CSNS质子束流位置监测器数据获取软件设计肖亮赵实用

会计学1CSNS质子束流位置监测器数据获取软件设计肖亮赵实用课题背景数据获取软件设计软件需求分析和开发环境数据格式和数据源软件设计数据流处理数据在线处理和显示数据发布取数主界面设计总结主要内容2第1页/共19页课题背景中子散射技术，是用中子做探针来探测物质的结构。目前世界上的几大散裂中子源：美国的SNS（SpallationNeutronSource）英国的ISIS日本的J-PARC（Japan

Proton

Accelerator

Search

Complex）在建的中国散裂中子源（ChinaSpallationNeutronSource,CSNS）（广东，东莞）中科院高能物理研究所中科院物理研究所

中国散裂中子源系统结构示意图一台H-直线加速器一台快循环同步加速器（RapidCyclingSynchrotron，RCS）一个靶站18台谱仪（一期建造3台谱仪）3第2页/共19页质子束流位置监测器（BPM）是中国散裂中子源工程的快循环质子同步加速器中最重要的束测元件之一用来测量、计算和记录质子束流的在束流管中的位置信息质子束流位置监测器（BeamPositionMonitor）快循环同步加速器（RCS）与质子束流位置监测器（BPM）示意图4第3页/共19页BPM电子学数据获取系统架构BPM电子学设计采用6UVME规范，每个测量点的A、B、C、D四路信号通过几十米长电缆接入一个VME插件的前面板每个VME机箱预计放置6-8个测量点的插件整个环路32个测量点共计约4个VME机箱BPM探头在束流管截面位置示意图BPM电子学数据获取系统示意图5第4页/共19页6课题任务软件需求分析提出设计方案开发数据获取软件开发图形用户界面发布获取数据第5页/共19页7系统的需求分析设计原始数据格式、DAQ数据格式模拟产生前端电子学数据将产生的数据进行获取、组装、在线处理和存储实现运行控制、在线图形显示等相关功能将束流位置信息发布到加速器控制系统的网络层中第6页/共19页单机箱系统构成VME机箱控制器CCTVP717单板计算机电子学插件BPM电子学测量插件（BPME）：8件读出控制插件（BROC）：1件扇出插件（BFAN）：3件各电子学插件目前正在调试阶段。8第7页/共19页9单机箱数据获取软件整体设计方案第8页/共19页操作系统：Win7模拟数据源软件开发：MicrosoftVisualStudio2010BPM数据获取软件开发：MicrosoftVisualStudio2010NILabVIEW201310软件开发环境介绍第9页/共19页在VS2010的VC++环境中编写底层接口访问和数据处理环节封装为动态链接库（DynamicLinkLibrary,DLL）用LabVIEW编写上层用户界面，调用底层动态链接库，实现数据获取的运行控制、在线显示11数据获取软件开发方法第10页/共19页12数据格式电子学原始数据格式DAQ数据格式头该数据格式以一个电子学VME插件为最小单元，数据宽度为32bit：数据头部分中包含插件数据头标志、插件地理地址等信息；数据部分包含加速器T0计数、触发号以及

4个通道数据计算出来的束流中心位置（X，Y）坐标（即XData和YData）；数据尾部分包含插件数据尾标志、插件地理地址以及传输字节数等信息。DAQ输出数据需采集4个VME机箱的全部电子学原始数据，然后追加上DAQ数据头标志、数据格式版本号，机箱编号、工作模式等信息。第11页/共19页设计目的：

由于目前电子学样机系统正在研制过程中，所以数据获取软件的开发需要

数据源软件来模拟产生电子学原始数据，用于取代电子学读出。主要作用：

作为后端数据获取软件进行数据获取和处理的数据源头。设计思路：

产生一个机箱内8个插件在1000个T0，T0周期为40ms内，每一个T0周期内接收到100000次外部触发信号的所有数据，设计的事例率为2.5MHz，

大于加速器束流的最大事例率2.2MHz；

束流中心的位置信息（即XData和YData）按照约定的规则随机产生。13数据源产生第12页/共19页主要负责事例数据的读出、组装和存储。14数据流处理读出逐次读取模拟产生的各个插件中的原始电子学数据组装对每一个机箱的数据，追加上约定格式的DAQ级数格式头：填写相应的机箱编号、工作模式以及数据格式版本号等信息；存储将组装的数据存入本地磁盘中第13页/共19页主要任务：在线数据处理和显示模块主要负责全部或者抽样显示各个插件的不同时刻取得的事例数据。具体应用：在探测器和电子学等系统调试期间：在线数据填图显示提供的信息，帮助调试和检查各个部分工作是否正常；在设备运行期间：通过在线的图形显示，对探测器或者电子学进行快速、准确和综合的监测。15数据在线处理和显示第14页/共19页16数据发布主要任务：数据发布模块主要负责将BPM电子学和数据获取软件采集到的束流位置信息发布到加速器控制系统的网络层中，以供加速器控制系统根据自己的需求，查找对应的数据。实现思路：

利用了LabVIEW自带的EPICS接口，将LabVIEW中的共享变量和EPICS中的进程变量（ProcessVariable，PV）对应起来，使得数据采集系统获取的数据能以PV量的形式发布到加速器控制系统网络层中，供给加速器控制系统查看和使用。

EPICS客户端界面截图第15页/共19页17取数主界面第一部分为标题区间，位于整个平面的最上方，用来显示数据获取软件系统名称；第二部分为右边的图形显示区间，单个机箱8个VME插件的在线处理结果需要8个相对独立的显示区间，每个显示单元分别由三张图组成：触发号-XData数据散点图、触发号-YData数据散点图以及同一截面上束流位置的XY散点图；第三部分为界面左边的运行控制区间，负责完成对整个取数实验的流程控制；第四个部分是错误提示区间，位于主界面的左下方，主要指出系统出现错误的类型以及所在软硬件的具体位置等信息。第16页/共19页经实际测试，BPM单机箱数据获取软件的主要功能：数据读出、组装、