數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)

1、北京正負電子對撞機重大改造工程初步設(shè)計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)量估計數(shù)據(jù)量估計BEPCII的設(shè)計亮度為，預(yù)期在Jψ能區(qū)通過一級觸發(fā)判選1233seccm10??后的事例率高達4000Hz。BEPCII亮度兩個數(shù)量級的提高和BESIII探測器的升級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)計目標(biāo)是完成高事例率（不超過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，可以通過對探測器數(shù)據(jù)量的估計來決定DAQ系統(tǒng)的設(shè)計方案。下面根據(jù)探測器的指標(biāo)對數(shù)據(jù)量進行初步的估計，BESIII總電子學(xué)信道數(shù)將超過3萬路，其中ADC和TDC類型的有2萬多路。如果MDC時間信號通道按平均15%“著火”率計算，EMC按平均17%“著火”率計算，MUC按平均1%“著火”率計算，剩下的按平均10%“著火”率計算，可以得到表4.121數(shù)據(jù)量估算參數(shù)。表4.121BESIII探測器數(shù)據(jù)量估計因此

3、，BESIII數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)需要完成超過每秒80Mbytes的數(shù)據(jù)讀出任務(wù)，經(jīng)PowerPC和讀出PC機對事例進行初步組裝，去除冗余的字頭、字尾和出錯等信息后，在線計算機機群需要處理的數(shù)據(jù)量超過每秒50Mbytes，最后通過軟件觸發(fā)判選的記帶數(shù)據(jù)量超過每秒40MBytes。由此可見，分級事例組裝技術(shù)不僅可以逐級減少數(shù)據(jù)量，而且可以有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源。與國外目前運行的同類系統(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)計指標(biāo)

4、都是相當(dāng)高的，實現(xiàn)的技術(shù)難度比較大，研制周期長。因此，在系統(tǒng)設(shè)計策略方面必須采用成熟的和先進的技術(shù)，特別需要注重總線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機技術(shù)的未來發(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)是獲取通過一級觸發(fā)判選后的前端電子學(xué)事例數(shù)據(jù)，經(jīng)過兩級計算機預(yù)處理和高速網(wǎng)絡(luò)傳輸，將分布在各電子學(xué)（VME）讀出機箱中的事例數(shù)據(jù)段迅速地匯集到在線計算機系統(tǒng)上進行事例包裝和過濾，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)通過網(wǎng)絡(luò)傳送到探測器子系統(tǒng)信道數(shù)VME機箱讀出數(shù)據(jù)量(Mbytes)機群處理數(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3025682.554.641.2北京正負電子對撞機重大改造工程初步設(shè)計3VME處理機擬采用MVME2431單板計算機，用以完成數(shù)據(jù)的采

6、集、處理、監(jiān)視和傳輸。若干個讀出機箱通過Ether網(wǎng)絡(luò)的100MSwitch連接到讀出計算機，組成一個讀出分支。所有讀出分支通過1G以上Switch連接到在線計算機群，形成數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流主干通路。來自各讀出分支的子事例數(shù)據(jù)包通過在線計算機群匯總成完整事例，并進行標(biāo)記、處理和監(jiān)測，直到安全記錄到永久介質(zhì)上（參見圖4.121）。BESIII數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)提供其它控制與測試功能的支持。在系統(tǒng)設(shè)計過程中，需要明確定義并實現(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)動方式。從設(shè)計階段開始就要充分考慮如何實現(xiàn)整個系統(tǒng)和分系統(tǒng)的控制、校準(zhǔn)和測試功能。此外，還要提供對磁鐵電源、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、運行命令的送達與執(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)實施。要依賴于強有力的軟件工程管理辦法和配置軟件工