Программное обеспечение системы сбора данных детектора СНД тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.01, кандидат технических наук Богданчиков, Александр Георгиевич

• Богданчиков, Александр Георгиевич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Богданчиков, Александр Георгиевич

Введение.

Глава 1. Обзор систем сбора данных.

§ 1.1. ССД детекторов в ФВЭ.

§ 1.2. История развития ССД СНД.

§ 1.3. Компонентно-ориентированный подход к разработке ПО ССД.

Глава 2. Детектор СНД.

§ 2.1. Подсистемы и каналы детектора СНД.

§ 2.2. Электроника детектора СНД.

§ 2.3. Расчет среднего размера события.

Глава 3. Детали эксплуатации ССД СНД.

§ 3.1. Разделение на заходы.

§ 3.2. Типичные сценарии эксплуатации ССД.

§ 3.3. Типы и объемы данных в эксперименте.

§ 3.4. Механизм передачи событий.

§ 3.4.1. Основной поток данных в ССД СНД.

§ 3.4.2. Механизм синхронной передачи.

§ 3.4.3. Механизм передачи через разделяемый буфер.

§ 3.4.4. Сравнение вариантов и выбор.

§ 3.4.5. Общая схема ССД СНД.

§ 3.5. Синхронизация процессов.

§ 3.6. Выбор средств реализации ССД.

§3.6.1. Доступные технологии.

§ 3.6.2. Пакеты программ для разработки ССД.

§ 3.6.3. Обоснование реализации собственной системы.

Глава 4. Реализация ПО ССД СНД.

§ 4.1. Процесс чтения событий с электроники Readout.

§4.1.1. Подготовка к заходу.

§4.1.2. Заход.

§ 4.1.3. Остановка захода.

§ 4.1.4. Раздача событий в оперативном режиме.

§ 4.1.5. Конечный автомат Readout.

§ 4.1.6. Уровни программного кода.

§ 4.2. Процесс чтения пересчетных схем Scalers.

§ 4.2.1. Состояния Scalers.

§ 4.3. Процессы третичного триггера.

§ 4.3.1. Передача контейнера с событиями.

§ 4.3.2. Модули третичного триггера.

§ 4.4. Медленный контроль.

§ 4.5. Контроль по событиям.

§ 4.6. Процесс калибровки по событиям.

§ 4.7. Интерфейс управления.

§ 4.7.1. Взаимодействие оператора с процессами.

§ 4.7.2. Функции интерфейса.

§ 4.8. Служба регистрации.

§ 4.9. Служба запуска и остановки процессов.

§ 4.10. Информатор.

§4.11. Интерфейсы доступа к данным.

Глава 5. Опыт наладки и эксплуатации.

§ 5.1. Стадии работ по созданию ССД СНД.

§ 5.2. Проверка расчета «живого» времени электроники СНД.

§ 5.3. Наладка чтения электроники.

§ 5.3.1. Сбой оцифровывающих плат.

§ 5.3.2. Фильтрация данных предыдущего захода.

§ 5.3.3. Оптимальный размер динамического буфера ПВВ.

§ 5.4. Характеристики экспериментального захода.

§ 5.5. Компьютерная подсистема.

§ 5.6. Размер события.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Программное обеспечение системы сбора данных детектора СНД»

История экспериментов на встречных пучках началась в шестидесятых годах двадцатого века. Тогда в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН были созданы одни из первых в мире ускорителей на встречных электронных пучках (ВЭП-1) и электрон-позитронных пучках (ВЭПП-2). С того времени и по сей день эксперименты на встречных пучках являются важнейшим методом исследований в физике элементарных частиц и вносят значимый вклад в фундаментальную науку.

Сферический нейтральный детектор (СНД) [1] [2] является представителем четвертого поколения детекторов на е+е"-коллайдерах в Институте. Первые эксперименты с детектором СНД проводились с 1995 по 2000 год на ускорительном комплексе ВЭПП-2М [3] в диапазоне энергии в системе центра масс от 0,36 до 1,40 ГэВ. В этих экспериментах были получены следующие основные результаты [4]:

- первые наблюдения редких радиационных распадов Ф(1020)-мезона в скалярные мезоны f0 (980) и ао (980): Ф —> f0y, аоу;

- наблюдение электрических дипольных переходов: р,со —> ТСоЛоу;

- самые точные измерения вероятностей магнитодипольных переходов легких векторных мезонов: р, со и Ф в конечные СОСТОЯНИЯ 71°у и Т|у;

- измерение редких распадов Ф-мезона: Ф —> соп0, Ф —> л+л~, Ф —> г{ у, Ф тс°е+е";

- точные измерения процессов е+е" —*■ адроны: е+е" —» 2л, 3%, 4ж, KSKL;

- определение параметров векторного мезона со (1400).

Для проведения экспериментов новых экспериментов с детектором СНД [5] на комплексе ВЭПП-2000, который начал работать в 2009 году, потребовалась модернизация практически всех подсистем детектора СНД, включая и систему сбора данных (ССД) [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16].

Для повышения надежности, увеличения загрузочной способности, повышения точности измерений и уменьшения энергопотребления была практически полностью заменена оцифровывающая электроника СНД. В частности, новые платы оцифровки сигналов трековой системы вместо аппаратного интегрирования сигнала теперь запоминают его форму и затем передают ее компьютерной подсистеме. Это привело к увеличению размера события в 4 раза. Поскольку ожидаемое повышение светимости ускорителя приводило также к увеличению потока событий, то перед ССД СНД для ВЭПП-2000 была поставлена задача: вычитывать из электроники и обрабатывать события с частотой до 1 кГц при размере события 4 КБ, то есть ожидаемый поток данных составляет до 4 МБ/с.

В новой ССД СНД должен быть организован качественный программный отбор событий (третичный триггер). Для этого необходимо было обеспечить возможность проведения вычислительно емких операций, таких, например, как полная предварительная реконструкция событий.

Старая ССД СНД [17], разработанная для экспериментов на ВЭПП-2М, не удовлетворяла новым требованиям по следующим причинам:

- чтение событий велось через электронные модули в стандарте КАМАК, что ограничивало максимальную частоту чтения событий 200 Гц;

- имеющихся вычислительных мощностей было недостаточно для выполнения полной реконструкции событий, а их увеличения не было предусмотрено;

- старая ССД была разработана для кластера компьютеров VAX station с операционной системой VMS и тактовой частотой процессора менее 100 МГц, которые за время работы на ВЭПП-2М практически полностью исчерпали свой ресурс.

ССД СНД для экспериментов на ВЭПП-2М разрабатывалась в 90-х годах, и программное обеспечение (ПО) ССД основывалось на имевшихся в то время технологиях. Для разработки программ использовались языки программирования Fortran77, С, Assembler, для графических приложений - библиотека «motif». Все данные хранились в файлах в разнообразных форматах, а для их передачи использовались протоколы собственной разработки. За время, которое прошло с начала разработки ССД СНД на ВЭПП-2М, появились новые технологии программирования и хранения данных, позволяющие не только сделать ПО ССД более «современным», но повысить надежность, сократить время разработки и упростить поддержку.

Таким образом, назрела необходимость разработки совершенно нового программного обеспечения ССД СНД, с использованием новых технологий и с учетом опыта, накопленного в экспериментах СНД на ВЭПП-2М.

Целью работы, положенной в основу диссертации, является создание ПО ССД СНД для экспериментов на ВЭПП-2000.

На защиту диссертации выносятся следующие положения:

1) разработка подсистемы чтения и передачи событий с детектора СНД,

2) создание подсистемы программной обработки событий СНД,

3) разработка ПО для контроля и управления сбором данных с детектора СНД,

4) разработка ПО, обеспечивающего согласованную работу процессов ССД СНД,

5) наладка и ввод в эксплуатацию ССД СНД. 7

Заключение диссертации по теме «Приборы и методы экспериментальной физики», Богданчиков, Александр Георгиевич

Заключение

В результате данной работы было разработано ПО ССД СНД для экспериментов на ВЭПП-2000.

Архитектура ССД СНД обладает повышенной надежностью благодаря разделению во времени чтения и отбора событий.

Процесс чтения Readout обеспечивает требуемую для эксперимента производительность: 1 кГц событий со средней длиной 6 кБ при просчетах 12%.

Программный третичний триггер, реализованный на компьютерной ферме, проводит полную реконструкцию всех записанных событий и позволяет таким образом обеспечить качественный и эффективный отбор событий. Третичный триггер разработан на основе программной среды СУМО СНД, которая используется также при обработке событий offline. Это повышает надежность и упрощает поддержку ССД.

Организован контроль качества записанной информации: мониторируются загрузки подсистем детектора, напряжения питания электроники и детектора. В процессе чтения часть событий по запросу передается процессам визуализации и контроля. Детальный контроль срабатывания каналов детектора и измерение его физических параметров производится либо во время работы третичного триггера, либо после него специальным процессом контроля по событиям.

Организована оперативная калибровка каналов детектора. Для этого отбираются и записываются в отдельные файлы события так называемых «колли-неарных» процессов: е+е~-> е+е", уу, |1+рГ, которые затем обрабатываются процессом калибровки.

Создан интерфейс управления ССД, позволяющий осуществлять выбор условий запуска захода из предустановленных наборов, управление заходами и мониторинг заходов, управление процессами ССД. Он включает в себя также отображение важных сообщений от процессов ССД в log-журнале и звуковое оповещение оператора. Разработана подписка на сообщения log-журнала для доставки сообщений по электронной почте. Для мониторинга текущего состояния электроники реализована графическая визуализация пересчетных схем детектора и текущих значений параметров из оперативной базы данных детектора.

Надежная и согласованная работы процессов ССД обеспечивается системой автоматического запуска и системой регистрации процессов.

ССД СНД находится в эксплуатации более трех лет, в течение которых показала свою высокую надежность. Она полностью удовлетворяет предъявляемым требованиям. Числа заходов и событий по годам до 2011 года включительно приведены в приложении Б, набранная светимость для двух сезонов — в приложении В. Всего в экспериментах 2010 - 2012 годов была накоплена интегральная светимость около 40 пб 1. В результате анализа этих данных были получены и опубликованы первые физические результаты СНД в экспериментах на ВЭПП-2000 [45] [46].

В заключение я хочу выразить признательность всем своим коллегам, принимавшим участие в создании и модернизации детектора СНД, за сотрудничество и конструктивные предложения, Ю.М. Шатунову и всем сотрудникам комплекса ВЭПП-2000 за обеспечение работы накопителя. Хочется выразить отдельную благодарность С.И. Середнякову за поставленную задачу и поддержку данной работы, а В.П. Дружинину и A.A. Королю за научное руководство и помощь, оказанную при работе над диссертацией.

113

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Богданчиков, Александр Георгиевич, 2012 год

1. В.М. Аульченко, М.Н. Ачасов, С.Е. Бару ., А.Г. Богданчиков и др. Сферический нейтральный детектор (СНД) для электрон-позитронного накопителя ВЭПП-2М. // Препринт ИЯФ 99-16, Новосибирск, 1999.

2. M.N. Achasov, V.M. Aulchenko, S.E. Baru ., A.G. Bogdanchikov et al. Spherical Neutral Detector for VEPP-2M collider. // Nucl. Instr. Meth. A449 125 (2000)

3. S.I. Serednyakov. Physical program for the new VEPP-2000 e+e- collider. // Nuclear Physics В Proceedings Supplements, Volume 126, January 2004, Pages 369-374.

4. В.М. Аульченко, А.Г. Богданчиков, А.А.Ботов и др. Система сбора данных детектора СНД для экспериментов на ВЭШ1-2000. // Приборы и техника эксперимента (2007) номер 6, стр. 65-82.

5. М. Achasov, A. Bogdanchikov, A. Kim and A. Korol. DAQ software for SND detector // Nucl. Inst, and Meth. A 559 (2006) pp 71-75.

6. М.Н. Ачасов, А.Г. Богданчиков, В.П. Дружинин и др. Программное обеспечение системы сбора данных детектора СНД. // Препринт ИЯФ 2003-59, Новосибирск, 2003.

7. G.N. Abramov, M.N. Achasov, V.M. Aulchenko ., A.G. Bogdanchikov et al. SND Upgade. // eConf C010430 (2001) T10, also "Stanford 2001, e+e- physics at intermediate energies" 122-130, e-print: hep-ex/0105093.

8. Г.Н. Абрамов, B.M. Аульченко, M.H. Ачасов, ., А.Г. Богданчиков и др. Проект модернизации детектора СНД для эксперимента на ВЭПП-2000. // Препринт ИЯФ 2001-29, Новосибирск, 2001.

9. Г.Н. Абрамов, В.М. Аульченко, М.Н. Ачасов, ., А.Г. Богданчиков и др. Модернизация детектора СНД для экспериментов на ВЭПП-2000. // Препринт ИЯФ 2003-45, Новосибирск, 2003.

10. Г.Н. Абрамов, В.М. Аульченко, М.Н. Ачасов, ., А.Г. Богданчиков и др. Статус работ по модернизации детектора СНД ИЯФ. // Препринт ИЯФ 2004-46, Новосибирск, 2004.

11. Г.Н.Абрамов, В.М. Аульченко, М.Н. Ачасов, ., А.Г. Богданчиков и др. СНД статус модернизации и анализа данных. // Препринт ИЯФ 2005-35, Новосибирск, 2005.

12. Г.Н. Абрамов, П.М. Астигеевич, В.М. Аульченко, ., А.Г. Богданчиков и др. Детектор СНД: модернизация систем для экспериментов на ВЭПП-2000 и некоторые предварительные результаты экспериментов на ВЭПП-2М. //ПрепринтИЯФ 2007-20, Новосибирск, 2007.

13. Г.Н. Абрамов, Е.Г. Авдеева, П.М. Астигеевич, ., А.Г. Богданчиков и др. Детектор СНД: состояние дел и первый опыт работы с пучками ВЭПП-2000. // Препринт ИЯФ 2009-19 , Новосибирск, 2009.

14. П.М. Астигеевич, В.М. Аульченко, М.Н. Ачасов, ., А.Г. Богданчиков и др. Начало экспериментов с детектором СНД на коллайдере ВЭПП-2000. // Препринт ИЯФ 2011-21, Новосибирск, 2011.

15. D.A. Bukin, T.V. Dimova, V.P. Druzhinin et al. Data Acquisition System of SND Experiment. //In proc. of CHEP97, Berlin, 1997.

16. ATLAS Collaboration. ATLAS computing: Technical Design Report. // CERN document server http://cdsweb.cern.ch/record/837738/files/lhcc-2005-022.pdf ATLAS TDR-017, CERN-LHCC-2005-022, July 4, 2005.

17. L. Valsan A.G. Bogdanchikov at al. Role based access control system in the ATLAS experiment. // J.Phys.Conf.Ser.331:022042, 2011.

18. BESIII Collaboration. Design and Construction of the BESIII Detector. // Nucl. Instrum. Meth. A614:345-399, 2010.

19. И.Б. Логашенко. Статус КМД-3. // Доклад на научной сессии ИЯФ 2012, http://www.inp.nsk.su/news/rss/201278Logashenko.pdf, 2012.

20. С.Е. Бару, B.C. Кириченко, Г.А. Савинов и др. Служебные блоки системы сбора данных КЛЮКВА. // Препринт ИЯФ 88-26, Новосибирск, 1988.

21. Анашин В.В., Аульченко В.М., Балдин Е.М. Детектор КЕДР. // Препринт ИЯФ. 2010-40, Новосибирск, 2010.

22. В. Aubert et al. The BABAR detector. // Nucl.Instrum.Meth. 2002. Vol. A 479. Pp 1-116.

23. A. Aloisio et al. Data acquisition and monitoring for the KLOE detector. // Nucl.Instrum.Meth. Vol A 516 Pp. 288-314,2004.

24. Аульченко B.M., Байбусинов Б.О., Титов B.M. Информационные платы ТП, дельтаТ и Т2А системы сбора данных КЛЮКВА. // Препринт ИЯФ 88-22, Новосибирск, 1988.

25. Аульченко В.М., Леонтьев Л.А., Усов Ю.В. Информационная плата А32 системы сбора данных КЛЮКВА. // Препринт ИЯФ 88-30, Новосибирск, 1988.

26. Д.А. Букин, Ю.С. Великжанин, В.Б. Голубев и др. Первичный триггер детектора СНД на ВЭПП-2М. // Препринт ИЯФ 98-29, Новосибирск, 1998.

27. ALTERA Corporation. FLEX 10К Embedded Programmable Logic Family Datasheet. // http://www.altera.com/literature/ds/dsflOk.pdf, 2003.

28. International Organization for Standardization, and International Electrotechni-cal Commission. КОЛЕС 9075:2003 Information technology - Database languages - SQL // Geneva, Switzerland, 2003.

29. Argonne National Laboratory. Experimental Physics and Industrial Control System // http://www.aps.anl.gov/epics/.

30. S. Ritt. Maximum Integration Data Acquisition System // http://MIDAS.psi.ch/.

31. M.N. Achasov, A.G. Bogdanchikov, D.A. Bukin et al. Data Acquisition System for the SND2000 Experiment. // In proc. of CHEP2001, Sept. 3-7, 2001, Beijing, (2001) 556-559.

32. A.D.Bukin, I.A.Gaponenko, V.N.Ivanchenko et al. Experimental data management system for SND Experiment. // In proc. of CHEP97, Berlin, 1997.

33. V. M. Aulchenko et al. Data acquisition systems and triggers for the detectors in INP. // Nucl. Instrum. Meth. 1998. Vol. A 409. Pp. 639-642.

34. В.М.Аульченко и др. Обзор экспериментальных результатов с детектора СНД на е+е- коллайдере ВЭПП-2М. // Ядерная физика, 1999, том 62, N12, с.2142-2153.

35. D.A. Bukin, V.N. Ivanchenko, A.A. Korol et al. SND Off-line Framework. // Proc. of CHEP2001, Sept. 3-7, 2001, Beijing, (2001) 145-148.

36. R. Fielding et al Hypertext Transfer Protocol HTTP/1.1. // RFC 2616, ftp://flp.rfc-editor.org/in-notes/rfc2616.pdf, 1999.

37. D. Lopez. Sams Teach Yourself Apache 2 in 24 Hours. // Sams, 1st edition, ISBN: 0672323559, 2002.

38. L. Ullman. PHP and MySQL for Dynamic Web Sites. // Peachpit Press, 1st edition, 2003.

39. D. Raggett, A. Le Hors, I.Jacobs. HTML 4.0 Specification. // http://www.w3.org/TR/1998/REC-html40-19980424, April 24,1998.

40. Gregor N. Purdy. CVS Pocket Reference, Second Edition // O'Reilly and Associates, 2003.

41. H. W. Lie and B. Bos, W3C recommendation. Cascading Style Sheets, level. // http://www.w3.org/TR/1999/REC-CSSl-19990111, Dec. 17, 1996, revised Jan 11, 1999.

42. Yu.V. Usov et al. SND-»SND-2000 electronics upgrade. // Nucl. Instr. Meth. A 494 (2002) 558 555-559.

43. M. H. Ачасов, А. Ю. Барняков, ., А.Г. Богданчиков и др. Измерение сечения процесса е+е—-»соло—^>щщу в области энергии 1.1-1.9 ГэВ. // Письма в ЖЭТФ, 94:10 (2011), 796-799.

44. M.N. Achasov, A.Yu. Barnyakov, K.I Beloborodov, ., A.G. Bogdanchikov et al. First results of spherical neutral detector (SND) experiments at VEPP-2000. // Progress in Particle and Nuclear Physics (2012) 67 (2012), pp. 594598.