DAQ- Middleware について千代浩司 ( せんだいひろし ) 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 (KEK) 素粒子原子核研究所

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やすはるさかど
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1 DAQ- Middleware について千代浩司 ( せんだいひろし ) 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 (KEK) 素粒子原子核研究所

2 DAQ- Middleware とは RT- Middleware を実験データ収集用に拡張 DAQ コンポーネント (RT コンポーネント ) を組み合わせてシステムを構築する以下をユーザーに提供する状態遷移 DAQ コンポーネントランコントーロール (DAQ- Operator( コントローラ )) システムコンフィギュレーションシステムインターフェース Data Transfer Function DAQ-Middleware Run Control Function DAQ- DAQ- DAQ- Component Component Component DAQ- Operator RT-Middleware System Configuration function Web Interface

3 もくじ DAQ- Middleware が想定している実験 DAQ: Data AcquisiBon ( データ収集 ) DAQ- Middleware の紹介

4 高エネルギー加速器研究機構 (KEK) 加速器を使ったサイエンス素粒子原子核の研究物質構造生命科学場所 : 茨城県つくば市および東海村人員 : 教員 380 人技術職員 150 人事務職員 150 人

5 東海キャンパス

6 J- PARC Japan Proton Accelerator Research Complex 高エネルギー加速器研究機構 (KEK) 原子力研究開発機構 (JAEA) 共同運営

7 J- PARC/MLF ( 物質生命科学実験施設 )

9 測定法解析には散乱中性子のエネルギーと位置情報が必要エネルギーは飛行時間から速さを算出位置情報は検出器の位置および電荷で算出陽子ビーム 25Hz 水銀ターゲット Q1 速い中性子中速中性子遅い中性子 L 4kΩ L x/l= Q1/(Q1+Q2) 試料 x He3 ガス一次元検出器 PSD(posiBon sensibve detector) E=1/2*m(L/t) 2 検出器 Q

15 読出し方式 ( 昔 ) 共有バスによる読出し方式 CAMAC, VMEbus クレート内にコントローラが必要基本的にはコントローラによるシーケンシャルなモジュール読出しのためスループットに限界 CAMAC Dataway Controller 計算機へ ADCs 15

16 読出し方式 ( 今 ) 共有バスによるシリアル読出しからネットワークによる並列読出しへシフトが起こっている SiTCP の発明により種々のモジュールのネットワーク読出しが可能になった h[p://e- sys.kek.jp/tech/sitcp/ FPGA

17 DAQ- Middleware について

18 データ収集 (DAQ) システムの基本要素データ読出し保存検出器からの信号を ( デジタイズして ) 保存するオフラインで詳細なデータ解析のためオンライン解析 ( モニタ ) 実験の監視を行う ( ビーム時間が制限されている場合もある ) 実験遂行の妥当性を保障するランコントロールスタートストップ ( プロセスの起動停止 ) 周辺機器コントロール高電圧温度など

19 従来の DAQ システム構築スクラップ & ビルドソフトウェアの再利用についてはライブラリレベルでの再利用 ( システムとしては結局あらたなものを作ることになる ) システムレベルでの再利用 ( データ収集効率が落ちる )

20 DAQ- Middleware がめざすもの目的システム構築の負担を減らすデータ収集効率を最大限に近づける方針デバイスドライバ読み出しライブラリとシステムの間にコンポーネント層を設けるデータ収集効率の確保実験毎の違いを吸収システムの枠組みは普遍フレームワークとする

22 DAQ- Middleware とは RT- Middleware を実験データ収集用に拡張 DAQ コンポーネント (RT コンポーネント ) を組み合わせてシステムを構築する以下をユーザーに提供する状態遷移 DAQ コンポーネントランコントーロール (DAQ- Operator( コントローラ )) システムコンフィギュレーションシステムインターフェース Data Transfer Function DAQ-Middleware Run Control Function DAQ- DAQ- DAQ- Component Component Component DAQ- Operator RT-Middleware System Configuration function Web Interface

23 DAQ-Middleware 構成図使用するコンポーネントを指定コンポーネント間接続情報パラメータ装置パラメータオンラインモニタパラメータ XML System ConfiguraBon XML/JSON Device CondiBon/ Online analysis PC PC Daq Operator HTTP Server command/status mod_python mod_wsgi Logger xml/h[p Command/Status User Interface Control Panel on Web browser (javascript, ajax) Python GUI Command line program Detectors Read- out modules Gatherer Dispatcher Monitor Online histograms on Web browser Online histograms using ROOT 23

24 状態遷移 LOADED Configure Unconfigure CONFIGURED Start RUNNING Stop Pause Resume PAUSED

25 Created Alive AcBve LOADED InacBve Configure CONFIGURED Unconfigure Start RUNNING Stop Pause Resume PAUSED Error Atcive 状態のサブステートとして必要な状態を実装

26 DAQ コンポーネント Service Port (command/status) Service Port (command/status) Data InPort OutPort + = Data Logics (for data handling) InPort Logics (for data handling) OutPort n DAQ コンポーネント == RT コンポーネント n データ転送機能は InPort, OutPort を利用 n DaqOperator コンポーネントからの指示 ( コマンドステータス ) はサービスポートを利用 n コマンド : 状態遷移 n ステータス : InPort, OutPort の状態取り扱ったデータ数

27 DAQ コンポーネント間のデータフォーマット COMPONENT HEADER Event Data Event Data Event Data Event Data COMPONENT FOOTER Component Header Header Magic Header Magic Reserved Reserved Data Byte Size Data Byte Size Data Byte Size Data Byte Size Data Byte Sizeには下流コンポーネントに何バイトのイベントデータを送ろうとしたかを入れる下流側ではDataByteSizeを読んでデータが全部読めたかどうか判断する Component Footer Footer Magic Footer Magic Reserved Reserved Seq. Num Seq. Num Seq. Num Seq. Num Sequence Number にデータを送るのは何回目かを入れる下流側では受け取った回数を自分で数えておいて Sequence Number とあうかどうか確認する

28 ランコントロールおよびシステムインターフェース : DaqOperator User Interface Daq Operator HTTP Server xml/h[p Command/Status command,status Control Panel on Web browser (javascript, ajax) Python GUI Command line program DAQ コンポーネント DAQ コンポーネントに対してデータ収集スタートストップ等の指示ステータス取得を行う必要がある DaqOperator を作りこれに統括させる DaqOperator は RT コンポーネントサービスポートを利用している外部システムから DaqOperator に対する指示は xml/h[p で行う既存のものがあるときは h[p で通信するようにすれば使える

29 システムコンフィギュレーション XML ファイルに記述し DaqOperator が読んでシステム構成を把握するシステムコンフィギュレーションファイルの変更で構成を変更することができる <configinfo> <daqoperator> <hostaddr> </hostaddr> READOUT </daqoperator> <daqgroups> <daqgroup gid="group0"> READOUT <components> <component cid="samplereader0"> <hostaddr> </hostaddr> <hostport>50000</hostport> <instname>samplereader0.rtc</instname> READOUT <execpath>/home/daq/mydaq/samplereader/samplereadercomp</execpath> <conffile>/tmp/daqmw/rtc.conf</conffile> <startord>2</startord> READOUT <inports> </inports> <outports> <outport>samplereader_out</outport> </outports>

30 ユーザー側でのセットアップ RedHat Enterprise Linux 互換 OS 用 RPM パッケージ Ubuntu 用パッケージを配布セットアップスクリプトの実行でダウンロードからセットアップまで終了する

31 ユーザーの利用方法 LOADED CONFIGURE daq_configure() CONFIGURED daq_dummy() daq_dummy() UNCONFIGURE daq_unconfigure() 各状態および状態遷移時に呼ばれる関数を用意ユーザーは各関数を実装することで DAQ コンポーネントを完成させる START daq_start() STOP daq_stop() RUNNING daq_run() PAUSE daq_pause() RESUME daq_resume() PAUSED daq_dummy()

32 利用例実験 J- PARC/MLF DAQ system of Depth- resolved XMCD (X- ray MagneBc Circular Dichroism) experiments at Photon Factory (KEK IMSS, KEK IPNS) CANDLES ( 岐阜県神岡地下実験 ) 実験 ( これから ) J- PARC Hadron E16 (High P) SuperNEMO 検出器 ( センサー ) テストベッド ILC CCD Vertex (KEK, 東北大学 ) GEM (KEK 測定器開発室 ) SOI (KEK 測定器開発室 ) ADC_SiTCP (Open- It) J- PARC Hadron COMET (RoesB, CDC) ( これから )

33 J- PARC MLF 中性子での使用状況 DAQ- Middleware Working 2008 年 5 月のファーストビームから稼働している

加速器科学および関連分野に関する放射線計測システム開発のための開発教育拠点ネットワークテクノロジー : ASIC, PCB,

34 開発体制 Open- It (Open source consorbum of InstrumentaBon) の 1 プロジェクトとして開発を進めている Open- It : 加速器科学および関連分野に関する放射線計測システム開発のための開発教育拠点ネットワークテクノロジー : ASIC, PCB, FPGA, Soqware 教育 : OJT, トレーニングコースセミナー h[p://openit.kek.jp/ 学部 : 11, M1: 66, M2: 9, D1-3: 8 その他

35 DAQ- Middleware プロジェクト 2010 年 4 月 DAQ- Middleware Core グループ結成メンバー千代濱田井上 (KEK) 長坂 ( 広島工業大学 ) 味村 ( 大阪大学 ) 神徳安藤 ( 産業技術総合研究所 ) 和田 ( ( 株 ) Bee Beans Technologies) 仲吉 (2011 年 4 月まで ) 安(2012 年 3 月まで )

36 DAQ- Middleware トレーニングコース毎年夏に東日本西日本でそれぞれ開催

37 p RT- Middleware を実験データ収集システムに拡張 p RT- Middleware からの拡張点実験データ収集に必要な状態遷移の拡張サービスポートを利用したコマンド / ステータス送受信機能の実装 p 利用状況実験として大強度陽子加速器施設 (J- PARC) 物質生命科学実験施設 (MLF) の 14 個のビームライン CANDLES( 神岡地下実験室 ) 検出器センサーテストベッドとしての利用 p 開発体制 Open- It の 1 プロジェクトとして開発を進めている Open- It: 加速器科学および関連分野に関する放射線計測システム開発のための開発教育拠点ネットワーク p URL h[p://daqmw.kek.jp/ h[p://openit.kek.jp/

DAQ- Middleware の新機能と実験への展開千代浩司 A,F 濱田英太郎 A,F 井上栄二 A,F 長坂康史 B,F 味村周平 C,F 神徳徹雄 D,F 安藤慶昭 D,F 和田正樹 E 高エネルギー加速器研究機構素粒子原子核研究所 A 広島工業大学 B 大坂大学 C 産業技術総合研究所

DAQ- Middleware の新機能と実験への展開千代浩司 A,F 濱田英太郎 A,F 井上栄二 A,F 長坂康史 B,F 味村周平 C,F 神徳徹雄 D,F 安藤慶昭 D,F 和田正樹 E 高エネルギー加速器研究機構素粒子原子核研究所 A 広島工業大学 B 大坂大学 C 産業技術総合研究所 DAQ- Middleware の新機能と実験への展開千代浩司 A,F 濱田英太郎 A,F 井上栄二 A,F 長坂康史 B,F 味村周平 C,F 神徳徹雄 D,F 安藤慶昭 D,F 和田正樹 E 高エネルギー加速器研究機構素粒子原子核研究所 A 広島工業大学 B 大坂大学 C 産業技術総合研究所 D ( 株 )Bee Beans Technologies E Open- It F もくじ DAQ-

DAQ- Middleware について 千代浩司 ( せんだいひろし ) 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 (KEK) 素粒子原子核研究所

DAQ- Middleware について千代浩司 ( せんだいひろし ) 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 (KEK) 素粒子原子核研究所