重离子治癌加速器高速实时数据传输系统研制

分析了重离子治癌专用加速器对部分同步数据和过程数据的传输要求,提出并实现了一种高速率、可纠错、远距离的实时数据传输系统,以提高加速器同步和控制的效率和可靠性。系统优化了传统系统的硬件配置和布局。采用PXI、FPGA、SDRAM与远距离千兆光纤模块相结合的系统构架,替代了原数据传输过程中低速、近距离、抗干扰性不强的数据通路和处理器件。软件上,通过对两片FPGA的编程,在系统后端实现了PXI接口和DMA相结合的方式与加速器服务器进行数据交互;在系统前端实现了800 MHz载波100 MHz基带信号的实时、远程、高速串行帧传输。通过该数据传输系统,保证新加速器系统的同步事例、电源波形等实时数据在服务器和远端控制器之间的高效传输。     

用于同步辐射硅像素探测器的高速数据传输模块研究

文章概述了硅像素探测器特点及其重要性,介绍了测试系统中基于FPGA的光纤转USB3.0高速数据传输板的设计,包括整体结构,各模块具体实现方式以及硬件电路设计和部分软件设计。测试结果表明,该项目设计的数据传输板解决了计算机接收光纤数据问题,实现了2.5 Gbps的稳定传输速度,提高了硅像素探测器数据采集系统的数据传输能力。     

GEM探测器读出电子学ADC采样系统设计

本文简要介绍了GEM探测器读出电子学ADC采样系统设计与测试。该系统包括模数变换模块、数据汇总模块和后端数据接收模块三部分。本文详细介绍了模数变换模块硬件电路设计、FPGA逻辑设计、光纤数据传输设计以及ADC采样芯片的测试方法。经过测试,该系统实现了8通道数据实时采集、传输、存储及显示功能。     

重离子治癌加速器高速数据传输系统设计与实现

根据重离子治癌加速器的特点提出了新的一种数据传输方法,在FPGA上实现了DPSK(Differential Phase Shift Keying)调制解调,加入了奇偶校验、BCH编解码、扰码与帧同步系统来提高系统的可靠性,传输信道采用SFP光纤传输,提高了传输的速率,降低了设计成本。本文主要描述系统软硬件的设计和实现细节,重点分析了在传输过程中如何使用FPGA编程方法提高系统的可靠性和稳定性。该系统经过严格压力测试,做到百万次传输无误差,已在重离子治癌加速器现场实际使用,在加速器控制领域首次实现了FPGA结合光纤的DPSK调制解调高速数据传输,对同类系统有较好的借鉴参考作用。     

基于FPGA的高速核信号采集系统设计

描述了一种基于现场可编程逻辑阵列(FPGA)的高速核信号采集系统的设计方案.FPGA作为控制核心,实现对高速Analog - to - Digital Converter(ADC)和Universal Serial Bus( USB)的逻辑控制和数字信号的采样、滤波、甄别、存储、传输处理,并使用异步First In First Out(FIFO)实现ADC数据采集模块和USB数据传输模块2个不同时钟域之间的数据传输,提高数据的吞吐率.最后利用上位机软件进行数据处理和绘图显示.测试结果表明,该系统能够实现核信号的实时、高效采集.     

基于嵌入式系统的LHAASO WCDA中TCP/IP数据传输接口设计

针对大型高海拔空气簇射观测站水切伦科夫探测器阵列,开展了前端电子学数据传输接口设计。基于实验数据率大、数据可靠性要求高的特点,进行了千兆以太网下的TCP/IP数据传输模块的设计。本文主要介绍了基于FPGA嵌入式系统的TCP/IP数据传输技术在LHAASO WCDA中的应用研究。实验结果表明:此数据传输模块数据率可达237 Mbps,满足应用要求。同时,还对此模块进行了24小时的传输测试,数据传输率保持稳定。     

用于普通能谱实验室的基于VME总线的数据获取系统研制

介绍了一套基于VME总线的实验室数据获取系统的设计及应用。此系统主要针对普通核物理或探测器实验室的实验探测器系统,获取系统硬件用通用ADC插件作为模数转换,用基于VME总线的单板机算计进行数据传输。获取程序基于ROOT数据处理平台,可实现在线监控数据,并使用直方图等数据格式将数据存储。通过这套系统获得的碲锌镉探测器对241Am的59 keVγ射线能谱,数据获取速率达4 MB/s。这套数据获取系统可很好地应用在探测器测试及相关实验领域。     

螺旋CT用无线数据传输系统的方案设计

针对螺旋CT传输系统的结构和特点,在分析几种无线传输技术的基础上提出了基于UWB技术的数据高速无线传输方案;并对该方案进行了完整设计,验证了其可行性。以UWB无线集线器作为系统的无线模块,来实现数据的无线传输;利用FPGA器件作为系统的主控制器,通过对其编程来满足系统各模块的控制时序要求;对两块SDRAM芯片进行乒乓操作来实现系统的大容量缓存机制;采用USB2.0接口实现传输板卡与无线UWB模块的高速无缝连接。实验结果表明,该系统在3 m以内传输速率可达16.8 Mbitps,且传输准确率达到100%。基本满足线阵螺旋CT数据传输要求。     

CMOS硅像素探测器测试系统设计

针对环形正负电子对撞机(CEPC)最内层的顶点探测器而研制的CMOS硅像素探测器已经提交首次流片。为了采集探测器的数据进而研究前端芯片的性能,基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)设计高速数据传输的测试系统,该系统以PCI Express总线模式进行高速传输数据。对系统性能的测试表明:数据传输速度能达到6Gb/s,传输的数据量和误码率性能均满足CMOS硅像素探测器芯片的测试要求。     

用于回旋加速器低电平系统的通用软硬件系统设计与实现

针对回旋加速器射频系统幅度、相位、频率、自动启动逻辑、联锁保护、在线参数修改等控制需求，设计了一种用于回旋加速器低电平系统的软硬件系统。该系统的硬件基于ZYNQ系列FPGA和高速ADC及DAC。采用数字下变频技术实现了幅度、相位和调谐控制；采用数字电路实现了腔体打火的快速检测。幅度控制精度为0.015%，相位控制精度为0.04°。该系统充分发挥了数字低电平系统的全可编程优势，通过上位机修改参数即可适用于多种回旋加速器。     

Design of data transmission for a portable DAQ system

Field Programmable Gate Array （FPGA）, combined with ARM （Advanced RISC Machines） is increasingly employed in the portable data acquisition （DAQ） system for nuclear experiments to reduce the system volume and achieve powerful and multifunctional capacity. High-speed data transmission between FPGA and ARM is one of the most challenging issues for system implementation. In this paper, we propose a method to realize the high-speed data transmission by using the FPGA to acquire massive data from FEE （Front-end electronics） and send it to the ARM whilst the ARM to transmit the data to the remote computer through the TCP/IP protocol for later process. This paper mainly introduces the interface design of the high-speed transmission method between the FPGA and the ARM, the transmission logic of the FPGA, and the program design of the ARM. The theoretical research shows that the maximal transmission speed between the FPGA and the ARM through this way can reach 50 MB/s. In a realistic nuclear physics experiment, this portable DAQ system achieved 2.2 MB/s data acquisition speed.     

CSNS小角散射谱仪数据获取软件设计

为满足中国散裂中子源小角散射谱仪数据获取的需求,本文在Linux系统下采用C++及Qt、MySQL等开源技术研制了小角散射谱仪的数据获取系统软件。该软件实现了电子学配置、运行控制、数据网络读出、在线数据处理和存储、运行状态监测和错误报警等数据获取软件基本功能,以及用户操作界面、在线数据库和电荷通道波形重建等附加功能。本文介绍该软件的设计与实现,包括硬件架构与软件部署,并给出了性能及稳定性的测试结果。     

Real-time algorithms for JET hard X-ray and gamma-ray profile monitor

The steady state operation with high energy content foreseen for future generation of fusion devices will necessarily demand dedicated real-time tools and mechanisms for data handling and machine control. Consequently, the real-time systems for those devices should be carefully selected and their capabilities previously established. The Joint European Torus (JET) is undertaking an enhancement program, which includes tests of relevant real-time tools for the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), a key experiment for future fusion devices. In these enhancements a new Data AcQuisition (DAQ) system is included, with real-time processing capabilities, for the JET hard X-ray and gamma-ray profile monitor. The DAQ system is composed of dedicated digitizer modules with embedded Field Programmable Gate Array (FPGA) devices. The interface between the DAQ system, the JET control and data acquisition system and the JET real-time data network is provided by the Multithreaded Application Real-Time executor (MARTe). This paper describes the real-time algorithms, developed for both digitizers’ FPGAs and MARTe application, capable of meeting the DAQ real-time requirements. The new DAQ system, including the embedded real-time features, was commissioned during the 2012 experiments. Results achieved with these real-time algorithms during experiments are presented.     

Development of a real-time magnetic island reconstruction system based on PCIe platform for HL-2A tokamak

A real-time magnetic island reconstruction(MIR) system based on PCI express platform for HL-2 A tokamak is introduced. The front-end analog circuit and high performance analog-to-digital converters complete high-precision synchronous sampling of 18 channel Mirnov signals, and the application of PCIe platform and direct memory access technology enables high speed data transmission between graphics processing unit and field programmable gate array(FPGA).FPGA, as a mainstream high speed parallelizable computing tool, was used to implement the MIR algorithm, while a parameter table is established in an external double data rate SDRAM to improve the computational efficiency. The software of the MIR system is developed with Compute Unified Device Architecture 8.0 in Centos 6 system, which mainly realizes driver development, data transmission, network communication, parameter calculation and system control. This system has been tested in HL-2 A plasma discharge experiment, and the reconstructed magnetic island structure can achieve a spatial resolution of 1.02 cm while the time resolution can reach 2 ms.     

基于FPGA的数字核脉冲高速传输系统设计

针对高速数字核脉冲采集中的实时传输问题,提出了一种基于FPGA和USB的传输结构。该结构采用现场可编程逻辑阵列(FPGA)作为核心控制器,并通过乒乓操作原理对高速核脉冲进行采集,定义特定的简单可靠的传输帧结构。利用USB与PC机通信,既实现了高速数据的实时传输又真正实现了"即插即用",提高了整套系统的实用性。实验测试验证了该系统的高效性。     

脉冲调制器稳定性监控中的数据采集与处理

设计采用反馈控制的方法改善脉冲调制器输出高压脉冲幅度稳定性,分析了实现稳定性目标对数据采集系统软、硬件的要求,介绍了相关的实验测试和信号处理方法。数据采集系统由Stratix ii FPGA开发板、AD6645、上位PC机组成,借用差分放大器提高测量分辨率。数据处理采用脉冲采样样本均值作为表征幅度的特征量,并采用平均、插值、数字滤波、BP神经网络等方法来提高幅度监测值的分辨率能力和抗干扰能力。     

基于FELIX的微结构气体探测器读出电子学系统设计

微结构气体探测器因其精度高、面积大等优点，在粒子物理实验中得到了非常广泛的应用。微结构气体探测器的未来应用将面临ASIC种类多、通道数多、数据量大等问题，给读出电子学系统的设计带来了很大的挑战，已成为微结构气体探测器进一步发展应用的瓶颈。FELIX系统具有数据带宽大、通道数多等特点，可很好解决这一问题。基于FELIX的电子学系统由完成探测器信号数字化的前端电子学模块、完成数据汇总的GBT模块、完成数据读出的FELIX系统、完成数据处理的数据处理终端组成，可完成10 240路半数字通道读出或4 096路模拟通道读出。该系统与Micromegas探测器一起实现宇宙线径迹探测，验证了该系统的通用性和兼容性，为微结构气体探测器的应用需求提供了一个通用的解决方案。     

基于UDP的工业CT数据传输系统

目前工业CT探测采集传输系统探测器数量多、传输距离长、数据量大,传统的数据传输系统很难低成本地同时满足远距离传输和高速传输。文中设计了一种数据传输系统,将UDP协议用verilog编程的方式在FPGA中实现。在兼顾低成本的同时又很好地协调了远距离传输和高速传输之间的矛盾。     

PandaX-nT暗物质探测实验读出电子学预研系统的研制

PandaX-nT升级对电子学系统提出了诸多新的挑战，如更多的通道数、高速高精度的波形数字化、灵活的触发算法和更高的数据带宽要求等。本文介绍一种为未来PandaX-nT暗物质直接探测升级实验预研的读出电子学系统。该电子学系统主要由前置放大电路模块、波形数字化模块（FDM）、数据获取模块（DAQ）和时钟分发模块等组成。FDM集成8路14 bit@ 1 GS/s ADC，具有较高集成度，可实现对探测器信号波形数字化，并通过光纤与DAQ通信。DAQ可汇总多块FDM数据，实现全数字化的触发算法，并通过基于TCP协议的千兆以太网与计算机通信，保证了数据传输的可靠与稳定。目前已完成了整个读出电子学系统设计，并对整个电子学系统进行了功能验证，以及与探测器进行了初步的联合测试。整个电子学系统具有较高的可扩展性，并能实现更复杂的触发算法，能满足下一代升级的需求。     

像素探测器高带宽数据获取系统设计

为适应硅像素探测器研制的需求,设计了硅像素探测器高带宽数据获取系统。该系统针对硅像素探测器高数据的特点进行了设计与优化,实现了单机高速稳定读出的数据获取目标,最高读出带宽可达到686MB/s,同时提供了控制、监测以及实验图像的实时抽样显示等功能。