方法

7.2.2内联汇编语言的应用

7.3电子学宇宙线/束流(Beamtest)测试

参考文献

在学期间发表论文情况

发表文章情况

会议文章

致谢

附录一多任务微内核实时操作系统——VxWorks

1多任务微内核实时操作系统——VxWorks

1.1极级支持包BSP(Board Support Package)

1.2高性能的实时操作系统核心wind

参考文献

附录二VME总线级读出的应用程序接口

1.简介

2.API应用程序接口

2.1概述

2.2数据类型定义

2.3返回码

2.4返回码函数

2.5VMEbus主设备窗口映射

2.6VMEbus主设备窗口访问

2.7VM Ebus从设备窗口映射

2.8VMEbus总线错误处理

2.9VMEbus块传输

2.10VMEbus总线中断

附录三数据组装前后数据格式